本文作者：
宁波市房屋建筑设计研究院有限公司 王琪北京构力科技有限公司 姚建

一、行业背景

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随着建筑行业的发展，数字化和智能化技术也逐步应用于结构设计行业。PKPM与ARUP（奥雅纳）合作，依托PKPM软件平台，结合ARUP成熟高效的结构智能化算法，共同研发PKPM-AID智能辅助设计软件，提升设计效率和设计水平。

智能辅助设计软件有两大应用场景，一是在模型方案设计阶段，对模型进行智能调整，自动调整模型至满足承载力及规范指标要求，同时获得更好的经济性指标；二是在施工图设计阶段，对结构模型进行截面优化，节省成本。

本文以某实际工程为例，介绍PKPM-AID在结构优化和超限构件调整中的应用。

二、工程概况

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本工程为混凝土框架结构，位于宁波市。地震设防烈度为6度，设计地震分组为第一组，建筑场地类别为Ⅲ类。建筑物地上7层，地下一层，总高度45.5m，典型柱网为9mx10m，布置双次梁。厂房内部典型面荷载（恒/活）：二层2/8（kN/m²），三~六层2/6（kN/m²），楼板自重程序自动考虑。

图1 宁波市某混凝土框架结构厂房

三、优化目标

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① 降低造价，通过优化典型次梁和框架梁来减小材料用量。从图2可以看到典型柱跨的次梁采用双次梁方案，截面均采用300x950mm，与之相邻的框架梁采用300x1000mm截面，这样布置的x向次梁及主梁配筋较小，有优化空间；本项目周边电梯井等位置小次梁全部采用250x700mm截面应该也有可优化空间；故选择对上述位置进行优化。

图2 典型柱跨（9x10m）截面布置

② 调整超限构件，通过软件的截面优选功能调整首层超限梁。由首层地下室顶板及主楼内荷载较大，存在部分超限构件，需要通过增大截面方式使得梁截面满足承载力要求。

图3 首层部分超限梁

四、优化思路

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① 超限构件调整思路

首层超限梁及周边构件设为同一设计组，备选截面宽300~500mm，高900~1500mm，为调整梁承载力超限，约束条件设置如下：

图4 超限构件约束条件设置

② 框架柱优化思路

二~六层平面中间部分柱设为同一设计组，柱截面全部采用方柱，截面高度400~900mm，约束条件仅控制上柱截面不大于下柱截面。

③ 框架梁优化思路

三~六层x向框架梁设为同一设计组，框架梁备选截面宽度300~400mm，高度800~900mm，考虑到尽量控制实配钢筋不大于2%的情况，对框架梁设置配筋率不超过1.9%。屋面x向框架梁另设一设计组，备选截面宽度300~400mm，高度700~800mm，其余设置同各层框架梁。

④ 双次梁优化思路

由现有典型柱跨处次梁截面计算配筋较小，为优化次梁，备选截面均设置小于原截面，次梁宽度采用200~300mm，高度选用500~950mm，次梁配筋率设置约束不大于2.1%。二层x向次梁及主梁分别设计组，因二层荷载较大，次梁备选截面设为600~950mm，其余设置同三~七层。

⑤ 平面周边及屋面次梁优化思路

平面周边电梯井、卫生间等位置次梁及屋面次梁（均采用250x700mm截面）设为同一设计组，备选截面宽度范围200~250mm，高度范围400~700mm。

图5 次梁优化约束条件设置

五、优化效果

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经过优化之后全楼总造价降低、构件超限全部调整完成，结构整体指标仍满足规范要求。

① 全楼总造价降低5.1%：全楼总造价从1031.66w降低至977.34w。

图6 全楼总造价优化结果

② 构件超限全部消除：首层梁超限构件60+全部调整至满足承载力要求。

图7 超限构件调整

六、总结

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① 通过PKPM-AID智能截面优选模块，结构总造价降低50w，降幅5.1%。

② 构件超限全部消除，且结构指标仍满足规范要求。

③ 软件上手简单且计算速度快，20min即可完成本项目优化工作。