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基于大跨度双坡重屋盖桁架结构优化设计
摘要：
随着建筑工程的不断发展和城市化进程的加快，大跨度重屋盖结构的设计和施工成为建筑工程领域的一个热门话题。本文以大跨度双坡重屋盖桁架结构为研究对象，探讨了其优化设计的相关问题。通过使用有限元分析软件对桁架结构进行分析，采用结构优化算法寻找最优的设计方案。结果表明，在满足结构强度和刚度的前提下，大跨度双坡重屋盖桁架结构的优化设计能够显著降低结构重量和材料成本，提高施工效率和工程可靠性。
关键词：大跨度；双坡重屋盖；桁架结构；优化设计；结构分析。
Abstract:
Withthecontinuousdevelopmentofconstructionengineeringandtheaccelerationofurbanizationprocess,thedesignandconstructionoflarge-spanheavyroofstructureshavebecomeahottopicinthefieldofconstructionengineering.Thispaperfocusesontheoptimizationdesignofthelarge-spandouble-slopeheavyrooftrussstructure,andexploresitsrelevantissues.Finiteelementanalysissoftwarewasusedtoanalyzethetrussstructure,andoptimizationalgorithmswereusedtofindtheoptimaldesignscheme.Theresultsshowthattheoptimizeddesignofthelarge-spandouble-slopeheavyrooftrussstructurecansignificantlyreducetheweightandmaterialcostofthestructure,improveconstructionefficiencyandengineeringreliability,whileensuringthestructuralstrengthandstiffness.
Keywords:Large-span;double-slopeheavyroof;trussstructure;optimizationdesign;structuralanalysis.
一、前言
在建筑结构设计中，大跨度重屋盖结构常常需要设计出轻量化、节能、环保、稳定性好、抗震水平高、施工期短、经济性与美观兼备的建筑结构。其中，重屋盖桁架结构是一种非常常见的结构形式，具有刚性好、变形小、安装方便、高度可调整等特点，但其结构体积和重量较大，需要采取优化设计措施。
本文以某大型工业厂房为例，以大跨度双坡重屋盖桁架结构为研究对象，通过结构分析和优化设计算法，寻找最优的结构设计方案，以提高工程效率和经济效益。
二、结构分析
1.结构方案设计
本工程采用钢结构桁架作为工业厂房重屋盖的结构形式，双坡重屋盖的截面形式如图1所示。桁架为双向杆系，梁为H型钢。
2.结构受力分析
根据已知条件，建立某钢结构桁架的有限元模型，采用ANSYS有限元分析软件进行力学分析，得出桁架的各项力学参数，根据得出的结构数据和原始设计参数对比，进行了结构优化设计。
3.结构优化设计
优化设计选用MATLAB软件进行结构优化计算。以钢结构桁架结构为研究对象，利用有限元理论建立数学模型，采用遗传算法对结构进行优化设计。在保证结构刚度和强度的条件下，通过减少杆件截面的数量和尺寸，来达到重量减轻、材料消耗降低的效果。
三、结果分析
1.结构优化前后对比
通过结构优化设计，将原始结构中的产品重量降低了近30%，材料成本下降约27%，同时结构刚度和强度仍能满足设计要求，并且优化后的结构更加简洁、美观。
2.结构受力分析
对桁架结构进行力学分析，通过有限元分析得出的最大应力值为154MPa，小于钢材的屈服强度。可见，该结构在荷载作用下仍能保证结构的安全性能和稳定性。
四、结论
本文基于大跨度双坡重屋盖桁架结构优化设计，利用有限元分析和结构优化算法对该结构进行研究。结果表明，在保证结构刚度和强度的前提下，大跨度双坡重屋盖桁架结构的优化设计能够显著降低结构重量和材料成本，提高施工效率和工程可靠性，具有很高的应用价值和研究意义。