時間：2022-12-16 13:55:30
開篇：寫作不僅是一種記錄，更是一種創(chuàng)造，它讓我們能夠捕捉那些稍縱即逝的靈感，將它們永久地定格在紙上。下面是小編精心整理的12篇優(yōu)化設(shè)計論文，希望這些內(nèi)容能成為您創(chuàng)作過程中的良師益友，陪伴您不斷探索和進(jìn)步。
1自由振動問題的求解
考慮四邊簡支方板的自由振動，外加載荷q為0，設(shè)復(fù)合材料層合板的長、高分別為a、h，邊界條件為:采用滿足(6)式邊界條件的Navier三角函數(shù)解分別來表示u0，v0，w0，φx，φy;分別代入所求得的控制方程中，可以得到:對應(yīng)的{U}={Umn，Vmn，Wmn}T;而一階剪切變形理論和高階剪切變形理論得到5×5的剛度矩陣和質(zhì)量矩陣，對應(yīng)的{U}={Umn，Vmn，Wmn，Xmn，Ymn}T;{U}為x，y，z方向的位移向量。
2數(shù)值算例
以正交各向異性對稱鋪設(shè)的四邊簡支方板［0°/90°/90°/0°］為例，方板長度為a，厚度為h，且層合板的每一層都具有相同的材料參數(shù)和厚度。表1中文獻(xiàn)［9］是復(fù)合材料固有頻率的有限元解，文獻(xiàn)［10］是根據(jù)分層理論所求的解，都具有較高的精度。表1為JD、YJJQ和GJJQ同文獻(xiàn)［9］及文獻(xiàn)［10］的一階無量綱固有頻率結(jié)果對比。從表中數(shù)據(jù)可以看出，當(dāng)跨厚比a/h=5時，JD的誤差很大，YJJQ也有較大誤差，而GJJQ相比于文獻(xiàn)有較好的結(jié)果;當(dāng)a/h=10時，JD誤差減小，但仍有較大誤差。此時，YJJQ和GJJQ具有較好的精度;當(dāng)a/h=100時，JD、YJJQ和GJJQ同文獻(xiàn)［9］及文獻(xiàn)［10］的解都較為接近。由表中數(shù)據(jù)可知，GJJQ精度高，可靠性好。通常，彈性模量比(E1/E2)、跨厚比(a/h)的改變對復(fù)合材料層合板固有頻率有影響。以數(shù)值分析中的方板為例，圖1～圖3分別是基于3種理論，層合板一階無量綱固有頻率與彈性模量比、跨厚比的關(guān)系。
3層合板固有頻率的優(yōu)化設(shè)計
1)優(yōu)化模型建立及設(shè)計變量。基于高階剪切變形原理，建立層合板固有頻率等效模型，再將層合板固有頻率等效為單層正交各向異性材料的材料屬性。復(fù)合材料層合板的減振降噪性能通常受其固有頻率影響，而有很多因素影響固有頻率，如鋪設(shè)角度、跨厚比、彈性模量比、濕熱等等。對其進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計，能提高層合板的性能。以上例中的層合方板為例，基于高階剪切變形理論下，對層合板的固有頻率進(jìn)行優(yōu)化，選擇鋪設(shè)角度作為設(shè)計變量。2)目標(biāo)函數(shù)及約束條件。本文以上例材料參數(shù)作為層合板的初始參數(shù)，以層合板固有頻率最大化作為優(yōu)化目標(biāo)，文中得到的(8)式則是固有頻率的目標(biāo)函數(shù)。鋪設(shè)角取值范圍∈［0°90°］。3)優(yōu)化設(shè)計方法。文中以改進(jìn)的適應(yīng)度函數(shù)［11］遺傳算法對目標(biāo)函數(shù)進(jìn)行優(yōu)化。遺傳算法引導(dǎo)搜索的主要依據(jù)就是個體的適應(yīng)度值。也就是說，遺傳算法依靠選擇操作來引導(dǎo)算法的搜索方向。選擇操作是以個體的適應(yīng)度作為確定性指標(biāo)，從當(dāng)前群體中選擇適應(yīng)度值高的個體進(jìn)行交叉和變異，尋找最優(yōu)解。如果適應(yīng)度函數(shù)選擇不當(dāng)，它直接影響到遺傳算法的收斂速度、穩(wěn)定性及能否找到最優(yōu)解。本文選擇種群規(guī)模(NIND)為20;遺傳代數(shù)(GEN)為40;交叉概率(px)為0．7;變異概率(pm)為0．01;代溝(GGAP)為0．95，采用進(jìn)化代數(shù)固定的終止策略。從圖4看出，優(yōu)化目標(biāo)值隨著遺傳代數(shù)增加呈遞增趨勢，優(yōu)化到第10代時找到全局最優(yōu)解。優(yōu)化結(jié)果為x=0．735，y=0．769，z=15．31;即θ1=44．5°，θ2=44．9°，為15．31。由表2可知，優(yōu)化后的效果較明顯，ω～11從12．40提高到了15．31。
4結(jié)論
通過對復(fù)合材料層合板的動態(tài)非線性分析、求解固有頻率以及優(yōu)化層合板固有頻率，得出以下結(jié)論:1)復(fù)合材料層合板的固有頻率隨著彈性模量比E1/E2、跨厚比a/h的增加而增大，當(dāng)a/h足夠大時，固有頻率在增加的趨勢上變化很小。2)當(dāng)跨厚比a/h＜20時，不適合用經(jīng)典薄板理論;當(dāng)跨厚比a/h＜10時，不適合用一階剪切變形理論。結(jié)果證明，高階剪切變形理論比經(jīng)典薄板理論和一階剪切變形理論的精度及可靠性都更好。3)本研究用改進(jìn)的適應(yīng)度函數(shù)遺傳算法對層合板固有頻率優(yōu)化效果明顯。
作者：楊加明 楊水清 雷園玲 單位：南昌航空大學(xué)
采用傳統(tǒng)的建筑幕墻設(shè)計，會造成大量的熱量散失，造成大量能源浪費(fèi)。據(jù)統(tǒng)計表明，發(fā)達(dá)國家有超過50%的能源消耗來自于建筑消耗，窗戶的熱能耗散量是普通墻體的5倍，因此，建筑幕墻會造成大量的能源浪費(fèi)。為了解決這種問題，就需要設(shè)計一種新型的建筑幕墻系統(tǒng)，使建筑在冬天可以大量的接受日照，獲取熱量，并且能夠保溫;夏天的時候可以保證空調(diào)的產(chǎn)生的熱量不散失，與此同時還能保證室內(nèi)的正常通風(fēng)，從而達(dá)到節(jié)能環(huán)保的作用。近年來人們還提出了建造光伏建筑幕墻的設(shè)想，即建筑幕墻的材料用光伏材料，應(yīng)用幕墻將太陽能轉(zhuǎn)化為電能加以利用，達(dá)到節(jié)能環(huán)保的效果。設(shè)計和建造這類新型功能幕墻需要頂尖的技術(shù)和優(yōu)秀的人才作為支持，中國在幕墻設(shè)計和制造方面缺乏自主創(chuàng)新能力，因此在這方面我國的技術(shù)還比較欠缺。
2優(yōu)化建筑幕墻設(shè)計的幾點(diǎn)建議
由以上的敘述可知，我國的建筑幕墻產(chǎn)業(yè)在飛速發(fā)展的同時，也存在這一些不可避而不談的問題，這些問題直接阻礙了我國建筑幕墻產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，下面將對上述一些幕墻設(shè)計存在的問題提出一些優(yōu)化方法。
2．1開發(fā)和應(yīng)用新的玻璃幕墻材料
傳統(tǒng)材料雖然便宜易得，但是存在很多弊端。這就要求設(shè)計者在設(shè)計的過程中更多的發(fā)現(xiàn)和使用新材料。比如在幕墻表面涂覆一層具有自清潔作用的涂層，比如說氧化鈦，在光照的作用下有自清潔的作用。還可以在幕墻表面鍍一層低輻射薄膜，這樣就可以使幕墻有很好的隔熱作用，起到保溫的作用，達(dá)到節(jié)能減排的效果。除了采用鍍層方式隔熱外，還可以使用低熱傳到系數(shù)的中空幕墻，目前有一種“懸張式多空腔節(jié)能玻璃”正式上市，不僅具有良好的隔熱效果，還具有隔聲、隔紫外線等性能，可以起到很好的節(jié)能環(huán)保作用。此外，出于安全性的考慮，要求幕墻具有一定的防震效果，在一定強(qiáng)度的地震中不會掉落，可以在玻璃幕墻上黏貼鈦合金薄膜，這樣就可以形成有一定強(qiáng)度和韌性的復(fù)合安全玻璃。建筑幕墻對材料有著特殊的要求，因此，在幕墻選材時應(yīng)該材料本身的性能和外部具體條件的要求進(jìn)行綜合考慮，量體裁衣，達(dá)到室外室內(nèi)的安全、健康、舒適、和節(jié)能減排的要求。
2．2優(yōu)化建筑幕墻的招標(biāo)、設(shè)計、施工機(jī)制
首先，建筑單位在主體建筑施工之前就應(yīng)該完成建筑幕墻的設(shè)計招標(biāo)工作，這樣不僅可以保證預(yù)埋結(jié)構(gòu)位置的準(zhǔn)確性，而且在幕墻設(shè)計過程中不必追趕工程進(jìn)度，為設(shè)計者提供了充分的時間給出好的幕墻設(shè)計方案。其次，應(yīng)當(dāng)采取設(shè)計和施工分開招標(biāo)的方式，明確提出相關(guān)的幕墻設(shè)計收費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)，這樣有利于好的幕墻設(shè)計方案得到利用，有助于優(yōu)秀作品的產(chǎn)生，有利于幕墻設(shè)計的創(chuàng)新和繁榮。最后，在幕墻設(shè)計的審核環(huán)節(jié)應(yīng)當(dāng)盡量由專業(yè)的幕墻設(shè)計者進(jìn)行審核，而不是由非專業(yè)的土建設(shè)計師進(jìn)行審核，這樣可以更好地保證幕墻設(shè)計的質(zhì)量。
2．3加強(qiáng)新型多功能幕墻的設(shè)計
目前，我國的建筑幕墻普遍不具有節(jié)能環(huán)保的性能，極大的浪費(fèi)了社會的資源，造成了環(huán)境的污染，不利于我國經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展。基于此，幕墻的設(shè)計者大膽的創(chuàng)新極為重要，只有用于創(chuàng)新才能設(shè)計出更加環(huán)保節(jié)能的幕墻。比如國外的設(shè)計師設(shè)計出了動態(tài)幕墻，這種新型的多功能幕墻由通風(fēng)系統(tǒng)、空調(diào)系統(tǒng)、外部環(huán)境檢測系統(tǒng)、自動控制系統(tǒng)和建筑幕墻組成，這種幕墻可以通過各個系統(tǒng)的合作充分地利用太陽能、太陽光，并保證室內(nèi)的舒適。在寒冷的冬季，幕墻可以充分利用太陽光的輻射，減少了取暖燃料的燃燒，起到節(jié)能減排的作用;在炎熱的夏季，可以利用幕墻的通風(fēng)系統(tǒng)加大室內(nèi)熱能的耗散，減少空調(diào)的使用，節(jié)約電能。同時擁有可以自動調(diào)節(jié)的百頁這樣的裝置，可以控制太陽的光線進(jìn)入室內(nèi)，調(diào)節(jié)室內(nèi)的光線環(huán)境，使人們可以更舒適的工作。當(dāng)然在設(shè)計者用于創(chuàng)新的同時，國家也應(yīng)該采取相關(guān)措施，鼓勵設(shè)計創(chuàng)新，設(shè)立相關(guān)的獎勵制度。
3結(jié)語
設(shè)計方法
壓氣機(jī)過渡段主要由兩部分組成，端壁（輪轂、機(jī)匣）與支板，結(jié)構(gòu)如圖1所示。其設(shè)計難點(diǎn)主要集中在如何通過改變流道端壁形狀來達(dá)到端壁附面層、支板翼型損失的最小化。衡量其性能的主要參數(shù)為總壓恢復(fù)系數(shù)（或總壓損失系數(shù)）。葉輪機(jī)械傳統(tǒng)的設(shè)計思路是由一些嚴(yán)重影響性能的一個或幾個參數(shù)出發(fā)，參考實(shí)驗(yàn)或其他數(shù)據(jù)給出這些參數(shù)與設(shè)計要求的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系，通過大量統(tǒng)計結(jié)果給出設(shè)計規(guī)律，然后再進(jìn)行實(shí)驗(yàn)或CFD驗(yàn)算。而本文的設(shè)計思路則是借助優(yōu)化算法與氣動評估方法的結(jié)合開展對參數(shù)化后的過渡段的設(shè)計優(yōu)化工作。
