01、結構背景

以龍骨結構體系為主導的輕型鋼結構集成式住宅建設發展較快，成為推行綠色建筑的重要領域，并且在全國范圍內均有大量工程案例。在現行GB/T 50378—2014《綠色建筑評價標準》中，明確了結構優化作為評價指標，將節材與材料資源利用作為7類評價指標之一，并明確說明了對應的指標評分項目。

節材與材料資源利用指標是針對結構專業在設計階段的評價標識，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。因此，設計一種結構效率高的新型龍骨結構布置方案，是輕型鋼結構建筑在建筑節能方面的工程發展需求，也是綠色建筑發展過程中需解決的關鍵問題。

02、結構優化

輕型鋼結構建筑在龍骨結構的布置形式方面具備較為充分的優化空間，在結構節材方面以結構產生的應力最小、材料用量最少作為優化目標，在受到相同水平荷載或豎向荷載的作用下，優化龍骨布置方式，以新裝配式房屋型桁架式布置的龍骨替代常規豎向布置的龍骨，形成新型桁架式龍骨結構體系，以桿長與應力的乘積作為結構效率進行判別，對比不同龍骨布置方案的結構效率，得出結構受力性能和節材效果更好的新型龍骨結構布置方案，在綠色建筑推廣的過程中，充分發揮采用該方案的新型桁架式龍骨結構體系的建筑節能效率，達到減少建筑材料用量，節能環保、可持續發展的目的。

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構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力分布。

2.結構效率計算

在對模型進行大量參數化分析得出數據后進行相應的數據處理。引入“結構效率”的概念，在達到相同結構目的條件下，盡可能減少結構構件數量，從而減少建筑材料用量，達到節能環保的綠色建筑要求。通過結構應力最小、材料用量最少為優化目標，對不同荷載條件、墻體高寬比下輕型鋼結構龍骨結構體系的龍骨布置方案進行計算分析，并對結構節材效果進行量化。

03、操作方法

(1)定義設計限值，定義材料強度、未定型及變形限值。

(2)確定結構優化范圍。通常優化包括自動定義與人工定義兩種方式。

(3)進行截面優化計算。

(4)查看優化結構：輸出設計限值，初始截面參數及其計算出的強度和變形結果，確定優化后總重量，輸出優化后的截面參數及計算結果;輸出優化后的截面圖形;輸出構件強度及穩定計算結果;利用程序將局部放大，可參考截面信息返回人機交互輸入與修改主菜單，對參數信息進行適當調整，并檢查。

04、結論

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龍骨豎向布置方案結構效率的比值可知，采取人字形龍骨布置方式的新型桁架式龍骨結構體系結構效率最高，結構節材效果最好。

隨著墻體尺寸及荷載條件不同，相應的墻體骨柱優化布置方案有所不同，將2.4m作為一個基本寬度，當墻體寬度為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;當水平荷載起控制作用時，增加聯系整個墻寬范圍的斜BIM學習向系桿;當豎向荷載起控制作用時，應增大斜向系桿傾角，且聯系范圍為中部墻體。在后續工作中，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構體系進行試驗研究，將試驗得出的數據和軟件模擬結果進行對比分析，驗證結論的可行性。

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