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结构优化是在保证结构安全、可靠、耐久的前提下,对影响工程造价的主要指标,也就是用钢量进行优化。在项目总承包模式(EPC-Engineering, Procurement, Construction)下,结构造价还受到其他次要指标的影响,例如施工工期、加工难度、现场安装难度、运输费、管理费等。随着时代的发展,钢材单价有所降低,而人工、管理、运输等费用提高明显。且有可能因为用钢量的降低使得结构的施工难度增大,加工、运输、安装、管理等投入的人力成本增加,工期延长,由此而增加工程造价。 本课题尝试在 EPC模式下进行空间折板网壳结构的优化。首次提出了除考虑主要指标(即用钢量)以外的空间折板网壳结构的优化设计想法,研究重点考虑了用钢量、工期、加工难度、现场安装或施工难度、运输费、管理费等多个指标。 研究内容包括以下几个方面: (1)对钢结构工程费用的组成进行具体分析。分析发现,对钢结构成本影响较大的因素为材料成本和人工成本,其次为施工机械成本。其中,人工成本和施工机械成本的减少问题可以转换成缩短施工工期的问题。 (2)采用约束法对某空间折板单层钢网格结构进行二目标优化。经过调查,工期、加工难度、现场安装或施工难度、运输费、管理费等影响结构优化设计的次要指标用杆件截面类型数来近似表示。提出以用钢量最小和杆件截面类型数最小作为工程优化的目标函数。优化效果良好,优化结果与实际工程情况相符。 (3)采用层次分析法(AHP)进行空间折板网壳结构的优化。对比三种空间折板网壳结构方案:用钢量最小的方案、施工工期最短的方案、综合考虑这两个目标的方案,并将 AHP法分析结果与约束法求解结果进行了比较。分析得出,约束法与 AHP法的计算结果相同。 (4)探索采用博弈论进行钢结构的多目标优化的方法。