一般來說，壓氣機(jī)部件設(shè)計大都采用三維優(yōu)化，但三維優(yōu)化需要給定優(yōu)化參數(shù)的初值以及變化范圍，變化范圍太大會造成巨大的計算量，變化范圍太小又不足以保證覆蓋最佳方案。為了解決以上矛盾，本文將在過渡段初步設(shè)計的基礎(chǔ)上進(jìn)行全三維優(yōu)化設(shè)計，設(shè)計流程如圖2所示。
初步設(shè)計：通過求解二維子午平面上的速度梯度方程結(jié)合遺傳算法對流道幾何進(jìn)行篩選，利用其計算快速的特點(diǎn)可以在參數(shù)化空間中進(jìn)行大范圍的搜索，得到最佳初步結(jié)果。三維設(shè)計：利用三維粘性N-S方程與優(yōu)化算法的結(jié)合對三維參數(shù)化模型進(jìn)行設(shè)計，計算耗時較長，但精度較高，直接對需要優(yōu)化的參數(shù)進(jìn)行計算，并借助神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與遺傳算法對結(jié)果進(jìn)行優(yōu)化。初步設(shè)計為三維設(shè)計提供優(yōu)化參數(shù)初值，以初值為基準(zhǔn)，給定優(yōu)化參數(shù)變化范圍（比如正負(fù)20%），然后在此范圍內(nèi)進(jìn)行三維粘性優(yōu)化，得到最優(yōu)解。
1參數(shù)化方法
過渡段參數(shù)化即是由自由參數(shù)確定過渡段幾何形狀的過程。參數(shù)化的標(biāo)準(zhǔn)是用盡可能少的自由參數(shù)覆蓋盡可能大的樣本空間。圖3給出了本文的過渡段參數(shù)化方法。根據(jù)前人所取得的經(jīng)驗(yàn)，過渡段流道沿流動方向面積分布對于控制流動損失至關(guān)重要，所以本文流道參數(shù)化由流道中線+流通面積兩個要素來控制，流道中線由4點(diǎn)樣條曲線確定，它決定了氣流從低壓壓氣機(jī)到高壓壓氣機(jī)之間的流動方向變化，流通面積則通過流道沿流向的高度(如D1，D2)來控制，D1,D2在幾何上已經(jīng)考慮了支板厚度對于流通面積的阻塞作用。支板部分采取兩截面構(gòu)造支板，積疊線為直線，通過定位點(diǎn)、斜率控制位置。
過渡段造型的步驟為：首先由進(jìn)口高度中點(diǎn)，出口高度中點(diǎn)，中線兩控制點(diǎn)總共4點(diǎn)，通過樣條曲線擬合為中線，并假設(shè)該中線即為流線，在兩控制點(diǎn)處根據(jù)給定的準(zhǔn)正交流動方向面積（也可以根據(jù)需要增加面積控制截面）確定該處對應(yīng)的流道寬度D1,D2。流道寬度確定以后就可以沿著與中線垂直方向得到輪轂、機(jī)匣的兩個位置，最后結(jié)合這兩個位置以及進(jìn)出口幾何尺寸以樣條曲線擬合成輪轂機(jī)匣端壁，采用的樣條曲線為NURBS曲線，可方便地給定進(jìn)出口幾何參數(shù)。
2二維、三維計算評估方法
二維評估方法使用流線曲率法求解子午平面上的速度梯度方程來獲得流場的初步參數(shù)。所求解的速度梯度方程如下：式中MV為子午分速度，l為準(zhǔn)正交線長度，α為流線切線與軸向夾角，γ為準(zhǔn)正交線與半徑方向夾角，mR為計算節(jié)點(diǎn)處的曲率半徑，r為節(jié)點(diǎn)半徑，ρ為密度，G為質(zhì)量流量，m為流線長度，mM為子午馬赫數(shù)。為了考慮支板對于通道的阻塞作用，定義B為網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)的阻塞系數(shù)，表達(dá)式為B=(2πr−支板數(shù)×節(jié)點(diǎn)處支板厚度)/2πr，κ為阻塞系數(shù)的影響因子，代表阻塞作用反映在子午平面上的強(qiáng)弱。
二維計算還需給定相應(yīng)的損失模型，這里采用的是文獻(xiàn)中推導(dǎo)并經(jīng)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證的切應(yīng)力損失模型。計算中首先由給定的總壓損失初場求解速度梯度方程確定速度場，求出速度場后結(jié)合混合長度理論求出切應(yīng)力τ，這里混合長度作為常數(shù)，然后由式(2)確定沿流線的總壓損失，損失松弛后進(jìn)入下一次計算，如此迭代可求得收斂的速度場，最后按質(zhì)量平均計算出口的總壓損失。
需要說明的是，以上方法只給出了端壁損失，并考慮了支板厚度對于端壁損失的影響，并沒有將支板損失部分考慮進(jìn)去。二維評估方法中計算結(jié)果難以同三維計算結(jié)果精度相提并論，但是可以肯定的是二維方法可以明顯將局部曲率過大的流道篩除，可以快速得到流向扭曲均勻、面積無多峰值變化的相對好的初步設(shè)計結(jié)果。
三維計算使用商業(yè)軟件NUMECA/FINE模塊，計算定常流動下的帶支板過渡段總體性能，待優(yōu)化的參數(shù)為總壓恢復(fù)系數(shù)。三維計算網(wǎng)格數(shù)、計算精度已經(jīng)經(jīng)過校驗(yàn)，這里就不詳細(xì)列出。
3優(yōu)化算法
初步設(shè)計采用的優(yōu)化算法為單目標(biāo)遺傳算法，采用整數(shù)編碼，包含有雜交、變異、反轉(zhuǎn)算子。精英沉降策略。采用動態(tài)生存壓力，算法初期給予較低的生存壓力，確保樣本多樣性與全域搜索能力，后期給予較高的生存壓力，可加快不良樣本的淘汰。如式(3)通過對樣本適應(yīng)值進(jìn)行變換，以達(dá)到加速進(jìn)化的目的，其中生存壓力為t三維設(shè)計使用遺傳算法與神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)合的優(yōu)化策略，用DOE得到的樣本對神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行訓(xùn)練，得到參數(shù)-性能的映射關(guān)系，然后運(yùn)用遺傳算法從該映射關(guān)系中發(fā)掘新的優(yōu)良樣本并對映射關(guān)系進(jìn)行修正，如此迭代使最佳樣本性能逐步提高達(dá)到最優(yōu)解，如圖4所示。
算例分析
為了檢驗(yàn)上文所發(fā)展的設(shè)計方法，對一個算例進(jìn)行了設(shè)計分析。給定的幾何參數(shù)為R1h=0.6m，R1m=0.657m，H=0.11m，L=0.5m，R2m=0.394m，進(jìn)出口面積比Ainlet/Aoutlet=1.0。支板數(shù)8個，支板翼型采用NACA642-015A，支板弦長0.3m,支板傾角90度。參數(shù)具體含義見圖3。為了比較初步結(jié)果與三維結(jié)果的差別大小，在該算例中對三維優(yōu)化參數(shù)賦予了較大的自由度，圖5給出了經(jīng)過參數(shù)化后的流道型線的變化范圍。二維計算中流線設(shè)定為21條，計算站為11個，如圖6所示。三維計算中，計算網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)數(shù)為64萬，如圖7所示。湍流模型為S-A模型，邊界條件為進(jìn)口總壓321200pa,總溫400K，出口給定流量228Kg/s，近壁面Y+小于9，進(jìn)出口延伸長度為通道高度的2.5倍。
優(yōu)化的最終結(jié)果為：過渡段總壓恢復(fù)系數(shù)0.993，總壓損失系數(shù)0.04。優(yōu)化之后的流道型線如圖8所示。圖8中還給出了二維優(yōu)化的型線和不考慮支板的阻塞的等面積流道型線。可以看出，由于考慮了支板對流通面積的阻塞，二維、三維優(yōu)化后的流道明顯外擴(kuò)，屬于擴(kuò)張-收縮型通道，并且初步設(shè)計結(jié)果同三維設(shè)計結(jié)果略有差異，說明初步設(shè)計的結(jié)果在一定程度上逼近了三維設(shè)計的結(jié)果，說明以后可以在三維優(yōu)化中給予參數(shù)適度狹小的變化范圍，提高設(shè)計優(yōu)化速度。
圖9中設(shè)計2為本算例三維優(yōu)化結(jié)果的面積沿流向分布，如圖可見，面積變化呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢，這與文獻(xiàn)中優(yōu)化后的的面積分布規(guī)律一致。當(dāng)然這一變化趨勢是在進(jìn)出口面積相等的條件下得出的。一般認(rèn)為，過渡段應(yīng)該處于順壓梯度，這樣的設(shè)計損失最小，不過考慮到支板的損失與氣流速度有關(guān)，速度越高損失越大，所以過渡段前半段快速擴(kuò)壓有助于減小支板區(qū)的總體流速，進(jìn)而減小由于支板造成的損失，但是這一擴(kuò)壓過程將造成端壁附面層的加厚，加重?fù)p失，所以存在最佳擴(kuò)壓度使總體損失最小。
前半段的面積擴(kuò)張也給后半段的面積收縮創(chuàng)造了可能。為了說明面積變化規(guī)律對于流動損失的影響，下面給出了本算例三維優(yōu)化結(jié)果（采用擴(kuò)張-收縮面積變化規(guī)律，如圖9中設(shè)計2）與采用收縮-擴(kuò)張面積變化規(guī)律的設(shè)計方案（下文簡稱設(shè)計1，僅與設(shè)計2對比，非本文設(shè)計結(jié)果）的一些流場對比。
如圖10所示為設(shè)計1(design1)與設(shè)計2(design2)的出口熵分布比較，可以看出相比設(shè)計1，設(shè)計2的高損失區(qū)域明顯減小，附面層的熵最大值減小，支板造成的損失區(qū)域、損失大小都減小。圖11給出了支板近壁面極限流線，可以看出設(shè)計1支板尾部接近輪轂區(qū)域出現(xiàn)了較強(qiáng)的二次流動，而設(shè)計2沒有出現(xiàn)這種情況。
如前文提到的，在輪轂與支板后部交匯處存在著由于輪轂壁面凹曲率和支板翼型收縮造成的雙重擴(kuò)壓作用，對于該處角區(qū)的低能氣流最容易發(fā)生分離，設(shè)計2之所以沒有出現(xiàn)分離，是因?yàn)榱魍娣e的收縮抑制了這一雙重擴(kuò)壓作用，如圖12所示為50%支板高度流面的靜壓力分布，設(shè)計1沿流動方向的壓力分布呈現(xiàn)高-低-高的變化，設(shè)計2則是低-高-低的變化，從支板中后部開始呈現(xiàn)順壓力梯度。這一變化可以明顯減小支板損失部分，而對附面層發(fā)展部分影響不大。綜上所述，沿流動方向擴(kuò)張-收縮型通道在減小流動損失方面較為理想，在彌補(bǔ)了支板厚度帶來的面積阻塞之后仍然呈現(xiàn)擴(kuò)張-收縮型，說明壓力沿流向低-高-低的變化方式才是最理想的。
結(jié)論
1)本文探討了壓氣機(jī)帶支板過渡段設(shè)計方法，并發(fā)展了相應(yīng)的設(shè)計程序。針對一算例開展了設(shè)計工作。初步設(shè)計結(jié)果同三維結(jié)果之間略有差異，說明三維優(yōu)化前的初步設(shè)計對提高優(yōu)化速度是可行的，肯定了本文關(guān)于設(shè)計分兩步走的方案。
2)過渡段最優(yōu)解面積分布規(guī)律呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢，并存在最佳擴(kuò)張度，可使損失最小。這個最佳擴(kuò)張度應(yīng)該是進(jìn)出口面積比、支板翼型等因素共同影響的。
