随着绿色建筑理念的推广，轻型装配式建筑在我国得到大力推广，社会和市场需求逐年增加。其中，应用最为广泛的又属轻钢结构。轻钢结构在建筑应用中如何实现结构优化？什么样的结构最适合绿色建筑？下面就让我们一起来看看分析吧。
1. 结构背景
以龙骨结构体系为主的轻钢结构集成住宅建设发展迅速，成为推广绿色建筑的重要领域，在全国各地已有大量的工程案例。在现行GB/T 50378-2014《绿色建筑评价标准》中钢结构优化企业，明确将结构优化作为评价指标，将材料节约和材料资源利用率作为七项评价指标之一，并对相应的指标计分项目进行了明确的说明。
材料节余及材料资源利用率指标是设计阶段对结构专业的评价标志，在国外绿色建筑评价体系中，材料及资源利用率作为重要评价指标。因此，设计一种结构效率高的新型龙骨结构布置方案是轻钢结构建筑在建筑节能方面的工程发展需求，也是绿色建筑发展需要解决的重点问题。
2.结构优化
轻钢结构建筑在龙骨结构布置方面具有充足的优化空间。在结构材料节省方面，优化目标是使结构产生的应力最小，材料消耗最少。在相同的水平荷载或竖向荷载作用下，对龙骨布置进行优化，将常规竖向龙骨替换为新型桁架式龙骨，组成新型桁架式龙骨结构体系。以杆长与应力的乘积作为结构效率进行判断。对不同龙骨布置方案的结构效率进行比较，得到结构受力性能更优、材料节省效果更佳的新型龙骨结构布置方案。在推行绿色建筑的过程中，充分利用采用该方案的新型桁架式龙骨结构体系的节能效率，达到减少建筑材料消耗，节能环保，可持续发展的目的。
1.有限元分析
分析采用ABAQUS有限元软件，以墙体尺寸2.4m×3.0m和4.8m×3.0m为例，分别在单独施加水平单元集中荷载、单独施加竖向单元均布荷载、同时施加水平单元集中荷载和竖向单元均布荷载3种不同工况下，对不同龙骨布置结构形式进行有限元分析，分别得到3种不同荷载工况下不同龙骨布置桁架的应力分布情况。
2. 结构效率计算
对模型进行大量参数化分析得到数据后，进行相应的数据处理。引入“结构效率”概念，在达到相同结构目的的前提下，尽可能减少结构构件数量，从而减少建筑材料的使用量，满足节能环保的绿色建筑要求。以结构应力最小、材料用量最少为优化目标，对不同荷载条件、墙体高宽比下的轻钢结构龙骨体系的龙骨布置方案进行计算分析，量化结构材料节约效果。
3.操作方法
（1）定义设计极限、材料强度、未定形和变形极限。
（2）确定结构优化范围。通常，优化包括自动定义和手动定义两种方法。
（3）进行截面优化计算。
（4）查看优化后的结构：输出设计极限、初始截面参数及其计算强度、变形结果，确定优化后的总重量，输出优化后的截面参数及计算结果；输出优化后的截面图；输出构件强度、稳定性计算结果；使用程序对某一零件进行放大，参照截面信息返回人机交互输入与修改主菜单，对参数信息进行适当调整钢结构优化企业，并检查。
四、结论
通过对比分析不同墙宽、不同荷载条件下新型桁架式龙骨布置方案与常规龙骨竖向布置方案的结构效率比值可知，采用人字形龙骨布置的新型桁架式龙骨结构的结构效率最高，结构节料效果最好。
墙体尺寸及荷载情况不同，对应的墙柱优化布置方案也不同。以2.4m为基准宽度，当墙宽为2.4m时，建议墙柱布置方案为人字形桁架布置；当墙宽大于2.4m时，建议按基准宽度布置人字形桁架；当水平荷载起控制作用时，增加连接整个墙宽的斜拉杆；当竖向荷载起控制作用时，应增大斜拉杆的倾斜角度，连接范围为中间墙体。后续工作中，计划进一步对采用人字形龙骨布置方案的新型桁架龙骨结构体系进行试验，并将试验数据与软件模拟结果进行对比分析，验证结论的可行性。
