梦幻诛仙sf贴吧:鋼筋混凝土框剪結構分級優化設計

    引言

  目前,對框剪結構的優化主要集中在兩個方面。一是優化剪力墻剛度的設計方法,比如,林斯嘉’“、劉哲鋒等’21提出框架結構的剛度特征值與結構層問剪力分配有關,并且給出了兩者關系的經驗公式。林德忠。刮根據抗震規范中對框剪結構頂點位移限制的要求,提出了以最小地震作用為目標函數,優化框剪結構剛度的簡化方法。二是將結構整體側移設為約束條件的優化方法,如劉伯權等。41根據最大層間位移的限制分別給出了框剪結構在不同地震作用下的結構最優剛度,對工程設計有一定的參考價值。上述的研究成果大多是建立在剪力墻位置確定的情況下,但實際上對框剪結構剛度影響最大的剪力墻布置位置卻沒有考慮。除此之外,目前的研究成果大多是以結構剛度或地震作用作為目標函數,但評論結構經濟性的指標以造價最為合理,所以本文認為框剪結構除了要考慮構件的截面尺寸等經濟因素,還要考慮剪力墻的布置,目標函數應該是結構的總造價。

   結構優化初期主要有準則法和數學規劃法兩大分支。準則法是一種工程方法”。,包括滿應力準則法、齒形法、能量準則法等方法。準則法求解過程簡單,但很難直接應用到控制抗側剛度等結構優化問題中¨。數學規劃法是一種數學方法,包括單純行法、可行方向法等方法。數學規劃法可利用計算機自動搜索最優解,但是不能直接應用于離散變量問題。近年來,優化領域出現新的分支仿生學算法,仿生學算法包括遺傳算法、蟻群算法、神經網絡算法等方法H。,仿生學算法并行能力強,能夠獲得全局最優解,是目前使用廣泛的一種優化算法。

   本文采用仿生算法中的免疫遺傳算法,引入選擇?、交叉、變異引算子,對框剪結構的剪力墻布置與構件尺寸等因素進行優化,并采用VC++編寫優化設計程序,最后通過算例驗證優化程序的實用性與正確性。
    
   1框剪結構優化模型

  1.1優化變量

  鋼筋混凝土框架剪力墻結構優化主要有整體優化和構件優化。本文優化變量分為兩級。第一級為解決結構整體約束問題,優化變量設為剪力墻的布局優化以及結構構件的混凝土強度等級。由于剪力墻距形心的距離對結構的抗扭剛度影響較大,剪力墻的長度對結構的抗側剛度影響較大。所以將剪力墻的布局作為優化變量。將混凝土強度等級作為整體優化約束可以避免造成每層構件的混凝土等級不一致,符合實際現場施工情況。第二級為構件級約束問題,優化變量設為結構中剪力墻厚度以及框架梁、柱的截面尺寸??蚣懿糠值某嘰纈嘔雜誚檔徒峁溝惱逶旒凼怯芯齠ㄐ宰饔玫?。
 
  1.2 目標函數
鋼筋混凝土框剪結構包括了框架與剪力墻兩種結構體系,這對于優化目標的設定有所影響,混合結構的優化目標函數取為結構總造價最為合理。本文目標函數設為豎向結構總造價(不包含樓板)。
    1)單根梁造價為:
  

   
   式中:b。、h。分別為截面寬度和高度;C。為混凝土單位體積價格;C。為鋼筋的單位重量價格;P。為鋼筋的密度;A’。。為上部架立筋截面面積之和;A曲為底部縱筋截面面積之和,1.1為錨固系數;A。。、A。:為梁端負彎起鋼筋截面面積;C。為模板單位面積價格;Z.為構件長度;n為整根桿件的箍筋根數;C。,為箍筋單位重量價格;A。。為單肢箍筋截面面積;C為?;げ愫穸?;d。。為箍筋直徑。
   
   梁立面圖見圖1。
  
     
 l。,為箍筋長度(見圖2),按下式計算:
  
  2 基于免疫遺傳算法的框剪結構優化

    2.1免疫遺傳算法
 
   免疫算法模擬了生物免疫系統中獲得免疫的過程,通過引入“疫苗”來抑制退化情況的發生,不僅可以提高搜索能力,更能夠避免種群退化,提高收斂效率。將免疫遺傳算法應用到框剪結構的剪力墻布局優化中,將實際工程經驗作為約束條件加入到模型中,通過疫苗注射來達到問題解滿足工程經驗的目的,使最終結果符合實際情況,同時通過免疫選擇來達到避免種群退化的目的,提高收斂效率。

   本文優化變量為兩級,對應優化過程也相應分為兩級。首先,利用免疫遺傳算法確定結構的墻體布置方案以及構件的混凝土強度等級,然后再利用網格搜索法對構件尺寸進行優化,進一步降低結構整體造價。本文免疫遺傳算法加入三種免疫算子,將設計經驗引入到算法中,避免了搜索的盲目性,提高算法收斂性,使結果更符合實際情況。一級優化首先確定每個網格是否布置墻體,其次確定墻體的長度,過程中將網格轉化為二進制編碼,利用遺傳算法對基因進行操作實現一級優化。
   

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