浅谈工业建筑中桁架结构的优化设计
桁架机构的优化设计
空间桁架结构是将杆件按一定规律布置，通过节点连接瓤成的一种抒系结构，具有经济、跨越能力大以及形式活泼新颖等优点n3．由于是空间超静定结构，力学分析和结构设计都较为复杂，采用计算机辕韵优化设计，对减轻结构重遗、降低缕构造徐有饕重要意义．在桁架结构中根据锫杆件的受力，合理选择杆件截丽尺寸，使其在满足多种约束条件的前提下最大限凌缝承受骜载，就可以达裂减轻结构重量、降低结构造价的目的桁架结构优化问题可以表述如下：以雄杆桁架结构系统蠹研究对象，该系统基本参数<包括弹性模量、材料密度、最大容许应力、最大允许位移等)已知；问题是在给定的荷载条件下，确定桁架的最优截瑟瑟积，使结搀夔量最轻。
设各杆截面积为设计变量：工=[x 1，x 2，．．．，X n ]T ，目标函数可写为：min ʃ(x)= ρn i =1x t L i ； 约束包括：σt ≤σt a (i 一1，2，⋯，刀)“μj ≤μj a “； (j=1，2，⋯，n)A min ≤x t ≤A max (i=1，2，⋯，n)式中：x t 为第i 杆件的截面面积，L t 为第i 杆件的长度，ρ为材料密度，σt 、σt a 分别为第i 杆的应力和允许应力，μj 、μj a ；分别为第J 节点的位移和位移限值，A min 、A max ；分别为杆件截面积的上、下限．桁架与框架同属于杆系结构，在结构工程、工民建等有着广泛的应用，是常见但又 重要的结构形式。
杆系结构的失效模式很多，其中有代表性的是结构的整体和局部届曲 失稳。
随着设计和施工水平的不断进步，杆系结构正向着大跨度、轻柔化的方向发展， 因此对结构稳定性的要求越来越高，需要准确的稳定性理论分析和数值计算方法。
桁架结构的稳定性理论已有两种：几何非线性特征值稳定性理论和几何非线性临界 点理论。
其中几何非线性特征值稳定性理论出现的最早。
国内外的许多学者们一直沿用 这个理论来解决整体稳定性问题。
但是，近些年来，人们发现，用这套稳定性理论时会 出现一些问题，比如应力过高，有时甚至会超过材料的许用应力．结构在整体失稳之前 已经局部欧拉失稳或发生材料屈服。
桁架杆机构的优化设计
OCCUPATION2013 08108案例CASES桁架杆机构的优化设计文/宋育红摘 要：桁架结构优化设计中普遍存在约束的作用，现有优化设计一般采用满应力法、遗传优化或直接实验法搜索等优化方法，但其时间周期长、优化复杂。
本文主要采用复合形法，建立了桁架结构优化设计的数学模型，利用Fortran优化程序对其进行优化并获得最优解。
关键词：桁架结构 优化设计 复合形法一、优化目标及设计原则1.优化目标在工程力学教学当中，笔者利用复合形法对桁架杆进行优化设计，以求得到其最优解。
桁架杆设计的优化可以选择多种目标，如尺寸最小、质量最轻、强度最高等，一般应根据不同的需要选定。
笔者以桁架杆为例，以其质量最小为优化目标。
2.设计原则在桁架杆设计时我们首先要求两杆同时满足强度条件，其次要满足几何条件约束，进而确定目标函数，并对其优化。
二、复合形法优化设计简述复合形法的基本思路是在n 维空间的可行域中选取K 个设计点（通常取n +１≤K ≤2n ）作为初始复合形（多面体）的顶点。
然后比较复合形各顶点目标函数的大小，其中把目标函数值最大的点作为坏点，以坏点之外其余各点的中心为映射中心，寻找坏点的映射点。
一般说来，此映射点的目标函数值总是小于坏点的，也就是说映射点优于坏点。
这时，以映射点替换坏点与原复合形除坏点之外其余各点构成K 个顶点的新的复合形。
如此反复迭代计算，在可行域中不断以目标函数值低的新点代替目标函数值最大的坏点从而构成新复合形，使复合形不断向最优点移动和收缩，直至收缩到复合形的各顶点与其形心非常接近、满足迭代精度要求时为止。
最后输出复合形各顶点中的目标函数值最小的顶点作为近似最优点。
