外套框架结构优化设计与研究

熊 英

(湖北水利水电职业技术学院建筑工程系 ,武汉 430070)

外套框架结构优化设计与研究

熊 英

(湖北水利水电职业技术学院建筑工程系 ,武汉 430070)

根据建筑结构设计规范，采取约束变尺度法对外套钢筋混凝土外套框架进行结构优化设计。将整体结构离散为单一的梁柱构件，也就是采用分部优化的方式最终达到整体优化。对优化结果进行调整，最后结合PKPM程序再次对框架进行内力分析，计算以及复核，求出最优解。

外套框架； 优化设计

近年来，随着对文化遗产保护的重视，以及节能意识的增强，对既有房屋的增层改建已越来越多地得到人们的关注。该文通过建模，借助结构设计计算软件PKPM对钢筋混凝土外套框架结构的梁柱构件，在不同截面尺寸情况下进行内力分析。并根据建筑结构设计规范，采取约束变尺度法对外套钢筋混凝土外套框架进行结构优化设计。

1 工程概况

位于武汉的某片区是一片20世纪七八十年代遗留下来的建筑群，考虑对文化遗产的保留以及经济因素，决定对其大规模地实施增层改建。其中一栋原高3层的砖混结构建筑物，根据要求须在不影响原建筑的情况下增建3层。考虑新旧建筑不同的结构体系，拟定改造方案为新旧建筑物完全脱离，即分离式外套框架结构型。

1.1 外套框架结构设计

该工程为单跨四层的高腿外套框架，底层柱高12.5 m，以上各层层高均为3.0 m。采用武汉地区抗震设防烈度6度，抗震等级四级，设计地震基本加速度为0.05g，基本风压0.55 kN/m。施工方案图见图1，外套框架结构平面布置分别见图2和图3。

采用武汉地区抗震设防烈度6度，抗震等级四级，设计地震基本加速度0.05g，基本风压0.55 kN/m。计算中设定底层以及二、三层框架恒载1.5 kN/m2，活载2.5 kN/m2，顶层恒载3.5 kN/m2，上人屋面活载2.0 kN/m2，梁上线荷载6.5 kN/m2，自动计算现浇楼板自重。结构初选截面：梁截面500 mm×1 000 mm，柱截面500 mm×700 mm。为了更加直观地比较优化效果，选取其中一榀，即2轴线底层框架作为比较。计算结果如表1所示。

表1 梁柱配筋表

2 框架结构优化设计

该文对华中理工大学主编的 “常用优化方法库”-OPB-1优化程序包中子项CVM01程序进行改造，编制成适用于钢筋混凝土结构的基本构件的优化设计程序，利用其结构内力的分析程序对框架结构进行优化设计。程序见图4。

2.1 选定初值

梁截面尺寸：400 mm×1 300 mm、柱截面尺寸：750 mm×1 000 mm、梁端最大弯矩M=497 N·mm、梁最大剪力V=296 kN。

2.2 优化调整

优化前后梁柱截面尺寸见表2。对进行优化规整后最终所得结果重新采用PKPM进行验算配筋，所得结果如表3所示。

表2 梁柱截面优化表

2.3 传统设计结果与优化后结果比较

1)梁最终优化结果

按照传统设计，采用梁截面尺寸为1 000 mm×500 mm，对应配筋为AS=2 406 mm2，AS’=2 406 mm2，工程总造价为6 821.73万元。截面尺寸优化结果为824 mm×392 mm，经调整为850 mm×400 mm，调整后的配筋为AS=2 731 mm2，AS’=2 846 mm2，最终总造价为5 324.15万元。比原设计节省造价1 499.58万元。

表3 梁柱截面及配筋表

2)柱最终优化结果

按照传统设计，采用梁截面尺寸为900 mm×600 mm，对应配筋为AS=1 762 mm2，AS’=964 mm2，工程总造价为6 234.37万元。截面尺寸优化结果为694 mm×481 mm，经调整为700 mm×500 mm，调整后的配筋为AS=1 044 mm2，AS’=876 mm2，最终总造价为4 762.69万元。比原设计节省造价1 528.32万元。

3 结 语

通过以上梁柱优化结果表的分析，发现优化之后，虽然梁的配筋有所增加，但截面尺寸减小，节省了砼的用量，总体上减少了造价。而对柱进行优化之后，无论是钢筋用量还是混凝土用量，都得到了一定的减少，降低了工程成本。对调整后的结果进行验算，保证了结构的受力安全性。

[1] 熊 英.外套框架结构优化设计与研究[D].武汉：武汉科技大学，2012.

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Design and Research on the Optimization of Frame Structure Coat

XIONG Ying

(Department of Architectural Engineering,Hubei University of Vocational and Technical for Water Resources and Hydropower,Wuhan 430070 ,China)

Following the state technical standard, and resorting to Variable Metric Method optimum design is used to optimize the enclosing frame structure.The structure is divided into single beam member, which is optimized by the division and ultimately achieves overall optimization by this way.Adjusting the optimization results, resorting to the calculation software PKPM to calculation and review the internal force of the frame structure,and get the optimal solution finally.

enclosing frame; optimal design

10.3963/j.issn.1674-6066.2015.02.016

2015-03-07.

熊 英(1986-),硕士,助教.E-mail:xiongying1207@163.com