钢筋混凝土矩形沉井结构水泵房优化设计

钢筋混凝土矩形沉井结构水泵房优化设计
陈惠明

随着工业和社会生活需求的发展,供水工程日益增多,修建取水泵房也增多,但取水泵房造价较高(如湖北省鄂州电厂的一次循环冷却水取水泵房的土建造价达 5000多万元)。据有关文献介绍,泵房结构采用优化设计,可以使工程造价降低5%～25%(见朱伯芳、黎展眉、张壁城编著的《结构设计优化原理与应用》)。可见,探讨水泵房优化设计,具有显著的经济意义。
一般水泵房所处的环境比较复杂,修建时,采用的施工方法及相应的结构形式多种多样。笔者选择江河和海边取水泵房应用最多的钢筋混凝土矩形沉井结构来作优化设计分析,推导优化设计公式和优化程序。

一、优化设计思路

优化设计的目标是使设计出来的结构在满足安全使用的条件下,造价最低,这样的结构才是最优结构。
对钢筋混凝土沉井结构,若设计出的每一构件的材料强度都得到充分利用,则这样的整个结构是最优结构。
基于上述的思路,可以把冻结内力方法和0.618法结合起来,进行沉井结构的优化设计。首先对拟设计结构方案进行一次内力分析,再把内力冻结起来,用 0.618法对各个构件进行优化,得到新的方案;然后再进行内力重分析,重复上述步骤,直至前后两次计算结果充分接近为止。

二、结构部件的优化设计

钢筋混凝土沉井结构水泵房为板式结构、框架结构和井字梁结构的混合体。其受力工况很多,计算简图也依部位、工况而不同。但按钢筋混凝土构件分类,可分为纯弯板、偏压板、纯弯梁、偏压柱4种构件,下面就对此4种构件作优化设计推导。

1.纯弯板构件的优化设计

纯弯板优化可采用分单位板宽度来分析。
(1)目标函数
取目标函数为单位板宽、单位长度的材料和模板造价之和。与目标函数有关的变量有板厚、钢筋面积、模板面积。