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钢框架结构的优化设计研究

谢淮宁  
【摘要】:目前,钢结构住宅在国外一些欧美国家应用较为广泛,但在我国住宅领域的应用还处在初级阶段,现行钢结构设计方法还比较烦琐,其优化设计研究还不深入,相应的示范工程也很少。另一方面,钢结构住宅在我国作为一个新的产业,人们普遍认为其造价偏高,这就使得其推广受到限制。针对这种情况,本文对多层钢框架结构优化设计方法展开研究,从而降低工程造价,促进钢结构住宅的普及推广。 本文概述了钢结构住宅的国内外发展概况,分析了钢框架结构设计现状,阐明了进行钢框架结构优化研究的意义,阐述了钢结构设计理论,介绍了优化算法(复形法),并编制了相应的优化设计程序,详细说明了有限元软件ANSYS基于APDL参数化设计语言的有限元优化技术。结合实际工程,以用钢量最低为优化目标,分别采用复形法和有限元软件ANSYS优化模块对多层钢框架结构梁柱截面尺寸进行优化分析,给出了优化次数与结构用钢量、截面尺寸的关系,得到优化设计成果,并对优化成果对比分析,得到有益结论。计算结果表明,优化后的钢框架结构符合结构设计原理,与原设计方案相比,其体积、应力指标均得到了改善。文中所介绍三种方法均能优化结构,节约钢材,降低工程造价,对工程设计有一定的参考价值,并且以此不难推广到其它结构形式,可对其它类型结构优化起到借鉴作用。


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