地震作用下多层钢筋混凝土框架结构的优化设计研究

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近年来,我国地震频发,严重威胁到了国民的生命财产安全。钢筋混凝土框架结构因其不仅具有较好的耐久性和防火性,更兼具优良的抗震性能等诸多优点而成为地震区最为常见的结构形式之一。然而,当今建筑工程领域由于受到管理体制和传统设计观念等因素的制约,使得结构工程师在进行结构的抗震设计时往往过分地注重结构的安全性和适用性,从而忽略了其经济性,这无疑是对社会资源的浪费。因此,基于经济性对按现行结构设计规范设计的结构进行优化是有必要的。为此,本文以地震设防区的多层框架结构为研究对象,探讨按现规范设计的框架结构在具备良好抗震性能的前提下降低其工程造价的可行性。本文主要的工作内容如下:  首先,根据我国现行结构设计规范在地震设防烈为7度的地区用PKPM软件设计了一栋五层钢筋混凝土框架;然后选取其中比较有代表性的一榀框架,基于分部优化法的思想将该平面框架拆分成单个梁、柱构件,以构件造价最低为目标分别建立了框架梁、柱在指定抗震设防烈度要求下的结构优化设计数学模型。最后,以ANSYS软件为分析平台,运用APDL语言和ANSYS命令流建立了钢筋混凝土框架梁、柱的参数化模型,用一阶方法分别对框架梁、柱进行优化设计,并对优化后的结构方案按现规范进行校核。  计算结果表明,优化后的结构方案在满足安全性、适用性及抗震性能要求的同时,节约造价30%左右,取得了比较显著的经济效益。基于经济性将优化方法应用到钢筋混凝土框架结构的抗震设计中将是今后结构设计的重要发展方向。
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