(1)確定建筑的高寬比。在規(guī)范中房屋高寬比的規(guī)定雖然不是一個必須要滿足的條件，但是它是一個對結(jié)構(gòu)剛度、整體穩(wěn)定，抗傾覆能力，承載能力和經(jīng)濟(jì)合理性的宏觀控制指數(shù)。一般滿足高寬比限制的結(jié)構(gòu)有更好的抗側(cè)剛度，是比較科學(xué)的結(jié)構(gòu)方案。(2)結(jié)構(gòu)設(shè)計。在結(jié)構(gòu)設(shè)計時，要根據(jù)建筑的材料性能、建筑的功能、建筑的高度、抗震設(shè)防烈度、抗震設(shè)防類別來選擇合適的結(jié)構(gòu)體系。(3)要達(dá)到建筑造型和功能的要求。在布置水平構(gòu)件和豎向構(gòu)件時，要在滿足建筑造型和功能的前提下進(jìn)行選擇，比如梁、柱子、板等，使其構(gòu)成一個空間結(jié)構(gòu)，從而抵抗水平力和豎向力。豎向力主要由豎向可變荷載和建筑物的自重構(gòu)成，水平荷載主要由地震和風(fēng)荷載構(gòu)成。(4)在正常使用的過程中，高層建筑要具有良好的剛度，防止因?yàn)槌霈F(xiàn)比較大的位移，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)的承載力和穩(wěn)定性受到影響［1］。(5)對抵抗水平力的結(jié)構(gòu)構(gòu)件進(jìn)行合理的布置。要使結(jié)構(gòu)抗側(cè)力的合力中心和水平合力作用點(diǎn)的投影盡可能接近，從而降低出現(xiàn)偏心的情況，避免產(chǎn)生影響建筑物的扭矩。(6)確定抗側(cè)力構(gòu)件的具置。質(zhì)量中心要和剛度中心盡可能接近，減小建筑扭轉(zhuǎn)效應(yīng)。(7)建筑樓層的高度。通常情況下，建筑面積確定時，如果增加建筑樓層的高度會導(dǎo)致單位面積使用的材料數(shù)量增加。
2優(yōu)化多層框架結(jié)構(gòu)柱網(wǎng)的大小
在建筑工程中，框架結(jié)構(gòu)柱網(wǎng)的布局會直接影響工程的造價，當(dāng)柱距比較小的時候，力的傳遞路線比較短，樓蓋結(jié)構(gòu)使用的材料也相對較少，但是使用的柱構(gòu)件材料會增加，和基礎(chǔ)費(fèi)用相比，當(dāng)柱網(wǎng)比較大的時候，會增加梁的高度，提高配筋率，導(dǎo)致造價升高，所以，柱網(wǎng)尺寸的合理性不僅對結(jié)構(gòu)的受力有比較大的影響，而且還會節(jié)省材料的使用量［2］。
2．1結(jié)構(gòu)布置的方案
根據(jù)建筑場地以及使用功能的具體情況，分別布置三種結(jié)構(gòu)方案進(jìn)行建模計算對比。
2．2對比方案
本工程使用PKPM－SATWE軟件對方案進(jìn)行計算，前三個陣型的振動周期，X、Y方向的扭轉(zhuǎn)系數(shù)和平動系數(shù)如表1所示。從表中可知，方案二的扭轉(zhuǎn)周期出現(xiàn)在第二陣型，說明該方案的結(jié)構(gòu)沿兩個主軸方向的側(cè)向剛度相差比較大，且扭轉(zhuǎn)周期比已超過0.9，屬于特別不規(guī)則結(jié)構(gòu)，在地震作用下建筑的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)較大，可能引起不良后果，故結(jié)構(gòu)方案不考慮方案二。在方案一和方案三中，由于方案三的柱距較小，方案三的梁、柱截面積是最小的，方案一的梁、柱截面積次之。經(jīng)過對模型進(jìn)行配筋計算，方案一由于Y向的框架梁的跨度適中，并向外挑出，受力比較合理，配筋的計算也會降低很多，而方案三由于柱網(wǎng)很密，計算得到的梁配筋結(jié)果都比較小。兩個方案的層間位移計算數(shù)據(jù)均滿足規(guī)范要求，方案三在位移比控制方面更具優(yōu)勢，說明其在地震作用下的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)更小。在材料用量方面，方案一使用梁向外進(jìn)行懸挑的方法可以使內(nèi)跨梁的受力比較合理，材料的使用量比較經(jīng)濟(jì)。而方案三和方案一相比，雖然框架柱的柱網(wǎng)比較密，框架柱數(shù)量相對較多，但由于框架柱截面以及配筋均比較小，故方案三梁工程的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)總體上要小于方案一。例如在本工程中，方案一鋼筋含量約為34kg/m2，方案三含量約為33kg/m2，，市場鋼筋時價約為4000元，每立方米砼時價約為350元，則方案三梁柱的綜合造價比方案一可節(jié)省約22100元，經(jīng)濟(jì)性較好。在降低結(jié)構(gòu)柱網(wǎng)大小不會對建筑功能造成影響的基礎(chǔ)上，使用方案三時，需要對基礎(chǔ)造價因素進(jìn)行考慮，例如當(dāng)基礎(chǔ)的結(jié)構(gòu)形式為天然地基基礎(chǔ)時，兩種方案的工程量大致是一樣的。當(dāng)以樁基礎(chǔ)為基礎(chǔ)形式時，工程量和樁的類型有比較大的聯(lián)系，如果使用承載力比較小的樁型，在布樁數(shù)量方面的差距是不明顯的。如果使用單樁承載力比較大的大直徑樁型，布樁時考慮單柱單樁，由于柱子的數(shù)量增加，樁的數(shù)量也會有所增加。所以在設(shè)計時，要根據(jù)具體的基礎(chǔ)工程量和樓蓋工程量的和來進(jìn)行柱網(wǎng)尺寸的選擇。
3平面規(guī)則對建筑結(jié)構(gòu)造成的影響
建筑結(jié)構(gòu)的平面規(guī)則性是影響建筑抗震效果的一個重要指標(biāo)，規(guī)則的平面結(jié)構(gòu)的地震反應(yīng)要遠(yuǎn)低于不規(guī)則平面結(jié)構(gòu)，地震災(zāi)害也會比較輕。結(jié)構(gòu)計算可以將地震影響下結(jié)構(gòu)的受力情況反映出來，使設(shè)計人員可以更好的根據(jù)地震反應(yīng)情況對結(jié)構(gòu)進(jìn)行控制，設(shè)計出具有良好抗震效果的結(jié)構(gòu)。通常情況下，越是簡單的平面形狀，單位造價相對來說就比較低。比如圓形結(jié)構(gòu)，不僅受力相對復(fù)雜，而且建筑施工比較復(fù)雜，施工過程中需要花費(fèi)比矩形建筑更高的費(fèi)用。通常情況下，在建筑施工中，矩形和正方形會更加有利于居家布置和施工，此外還可以有效的降低工程的施工造價，在長方形住宅中，以長寬比為1∶2的住宅為最佳［3］。而且由于工程平面規(guī)則，可以充分利用抗側(cè)力構(gòu)件進(jìn)行水平力的傳送，結(jié)構(gòu)的剛度可以達(dá)到設(shè)計的要求，具有良好的經(jīng)濟(jì)性和安全性。
4結(jié)語
1.1對地下排水工程的重視欠缺,設(shè)計缺乏宏觀整體規(guī)劃
長期以來城市建設(shè)注重地面工程而忽視了地下排水工程的系統(tǒng)設(shè)計與規(guī)劃。在城市規(guī)劃初期應(yīng)將市政排水系統(tǒng)設(shè)計作為一個獨(dú)立的系統(tǒng)去規(guī)劃與設(shè)計,并配備足夠的資源才能保證在特殊情況下城市的應(yīng)急排水能夠高效和有序的進(jìn)行。而目前諸多城市的做法往往只是在道路系統(tǒng)設(shè)計中考慮地下排水和地表排水,且片區(qū)的排水設(shè)計無相關(guān)性,當(dāng)放到城市一個整體中時,排水缺陷問題就會暴露。
1.2行業(yè)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)不健全
目前,城市道路排水系統(tǒng)上下游管道直徑參數(shù)取值不當(dāng),在城市化進(jìn)程加快的今天,如今的城市排水能效受到諸多因素的影響,有氣候的因素,有經(jīng)濟(jì)發(fā)展不平衡因素和道路工程自身因素等,如今的市政排水設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)沒有能夠適應(yīng)現(xiàn)在的城市路面系統(tǒng),排水管網(wǎng)直徑參數(shù)或大或小,排水專用管道與市政其他管道的管線讓線沖突與高程出現(xiàn)誤差,造成排水性能的降低都是規(guī)范要具體規(guī)定和嚴(yán)格實(shí)施的具體內(nèi)容。
1.3排水設(shè)計無分層設(shè)計,混合排流現(xiàn)象造成排水負(fù)擔(dān)
城市排水來源有天然雨水和城市生活污水,而目前城市排水系統(tǒng)一般都是污水與雨水混合排水,這會給排水管道造成過重的排水負(fù)擔(dān)。在發(fā)生特大降水時,這種負(fù)擔(dān)將會轉(zhuǎn)變?yōu)榕潘畨毫?使得降水無法排離城市路面,造成道路大面積或者片區(qū)大面積積水,行車在比較低的地段時候由于積水較厚將會淹沒行車和行人,同樣的現(xiàn)象在北京洪災(zāi)中出現(xiàn)過。
1.4排水系統(tǒng)設(shè)計思維固化,排水渠道單一
城市排水思路固化的表現(xiàn)是將積水排到地面下或者排出去,而如果能合理循環(huán)利用降水可以緩解城市排水管網(wǎng)的排水壓力,并且給需要水的地方供水,不需要水的地方排水,這就是雨水排水循環(huán)系統(tǒng)的工作原理。目前排水循環(huán)系統(tǒng)不僅體現(xiàn)在城市排水設(shè)計中,也存在于市政建筑排水設(shè)計中,如現(xiàn)在建筑中水回用技術(shù)將生活污水和自然用水循環(huán),一方面可以節(jié)約用水,一方面可以緩解市政排水負(fù)擔(dān)。
1.5排水應(yīng)急措施不當(dāng),信息預(yù)測不準(zhǔn)確
現(xiàn)在是互聯(lián)網(wǎng)時代,對一些市政應(yīng)急措施的預(yù)測應(yīng)及時、有效、快捷、方便。如在一些降水多發(fā)城市和社區(qū)應(yīng)分區(qū)進(jìn)行降水的實(shí)現(xiàn)預(yù)測,在城市建設(shè)和規(guī)劃初期就可以確定該片區(qū)的排水能力和應(yīng)采取的排水措施,這將得益于如今高速發(fā)展的互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和計算機(jī)技術(shù),從目前情況來看,由于多數(shù)城市對市政排水系統(tǒng)設(shè)計的不夠重視,很難在計算機(jī)技術(shù)和信息技術(shù)方面采取有效的控制和預(yù)測方案,在排水管網(wǎng)的設(shè)計與規(guī)劃、運(yùn)行、調(diào)度、后期維護(hù)管理環(huán)節(jié)存在諸多弊端。
2世界著名城市排水系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計案例
日本是臺風(fēng)多發(fā)國家,東京地下排水系統(tǒng)設(shè)計就是為了避免城市遭受臺風(fēng)和雨水的寢室而設(shè)計和修建的。東京地下排水系統(tǒng)92年開工,06年竣工,歷時14年工程堪稱世界最先進(jìn)的地下排水系統(tǒng)。其排水標(biāo)準(zhǔn)5～10年一遇,地下開挖一系列的混凝土立坑,極大提高了雨水的蓄存能力,東京地下排水系統(tǒng)的河道深度高達(dá)60m。東京設(shè)有降雨信息系統(tǒng),通過對雨水的數(shù)據(jù)的收集與統(tǒng)計,合理進(jìn)行排水調(diào)度。古羅馬下水道建設(shè)2500年至今仍在使用,渠道系統(tǒng)巖石砌筑,將暴雨造成的河流從羅馬城排除,渠道系統(tǒng)最大達(dá)3×4m的截面尺寸,從古羅馬城廣場直通臺伯河。巴黎的下水道設(shè)置了地面上的標(biāo)路牌,因此可以看出巴黎對地下排水工程的重視程度。巴黎降水頻繁,但據(jù)報道并沒有出現(xiàn)城市因降水而導(dǎo)致的交通堵塞和積水現(xiàn)象。巴黎下水道處于地面以下50m,水道縱橫交織,總廠2347km,規(guī)模遠(yuǎn)超巴黎地鐵,因此足以可見排水的速度與能效。
