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摘 要：本文就主要依据能量准则来钢筋混凝土的框架结构优化设计的具体内容进行了简要的分析，在充分了解能量准则模型的基础上，合理的依据SATWE软件来进行算法计算，从而依据工程实例來切实的实行钢筋混凝土框架结构优化设计的分析，希望通过本文的探究，能够为相关的人员提供一定的参考和借鉴。
关键词：能量准则；钢筋混凝土框架结构；优化设计
有效的针对钢筋混凝土框架结构实施优化设计，是相关施工人员最主要的工作之一。但是优化设计所涉及到的内容有很多，需要庞大的计算来支持，为了能够使得钢筋混凝土框架结构具备较强的抵抗力，就需要在能量准则的基础上，充分的依据建筑结构自身的特点，来更好的针对建筑梁以及柱的优化设计，从而确保建筑结构更为的稳定。下面本文就主要针对基于能量准则的钢筋混凝土框架结构优化设计进行深入的分析。
1 在能量准则的基础上构建优化模型
在对钢筋混凝土框架结构进行优化设计的过程中，需要确定清晰的能量原则准则思路，针对力学的概念要清楚的了解，并且选取一些能够轻易被设计人员所认可的优点，将其应用到一些复杂框架结构优化设计中，以确保优化设计的效果。一般来说，在钢筋混凝土框架结构优化设计中，优化模型表述如下：
在上述式子中，x表示的是设计变量，这种设计变量既可以指代的是剪力墙的几何尺寸，也可以指代的是梁以及柱的对几何尺寸；W（x）则表示的是目标函数，同时也可以指代的是建筑的建设成本等，目标函数需要确定一个目标，然后进行优化，也可以确定多个目标同时进行优化；gj（x）≤0，指代的是一种约束的条件，在该条件中，主要的内容就是建筑的规范要求，其中有抗剪强度以及结构层的变形等。
就上述的建筑结构优化模型上，能量准则中针对相关的约束条件实施了详尽的规定，而且约束条件的数量相对来说较多，就目前的优化方式来进行分析，无法有效的得出相应的方式进行对建筑结构的优化处理。一般来说，如果按照性质来对约束条件实施划分，可以将约束条件划分为两个类别，其一是主要约束条件，其二就是次要约束条件。针对已经设定好方有计划方案的建筑结构，其在进行结构优化的时候，主要可以从局部的约束条件开始出发，然后切实有效的整理出最佳的梁柱截面的尺寸，并合理的进行约束条件计算，如果条件满足能量准则要求，那么就说明计算变量为最优的现行值。而如果约束条件无不满足能量准则要求，那么就需要进一步展开校验工作，直到达到标准的能量准则要求为止。
2 在 SATWE软件的基础上进行算法计算
将 SATWE作为基础，利用VB语言进行建筑结构优化程序编制，在程序设计中利用动态链接进行混编处理，在混编处理前，一定要确保文本为WORD文本，并且要利用相关的图形和表格来实施优化。而就以能量准则来说，利用 SATWE软件来实施算法计算，其优化的步骤主要如下：
2.1 严格的依据结构的主要特点以及丰富的工作经验来进行梁、柱截面号的确定，对合理的针对结构优化的变量进行选定。
2.2 依据 SATWE子模块来实施调节，做好相关的数据检查工作，针对构件的配筋实施精确的计算。
2.3 针对构件的几何数据信息进行收集，并内力以及配筋等方面的数据进行提取。
2.4 针对收敛的情况实施有效的检验，如果发现收敛中存在问题，就需要重新进行收敛处理，直到收敛检验合格为止。
2.5 在对次要的约束条件实施检验的时候，需要确保梁柱内力保持一致，并合理的按照相关迭代公式进行截面计算，针对结构出现的位移信息实施有效的提取，针对位移进行检验，查看其是否满足能量准则的具体要求，如果满足要求，就可以进行后续的处理，如果不满足要求，就需要重新进行内力计算。
3 工程实例分析
3.1 工程概况
某高层建筑采用的是钢筋混凝土结构修建，为了使得该建筑具有良好的抗震性能，相关的设计人员就依据能量准则要求来对该建筑结构实施优化设计。该建筑的总共有30层，其中2层为地下室，28层为地上楼层。而在地上楼层中，采用的结构形式均是钢筋混凝土框架剪力墙结构。从该建筑的平面角度进行分析，其形状呈现为扇形，而1-4层则主要为公建，而5-23层则为居住楼层。该建筑的总体高度达到了95.2m，其占地面积达到了34897m2。而该建筑的地下建筑面积则达到了4398m2，依据建筑单位的要求，然后对照原本制定的设计图，上部结构上标注的相关数据也重新利用优化的算法进行了一遍优化设计，并在能量准则的基础上，合理的应用 SATWE软件进行了审核。
3.2 SATWE优化模型的确立