三、建立数学模型1.已知参数如桁架杆的结构，已知l =2m，x B =1m，载荷ρ=100kN桁架材料的密度 ρ=7.5×10-5N/mm 3，许用拉应力[σ+ ]=150MPa，许用压应力[σ- ]=100MPa，y B 的范围为：0.5m≤y B ≤1.5m，求桁架杆在满足强度的条件下，其质量的最小值。
钢桁架结构加固方案设计与经济性分析
钢桁架结构加固方案设计与经济性分析钢桁架结构是一种常见的结构形式，具有轻量、高强度、刚性好等优点，广泛应用于建筑、工业和桥梁等领域。
然而，由于长期使用和自然灾害的影响，钢桁架结构可能出现弯曲、扭转和腐蚀等问题，需要进行加固处理。
本文将探讨钢桁架结构加固方案设计与经济性分析的相关内容。
一、加固方案设计1. 结构评估与分析：首先需要进行结构评估与分析，了解钢桁架结构受力情况、现有强度和变形情况等。
通过现场勘察、结构计算和非破坏性测试等方法，确定加固方案设计的依据。
2. 加固材料选择：根据结构评估结果，选取合适的加固材料。
常见的加固材料包括碳纤维复合材料、玻璃纤维增强材料和钢板等。
根据结构的不同需要，选择适合的加固材料可以在保证结构强度的同时减少结构自重。
3. 加固方案设计：根据结构评估结果和加固材料的特点，制定具体的加固方案设计。
例如，可以使用外包围式加固、内置加固、粘结加固等不同的加固方式。
4. 结构施工和监测：在加固方案设计完成后，进行结构施工和监测工作。
施工过程中要注意施工工艺和安全措施，确保施工质量。
同时，定期进行结构监测，了解加固效果和结构的变形情况，及时采取措施进行调整和补充加固。
二、经济性分析1. 加固方案的成本：在加固工程中，成本是重要的考虑因素之一。
加固方案的成本包括加固材料费用、施工费用和监测费用等。
通过合理选择加固材料和施工工艺，可以降低成本，提高加固的经济性。
2. 加固效果与增值：加固方案旨在提高钢桁架结构的强度和稳定性，延长使用寿命。
加固后的结构可以承载更大的荷载，减少变形和挠度，从而提高结构的安全性和稳定性。
此外，加固后的结构还可以提升建筑物的经济价值和市场价值，增加投资回报率。
3. 经济效益与环保效益：加固工程的经济性不仅考虑成本投入和经济回报，还应考虑到长期的维护费用和环境效益。
合理的加固方案可以降低维护费用，延长使用寿命，减少资源消耗和建筑废弃物的产生，从而达到环保的目的。
桁架结构优化设计
桁架结构优化设计一般所谓的优化，是指从完成某一任务所有可能方案中按某种标准寻找最佳方案。
结构优化设计的基本思想是，使所设计的结构或构件不仅满足强度、刚度与稳定性等方面的要求，同时又在追求某种或某些目标方面（质量最轻，承载最高，价格最低，体积最小）达到最佳程度。
对于图1-1的结构，已知L=2m，x b=1m，载荷P=100kN，桁架材料的密度r=7.7x10-5N/mm3，[δt]=150Mpa，[δc]=100Mpa，y b的范围：0.5m≦y b≦1.5m。
图1-1 桁架结构设计变量与目标函数（质量最小）预定参数（设计中已确定，设计者不能任意修改的量）：L ， x b ，P ，r ，[δt ] ，[δc ]设计变量（可由设计者调整的量）y b ，A 1，A 2 约束条件（对设计变量的约束条件） （1） 强度条件约束（截面、杆件的强度） （2） 几何条件约束（B 点的高度范围） 目标函数：桁架的质量W （最小）解：1. 应力分析0sin sin 02112=--=∑θθN N F x0cos cos 02112=---=∑P N N Fyθθ由此得：)sin(sin 2111θθθ+=p N )sin(sin 2122θθθ+-=p N由正弦定理得：ly l x pN B B 21)(2-+=ly x pN BB 222+=由此得杆1和2横截面上的正应力121)(2lA y l x pB B -+=σ2222lA y x pB B +=σ2.最轻质量设计目标函数（桁架的质量）))((222122B B y x A y l x A W B B ++-+=γ（1-1）约束条件[][]⎪⎪⎭⎪⎪⎬⎫⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧≤+≤-+c B t B lA y x p lA y l x p B B σσ221222)( （1-2）0.5≦y b ≦1.5（m ） （1-3） （于是问题归结为：在满足上述约束条件下，确定设计变量y b ，A 1，A 2，使目标函数W 最小。
