混凝土结构仿古建筑坡屋顶优化设计研究

摘要

优化设计是建筑结构设计中的一个重要课题。优化设计就是把最优数学原理应用到工程设计中，在众多的设计方案中寻求最合理方案的一种设计方法。如今仿古建筑坡屋顶在工业与民用建筑中广泛应用，而坡屋顶结构在受力时存在拱壳效应，在竖向荷载作用下的弯矩效应相比相同跨度的水平梁较小。本文选取某仿古建筑坡屋顶为研究对象，探索其坡屋顶结构的优化。
　　本文在坡度顶结构的优化研究中，以所研究建筑坡屋顶结构各构件截面尺寸为函数，强度、变形、尺寸要求等为约束条件，工程造价为目标函数，探索坡屋顶结构的优化方案。本文首先用PKPM和ANSYS软件对原结构方案进行计算分析，根据其受力情况，从尺寸优化和形状优化两个方面探索结构的优化方案。然后，基于原方案尺寸优化，用PKPM对优化方案进行设计计算，得到该结构布置下各构件的相对优化尺寸及配筋，并对得到的优化方案用ANSYS进行变形和强度验算；再对结构形状优化，采用无梁楼盖体系，基于规范的尺寸要求，用PKPM对优化方案进行设计计算，得到该结构布置下各构件的尺寸及配筋，并对得到的优化方案用ANSYS进行变形和强度验算；最后，对由形状优化得到的方案，采用尺寸优化进行了进一步的优化设计，得到满足强度和变形条件的结构设计方案。本文还计算比较了各优化方案的目标函数，得到相对优化的设计方案。
　　通过对坡屋顶结构的计算分析可知，坡屋顶结构在竖向荷载作用下会产生明显的拱壳效应，其受力以屋面结构构件的轴向压力为主，弯矩作用较小，可适当调整梁构件的布置。

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1 绪 论

1.1 课题提出的背景、意义

1.2 结构优化设计的现状

1.3 坡屋顶结构设计和优化理论研究现状

1.4 本论文的研究内容

2 结构优化设计理论和坡屋顶设计方法介绍

2.1 结构优化设计

2.2 钢筋混凝土坡屋顶结构设计理论

2.3 本章小结

3 工程情况及建模方法介绍

3.1 实例工程的基本情况介绍

3.2 软件介绍

3.3 原方案受力情况分析

3.4 本章小结

4 优化方案分析

4.1 优化方案选择

4.2优化方案一（尺寸优化）建模分析

4.3 优化方案二（形状优化）建模分析

4.4 优化方案二的尺寸优化（优化方案三）

4.5 综合比较各种方案工程造价

4.6 本章小结

5 结论与展望

5.1 结论

5.2 展望

致谢

参考文献