3.2.1 就能量准则中制定的规范要求分析可得，结构具备整体性质，柱期望轴压比值设定为0.7，依据梁的标准配筋率来进行分析，取值最好控制在1.2-1.8的范围内，也就是说，在对柱轴压比进行优化时，需要控制轴压比不变，而量的配筋率也保持不变。就这一点可以总结得出，在进行变量的优化设计过程中，主梁和柱均需要进行分层处理，主要可以分为4个层等级，第一等级的层面包含1-4层，每一楼层的高度设定为3.6m，而在充分考虑到对称性后，梁数量为79根，柱数量为22根，选用混凝土等级为C30或者是C45的混凝土来进行浇筑，而选用的钢筋也需要将其等级控制为Ⅲ级。
而在剩下的楼层中，每8层设置为一个层等级，每一层的高度则设定为3.1m，其中梁柱的数量分别为65根以及14根，梁混凝土的强度等级保持与上述一致，而柱的混凝土强度等级则设定为C30、C35以及C40。在建筑结构实施优化设计的过程中，需要尽可能的保持墙体厚度为标准值，同时要最大限度的保障混凝土的强度等级不会受到其他因素的干扰而出现改变。
3.2.2 约束条件的确定
梁截面的最小高度取相应跨度的115。柱截面的最小高度取墙厚的2倍。柱的配筋率、梁的剪压比、挠度和裂缝宽度的取值采用设定的限值。
3.2.3 梁柱优化可行域的确定
根据建筑结构的特点，梁柱截面优化应为离散型。考虑施工的方便，根据已往的设计经验以及对规范的理解，确定截面的可行域，具体见表1。
3.3 优化后结构分析的主要结果
抗风、抗震的结构计算结果见表2。
结束语
通过本文的分析可以充分的了解到，依据能量准则进行钢筋混凝土框架结构优化设计，使优化设计的效果更加的突出。在优化设计中合理的进行算法模型的构建，依据计算的结果，使得框架结构的设计水平有效的得到了提升。而就能量准则的相关要求进行分析，约束条件在不变化以及优化中采用权威的设计软件的情况下，优化的过程会更加的理想化。就这一点来说，依据能量准则的建筑结构内力和构件的优化设计，在一定程度上满足能量准则时，说明优化结果较为理想化，能够被直接的应用到实践中。
参考文献
[1]周云，乐登，邓雪松.设计用地震动总输入能量谱研究[J].工程抗震与加固改造，2013（5）.
[2]戴烽滔，尹邦信.框架结构优化设计[J].西南科技大学学报（自然科学版），2013（4）.
[3]桂国梁，刘光宗，丁成辉，由敬舜.钢筋混凝土框架结构优化设计[J].南昌大学学报（工科版），2010（4）.
[4]李应斌.钢筋混凝土结构基于性能的抗震设计理论与应用研究[D].西安建筑科技大学，2004.
[5]肖明葵.基于性能的抗震结构位移及能量反应分析方法研究[D].重庆大学，2004.
关键词：能量准则；钢筋混凝土框架结构；优化设计
有效的针对钢筋混凝土框架结构实施优化设计，是相关施工人员最主要的工作之一。但是优化设计所涉及到的内容有很多，需要庞大的计算来支持，为了能够使得钢筋混凝土框架结构具备较强的抵抗力，就需要在能量准则的基础上，充分的依据建筑结构自身的特点，来更好的针对建筑梁以及柱的优化设计，从而确保建筑结构更为的稳定。下面本文就主要针对基于能量准则的钢筋混凝土框架结构优化设计进行深入的分析。
1 在能量准则的基础上构建优化模型
在对钢筋混凝土框架结构进行优化设计的过程中，需要确定清晰的能量原则准则思路，针对力学的概念要清楚的了解，并且选取一些能够轻易被设计人员所认可的优点，将其应用到一些复杂框架结构优化设计中，以确保优化设计的效果。一般来说，在钢筋混凝土框架结构优化设计中，优化模型表述如下：
在上述式子中，x表示的是设计变量，这种设计变量既可以指代的是剪力墙的几何尺寸，也可以指代的是梁以及柱的对几何尺寸；W（x）则表示的是目标函数，同时也可以指代的是建筑的建设成本等，目标函数需要确定一个目标，然后进行优化，也可以确定多个目标同时进行优化；gj（x）≤0，指代的是一种约束的条件，在该条件中，主要的内容就是建筑的规范要求，其中有抗剪强度以及结构层的变形等。
就上述的建筑结构优化模型上，能量准则中针对相关的约束条件实施了详尽的规定，而且约束条件的数量相对来说较多，就目前的优化方式来进行分析，无法有效的得出相应的方式进行对建筑结构的优化处理。一般来说，如果按照性质来对约束条件实施划分，可以将约束条件划分为两个类别，其一是主要约束条件，其二就是次要约束条件。针对已经设定好方有计划方案的建筑结构，其在进行结构优化的时候，主要可以从局部的约束条件开始出发，然后切实有效的整理出最佳的梁柱截面的尺寸，并合理的进行约束条件计算，如果条件满足能量准则要求，那么就说明计算变量为最优的现行值。而如果约束条件无不满足能量准则要求，那么就需要进一步展开校验工作，直到达到标准的能量准则要求为止。
2 在 SATWE软件的基础上进行算法计算
