计入碳排放成本的胶合木、钢及钢筋混凝土梁侧扭屈曲抗力多参数优化对比研究

《Sustainability》：Lateral-Torsional Buckling of Sustainable Timber, Steel, and Reinforced Concrete Beams Using MINLP Cost Optimization and Sensitivity to Material and CO2 Price Variations

　　推进结构可持续性需要对工程设计及材料选择中固有的经济与环境权衡进行严谨评估。为应对可持续发展建造中的这一挑战，本文针对胶合木、结构钢和钢筋混凝土梁的侧扭屈曲（LTB）抗力，在材料、人工成本及环境碳排放波动的条件下进行了对比研究。采用外近似/等式松弛算法，通过离散混合整数非线性规划（MINLP）进行两组并行的多参数成本优化分析，分别探讨存在主动LTB控制（即侧向无支撑梁）与无LTB控制（即侧向有支撑梁）在不同离散跨度与外加荷载下的结构配置。目标函数定义了与生产相关的材料、电力、人工以及CO?排放成本。优化结果表明，主动LTB约束迫使钢材和混凝土构件采用更加坚固的截面形式。相反，木材在中高荷载下表现出独特的几何行为反转，趋向高窄截面。据预测，在不久的将来，当全球变暖价格CGW提升至十倍阈值时，梁的自制造及生产诱导的CO?排放综合成本平均可能增加：木材为15.2%，钢材为35.8%，钢筋混凝土为50.2%。在这种情况下，与有侧撑梁相比，无侧撑配置将导致总生产成本木材增加近三分之一，钢材翻倍有余，钢筋混凝土则增加约一半。随着CGW进一步上升，总成本增幅更大，在百倍增幅下分别达到：木材38.1%、钢材144.8%、钢筋混凝土62.5%。类似的成本增长很可能在整个建筑行业普遍存在。该行业将不得不作出适应。