3市政排水系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計對策
3.1平面管網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計
已定平面管徑與埋深的確定優(yōu)化方法分為直接與間接優(yōu)化。直接優(yōu)化是指對各種參數(shù)的調(diào)節(jié)與對比來求得最優(yōu)化的解決方案。間接優(yōu)化是指建立數(shù)學(xué)模型,選擇最優(yōu)化的管徑與埋深組合方案。如常用的遺傳算法、線性與非線性規(guī)劃法、動態(tài)規(guī)劃法。管線的優(yōu)化設(shè)計要遵循滿足排水功能和效能的前提下,使排水的工程量小。管線的布置和管網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計的重要部分。布線原則如下。(1)排水的干管和支管盡量直線型布局不要有彎曲現(xiàn)象。(2)布線利用地形與地勢的因素,結(jié)合污水廠的設(shè)置和重力系統(tǒng)將污水排出。(3)合理的管線埋深(4)管線的長度最優(yōu)化與挖方的最優(yōu)化可采用動態(tài)優(yōu)化的方法進(jìn)行最優(yōu)方案的選擇。例如排水線的引入。(5)管線平面布置方案也可以采取不同管段坡度、管道長度、挖方量三種權(quán)重計算,最后根據(jù)平面布置方案選擇合理的管徑和埋深,造價成本的控制也是此過程中需要注意的。
3.2管道設(shè)計的優(yōu)化
排水管道的設(shè)計可以采用德國對青島地下排水管道的造型,蛋形型管材截面形似鴨蛋,設(shè)計上寬下窄,排水管道順暢,污水無法積存與管內(nèi),管道的上部分是水泥,下半部分是水泥上貼了層瓷瓦,可以起到防腐蝕的效果。排水管道設(shè)置反水閥,被水沖刷了的贓物只能進(jìn)入水斗,而不會進(jìn)入排水管道,不會造成管道堵塞,贓物也便于清理,反水閥同時也可以避免管道臭氣散發(fā)到空氣中。
3.3排水系統(tǒng)設(shè)計與計算機(jī)信息系統(tǒng)的結(jié)合
在市政排水設(shè)計中,為了發(fā)揮排水的效能,應(yīng)結(jié)合計算機(jī)信息技術(shù)來改善排水的各個環(huán)節(jié)。如設(shè)置降雨信息系統(tǒng),收集城市雨水和降雨頻次數(shù)據(jù),以便于各片區(qū)排水調(diào)度。利用信息系統(tǒng)的預(yù)測與統(tǒng)計的結(jié)果,在一些容易發(fā)生積水和浸水的路面和片區(qū)設(shè)置雨水調(diào)整池。
3.4城市排水與市政基礎(chǔ)建設(shè)
提高行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)以便于采取比較恰當(dāng)?shù)氖虑昂褪轮刑幚怼Ｔ诔鞘惺姓ㄔO(shè)中,地下工程的排水可以設(shè)置雨水蓄存措施,如在地下開挖混凝土立坑,同時在下水道內(nèi)設(shè)置高馬力水泵,提高疏通地下水的能力。城市路面工程的鋪裝設(shè)計中,采用透水性能強(qiáng)的路面鋪裝層,可以加強(qiáng)雨水的地下滲透能力,分擔(dān)排水管道的排水壓力,減少地表徑流,還可以大大補(bǔ)充表層地下水資源。排水基礎(chǔ)設(shè)計應(yīng)考慮修建地下暗渠和地上明渠。并定期和不定期對城市大小河道進(jìn)行梳理和整治。
3.5排水系統(tǒng)的后期修養(yǎng)與維護(hù)
法國巴黎下水道設(shè)計中,排水道兩旁設(shè)置寬約1m的供檢修人員通行的便道。維修人員可以定期對下水道的排水泵房、排水管道和其他排水設(shè)施的修理和圍護(hù),保證排水工作能順利進(jìn)行。對市政排水系統(tǒng)的維護(hù)人員應(yīng)該進(jìn)行定期和不定期的技術(shù)培訓(xùn),使他們能夠及時掌握世界排水優(yōu)秀工程中的新經(jīng)驗(yàn)、新做法、新的維護(hù)手段。這對保證城市道路和地下排水工程的順暢進(jìn)行提供了更好的保障。
4結(jié)語
外點(diǎn)法求解約束優(yōu)化問題：對于不等式約束：gu（X）≤0，u=1，2，…，m。
（1）取復(fù)合函數(shù)（懲罰項(xiàng)）為G［gu（X）］=mu=1Σ｛max［gu（X），0］｝2。
（2）其中，max［gu（X），0］表示將約束函數(shù)gu（X）的值和零比較，取其中較大的一個。對于等式約束hv（X）=0，v=1，2，…，p。
（3）取復(fù)合函數(shù)（懲罰項(xiàng)）為H［hv（X）］=pv=1Σ［hv（X）］2。
（4）對于一般的約束優(yōu)化問題，外點(diǎn)罰函數(shù)的形式為：準(zhǔn)（X，rk）=（fX）+rkmu=1Σ｛max［gu（X），0］｝2+rkpv=1Σ［hv（X）］2。
（5）式中，rk為懲罰因子，rk>0。懲罰項(xiàng)與懲罰函數(shù)隨懲罰因子的變化而變化，當(dāng)懲罰因子按一個遞增的正數(shù)序列0<r0<r1<…<rk<rk+1<…變化時，依次求解各個rk所對應(yīng)的懲罰函數(shù)的極小化函數(shù)，得到的極小點(diǎn)序列X（0），X（1），…，X（k），X（k+1），…將逐步逼近于約束函數(shù)的最優(yōu)解，而且一般情況下該極小序列是由可行域外向可行域邊界逼近。綜上所述，外點(diǎn)法是通過對非可行點(diǎn)上的函數(shù)值加以懲罰，促使迭代點(diǎn)向可行域和最優(yōu)點(diǎn)逼近的算法。因此初始點(diǎn)可以是可行域的內(nèi)點(diǎn)，也可以是可行域的外點(diǎn)，這種方法既可以處理不等式的約束，又可以處理等式的約束，可見外點(diǎn)法是一種適應(yīng)性較好的懲罰函數(shù)法。外點(diǎn)法的計算步驟：1）給定初始點(diǎn)X（0）、收斂精度ε、初始罰因子r0和懲罰因子遞增系數(shù)c，置k=0；2）構(gòu)造懲罰函數(shù)準(zhǔn)（X，rk）=f（X）+rkmu=1Σ｛max［gu（X），0］｝2+rkpv=1Σ［hv（X）］2；3）求解無約束優(yōu)化問題min準(zhǔn)（X，rk），得X*，令X（k+1）=X*；4）收斂判斷。若滿足條件X（k+1）-X（k）≤ε，
（6）和（fX（k+1））-（fX）（k）（fX（k））≤ε。
（7）則令X*=X（k+1），（fX*）=（fX（k+1）），結(jié)束計算；否則，令rk+1=crk，k=k+1，轉(zhuǎn)至步驟2）繼續(xù)迭代。
2建立箱型主梁的優(yōu)化數(shù)學(xué)模型
2.1確定設(shè)計變量及目標(biāo)函數(shù)
由于門式起重機(jī)箱型主梁主要承受主梁和提升小車的結(jié)構(gòu)自重以及吊重荷載，因此門式起重機(jī)箱型主梁的計算簡圖所示，其中提升小車和吊重荷載為集中載荷P1=120000N，主梁自重為均布載荷P2=125N/m，以小車位主梁跨中時為優(yōu)化分析工況，此時主梁為最大撓度工況。箱型主梁材料為Q235B，密度為7.8×103kg/m3。主要結(jié)構(gòu)參數(shù)有：主梁跨度L，梁高H，梁寬B，腹板厚度d1和翼緣板厚度d2。其中跨度L是給定參數(shù)1050cm，其余都是可改變的。取設(shè)計變量為梁高x1，梁寬x2，腹板厚度x3和翼緣板厚度x4。寫成向量形式：X=［x1，x2，x3，x4］T=［H，B，d1，d2］T。（8）門式起重機(jī)主梁的自重是起重機(jī)設(shè)計的一個重要指標(biāo)，本文取起重機(jī)箱型主梁重量最輕為優(yōu)化目標(biāo)。由于梁的跨度L為已知，所以可用梁的截面面積來作為目標(biāo)函數(shù)。同時，又因?yàn)榱旱母叨群蛯挾瘸叽邕h(yuǎn)大于板的厚度尺寸，故截面面積之半可近似為f（X）=x1x3＋x2x4。（9）這就是本優(yōu)化設(shè)計的目標(biāo)函數(shù)。
2.2確定目標(biāo)函數(shù)的約束條件
1）強(qiáng)度條件。由計算簡圖可知該梁承受雙向彎曲，故強(qiáng)度條件的表達(dá)式為：g1（X）=σ-［σ］≤0。（10）式中，σ為圖1所示載荷作用下箱型主梁跨中翼緣板的計算應(yīng)力，［σ］為許用應(yīng)力140MPa。代入設(shè)計變量和載荷即可得到強(qiáng)度約束條件：g1（X）=3L4P1+7.8×10-5（x1x3+x2x4）L3x1x2x4+x21x3+P23x1x2x3+x22x4≤≤-140≤0。（11）其中長度單位為mm，力的單位為N（以下同）。
2）剛度條件。剛度約束條件（梁跨中撓度限制）：主梁產(chǎn)g2（X）=k3x21x2x4+x31x3-［f］≤0。（12）其中，k=P1L3/1.68×106，［f］=L700（允許撓度）代入式（12）可得：g2（X）=P1L3（3x21x2x4+x31x3）×1.68×106-L700≤0。（13）
3）翼緣板局部穩(wěn)定性條件。翼緣板寬度和厚度的比值約束翼緣板承受壓應(yīng)力。保證箱型翼緣板局部穩(wěn)定性而不需要加筋的條件為：g3（X）=x2/x4-60≤0。（14）
4）腹板局部穩(wěn)定性條件。主梁腹板高度和厚度比值的約束由參考文獻(xiàn)［11］知，腹板會在兩種情況下失去穩(wěn)定：一是在剪應(yīng)力作用下失穩(wěn)；二是在壓應(yīng)力作用下失穩(wěn)。為了防止后一種情況產(chǎn)生，常在腹板區(qū)設(shè)置縱向加強(qiáng)筋板。但是加筋過多不僅會增加制造成本，而且焊縫過多會引起較大的應(yīng)力集中，故在設(shè)計時只考慮在腹板上加1條縱筋。腹板加1條縱筋的條件是g4（X）=x1/x3-160≤0。（15）
5）幾何約束條件。考慮到便于焊接加工，板厚不得小于5mm，于是得到幾何約束條件：g5（X）=0.5-x3≤0；（16）g6（X）=0.5-x4≤0。（17）利用外點(diǎn)罰函數(shù)法，可將該約束優(yōu)化問題轉(zhuǎn)化為如下無約束優(yōu)化問題：求X=［x1，x2，x3，x4］T，使min準(zhǔn)（X，rk）=x1x3+x2x4+rk6i=1Σ［max（gi（X），0］2。（18）初始化參數(shù)為X=［760，310，5，8］，隨著r的遞增，逐次對準(zhǔn)（X，rk）求極小，上述無約束優(yōu)化問題的最優(yōu)解X*k收斂于原問題的最優(yōu)解X*。
3基于MATLAB編程求解最優(yōu)解
1）MATLAB編程。對于上述非線性無約束優(yōu)化問題，可以采用MATLAB優(yōu)化工具箱中的fminsearch函數(shù)計算。其格式如下：x=fminsearch(fun,x0,options);[x,fval,exitflag,output]=fminsearch(fun,x0,options);式中：fun為目標(biāo)函數(shù)；x0為初始點(diǎn)；fval為返回函數(shù)在最優(yōu)解點(diǎn)的函數(shù)值；exitflag為迭代終止標(biāo)志；options為設(shè)置優(yōu)化項(xiàng)目參數(shù)。
2）優(yōu)化結(jié)果。對程序運(yùn)行結(jié)果所得參數(shù)進(jìn)行圓整，得到表1門式起重機(jī)箱型主梁優(yōu)化結(jié)果比較。
4結(jié)論
根據(jù)500GJC-32.3×3型離心式長軸泵的運(yùn)行要求，確定泵的主要參數(shù)，基于傳統(tǒng)離心泵水力設(shè)計方法，初步確定葉輪幾何參數(shù).