将 SATWE作为基础，利用VB语言进行建筑结构优化程序编制，在程序设计中利用动态链接进行混编处理，在混编处理前，一定要确保文本为WORD文本，并且要利用相关的图形和表格来实施优化。而就以能量准则来说，利用 SATWE软件来实施算法计算，其优化的步骤主要如下：
2.1 严格的依据结构的主要特点以及丰富的工作经验来进行梁、柱截面号的确定，对合理的针对结构优化的变量进行选定。
2.2 依据 SATWE子模块来实施调节，做好相关的数据检查工作，针对构件的配筋实施精确的计算。
2.3 针对构件的几何数据信息进行收集，并内力以及配筋等方面的数据进行提取。
2.4 针对收敛的情况实施有效的检验，如果发现收敛中存在问题，就需要重新进行收敛处理，直到收敛检验合格为止。
2.5 在对次要的约束条件实施检验的时候，需要确保梁柱内力保持一致，并合理的按照相关迭代公式进行截面计算，针对结构出现的位移信息实施有效的提取，针对位移进行检验，查看其是否满足能量准则的具体要求，如果满足要求，就可以进行后续的处理，如果不满足要求，就需要重新进行内力计算。
3 工程实例分析
3.1 工程概况
某高层建筑采用的是钢筋混凝土结构修建，为了使得该建筑具有良好的抗震性能，相关的设计人员就依据能量准则要求来对该建筑结构实施优化设计。该建筑的总共有30层，其中2层为地下室，28层为地上楼层。而在地上楼层中，采用的结构形式均是钢筋混凝土框架剪力墙结构。从该建筑的平面角度进行分析，其形状呈现为扇形，而1-4层则主要为公建，而5-23层则为居住楼层。该建筑的总体高度达到了95.2m，其占地面积达到了34897m2。而该建筑的地下建筑面积则达到了4398m2，依据建筑单位的要求，然后对照原本制定的设计图，上部结构上标注的相关数据也重新利用优化的算法进行了一遍优化设计，并在能量准则的基础上，合理的应用 SATWE软件进行了审核。
3.2 SATWE优化模型的确立
3.2.1 就能量准则中制定的规范要求分析可得，结构具备整体性质，柱期望轴压比值设定为0.7，依据梁的标准配筋率来进行分析，取值最好控制在1.2-1.8的范围内，也就是说，在对柱轴压比进行优化时，需要控制轴压比不变，而量的配筋率也保持不变。就这一点可以总结得出，在进行变量的优化设计过程中，主梁和柱均需要进行分层处理，主要可以分为4个层等级，第一等级的层面包含1-4层，每一楼层的高度设定为3.6m，而在充分考虑到对称性后，梁数量为79根，柱数量为22根，选用混凝土等级为C30或者是C45的混凝土来进行浇筑，而选用的钢筋也需要将其等级控制为Ⅲ级。
而在剩下的楼层中，每8层设置为一个层等级，每一层的高度则设定为3.1m，其中梁柱的数量分别为65根以及14根，梁混凝土的强度等级保持与上述一致，而柱的混凝土强度等级则设定为C30、C35以及C40。在建筑结构实施优化设计的过程中，需要尽可能的保持墙体厚度为标准值，同时要最大限度的保障混凝土的强度等级不会受到其他因素的干扰而出现改变。
3.2.2 约束条件的确定
梁截面的最小高度取相应跨度的115。柱截面的最小高度取墙厚的2倍。柱的配筋率、梁的剪压比、挠度和裂缝宽度的取值采用设定的限值。
3.2.3 梁柱优化可行域的确定
根据建筑结构的特点，梁柱截面优化应为离散型。考虑施工的方便，根据已往的设计经验以及对规范的理解，确定截面的可行域，具体见表1。
3.3 优化后结构分析的主要结果
抗风、抗震的结构计算结果见表2。
结束语
通过本文的分析可以充分的了解到，依据能量准则进行钢筋混凝土框架结构优化设计，使优化设计的效果更加的突出。在优化设计中合理的进行算法模型的构建，依据计算的结果，使得框架结构的设计水平有效的得到了提升。而就能量准则的相关要求进行分析，约束条件在不变化以及优化中采用权威的设计软件的情况下，优化的过程会更加的理想化。就这一点来说，依据能量准则的建筑结构内力和构件的优化设计，在一定程度上满足能量准则时，说明优化结果较为理想化，能够被直接的应用到实践中。
参考文献
[1]周云，乐登，邓雪松.设计用地震动总输入能量谱研究[J].工程抗震与加固改造，2013（5）.
[2]戴烽滔，尹邦信.框架结构优化设计[J].西南科技大学学报（自然科学版），2013（4）.
[3]桂国梁，刘光宗，丁成辉，由敬舜.钢筋混凝土框架结构优化设计[J].南昌大学学报（工科版），2010（4）.
[4]李应斌.钢筋混凝土结构基于性能的抗震设计理论与应用研究[D].西安建筑科技大学，2004.
[5]肖明葵.基于性能的抗震结构位移及能量反应分析方法研究[D].重庆大学，2004.