钢桁架桥的设计与优化
钢桁架桥的设计与优化钢桁架桥是一种常见且重要的桥梁结构形式，其以其高度的强度和耐久性而被广泛应用于现代交通建设。
设计和优化钢桁架桥的过程是一个综合性的工程，需要考虑多种因素并做出合理权衡。
本文将探讨钢桁架桥的设计和优化过程，并介绍一些相关的技术和方法。
首先，设计钢桁架桥时需要考虑的一个重要因素是桥梁的结构强度。
钢桁架桥需要能够承受车辆和行人的荷载，并保证桥梁的稳定和安全运行。
设计师通常会使用结构力学和有限元分析等方法来计算和评估桥梁的结构强度，并确保其满足工程要求。
同时，设计师还应考虑桥梁在不同环境条件下的稳定性和可靠性，如地震和风荷载等。
其次，钢桁架桥的设计过程还需要考虑到桥梁的美观性和可持续性。
作为城市交通建设的重要组成部分，钢桁架桥的外观设计应与周围环境相协调，并具备一定的艺术价值。
同时，设计师还应采用可持续材料和技术来减少桥梁的环境影响，如使用高强度钢材和节能设计等。
此外，钢桁架桥的优化也是设计过程中的一个重要环节。
通过优化设计，可以改善桥梁的结构性能、减少材料的使用量和降低工程成本。
一种常见的优化方法是拟合和调整钢桁架的形状和尺寸，以实现最佳的结构效果。
此外，优化还可以通过改进桥梁的抗震性能和减少桥梁的自重来提高桥梁的性能。
在设计和优化钢桁架桥时，还需要考虑到桥梁施工和维护的可行性。
设计师应该选择合适的施工方法和工艺，以确保桥梁能够按照设计要求安全、高效地建设。
此外，桥梁的维护和保养也是一个重要的方面，设计师应考虑到桥梁的维修和检查的便利性，并采用合理的方法和技术来延长桥梁的使用寿命。
总结来说，钢桁架桥的设计和优化是一个复杂且综合性的工程，需要考虑多个因素并做出合理的决策。
设计师应该熟悉相关的技术和方法，并具备一定的工程实践经验。
通过合理的设计和优化，可以创建出结构稳定、美观实用且具备可持续性的钢桁架桥，为城市交通建设提供有效的支持。
浅谈H型钢平面桁架屋盖结构设计要点
以放 置生产 空间 的上方 。传统的实腹式钢梁 屋面虽
辅助配套支持区 ，设置 了回风夹道 机 电设备间等： 二层主要功 能为生产 车间 。由于此厂房为 电子类 生 产 车 间 ， 生 产 有 特 殊 工 艺 要 求 生 产 设 备 对 外 界 传
、 ，
３ ）Ｘ ９ ． ６ ，同时 由于 设 备 需放 置 屋 面 ，工 艺要 求 屋 面 能承 受 ｉ ２ ｔ ／ ｍ 荷 载 能 力 ，屋 面 梁不 能有太 大的挠 度。在此情况要求 下 屋 盖采 用
，
个桁架构件均按压 弯构 件考虑 。既承受 了轴 心压力
又承受 弯矩 ，又 兼有起柱和梁双重作 用 性来确定 。根据 《 钢结构设计规范 》
，
＋
＜ ，
） ． ８ ｋ Ｎ ／ ｍ 。 。
进 行 结 构 计 算 分 析 时 ，荷 载 布 置 已 明确 再 在 岿定合 理的桁架高度 ，此 高度需满足工艺设备管道
，
这 种 构 件 的特点是承载能力 的极限状态通常 由丧失整 体稳 定
，
茅梭桁架要求和满 足屋面坡度要 求
弯矩作用在对 称轴平面 内 （ 绕 ｘ轴 ）的实腹式压弯构件系数值 ； 为等 效的弯矩指数 （ 此 参数根 据有无 横向荷 载和端弯矩 分几 种情况 取值，此 处不 再赘述 ）
，
能满足 跨度 的要求，但是在屋 面承 受大设备荷载能 力和垂直空 间的要求方面却满足不 了这些 要求
。
来的震动十分敏感， 所 以厂房有较高 的防微震 要求
。
原则，还 要打破预期 的优 良特性 本文通过对 Ｈ型钢桁 架 结构设计的分析 ，为选择合理 的 Ｈ型钢桁架结构提供 了参
考。
平
。
层基 本
厂房工程中的结构优化与设计策略
厂房工程中的结构优化与设计策略近年来，随着工业发展的加速和产能需求的持续增长，厂房工程的规模和数量也在不断增多。