2正交試驗(yàn)與數(shù)值計算
2.1試驗(yàn)因素及方案的確定
根據(jù)相關(guān)參考文獻(xiàn)和研究經(jīng)驗(yàn)[7-13]，選取葉輪參數(shù)中對離心式長軸泵的效率和揚(yáng)程影響較大的因素作為優(yōu)化對象，分別是：葉輪進(jìn)口直徑Dj、葉片數(shù)Z、葉片包角Φ、葉片出口安放角β2、葉片出口寬度b2、葉輪出口平均直徑D2以及葉輪出口傾斜角γ。每個因素選擇3個水平，選用L18（37）正交表進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計。
2.2數(shù)值計算
基于設(shè)計參數(shù)，運(yùn)用Pro/E軟件對離心式長軸泵進(jìn)行三維建模.
2.2.1計算域及網(wǎng)格運(yùn)用ICEM軟件對模型各部分水體進(jìn)行非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格劃分，并進(jìn)行網(wǎng)格無關(guān)性分析[14-16]，當(dāng)葉輪網(wǎng)格數(shù)達(dá)到110萬、導(dǎo)葉網(wǎng)格數(shù)達(dá)到140萬以后，計算得到的泵效率相差小于0.12%，揚(yáng)程變化不超過0.1%，故模型共需約900萬個網(wǎng)格單元可滿足計算要求，為減小計算量，正交計算針對單級全流場進(jìn)行數(shù)值計算。
2.2.2計算方法及邊界條件運(yùn)用ANSYSCFX軟件進(jìn)行模擬，采用標(biāo)準(zhǔn)k-ε湍流模型，SIMPLEC算法。邊界條件為：總壓進(jìn)口和質(zhì)量流出口，壁面設(shè)置為無滑移邊界條件，壁面粗糙度設(shè)置為12.5μm，計算精度為10-4。
2.3正交試驗(yàn)?zāi)M結(jié)果及分析
2.3.1試驗(yàn)方案通過CFD數(shù)值模擬，得到18組正交試驗(yàn)的模擬結(jié)果。在設(shè)計流量點(diǎn)Qn=1958m3/h，各試驗(yàn)方案離心式長軸泵的揚(yáng)程和效率計算。
2.3.2極差分析為了評價各因素不同水平對離心式長軸泵性能的影響，引入平均值，計算出各因素不同水平時模擬結(jié)果的平均值，以此來評價某一因素各水平的好壞；運(yùn)用極差法分析各因素對離心式長軸泵性能影響的主次順序，極差越大，表明該因素隨水平的變化揚(yáng)程和效率變化越大，為主要因素，即可得到最優(yōu)方案。對離心式長軸泵設(shè)計時應(yīng)該盡可能的提高其效率，同時也要滿足設(shè)計揚(yáng)程，當(dāng)揚(yáng)程低于工作所需揚(yáng)程時離心式長軸泵不能滿足運(yùn)行要求；當(dāng)揚(yáng)程過高效率不變時，會增加軸功率，即增大配套電機(jī)功率和成本。因此各因素各水平是否合適的判斷標(biāo)準(zhǔn)是：對于效率以額定點(diǎn)效率最高為最佳，對于揚(yáng)程以額定點(diǎn)的揚(yáng)程等于或略大于設(shè)計揚(yáng)程為最佳。結(jié)合最終確定較優(yōu)組合。A、B、C3個因素對效率和揚(yáng)程的影響一致，其較優(yōu)水平為A3B3C2。對于D因素（葉輪中間流線出口安放角β2），當(dāng)β2為25°時，泵效率最高，也滿足設(shè)計揚(yáng)程，故取此值，即取D2。對于E因素（葉片出口寬度b2），當(dāng)b2為75mm時，泵效率最高，也滿足設(shè)計揚(yáng)程，故取此值，即取E3。對于F因素（葉輪出口平均直徑D2），當(dāng)D2為545mm時，泵效率最高，但揚(yáng)程小于設(shè)計揚(yáng)程，當(dāng)D2為550mm時，效率與最高效率相差僅為0.109，同時滿足設(shè)計揚(yáng)程，故取此值，即取F2。對于G因素（葉片出口傾斜角γ），當(dāng)γ為25°時，泵效率最高，也滿足設(shè)計揚(yáng)程，故取此值，即取G2。綜上所述，最終的較優(yōu)組合是：A3B3C2D2E3F2G2，即Dj取345mm，Z取6個，Φ取105°，β2取25°,b2取75mm，D2取550mm，γ取25°。
3不等揚(yáng)程優(yōu)化
3.1不等揚(yáng)程理論方法
基于正交試驗(yàn)結(jié)果，綜合考慮各因素對揚(yáng)程和效率影響的主次順序，采用控制變量法，選擇對泵性能有較大影響的參數(shù)進(jìn)一步優(yōu)化。忽略葉片數(shù)的影響，選擇6葉片數(shù)，運(yùn)用不等揚(yáng)程設(shè)計理論對葉片出口安放角β2進(jìn)一步優(yōu)化設(shè)計，使該型離心式長軸泵能夠在多個工況下安全高效地運(yùn)行。基本思路：傳統(tǒng)水力設(shè)計方法假設(shè)葉輪中每條流線沒有差異，葉輪中各流線的滑移系數(shù)μ相同，實(shí)際葉輪中每條流線存在差異，各流線的滑移系數(shù)μ不相同，各流線有限葉片理論揚(yáng)程Ht不相同。然而在葉輪水力設(shè)計時，只有當(dāng)各流線有限葉片理論揚(yáng)程Ht相等時，所產(chǎn)生的水力損失最小。根據(jù)上述理論，基于無限葉片理論揚(yáng)程Ht∞不等，通過修改葉輪幾何參數(shù)，以調(diào)整滑移系數(shù)，使葉輪有限葉片理論揚(yáng)程Ht相等。基本方法：將離心泵葉輪分為3條流線來設(shè)計，假設(shè)葉片出口處的無窮葉片數(shù)理論揚(yáng)程Ht∞呈直線形分布，結(jié)合產(chǎn)品實(shí)際運(yùn)行工況，要求離心式長軸泵能夠在額定工況和偏大流量工況長期高效穩(wěn)定運(yùn)行。考慮到大流量時，前蓋板做功能力弱于后蓋板做功能力。
3.2數(shù)值計算及結(jié)果分析
對不同情況進(jìn)行數(shù)值計算：隨著λ的增加，各流量點(diǎn)下泵的揚(yáng)程均有所增加，但增加趨勢不同。當(dāng)λ一定時，隨著流量的減小，揚(yáng)程變化率減小。當(dāng)Q≥0.9Qn時，各流量下?lián)P程變化率ΔH/H隨著λ的增加先減小后增加，在λ=1.15時，揚(yáng)程變化率最小；當(dāng)Q＜0.9Qn時，隨著流量的減小，不同λ下的揚(yáng)程變化率趨于一致，其變化曲線近似一條水平線。這主要是由于選取較大的λ，增大了β2b，在β2a不變的情況下，增加了β2m，使得揚(yáng)程增加；而在大流量時，后蓋板做功能力強(qiáng)于前蓋板，增大λ，即增大了后蓋板的做功能力，從而使得揚(yáng)程有以上變化規(guī)律。基于不等揚(yáng)程方法優(yōu)化設(shè)計的葉輪，在各個工況下其效率均高于常規(guī)方法所設(shè)計的葉輪，在大流量時尤為明顯。采用常規(guī)方法設(shè)計的葉輪最高效率出現(xiàn)在1.1Qn，隨著λ的增加，高效點(diǎn)向大流量偏移，當(dāng)λ≥1.15時，高效點(diǎn)偏移至1.2Qn。當(dāng)Q＜0.9Qn時，不同λ下，各流量工況的效率基本相同；當(dāng)Q≥0.9Qn時，隨著λ的增加，各流量工況的效率均有所變化但變化趨勢不同，當(dāng)λ＜1.15，隨著λ的增加，各流量工況的效率增加，增加趨勢逐漸減小；當(dāng)λ=1.15，各流量工況效率達(dá)到最高，但在1.4Qn時，其效率出現(xiàn)陡降趨勢；當(dāng)λ＞1.15，隨著λ的增加，各流量工況的效率開始下降，且流量越大效率下降較快，高效區(qū)逐漸變窄，這主要是由于選取過大的λ，雖增加了葉輪后蓋板的工作能力，但是過大的增加了β2b，在葉輪出口出現(xiàn)紊流，同時過大的增加了β2，使得葉輪出口絕對速度v2增加，v2增加，動揚(yáng)程增大，液體在葉輪和導(dǎo)葉中的水力損失增加，從而使得效率下降。基于不等揚(yáng)程設(shè)計的葉輪，其軸功率均高于常規(guī)方法設(shè)計的葉輪，且隨著λ的增加，軸功率逐漸增加。當(dāng)λ≤1.1時，在Q＜1.4Qn范圍內(nèi)（該泵的運(yùn)行范圍為（0.8～1.4）Qn），軸功率曲線均出現(xiàn)最大值，有無過載特性；當(dāng)λ＞1.1時,軸功率曲線隨著λ的增加出現(xiàn)陡增趨勢，且隨著流量的增加這種陡增趨勢越明顯，在大流量下容易出現(xiàn)過載現(xiàn)象。綜上可知：基于不等揚(yáng)程理論優(yōu)化設(shè)計的葉輪具有較好的水力性能，選擇適當(dāng)后蓋板揚(yáng)程系數(shù)λ，可使葉輪水力性能趨于最佳。對于該型離心式長軸泵葉輪當(dāng)λ取1.1時，水力性能較優(yōu)。
4優(yōu)化方案的流場分析及試驗(yàn)驗(yàn)證
根據(jù)優(yōu)化參數(shù)建立葉輪，以及相關(guān)過流部件的三維模型。對離心式長軸泵在（0.5～1.4）Qn工況下進(jìn)行三級全流場數(shù)值模擬。作為性能預(yù)測的基礎(chǔ)，取0.8Qn、1.0Qn、1.2Qn3個工況進(jìn)行分析，為最優(yōu)方案的不同工況下葉輪流道內(nèi)速度矢量分布，為不同工況下離心式長軸泵中間截面靜壓分布。可以看出：液體從葉輪獲得能量后進(jìn)入導(dǎo)葉，經(jīng)過導(dǎo)葉的導(dǎo)流擴(kuò)壓作用，其壓力進(jìn)一步增加，同時進(jìn)入下一級葉輪。3個不同流量工況下液體壓力從葉輪進(jìn)口到出口逐漸升高，整個流道內(nèi)未出現(xiàn)局部高壓區(qū)域；液體在葉輪流道內(nèi)流速及流線分布均勻，均未出現(xiàn)漩渦，偏小流量時葉輪出口流速分布不均勻，靠近葉片壓力面以及吸力面流速高，隨著流量增大這種不均勻性逐漸消失，有利于泵在大流量高效運(yùn)行。通過試驗(yàn)數(shù)據(jù)可知，優(yōu)化后500GJC-32.3×3型離心式長軸泵在Q=2089.88m3/h時，最高效率η=83.22%，H=93.23m，且當(dāng)Q=1968.25m3/h時，η=82.57%，H=97.78m，因此，該泵可在豐水期和枯水期高效運(yùn)行。同時其大流量時具有無過載特性，當(dāng)Q=2248.07m3/h時，軸功率最大P=642.09kW，η=82.76%，H=86.81m，在滿足生產(chǎn)需求的條件下，綜合考慮安全與成本投入，可將配套電機(jī)功率降低至670kW，從而降低了一次投入。由上可知，該泵滿足設(shè)計要求。
5結(jié)論
為使離心式長軸泵能夠在不同工況下高效運(yùn)行，該文以500GJC-32.3×3型離心式長軸泵為例，對其進(jìn)行了優(yōu)化，得到以下結(jié)論。
1）根據(jù)傳統(tǒng)方法估算離心式長軸泵葉輪參數(shù)，通過正交試驗(yàn)方法對葉輪參數(shù)進(jìn)行初步了優(yōu)化，并對正交試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行極差分析，得到了各參數(shù)對離心式長軸泵揚(yáng)程和效率影響的主次順序。
