钢筋桁架楼承板优化设计研究

摘要

钢结构住宅作为新兴的第三代建筑逐渐在国内发展起来,其施工工期较短,结构空间使用率高,且具有卓越的抗震性能,符合住宅产业化的发展要求。对于钢结构住宅来说,楼板体系是其中一个重要组成部件。钢筋桁架组合楼板是一种新型组合楼板,具有施工速度快、结构受力性能优越等优点。在施工阶段,钢筋桁架组合楼板不需要支模,而是利用构件中的钢筋桁架提供的刚度,无支撑长度较大,满足钢结构住宅对于施工速度的要求;使用过程中,钢筋桁架组合楼板中的钢筋桁架、底部钢板和混凝土形成复合结构共同承受荷载。
　　论文在对钢筋桁架组合楼板抗弯性能试验研究基础上,从满足施工及设计需求出发,对新型组合楼板优化设计进行研究。介绍了优化算法,并初步建立了钢筋桁架楼板优化设计的数学模型。开展钢筋桁架楼板抗弯性能试验,并建立试件有限元模型,通过试验结果对比分析,验证有限元模型建立的可靠性。开展了钢筋桁架组合楼板优化分析,为了使优化过程和结果可靠收敛于全局最优,将零阶方法和一阶方法结合,把钢筋桁架高度、钢筋桁架间距和钢筋直径作为设计变量,强度、变形等作为约束条件,在使用阶段以造价为目标函数,在施工阶段综合考虑钢筋用量和楼板厚度为目标函数,建立优化模型,进行优化设计。
　　通过研究,给出了优化次数与设计变量、状态变量和目标函数的关系,得到优化设计成果,并对优化成果对比分析,经过优化计算的楼板受力更加合理,而且节约材料。对优化楼板的校核计算表明,优化后的楼板符合设计原理,与原设计方案相比,其应力、变形指标均得到了改善。论文分析了材料价格、材料强度、板面荷载和板的跨度等因素对使用阶段钢筋桁架楼板优化结果和造价影响,得出板面荷载和板的跨度是影响最优桁架高度的主要因素,根据优化结果编制了楼板优化设计表格,对设计具有一定参考价值。最后通过增加楼板优化的数量,得出了在施工阶段钢筋桁架模板最大使用跨度的增加趋势,对钢筋桁架模板选用表进行了改进。

目录

封面

声明

致谢

中文摘要

英文摘要

目录

插图清单

表格清单

第一章 绪论

1.1引言

1.2钢结构住宅的研究现状

1.3钢结构住宅楼板体系的发展概述

1.4优化设计的研究现状

1.5本文研究的意义和内容

第二章 优化设计基本理论

2.1基本概念

2.2优化设计的数学模型

2.3优化设计的方法

2.4基于ANSYS的结构优化设计原理

第三章 钢筋桁架组合楼板承载力试验研究

3.1钢筋桁架楼板的基本理论

3.2钢筋桁架楼板承载力的试验研究

3.3试件有限元分析

第四章 钢筋桁架楼承板使用阶段优化设计

4.1概述

4.2设计变量的分析选取

4.3优化设计

4.4优化设计结果分析

4.5优化结果的影响因素和优化设计表

4.6本章小结

第五章 钢筋桁架模板施工阶段最大适用跨度的优化设计

5.1工程背景

5.2钢筋桁架模板模型的建立

5.3优化设计

5.4优化设计结果分析

5.5钢筋桁架模板选用表的优化

5.6本章小结

第六章 结论和展望

6.1结论

6.2展望

参考文献

攻读硕士学位期间的学术活动及成果情况