在面对这样的形势下，如何在设计和建造过程中优化厂房结构，成为了一个关键的问题。
本文将探讨在厂房工程中的结构优化与设计策略，以期为相关行业的从业者提供一些有益的思路和指导。
一、厂房结构优化的背景厂房作为生产加工的场所，其结构设计的合理与否直接影响着生产效率和安全性。
而在传统的建筑设计中，通常会以功能和造型为主导，对结构设计的重视程度不够。
这导致了许多厂房存在一些结构上的缺陷，如结构不稳定、承重能力不足等。
为了解决这一问题，厂房工程中的结构优化成为了一个重要的课题。
结构优化的目标是通过优化结构形式和材料选用，充分发挥物质的力学性能，提高厂房的安全性和承载能力。
下面将介绍一些常见的结构优化与设计策略。
二、优化结构形式在厂房工程中，结构形式的选择直接关系到整个建筑的结构安全性和经济性。
常见的结构形式包括桁架结构、钢筋混凝土框架和悬索结构等。
1. 桁架结构桁架结构是一种由众多的杆件和节点组成的结构体系。
它的结构简单、稳定性好、承载能力强。
在厂房工程中，桁架结构可以用于大跨度的厂房梁架、天花板和屋面结构。
通过合理调整桁架的构件尺寸和间距，可以减少材料的用量，降低成本。
2. 钢筋混凝土框架钢筋混凝土框架是一种常见的厂房结构形式。
它由梁柱等构件组合而成，具有良好的刚性和承载能力。
在设计过程中，可以通过合理选择梁柱的截面形状和尺寸，以及加强节点和抗震措施等方法，提高框架的抗震性能和整体稳定性。
3. 悬索结构悬索结构是一种以悬索为主要构件的结构形式。
它具有较大的跨度和承重能力，适用于需要大空间无柱的厂房工程。
悬索结构的设计需要考虑悬索的材料和截面形状，以及悬索与承载体之间的连接方式等因素，以保证结构的稳定性和安全性。
三、优化材料选用材料的选择对厂房结构的安全性和经济性有着重要的影响。
在厂房工程中，常用的结构材料包括钢材、钢筋混凝土和木材等。
桁架结构的个人总结
桁架结构的个人总结引言桁架结构是一种具有高度稳定性和强度的结构体系，由大量连接的杆件和节点组成。
它可以应用于桥梁、建筑、航天器等领域，提供了更大的自由度和适应性。
本文将对桁架结构进行综合总结，并探讨其优点、应用以及未来发展趋势。
优点1. 轻量化及高强度：桁架结构采用轻质材料构建，如钢材、铝合金等，能够提供较高的抗压、抗弯和抗震能力，同时减轻了整个结构的负荷。
2. 施工和安装简便：桁架结构由多个杆件和节点组成，构件间的相对位置可以自由调整。
这种特性使得组装和安装过程相对简单，可以极大提高工程进度。
3. 空间利用率高：桁架结构采用杆件和节点搭建，可以实现大跨度的覆盖，并且不需要中间支撑柱。
这种设计使得空间的利用率更高，尤其适用于大跨度的建筑设计。
4. 适应性强：桁架结构具有灵活的设计性和较高的自适应能力，可以适应不同的工况和环境要求。
同时，它也可以与其他结构体系相结合，构建更具复合功能的建筑。
应用领域1. 建筑领域：桁架结构在大跨度建筑、体育馆和展览馆等领域得到广泛应用。
通过合理设计和优化，可以实现更大的室内空间，减少支撑需求，同时提供更具吸引力的建筑外观。
2. 桥梁领域：桁架结构在桥梁建设中发挥重要作用，特别是长跨桥梁。
它具有高度的刚性和稳定性，能够承受大荷载，并抵御风力和地震等自然条件的影响。
3. 航天器领域：桁架结构在航天器的设计和制造中也得到广泛应用。
它可以提供轻量化的结构支撑，降低整体重量，从而减少燃料消耗。
4. 临时搭建领域：桁架结构通常可以快速拆卸和重新搭建，因此在临时搭建领域也有广泛的应用。
例如，在户外活动、展览会和音乐会等场合，可以用桁架结构搭建帐篷、舞台等设施。
未来发展趋势1. 材料技术的进步：随着新材料的涌现，如碳纤维复合材料、3D打印材料等，桁架结构将会迎来更高效的设计和制造方法。
这些新材料具有更好的强度和轻量化特性，可以提高桁架结构的性能。
2. 结构优化算法的发展：结构优化算法的发展将进一步提高桁架结构的设计和性能。