2）綜合考慮各參數(shù)對離心式長軸泵性能的影響，選取重要因素，基于不等揚(yáng)程設(shè)計理論，采用控制變量法對葉輪進(jìn)行多方案優(yōu)化設(shè)計，并對各方案進(jìn)行了數(shù)值模擬，對比模擬結(jié)果發(fā)現(xiàn)，基于不等揚(yáng)程理論優(yōu)化設(shè)計的葉輪具有較好的水力性能，選擇適當(dāng)后蓋板揚(yáng)程系數(shù)λ，可使葉輪水力性能趨于最佳。對于該型離心式長軸泵葉輪當(dāng)λ取1.1時，離心式長軸泵水力性能較優(yōu)。
一、做好建筑建筑給水排水設(shè)計的相關(guān)建議
1做好工程的整合
在建筑給水排水設(shè)計中，首先一定要做好相應(yīng)的工程整合，針對建李曉琳江西五方建筑設(shè)計有限公司江西贛州341000筑的特點(diǎn)，做好給水系統(tǒng)以及排水系統(tǒng)的設(shè)計，要能夠在符合相應(yīng)的規(guī)范的前提下，適當(dāng)?shù)臏p少管道的數(shù)量。另外也要做好對建筑結(jié)構(gòu)、暖通系統(tǒng)以及電氣系統(tǒng)等方面的整合，以此來提升相應(yīng)建筑的美觀性。所以相關(guān)的設(shè)計者必須要具備一個專業(yè)的素質(zhì)，能夠針對建筑物的特點(diǎn)，對整體系統(tǒng)的設(shè)計方案進(jìn)行整合，要能夠適當(dāng)降低成本。在進(jìn)行整合的過程中，其中最為重要的思想就是要堅持服務(wù)為主，能夠保證設(shè)計的舒適性以及合理性，并且要能夠保證系統(tǒng)之間的溝通能力，相互改造，從而來提升設(shè)計效果。這樣能夠保證建筑的結(jié)構(gòu)形象美觀，并且能夠?yàn)槿藗兲峁┮粋€舒適的整合設(shè)計。
2增強(qiáng)設(shè)計的可靠性
對于建筑設(shè)計來說，可靠性屬于一個十分重要的評價指標(biāo)，因此，在進(jìn)行建筑給水排水設(shè)計時，一定要做好對建筑給水排水的可靠性評價。目前來看，可靠性評價存在一些問題，必須要對其進(jìn)行改正，其中主要的改正方法有兩方面：首先是要能夠做好管道材料的選擇以及構(gòu)建的選擇，那么將會執(zhí)行相應(yīng)的規(guī)范以及標(biāo)準(zhǔn)，相關(guān)的設(shè)計人員一定要針對建筑物的特點(diǎn)，來設(shè)計一些比較合適的選材方案，避免僅僅是重視成本的降低，而選擇一些比較劣質(zhì)的材料。其次，是在給水排水設(shè)計結(jié)構(gòu)設(shè)計中，一定要重視可靠性問題的重要，要避免在設(shè)計中出現(xiàn)缺陷，一定要充分考慮到其中所存在的一些安全隱患以及故障，針對這些問題來設(shè)置一些解決的對策，從而來提升建筑給水排水設(shè)計的可靠性。最后，在進(jìn)行設(shè)計時，一定要引入一些先進(jìn)的技術(shù)以及新型材料，要能夠結(jié)合實(shí)際情況做好創(chuàng)新，打破傳統(tǒng)的設(shè)計思維，同時也要保證施工的效果，在進(jìn)行施工前，一定要對施工場地進(jìn)行全面的勘察，若是發(fā)現(xiàn)其中存在問題，那么要及時的更改設(shè)計方案，從而來保證給水排水設(shè)計的穩(wěn)定性。
3正確敷設(shè)設(shè)計管道方案
在給水排水設(shè)計中，其中最為重要的一項(xiàng)內(nèi)容便是做好管道布置的敷設(shè)方案，尤其是在相應(yīng)的廚房以及衛(wèi)生間，一定做好相關(guān)的管道敷設(shè)設(shè)計，設(shè)計的原則一定要遵循國家相關(guān)規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)。舉個例子，對于一些排水管道設(shè)計的標(biāo)準(zhǔn)來說，在衛(wèi)生間中其中一些衛(wèi)生器具的設(shè)計必須要合理科學(xué)，尤其是關(guān)于排水管道的連接問題，我國相關(guān)文件中規(guī)定，普通民用建筑的排水立管要大于2.4L/s，衛(wèi)生器具的排水量設(shè)計一般為1.78-3L/s。但是目前來看，一些規(guī)范其中規(guī)定還是不夠明確，這樣導(dǎo)致了一些排水管道的連接布置缺乏合理性。根據(jù)實(shí)際情況來看，在衛(wèi)生間中的給水排水管道敷設(shè)要能夠與實(shí)際使用效果相互結(jié)合，要能夠在保證滿足用戶要求的基礎(chǔ)上，提升敷設(shè)的合理性科學(xué)性，并且要能夠防止出現(xiàn)一些溢水以及反味的現(xiàn)象。要想保證給水排水管道設(shè)計的合理性，那么相關(guān)的設(shè)計人員一定要能夠充分的針對建筑物的特點(diǎn)進(jìn)行考慮，從而來結(jié)合實(shí)際的情況進(jìn)行合理科學(xué)的敷設(shè)。
二、結(jié)語
在建筑給水排水的設(shè)計中，一定要做好設(shè)計方案的合理性，要能夠在保證設(shè)計合理美觀的情況下，保證人們居住的舒適性，因此相關(guān)的設(shè)計人員一定要做好給水排水設(shè)計的工程整合，能夠做好室內(nèi)各個功能之間的整合，保證協(xié)調(diào)性，并且要提升設(shè)計的可靠性。另外，也要保證管道敷設(shè)的合理性，從而來提升給水排水管道設(shè)計的質(zhì)量。
作者：李曉琳 單位：江西五方建筑設(shè)計有限公司
在進(jìn)行建筑剪力墻機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)設(shè)計時，要充分考慮到設(shè)計是否符合規(guī)范要求，是否滿足實(shí)際運(yùn)行的情況，在進(jìn)行計算以后，把一些沒有必要的多余量刪除，計算一定要精準(zhǔn)，多余量只能說明計算仍然缺少控制能力，在確保計算準(zhǔn)確的情況下，有些甚至不需要看計算書或是建筑方案，這樣就可以省去一些不必要的步驟，比如說剪力墻的結(jié)構(gòu)剛度不能夠過大，應(yīng)該是以規(guī)定要求的樓層最小剪力系數(shù)為目標(biāo)，這樣可以使計算結(jié)果接近規(guī)范限值。在布置剪力墻的時候，我們應(yīng)該將它布置成雙向的，而不僅僅是單向設(shè)置，以此來形成空間的結(jié)構(gòu)；尤其是對于那些抗震設(shè)計的剪力墻結(jié)構(gòu)，更應(yīng)該避免僅單向布置剪力墻。而將剪力墻布置成雙向結(jié)構(gòu)來形成的空間結(jié)構(gòu)，我們可以利用這個優(yōu)點(diǎn)來做些其他的設(shè)計，而且剪力墻自身對負(fù)重的能力較高，我們可以減少對材料的投資，并且減少材料本身對自然環(huán)境的污染。我們不僅達(dá)到了對剪力墻的優(yōu)化設(shè)計目的，還減少了環(huán)境的污染，這樣就符合我們原本意愿。我們這樣還可以對規(guī)范的要求更加理解，做到靈活使用，讓我們的設(shè)計更加完美。
2、剪力墻結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計
2.1對于剪力墻結(jié)構(gòu)的設(shè)計，其應(yīng)沿著主軸方向雙向或多向布置。不同方向的剪力墻宜聯(lián)結(jié)在一起，應(yīng)盡量拉通、對直成為工形、T形、L型等有翼緣的墻，形成一定空間結(jié)構(gòu)。抗震設(shè)計時，為了使其具有有較好的空間性能，不能單向設(shè)置剪力墻。應(yīng)使兩個受力方向的抗側(cè)剛度相近，剪力墻墻肢截面宜簡單、規(guī)則。為了能充分利用剪力墻結(jié)構(gòu)的能力，在設(shè)計時必須減輕墻體結(jié)構(gòu)的自量、加大空間面積、提高剪力墻的承載力和抗側(cè)剛度等。除此之外，剪力墻的布置不能太密，使結(jié)構(gòu)具有適宜的側(cè)向剛度。若側(cè)向剛度過大，不僅加大自重，還會使地震力增大。
2.2剪力墻墻段設(shè)計要求是墻體規(guī)則、豎向剛度均勻，門窗孔洞整齊，要有明確的剪力墻肢和連梁，它們之間的應(yīng)力應(yīng)該分布均勻，要符合目前常用的計算簡圖，避免一些剛度差異過大引起的問題。
2.3如果剪力墻較長，應(yīng)先將其平均分成多個墻體，開挖孔洞，各剪力墻之間的連接部分采用弱連梁連接的方法。但值得注意的是，在進(jìn)行抗震設(shè)計時，應(yīng)盡量避免開挖孔洞，并且在兩個孔洞之間形成墻體肢截面高度與厚度比小于四的小墻肢。當(dāng)墻厚大于小墻肢截面的四分之一時，需按框架柱設(shè)計要求對箍筋進(jìn)行全高加密。
2.4當(dāng)剪力墻結(jié)構(gòu)平面內(nèi)的剛度和承重力較大，而平面外剛度和承載力相對較小。為了保證剪力墻平面外的穩(wěn)定性，就應(yīng)控制剪力墻平面外的彎矩。
2.5剪力墻的設(shè)置能夠影響到結(jié)構(gòu)的抗側(cè)剛度的大小，為避免剛度發(fā)生改變，應(yīng)自下而上連續(xù)布置。但是值得注意的是，若剪力墻沿高度不連續(xù)，會對導(dǎo)致剪力墻結(jié)構(gòu)的剛度沿高度而發(fā)生突然變化。
3、剪力墻結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計措施
3.1注重轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)設(shè)計
新時期高層建筑越來越多，使用功能也是逐漸的多樣化，對于一些多功能的高層建筑來說，上下兩部分的使用功能是不一樣，因此就要考慮到轉(zhuǎn)換層的結(jié)構(gòu)設(shè)計，在設(shè)計的時候，要充分的考慮到大空間的剪力墻轉(zhuǎn)換難度大，調(diào)整上下之間的剛度使之達(dá)到相互接近值，由于轉(zhuǎn)換層本身的剛度和質(zhì)量不應(yīng)該大，可以通過在水平力的作用下，精確的分析轉(zhuǎn)換層位移角是否均勻，通過仔細(xì)的分析可能存在的問題，研究具體結(jié)構(gòu)的內(nèi)分配問題，才能保證轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)設(shè)計的完整性。
3.2優(yōu)化連梁設(shè)計
對于連梁非抗震及抗震設(shè)計，高跨比大于和小于2.5這兩種情況，規(guī)范在截面受剪承載力以及配筋這兩個方面都有明確的要求。塑性調(diào)幅可以采取以下兩種方法：①將連梁的剛度在內(nèi)力計算之前進(jìn)行折減。②將連梁的彎矩與剪力的組合值在內(nèi)力計算之后再乘上一個折減系數(shù)。不管是采用哪種方法，應(yīng)該確保經(jīng)過調(diào)整后連梁的彎矩、剪力設(shè)計值不得小于使用階段實(shí)際值，也不得低于設(shè)防烈度低一度的地震組合所得的彎矩設(shè)計值。防止在正常使用狀況下或者較小地震作用下產(chǎn)生裂縫，影響結(jié)構(gòu)安全。另外，還必須要重視連梁的鉸接處理。
