基于Y-GAMA的地下车库梁板结构方案比选分析

基于Y-GAMA的地下车库梁板结构方案比选分析

刘祚

（中外建工程设计与顾问有限公司天津高新区分公司，天津，300000）

[摘要]做好地下室结构的优化设计对于控制整个结构成本至关重要，影响地下室造价成本的因素有很多。本文通过讨论其中较为复杂的顶板结构布置方案，利用目前结构设计行业广泛使用的Y-GAMA软件，能较为快速且深入分析出顶板结构布置方案对经济性的影响，为地库的结构优化提出一些合理的建议。

[关键词]地下车库；建筑设计；参数化设计；成本优化

结构的优化方法旨在通过合理的设计决策，保证满足建筑安全和性能要求的前提下实现资源的最优配置和成本的最小化。从早期的经验设计，到目前的基于软件程序优化的设计，结构设计的理念和实践都在不断地进步。结构设计优化的核心目标是在满足所有性能要求和规范条文约束的基础上，实现成本最小化或材料利用的最高效。

1结构优化的理论知识

任何一个优化问题都可以分解为三个基础元素：变量、目标和约束。在结构优化的上下文中，变量可能包括材料的类型、截面尺寸、布置形式等。目标函数通常是成本最小化或者材料利用率（比如满应力设计），约束条件往往来自建筑专业的空间条件限制、或者机电专业设备限制条件等。

值得一提的是我们的结构优化分析设计往往都不是一个单一任务，它会涉及多个目标或者多个约束。我们选择使用的Y-GAMA所提供的Online-Learning机器学习算法区别于其他的元启发式算法，他对于特定约束个数的求解问题的精度和速度都有更优秀的性能，并且对进行地下车库梁板结构方案的比选分析提供了便利的工具。

2优化模型的案例研究与实证分析

结构模型的优化涉及到从宏观到微观的多个层次。宏观层面上，优化设计需要考虑到整体结构的布局和形态；而在微观层面，优化则涉及到如何安排细节设计，如钢筋配筋、节点设计等等。为了准确展现结构优化在实际工程中的应用效果，我们的案例将忽略特定工程的特定要求，不采用某个地区或者某个项目，而是将地下车库梁板结构方案作为第一性原则，着重探讨再固定了其他变量的约束的条件下，楼盖方案对经济性的影响。

2.1普通梁板楼盖结构计算模型

为了方便对普通梁板楼盖的经济性进行系统的分析比较，选择88跨地下车库楼盖来进行计算，柱距分别选取5.4m×5.4m、7.8m×7.8m、10.2m×10.2m三种跨度，覆土按照0.5m、1.0m和1.5m三种工况考虑。混凝土强度等级取值为C30，梁板的受力钢筋及构造钢筋均选用HRB400级别。并且考虑满足配筋裂缝限值要求。

为方便比较分析，活荷载不考虑消防荷载，仅考虑施工过程中引起的荷载，取值为5kN/m²。混凝土的造价按600元/m²计算，钢筋的造价按5500元/吨计算，模板造价按55元/m²考虑。

利用Y-GAMA参数化调整梁配筋率工具进行设置，梁的跨中配筋率按0.6%-0.8%进行控制，梁端配筋率在1.2%-1.6%的范围内进行调节，然后进行自动计算，就得出各种楼盖布置方式下的最经济的截面尺寸以及配筋信息，从而得到各楼盖布置的经济技术指标。如下图1所示：

图1梁经济配筋率调整工具设置界面

利用Y-GAMA参数化布置出三种常用柱距5.4m、7.8m和10.2m的柱网和在0.5m、1.0m、1.5m覆土条件下的顶板楼盖方案，如下图2所示：

图2地下车库顶板结构布置参数化界面

通过计算得到出在5.4m、7.8m和10.2m柱网和在0.5m、1.0m、1.5m每平方米钢筋含量，混凝土含量及模板量，将普通梁板楼盖在不同跨度，不同覆土条件下的单方造价成本并进行汇总，如下表所示：

表2.1普通梁板楼盖在不同跨度和不同覆土下的单方成本汇总

2.2无梁楼盖结构计算模型

通过计算得出在5.4m、7.8m和10.2m柱网和在0.5m、1.0m、1.5m覆土条件下无梁楼盖的每平方米钢筋含量，混凝土含量及模板量，将普通梁板楼盖在不同跨度，不同覆土条件下进行单方造价成本的汇总，如下表所示：

表2.2无梁楼盖在不同跨度和不同覆土下的单方成本汇总

3结论

通过对比表2.1和表2.2，可以得出以下结论。

(1)在0.5m覆土下，5.4m柱网和7.8m柱网的顶板楼盖采用无梁楼盖较普通

梁板楼盖要经济很多，但是在10.2m大柱网下，无梁楼盖的造价成本明显超过了普通梁板楼盖。

(2)在1.0m覆土下，5.4m柱网的顶板楼盖采用无梁楼盖较普通梁板楼盖要经

济很多，7.8m柱网的顶板楼盖采用无梁楼盖与普通梁板楼盖的造价成本相近，在10.2m大柱网下，无梁楼盖的造价成本明显超过普通梁板楼盖。

(3)在1.5m覆土下，5.4m柱网和7.8m柱网的顶板楼盖采用无梁楼盖较普通

梁板楼盖经济成本相近，10.2m大柱网下，无梁楼盖的经济成本明显超过普通梁板楼盖。

(4)随着覆土厚度和柱网尺寸的增加，无梁楼盖经济优势逐渐降低，当覆土厚度达到1.5m时，无梁楼盖的经济优势已经消失。同一覆土厚度下，小柱网尺寸5.4m*5.4m和中等柱网7.8m*7.8m的顶板楼盖采用无梁楼盖较普通梁板楼盖较为经济，大柱网尺寸10.2m*10.2m的顶板楼盖采用普通梁板楼盖较无梁楼盖更加经济节约。

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