隨著綠色建筑理念的推廣，輕型裝配式建筑在我國得到了大力推廣，社會和市場需求逐年增大，其中以輕型鋼結(jié)構(gòu)的應(yīng)用最為廣泛。輕型鋼結(jié)構(gòu)在施工應(yīng)用過程中如何實現(xiàn)結(jié)構(gòu)優(yōu)化？怎樣的結(jié)構(gòu)才最適合綠色施工？一起來看下面的分析吧。

一、結(jié)構(gòu)背景

  以龍骨結(jié)構(gòu)體系為主導(dǎo)的輕型鋼結(jié)構(gòu)集成式住宅建設(shè)發(fā)展較快，成為推行綠色建筑的重要領(lǐng)域，并且在全國范圍內(nèi)均有大量工程案例。在現(xiàn)行GB/T50378—2014《綠色建筑評價標(biāo)準(zhǔn)》中，明確了結(jié)構(gòu)優(yōu)化作為評價指標(biāo)，將節(jié)材與材料資源利用作為7類評價指標(biāo)之一，并明確說明了對應(yīng)的指標(biāo)評分項目。

  節(jié)材與材料資源利用指標(biāo)是針對結(jié)構(gòu)專業(yè)在設(shè)計階段的評價標(biāo)識，在國外綠色建筑評價體系中均以材料和資源利用作為一項重要的評價指標(biāo)。因此，設(shè)計一種結(jié)構(gòu)效率高的新型龍骨結(jié)構(gòu)布置方案，是輕型鋼結(jié)構(gòu)建筑在建筑節(jié)能方面的工程發(fā)展需求，也是綠色建筑發(fā)展過程中需解決的關(guān)鍵問題。

二、結(jié)構(gòu)優(yōu)化

  輕型鋼結(jié)構(gòu)建筑在龍骨結(jié)構(gòu)的布置形式方面具備較為充分的優(yōu)化空間，在結(jié)構(gòu)節(jié)材方面以結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的應(yīng)力最小、材料用量最少作為優(yōu)化目標(biāo)，在受到相同水平荷載或豎向荷載的作用下，優(yōu)化龍骨布置方式，以新型桁架式布置的龍骨替代常規(guī)豎向布置的龍骨，形成新型桁架式龍骨結(jié)構(gòu)體系，以桿長與應(yīng)力的乘積作為結(jié)構(gòu)效率進行判別，對比不同龍骨布置方案的結(jié)構(gòu)效率，得出結(jié)構(gòu)受力性能和節(jié)材效果更好的新型龍骨結(jié)構(gòu)布置方案，在綠色建筑推廣的過程中，充分發(fā)揮采用該方案的新型桁架式龍骨結(jié)構(gòu)體系的建筑節(jié)能效率，達(dá)到減少建筑材料用量，節(jié)能環(huán)保、可持續(xù)發(fā)展的目的。

1.有限元分析

  采用ABAQUS有限元軟件進行分析，以墻體尺寸2.4m×3.0m和4.8m×3.0m為例，在單獨施加水平單位集中荷載、單獨施加豎向單位均布荷載、同時施加水平單位集中荷載和豎向單位均布荷載3種不同條件下，對采取不同龍骨布置方案的結(jié)構(gòu)形式進行有限元分析，分別得出在3種不同荷載條件下采用不同龍骨布置方案的桁架應(yīng)力分布。

2.結(jié)構(gòu)效率計算

  在對模型進行大量參數(shù)化分析得出數(shù)據(jù)后進行相應(yīng)的數(shù)據(jù)處理。引入“結(jié)構(gòu)效率”的概念，在達(dá)到相同結(jié)構(gòu)目的條件下，盡可能減少結(jié)構(gòu)構(gòu)件數(shù)量，從而減少建筑材料用量，達(dá)到節(jié)能環(huán)保的綠色建筑要求。通過結(jié)構(gòu)應(yīng)力最小、材料用量最少為優(yōu)化目標(biāo)，對不同荷載條件、墻體高寬比下輕型鋼結(jié)構(gòu)龍骨結(jié)構(gòu)體系的龍骨布置方案進行計算分析，并對結(jié)構(gòu)節(jié)材效果進行量化。

三、操作方法

（1）定義設(shè)計限值，定義材料強度、未定型及變形限值。

（2）確定結(jié)構(gòu)優(yōu)化范圍。通常優(yōu)化包括自動定義與人工定義兩種方式。

（3）進行截面優(yōu)化計算。

（4）查看優(yōu)化結(jié)構(gòu)：輸出設(shè)計限值，初始截面參數(shù)及其計算出的強度和變形結(jié)果，確定優(yōu)化后總重量，輸出優(yōu)化后的截面參數(shù)及計算結(jié)果；輸出優(yōu)化后的截面圖形；輸出構(gòu)件強度及穩(wěn)定計算結(jié)果；利用程序?qū)⒕植糠糯螅蓞⒖冀孛嫘畔⒎祷厝藱C交互輸入與修改主菜單，對參數(shù)信息進行適當(dāng)調(diào)整，并檢查。

四、結(jié)論

  對比分析不同墻體寬度、不同荷載條件下，新型桁架式龍骨布置方案與常規(guī)龍骨豎向布置方案結(jié)構(gòu)效率的比值可知，采取人字形龍骨布置方式的新型桁架式龍骨結(jié)構(gòu)體系結(jié)構(gòu)效率最高，結(jié)構(gòu)節(jié)材效果最好。

  隨著墻體尺寸及荷載條件不同，相應(yīng)的墻體骨柱優(yōu)化布置方案有所不同，將2.4m作為一個基本寬度，當(dāng)墻體寬度為2.4m時，建議墻體骨柱布置方案為人字形桁架布置；當(dāng)墻體寬度為大于2.4m時，建議以人字形桁架按基本寬度布置；當(dāng)水平荷載起控制作用時，增加聯(lián)系整個墻寬范圍的斜向系桿；當(dāng)豎向荷載起控制作用時，應(yīng)增大斜向系桿傾角，且聯(lián)系范圍為中部墻體。在后續(xù)工作中，擬進一步對采取人字形龍骨布置方案的新型桁架式龍骨結(jié)構(gòu)體系進行試驗研究，將試驗得出的數(shù)據(jù)和軟件模擬結(jié)果進行對比分析，驗證結(jié)論的可行性。