3.3底部加強(qiáng)部位的設(shè)計優(yōu)化
一般在進(jìn)行高層剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計時，最底部分的高度可以獲取嵌固部位以上，墻肢總高度的十分之一和底部兩層的較大值；底部帶轉(zhuǎn)換層的高層建筑結(jié)構(gòu)，其剪力墻底部加強(qiáng)部位的高度可取框支層加上框支層以上二層的高度及落地抗震墻肢總高度的十分之一二者的較大值。當(dāng)將地下室頂板視作嵌固部位，在地震作用下的屈服部位將發(fā)生在地上樓層，同時將影響到地下一層，此時地下一層的抗震等級不能降低，加強(qiáng)部位的范圍應(yīng)向下延伸到地下一層，并應(yīng)按規(guī)范要求在地下一層設(shè)置約束邊緣構(gòu)件。
4、結(jié)束語
研究的高剛度臥式空氣靜壓主軸由雙向止推軸承和徑向軸承組成，下面分別建立止推軸承和徑向軸承的橢圓型偏微分方程形式。以MATLAB軟件中的PDE工具箱為求解器，編制程序進(jìn)行迭代求解空氣靜壓主軸的承載力、剛度和流量等靜特性。
2空氣靜壓主軸的仿真優(yōu)化設(shè)計
空氣靜壓主軸的性能受到結(jié)構(gòu)尺寸、供氣壓力、氣膜間隙、節(jié)流孔孔徑和數(shù)目等諸多參數(shù)的影響。在仿真計算中對部分影響主軸性能的參數(shù)做正交實(shí)驗(yàn)，選擇最優(yōu)化的空氣靜壓主軸結(jié)構(gòu)參數(shù)。在徑向軸承中，徑向節(jié)流器的長度、節(jié)流孔孔徑及分布、氣膜間隙等影響最大，在恒定氣膜間隙和供氣壓力的情況下，分析以上參數(shù)之間的相互影響;而止推軸承中氣膜間隙和節(jié)流孔孔徑以及分布等影響較大。采用基于MATLAB軟件PDE工具箱自主研發(fā)的程序進(jìn)行數(shù)值仿真分析，并根據(jù)其他主軸的實(shí)驗(yàn)結(jié)果修正了仿真分析程序。為了確定空氣靜壓主軸的結(jié)構(gòu)參數(shù)，仿真采用了正交實(shí)驗(yàn)的理論方法，空氣靜壓主軸的轉(zhuǎn)子直徑為100mm，為了提高徑向的承載和剛度，徑向節(jié)流器相對立式主軸較長，因此設(shè)計時徑向節(jié)流器為2段，每段長度分別采用80、100和120mm3種形式，每段節(jié)流方式為雙排小孔(每排12個)節(jié)流;止推軸承有效承載面外徑為226mm，內(nèi)徑為106mm，節(jié)流方式為雙排(每排12個)小孔節(jié)流;供氣壓力ps=0.5MPa(絕對壓力);間隙為目前國內(nèi)外氣浮主軸普遍采用的單邊10μm。在優(yōu)化設(shè)計中，上述提到的參數(shù)對軸承性能(剛度、載荷)的影響是單調(diào)的，在更大程度上受到加工能力和結(jié)構(gòu)尺寸的限制。空氣靜壓主軸的優(yōu)化設(shè)計主要是確定軸承的氣膜間隙和節(jié)流小孔直徑的最優(yōu)匹配關(guān)系，優(yōu)化設(shè)計的目標(biāo)是根據(jù)使用情況實(shí)現(xiàn)剛度或承載最大。根據(jù)以上方案數(shù)值仿真的結(jié)果，得到優(yōu)化的空氣靜壓主軸的關(guān)鍵參數(shù)。其中，對于徑向軸承，氣浮間隙為10μm，供氣壓力為0.5MPa，長度為100mm，節(jié)流小孔直徑為0.1mm，節(jié)流孔距端面距離為節(jié)流器總長度的1/4時，得到最大徑向剛度171N/μm，兩段為342N/μm。對于止推軸承，單邊氣膜間隙為10μm，節(jié)流小孔直徑為0.1mm，得到最大軸向剛度723N/μm。采用以上優(yōu)化后的結(jié)構(gòu)參數(shù)，可以達(dá)到該套空氣靜壓主軸的最優(yōu)性能。
3實(shí)驗(yàn)測試
3.1實(shí)驗(yàn)裝置
實(shí)驗(yàn)采用的空氣靜壓主軸采用雙向止推軸承和徑向軸承的T型結(jié)構(gòu)，止推軸承和徑向軸承獨(dú)立供氣。主軸的轉(zhuǎn)子與止推板組成轉(zhuǎn)子組件，徑向節(jié)流器與下止推節(jié)流器的垂直度誤差均要求小于1μm。止推間隙由墊環(huán)與止推板的厚度差來保證，徑向間隙由徑向節(jié)流器與轉(zhuǎn)子的直徑差來保證。止推和徑向的氣膜間隙一般控制在10～15μm之間，具體參數(shù)由實(shí)際使用情況和仿真分析結(jié)果確定。空氣靜壓主軸的精度一般受到驅(qū)動電機(jī)的影響，要實(shí)現(xiàn)其超高回轉(zhuǎn)精度，驅(qū)動是非常關(guān)鍵的一個環(huán)節(jié)。實(shí)驗(yàn)采用的空氣靜壓主軸采用分體式力矩電機(jī)，力矩電機(jī)的轉(zhuǎn)子采用直聯(lián)的方式與空氣靜壓主軸的轉(zhuǎn)子連成一體。采用這種連接方式，省去普通聯(lián)軸器傳動環(huán)節(jié)，因此簡化了傳動路徑，提高了主軸的回轉(zhuǎn)精度。該結(jié)構(gòu)還配備了旋轉(zhuǎn)變壓器和高精度圓光柵來提供位置反饋信號，為實(shí)現(xiàn)C軸功能，還配備了旋轉(zhuǎn)變壓器。
3.2實(shí)驗(yàn)結(jié)果
采用上述方案對臥式空氣靜壓主軸的軸向和徑向剛度進(jìn)行測試，在供氣表壓為0.5MPa時，測得軸向剛度為785N/μm，徑向剛度為313N/μm。實(shí)驗(yàn)結(jié)果與仿真結(jié)果比較，軸向剛度的誤差為7.9%;徑向剛度的誤差為9.3%，證明了優(yōu)化設(shè)計方案的可行性。
4結(jié)論
設(shè)計思路：運(yùn)營管理由人、流程和產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)管理，通過系統(tǒng)的運(yùn)作得到有效的評價。借鑒先進(jìn)的運(yùn)營管理模式。地產(chǎn)企業(yè)自身的情況進(jìn)行運(yùn)營管理體系的思路設(shè)計，設(shè)計方面主要由以下四點(diǎn)構(gòu)成：戰(zhàn)略管理、戰(zhàn)略管理體系、流程管理體系及績效評價體系。這四點(diǎn)體現(xiàn)的就是從哪管、管什么、如何管和效果如何。
二、地產(chǎn)運(yùn)營管理體系優(yōu)化的戰(zhàn)略設(shè)計
運(yùn)營管理體系構(gòu)建可以為企業(yè)提供戰(zhàn)略的組織保障，所以，進(jìn)行運(yùn)營管理體系優(yōu)化的戰(zhàn)略設(shè)計一定要明確。對企業(yè)優(yōu)熱和劣勢進(jìn)行系統(tǒng)的分析，確定企業(yè)戰(zhàn)略目標(biāo)。企業(yè)外部威脅：企業(yè)外部環(huán)境受到政策、經(jīng)濟(jì)和社會等多方面因素影響和威脅。政治上，房地產(chǎn)企業(yè)受到國家土地管理越來越嚴(yán)格的影響，導(dǎo)致土地成本不斷升高，地房開發(fā)資金不斷增加；經(jīng)濟(jì)上，受到銀行貸款政策日益嚴(yán)格，甚至可能改變政策的影響，使地產(chǎn)開發(fā)融資十分困難，造成資金的緊張，競爭激烈；在社會上，消費(fèi)者的消費(fèi)日趨理性化，要求企業(yè)專業(yè)性要不斷提高。企業(yè)外部機(jī)會：外部有威脅就有機(jī)會。在政治上，由于國家或地方政府都有一定的稅收減免政策，對房地產(chǎn)行業(yè)可以起到一定的支持；在經(jīng)濟(jì)上，城市圈的建設(shè)為地產(chǎn)行業(yè)帶來發(fā)展機(jī)遇，而且居民收入不斷增長，也影響了地產(chǎn)行業(yè)發(fā)展。內(nèi)部劣勢：地產(chǎn)行業(yè)內(nèi)部也要進(jìn)行優(yōu)劣勢的分析。劣勢為，地產(chǎn)行業(yè)眾多，如果地產(chǎn)開發(fā)企業(yè)的知名度不夠，品牌不強(qiáng)是很難獲得競爭的機(jī)會；如果地產(chǎn)企業(yè)規(guī)模不大，也很難獲得土地資源的開發(fā)權(quán)，企業(yè)的發(fā)展就受到很大的約束；地產(chǎn)企業(yè)如果規(guī)模不大，管理上就會不科學(xué)，尤其是中層管理人員水平受到一定的限制；如果地產(chǎn)企業(yè)的資金和實(shí)力不夠強(qiáng)，很難實(shí)現(xiàn)融資。內(nèi)部優(yōu)勢：地產(chǎn)企業(yè)即便有一些劣勢，還有很多優(yōu)勢存在。地產(chǎn)企業(yè)如果是本土企業(yè)就會了解本地文化與消費(fèi)習(xí)慣，可以了解消費(fèi)者的實(shí)際需求，開發(fā)出真正適合本地區(qū)消費(fèi)者需求的產(chǎn)品；地產(chǎn)企業(yè)如果規(guī)模小，就可以進(jìn)行靈活的組織，可以通過不斷的創(chuàng)新，使企業(yè)獲得更大的發(fā)展空間。
三、地產(chǎn)運(yùn)營管理體系優(yōu)化體系的組織設(shè)計
地產(chǎn)企業(yè)的運(yùn)營管理要實(shí)現(xiàn)戰(zhàn)略目標(biāo)，就要具備相應(yīng)組織體系的保障，而地產(chǎn)企業(yè)現(xiàn)行組織架構(gòu)基本上是可以滿足工程項(xiàng)目開發(fā)的實(shí)際需求的，不過，要將組織架構(gòu)進(jìn)一步優(yōu)化，更利于地產(chǎn)企業(yè)的發(fā)展需要。在組織靜態(tài)結(jié)構(gòu)上看，各部門的職責(zé)都定位在利于公司的發(fā)展和要求上，而靜態(tài)的結(jié)構(gòu)優(yōu)化是對某些缺失職能的優(yōu)化，例如：成本的管理和定位、策劃等方面職能。在組織動態(tài)結(jié)構(gòu)上看，地產(chǎn)企業(yè)的組織體系責(zé)權(quán)并不清晰，使各部門的動態(tài)職責(zé)和各方面的配合、接口都不清晰，這種責(zé)任不明確和組織效率低的行為都會影響地產(chǎn)企業(yè)的正常發(fā)展。對組織動態(tài)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化是建立起清晰權(quán)、責(zé)的組織體系，使各部門間更好的實(shí)現(xiàn)溝通和協(xié)調(diào)，使領(lǐng)導(dǎo)可以更好的以事務(wù)性管理來解決問題。
四、地產(chǎn)運(yùn)營管理體系優(yōu)化體系的業(yè)務(wù)流程設(shè)計
