遗传算法理论及其在钢筋混凝土框架结构优化中的应用研究

【摘要】： 我国建筑业目前面邻的主要问题仍是建筑质量问题。影响建筑质量的因素很多， 其中设计质量不高是重要原因之一。钢筋混凝土框架结构具有造价低、平面布置灵 活、便于标准化施工等优点，使其不仅成为我国已建建筑的重要结构形式，而且在 未来仍将保持良好的发展前景。因此，寻求该类结构的科学合理的设计方法，对保 证建筑安全，提高建筑投资效益是必要而迫切的。有限元分析法是借助计算机技术 解决结构力学分析问题最先进有效的方法，而遗传算法是基于生物技术而发展起来 的一种新型智能优化方法，将二者结合应用，对钢筋混凝土框架结构进行优化，探 求优化理论与方法，是本文的研究重点。在分析传统结构优化方法的基础上，首先 利用精确度很高的有限元法对钢筋混凝土枢架结构进行Fortran编程和内力分析，从 而保证了优化的基础数据的客观准确性；进而首次引入改进遗传算法对钢筋混凝土 框架结构如何应用这一理论的一系列问题进行了研究。通过建立以造价最小为目标 的框架梁、柱、基础的数学模型，采用二进制编码方法，设计遗传算法的选择、交 叉和变异算子以及其执行参数，尤其是采用了最佳保存策略的改进方法，保证解的 快速收敛性；在此基础上，运用C语言分别编制了框架梁、柱和基础的结构优化程 序GAKJL.C，GAKJZ.C和GAKJJ.C；最后对一经典算例进行了运算。并将优化结 果同系统模糊优化法、广义最优性准则法和满应力设计法的运算结果进行了对比分 析，结果表明：用遗传算法对钢筋混凝土框架结构进行优化的尝试是成功的。只要 科学地设计遗传算子，遗传算法对解决离散组合优化问题具有解的收敛性和稳定性 好的特性；遗传算法对问题初始条件要求较少，解决问题广度大，且易使问题解达 到更优。本文提出的对钢筋混凝土框架结构设计的优化方法不仅适于解决框架结构 问题，而且对其它结构形式的建筑结构设计的科学优化有一定参考价值。