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浅谈工业建筑中桁架结构的优化设计
发表时间：2019-02-28T15:08:35.403Z 来源：《基层建设》2018年第36期作者：张明[导读] 摘要：随着我国工业化的进一步发展，桁架结构在工业建筑中的应用越来越广泛。
河钢股份有限公司唐山分公司发展规划部河北省唐山市 063000
摘要：随着我国工业化的进一步发展，桁架结构在工业建筑中的应用越来越广泛。
除厂房屋盖结构外，桁架结构还应用于带式输送机的栈桥、通道、塔架等。
它具有重量轻、跨度大、材料消耗经济、标准化程度高等优点，各种形状以满足不同用途。
本文主要探讨在带式输送机栈桥的桁架中如何布置构件，使桁架结构受力更合理，使用更经济的材料。
通过比较分析桁架在不同构件布置方案下的受力性能，达到优化桁架结构设计的目的。
关键词：平面桁架结构；杆件布置；优化设计
1 桁架基本情况
1.1 桁架的特点与组成
桁架结构是在简支梁基础上发展而来的，简支梁在均布荷载作用下，沿梁轴线弯曲，剪力的分布及截面正应力的分布在中和轴处为零，截面上下边缘处的正应力最大，随着跨度的增大，梁高增加根据正应力的分布特点，在先形成工字型梁后，继续挖空成空腹形式，中间剩下几根截面很小的连杆时，就发展成为“桁架”。
由此可见，桁架是从梁式结构发展产生出来的。
桁架的实质是利用梁的截面几何特征的几何因素—构件截面的惯性矩Ⅰ增大的同时，截面面积反而可以减小，从而减轻结构自重，达到节省材料的目的。
桁架结构是由直杆在杆端相互连接而组成的以抗弯为主的格构式体系，一般由上弦、下弦、腹杆组成，多应用于受弯构件。
简支桁架在外荷载的作用下整体所产生的弯矩图和剪力图都与简支梁的情况相似，但桁架构件的受力性能与梁完全不同。
桁架的上弦杆受压、下弦杆受拉，由此形成力偶来平衡外荷载所产生的弯矩，由斜腹杆轴力中的竖向分量来平衡外荷载所产生的剪力。
1.2 桁架结构计算的基本假定条件
（1）杆件与杆件之间相连接的节点均为绝对光滑无摩擦的铰结点。
（2）所有杆件的轴线均是直线且在同一平面内，并通过铰的中心。
（3）荷载和支座反力均作用在节点上，并位于桁架的平面内。
通过分析可以看出:从整体来看，整个桁架相当于一个受弯杆件，而从局部看，桁架的每个杆件只承受轴力、拉力或压力，没有弯矩和剪力。
2 桁架在实际工程中的应用分析
这里以位于甘肃平凉某骨料生产线项目为例，分析桁架结构杆件布置。
此桁架为皮带机运输栈桥桁架，跨度 18 m，宽度 3.2 m，高度2.7 m，全封闭结构，角度0°。
2.1 桁架结构建模
采用 PKPM 软件进行建模分析,取单榀桁架，高度 2.7 m，立杆间距取 3 m，荷载取宽度的一半，所有杆件按柱布置，所有节点设为较结点，荷载直接输在节点上。
经计算上弦单个节点恒载 0.5 kN、活载7.5 kN，下弦单个节点恒载 3.5 kN、活载 24 kN，通过设置不同的杆件连接形式进行结果分析，桁架均对称布置。
2.2 桁架结构的对比分析
文章共进行四种连接形式的计算，在杆件和荷载均相同的情况下进行结果分析。
（1）由于桁架各杆件只有轴力，我们先将四种桁架结构的轴力图进行对比，如图 1 所示。
从图中对比可以看出，桁架采取不同的杆件布置，桁架杆件的内力是不均匀的，整体近似梁内力分布，上下弦杆内力是两端小而向中间逐渐增大，腹杆内力是两端大而向中间逐渐减小的。
但是明显3、4 形式下桁架的支座处节点荷载远远大于 1、2 形式，由此可见桁架结构边跨处腹杆直接与支座连接时，桁架整体受力更加合理，图中的 1、2 形式连接相对于 3、4 连接更加合理。
图1 恒载轴力
（2）将 1、2 两种桁架结构的应力图进行对比，如图 2 所示。
从图中对比可以看出桁架杆件在 1、2 形式布置下虽然整体轴力分布都比较均匀，但是应力计算结果显示不同的布置下杆件所受内力不同，在相同的条件下 2 形式中间的杆件长细比（187>150）已经超限，1 形式杆件全部满足。
由此可见桁架四种形式下最终比较结果 1 形式结构受力更合理。