地產(chǎn)企業(yè)業(yè)務(wù)流程中還存在很多問題，最主要的問題是未按照系統(tǒng)方法實(shí)現(xiàn)流程的規(guī)劃，而業(yè)務(wù)流程可以分級和分類，通過規(guī)劃管理明確流程的管控體系，使地產(chǎn)企業(yè)的工作效率低下，十分繁瑣和復(fù)雜。地產(chǎn)企業(yè)結(jié)合自身組織的結(jié)構(gòu)，以價值鏈完成業(yè)務(wù)流程的分級分類，然后進(jìn)行規(guī)劃，建立起業(yè)務(wù)流程體系。以價值鏈的理論，地產(chǎn)企業(yè)的價值鏈以基本活動與輔助活動組成的。基本活動從開發(fā)的順序可以分成：環(huán)境調(diào)研、土地資源的開發(fā)、工程項(xiàng)目定位、營銷策劃及工程管理等方面內(nèi)容。
五、地產(chǎn)運(yùn)營管理體系優(yōu)化體系的績效評價設(shè)計
地產(chǎn)企業(yè)的績效評價系統(tǒng)是以主要構(gòu)成要素來展開的，而績效評價系統(tǒng)有評價主體、客體、目標(biāo)、指標(biāo)、標(biāo)準(zhǔn)、方法及報告等內(nèi)容組成。通過對地產(chǎn)行業(yè)及施工企業(yè)經(jīng)營的特點(diǎn)進(jìn)行綜合的分析發(fā)現(xiàn)，結(jié)合了地產(chǎn)企業(yè)戰(zhàn)略和組織架構(gòu)、運(yùn)營體系后，可以總結(jié)出影響地產(chǎn)行業(yè)績效的重要因素，借鑒了平衡積分卡，可以優(yōu)化地產(chǎn)企業(yè)運(yùn)營績效評價的指標(biāo)體系。
六、結(jié)束語
關(guān)鍵詞：框撐－核心筒結(jié)構(gòu)超限高層受力性能剛度
1工程概況[1]
本工程位于重慶市渝中區(qū)的中心地帶，建筑面積約100000m2，由7層裙樓及56層塔樓組成，裙房平面尺寸為81m×54m，塔樓平面尺寸為34m×34m（外包尺寸為37.6m×37.6m），將地下二層按規(guī)范要求的嵌固構(gòu)造處理，使其作為上部的嵌固端，嵌固以下埋深11.9m，以上229.3m（結(jié)構(gòu)計算高度）。建筑總高度為241.2m（未包括出屋面的電梯，觀景廳及水箱間的高度），核心筒平面尺寸14.6m×14.6m。該結(jié)構(gòu)平面布置規(guī)則、對稱，豎向抗側(cè)力構(gòu)件上下連續(xù)貫通、無剛度突變（見圖1、2）。
該項(xiàng)目地下部分及塔樓筏板基礎(chǔ)建成后停工至今已達(dá)三年之久，被市列為“四久工程”。
2結(jié)構(gòu)優(yōu)化
2004年7月業(yè)主委托我院對該項(xiàng)目進(jìn)行方案優(yōu)化設(shè)計，要求方案滿足建筑擴(kuò)大空間、結(jié)構(gòu)安全、經(jīng)濟(jì)合理并符合超限高層建筑抗震規(guī)范要求。對原設(shè)計單位所作的結(jié)構(gòu)設(shè)計方案，我院提出以下優(yōu)化意見。
①減少框架柱數(shù)量，增大建筑空間
為滿足建筑大空間的功能要求，將原設(shè)計方案中每邊八根柱減少到每邊五根柱，底層柱截面由原設(shè)計的1500mm×1500mm、1400mm×1500mm增大為1800mm×1800mm、1700mm×1700mm，上部各層柱分段減小，以滿足軸壓比的要求。優(yōu)化后可以增加建筑使用面積約750m2，并節(jié)約混凝土用量約2700m3。為了彌補(bǔ)結(jié)構(gòu)抗側(cè)剛度的不足，在塔樓四角區(qū)設(shè)置“L”型桁架（見圖3），構(gòu)成框架桁架結(jié)構(gòu)，內(nèi)部布置剪力墻核心筒，形成框撐－核心筒體系。并且在建筑上將四周的支撐暴露，造型美觀，具有獨(dú)特的標(biāo)志性風(fēng)格。
圖1結(jié)構(gòu)平面示意圖圖2建筑軸側(cè)圖
②減小核心筒內(nèi)墻墻體厚度
經(jīng)過計算分析，芯筒內(nèi)的內(nèi)墻對抗側(cè)剛度貢獻(xiàn)較小，主要承受的豎向荷載是墻體本身的重量，因此可以將內(nèi)墻厚度適當(dāng)減薄。原設(shè)計方案芯筒內(nèi)墻厚度為800、400、350、250mm，優(yōu)化設(shè)計后改為400、250、200mm。同時將原設(shè)計中芯筒外墻厚度也減少100mm，由此可以節(jié)約混凝土用量約4500m3，增加建筑使用面積約1250m2。
③其他
在滿足結(jié)構(gòu)安全的情況下，將原設(shè)計方案中窗群梁由500mm×1500mm優(yōu)化為500mm×700mm，塔樓井字梁由250mm×450mm優(yōu)化為200mm×400mm。
3結(jié)構(gòu)整體分析
3.1設(shè)計基本參數(shù)
①設(shè)計基準(zhǔn)期50年，使用年限100年，安全等級為一級，地基設(shè)計等級為甲級。
②本工程抗震設(shè)防烈度為6度，地震分組為第一組，設(shè)計基本地震加速度為0.05g，建筑抗震設(shè)防類別為兩類。由于本工程特別重要，現(xiàn)將建筑設(shè)防類別提高為乙類。由于本工程建筑場地為I類場地，仍按本地區(qū)抗震設(shè)防烈度的要求采取抗震構(gòu)造措施。該工程為B級高度建筑，其結(jié)構(gòu)抗震等級剪力墻和框架柱均為二級。
③場地的特征周期，水平地震影響系數(shù)最大值，放大系數(shù)。
④基本風(fēng)壓為0.45kN/m2，基本風(fēng)壓增大系數(shù)取1.2，即按0.54kN/m2取用。地面粗糙為C類，風(fēng)壓體形系數(shù)、風(fēng)壓高度變化系數(shù)及風(fēng)振系數(shù)均按《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》GB50009-2001的規(guī)定采用，樓面活荷載標(biāo)準(zhǔn)值按荷載規(guī)范取值。
3.2主要結(jié)構(gòu)構(gòu)件截面
表1核心筒剪力墻尺寸
樓層
心筒外墻厚
心筒內(nèi)墻厚
-2F～4F
800
400/250/200
5F～21F
700
400/250/200
22F～32F
600
350/250/200
33F～40F
500
350/250/200
41F～53F
400
300/200
53F以上
400
300/200
表2框架柱截面尺寸
樓層
角柱
中柱
框架主梁
-2F～4F
1800×1800
1700×1700
500×700
5F～22F
1800×1800
1700×1600
500×700
23F～31F
1700×1700
1700×1400
500×700
32F～39F
1600×1600
1700×1200
500×700
40F～52F
1400×1400
1700×1000
500×700
52F以上
1200×1200
1700×800
500×700
表3混凝土強(qiáng)度等級
樓層
核心筒墻
框架柱
梁、板
-2F～24F
C60
C60
C30
25F～33F
C50
C50
C30
34F～42F
C40
C40
C30
42F以上
C30
C30
C30
3.3計算模型與程序
根據(jù)本工程結(jié)果的特殊性，結(jié)構(gòu)整體分析采用SATWE和TAT兩種軟件分析計算。為了優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計，并充分利用已經(jīng)施工完成的基礎(chǔ)，根據(jù)專家組的建議，分別對六柱方案、五柱方案和四柱方案三種框撐－核心筒體系進(jìn)行計算分析。綜合分析以上三種方案，專家組一致推薦第二方案，即五柱方案。
3.4主要計算結(jié)果
①五柱方案
表4～表6為SATWE和TAT主要計算結(jié)果的對比分析。應(yīng)說明的是，采用SATWE程序計算，可將樓板按彈性樓板考慮，消除了復(fù)雜結(jié)構(gòu)體系按剛性樓板假定計算帶來的誤差。
(a)平面圖(b)立面圖
圖3五柱方案
表4模態(tài)分析計算結(jié)果
分析軟件
SATWE
TAT
備注
結(jié)構(gòu)總質(zhì)量（t）
147815.625
146626.9
第1周期（s）
5.6758
5.8466
第2周期（s）
5.5607
5.7573
第3周期（s）
2.3090
2.5085
<0.8T1
第4周期（s）
1.4015
1.4830
第5周期（s）
1.3840
1.4739
第6周期（s）
0.8100
0.8773
第7周期（s）
0.6542
0.6842
第8周期（s）
0.6194
0.6466
第9周期（s）
0.4535
0.4717
注：表中只列出了前9個周期。
表5抗風(fēng)計算結(jié)果
分析軟件
SATWE
TAT
備注
x向最大層間位移
1/1163
1/1033
滿足規(guī)范要求
y向最大層間位移
1/1127
1/1012
滿足規(guī)范要求
x向頂點(diǎn)位移
163.25
181.97
滿足規(guī)范要求
y向頂點(diǎn)位移
170.03
185.73
滿足規(guī)范要求
x向總剪力（kN）
12813.6
12999.04
y向總剪力
12796.3
12982.13
x向總傾覆力矩（kN·m）
1860922
1896806.4
y向總傾覆力矩（kN·m）
1860582
1896478.6
表6抗震計算結(jié)果
分析軟件
SATWE
TAT
備注
x向最大層間位移
1/1836
1/1969
滿足規(guī)范要求
y向最大層間位移
1/1804
1/1968
滿足規(guī)范要求
x向頂點(diǎn)位移
102.01
90.62
滿足規(guī)范要求
y向頂點(diǎn)位移
105.01
91.26
滿足規(guī)范要求
x向總剪力（kN）
8410.2
11730.15
y向總剪力
8491.4
11730.15
x向總傾覆力矩（kN·m）
1124786
1565804.38
y向總傾覆力矩（kN·m）
1112582
1536540.25
考慮第I振型，并忽略阻尼的有利影響，計算出結(jié)構(gòu)頂點(diǎn)順風(fēng)和橫風(fēng)最大加速度：，，均滿足高規(guī)規(guī)定的小于0.15m/s2的要求。
②六柱方案
最大軸壓比0.66
結(jié)構(gòu)頂層最大加速度：，。
內(nèi)筒尺寸不變，外框架柱底層面積率為原設(shè)計方案（“筒中筒”方案）的71.4％。
(a)平面圖(b)立面圖
圖4六柱方案
③四柱方案
(a)平面圖(b)立面圖
圖5四柱方案
最大軸壓比0.69
結(jié)構(gòu)頂層最大加速度：，
內(nèi)筒尺寸不變，外框架柱底層面積率為原設(shè)計方案（“筒中筒”方案）的76.0％，需設(shè)置三個加強(qiáng)層。
④計算結(jié)果對比分析
表7計算結(jié)果對比分析表
T
Δ/h
備注
筒中筒體系
6.2951
1/817
0.75
原設(shè)計方案
框撐－核心筒結(jié)構(gòu)體系
六柱方案
5.4618
1/1433
0.66
0.05890
四柱方案
5.7756
1/1237
0.69
0.13840
有加強(qiáng)層
五柱方案
5.6758
1/1127
