武汉市园林建筑规划设计院 湖北 武汉 430014
摘要：传统的框架结构设计，能有效保证结构的安全性，却无法有效控制工程造价，其安全性与经济性之间缺少协调性，因此其设计方案并不一定是最优方案，这就需要对钢筋混凝土框架结构进行优化设计。文章对钢筋混凝土框架结构设计优化的实际应用做了一些探讨，旨在为框架结构优化的应用，节省建筑材料和降低工程造价起到推动作用。
关键词：钢筋混凝土；框架结构；优化设计
引言
钢筋混凝土框架结构因其布置灵活，便于标准施工而被广泛应用。 通过框架结构的优化设计方法，可以更加科学合理的缩短设计周期，减少投入，在保证结构安全性的同时创造更大的经济效益与社会效益。 因此对钢筋混凝土框架结构进行优化设计，对于保证框架结构的质量，降低造价、提高经济效益有重要意义。
1 建立数学模型
可通过建立数学模型的方式对框架结构进行优化设计，建立模型的目的在于优化变量，包括框架结构设计的变量、结构状态的设计变量。 在设计过程中，从实际角度出发对结构设计中的变量予以优化，建立合理化的数学模型，通过数学模式来对钢筋混凝土框架结构进行评估及优化。
1.1 钢筋混凝土框架结构的设计变量
钢筋混凝土框架结构的设计中， 建立模型之后，还要对框架结构的设计不断优化设计参数。 设计参数中对于已经给定的参数，为“预定参数”，在对框架结构进行优化的过程中， 要保持该参数不变；对于一些可调整的参数 “设计变量”，与目标函数之间存在一定的联系，或者是直接的联系，或者是间接联系，这些联系都是存在连续性的。 设计变量也可以是离散跳跃性的。 钢筋混凝土框架结构中，有关设计规格的变量应与模数的要求相符合。在变量的应用中,优化设计的同时也要优化变量,保证变量的连续性。 当进入后期阶段，对于变量应当做出适当的人工调整，保证变量调整的有效性符合设计优化需求。
1.2 钢筋混凝土框架结构设计的目标函数
目标函数为设计变量的函数，也被称为“价值函数”，可以作为参考标准对最佳设计方法加以优化。
目标函数所发挥的作用是对影响工程造价的因素予以考虑，在实际应用中，最需要考虑的是框架结构的受力钢筋和混凝土的价值。 其他的影响因素包括架立筋、箍筋和模板等，都会对框架结构产生的费用造成一定的影响。在钢筋混凝土框架结构的设计中，所选择的设计方案要具有均等性，所以，不需要计入。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆从受力筋的使用情况来看，要根据配筋率确定使用量。使用最小的配筋率，可以用于确定混凝土的用量。所以，钢筋混凝土框架结构设计的目标函数就是用于解决混凝土总重量最小值的问题。
2 钢筋混凝土框架结构设计要点
2.1结构荷载设计
在钢筋混凝土框架结构设计工作中，设计人员首要任务就是对各种荷载进行科学处理，包括竖向荷载与水平荷载等，通过对荷载力的综合考虑，就能够保证工程整体结构的稳定。钢筋混凝土结构往往需要同时承担水平荷载与竖向荷载。因此，在结构设计中应注意竖向荷载与水平荷载的重要性。竖向荷载受重力影响极大，且其是结构设计中的重要影响因素。但是水平荷载对于结构设计的意义，相对而言更加重要。为此，设计人员在进行结构设计中，必须明确水平荷载与竖向荷载的重要意义，并对其进行科学设计。而在设计工作中，设计人员应充分考虑水平荷载与竖向荷载的影响因素，确保结构设计的合理性。
2.2结构变形设计
钢筋混凝土框架结构在实际使用中极易发生轴向变形的问题，而这也是结构设计中的一大要点。一般来说，框架边柱轴压应力小于中柱轴压应力时的轴向变形更小。这一现象在当前结构中更为常见，需要引起相关设计人员的重视，确保对其进行及时处理，将不良影响控制在一定范围内。为此，设计人员在设计框架结构时，就应注重对边柱与中柱间轴向变形差的严格控制，以便实现对结构设计水平的有效提升。此外，还应重视对侧移的有效把控，确保进一步提升工程结构的稳定性能。
2.3结构延性设计
设计人员还应重视对结构延性的合理设计，通过对立面与平面的合理设计来提升工程结构的延性，提升结构对地震灾害的抵抗能力，降低地震灾害对结构稳定性能的威胁与不良影响，尽可能的保证工程结构的稳定与安全。这就要求设计人员能够选用合理的结构类型，降低楼层错层问题的发生概率。同时，还应慎重选择高比度，以便实现对结构延性的合理优化，确保其能够更好的承载水平荷载，保证结构的稳定与安全。
2.4框架结构设计
2.4.1框架结构直接设计
设计人员还应针对进行框架结构直接设计，尽可能的保证结构稳定与安全。而当前，在工程建设过程中的钢筋混凝土框架结构现场施工环节，还极易出现需要更换混凝土型号的问题。而假设依据结构设计要求而更换的混凝土性能不能够满足实际强度要求，就需要设计人员从构件的规格与尺寸入手来实施补救措施，确保提升构件的稳定性能。此外，在现场施工环节，设计人员还应重视防火处理工作的有效开展，以便切实提升结构构件的使用性能与稳定性能。
2.4.2框架结构间接设计
设计人员还应开展合理的框架结构间接设计，即充分运用预制构件来完成对实际受力情况的真实模拟，并以此为依据来完成框架结构的图纸设计，确保框架结构设计的合理性与可行性，降低后续设计变更出现的概率。一般来说，设计人员主要是通过预应力水平拉杆来设计混凝土的受力构件。而间接设计工作的有效开展，就能够有效提升提升建筑框架结构的稳定性与安全性。
3 框架结构优化设计方法
框架结构优化设计中，可以采用两种方法，直接的方法为零阶方法；间接的方法为一阶方法。零阶方法是运用添加罚函数的方法，对约束问题进行转变，变成非约束问题，采用曲线拟合的方法可以剪力解析函数与设计变量之间的有序关系，将通过目标函数的建立，能够有效地解决框架结构设计优化的问题。一阶方法的约束问题转化中，所使用的方法与零阶方法存在相同之处。 所不同的是，一阶方法对设计变量进行求导，所获得的结果是因变量求导后所获得的。有限元结果为逼近函数，而是因变量实现了最小化。与零阶方法相比较，采用一阶方法所计算的精度会更高一些。 采用这种方案对框架结构进行优化，需要消耗一定的时间。
4 框架结构优化设计程序
在进行框架结构有刷设计程序过程中，需要依据设计者的工程经验对
论文作者:李鹏
论文发表刊物:《防护工程》2018年第33期
论文发表时间:2019/2/22
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