题目：钢结构抗火设计的优化分析

近年来，钢结构得到了快速发展，是我国建筑行业现代化、环保化、产业化发展的一个方向。但钢结构的致命弱点是不耐火，高温下其力学性能将迅速劣化，对于钢结构建筑尤其是大型公共建筑其火灾安全性就显得非常重要。因此对钢结构建筑必须进行防火保护的抗火设计，而传统抗火设计效率低下，计算复杂，得不到经济合理的设计结果，防火保护材料的使用又必然增加整个钢结构建筑的建设成本，从而在一定程度上限制了钢结构的快速发展。因此必须对钢结构的抗火设计进行优化分析，以降低建设成本，得到经济、合理、安全的性能化抗火设计结果。目前，对钢结构的抗火优化设计分析研究不多，在此背景下本文提出了钢结构抗火的“双重优化设计”方法，即不仅对截面尺寸进行优化设计同时还对其防火保护层进行优化设计，利用有限元软件ANSYS的APDL语言及其优化设计模块对钢结构进行了抗火设计的优化分析。本文主要工作如下：（1）对目前钢结构的抗火研究工作进行了简要的综述，介绍了钢结构抗火的相关理论、结构优化设计的概念和方法，阐述了本文提出的“双重优化设计”方法，详细说明了有限元软件ANSYS基于APDL参数化设计语言的有限元优化技术。（2）建立了钢构件抗火优化设计的数学模型，以用料最少为目标函数对构件进行了两种方案下的抗火设计优化分析，即在常温下和一定临界温度下两种方案，通过分析，得到了钢构件抗火优化设计结果随温度变化的规律，给出了考虑经济成本条件下如何选择更加经济合理的优化设计方案的建议。（3）建立了钢框架适用于不同工况下的抗火优化设计的数学模型，分别对钢框架进行了防火保护层优化设计和钢框架的“双重优化设计”，对所得结果进行了比较分析，说明了钢框架“双重优化设计”在抗火设计中的经济价值和相对优势。本文抗火优化设计所得结果较传统抗火设计更加安全、经济、合理，能够节省材料用量，同时避免了一般设计的复杂计算，能够提高设计效率，减轻工作强度，对于推进钢结构的快速发展和性能化抗火设计具有较好的参考价值。