考虑成本的装配式建筑结构优化研究

摘要

为了转变建筑业高能耗、高污染、低产出的局面，有必要通过技术创新，走新型建筑工业化的发展道路，当前趋势的引导下，走进工厂已然是建筑生产的最好选择。针对目前建筑业的问题，如果对装配式建筑的一些技术进行有效研究，则可以大大的提升我国建筑质量、减少建筑业的浪费、提高施工效率。对于传统的装配式建筑结构设计方法，做初步结构设计时，一般不考虑工程造价问题，并且设计人员在有限的时间内很难取得一个令人满意的最优解。假设在初步结构设计中应用考虑成本的结构设计优化，在一定程度上能够帮助设计人员在结构设计时既考虑了结构的成本，又能保证结构的安全性。论文选用遗传模拟退火算法对装配式建筑结构进行结构设计优化，以成本作为目标函数，寻求工程造价最低的最优解。首先根据结构设计的一般模型建立了预制柱、预制叠合梁、预制叠合板的目标函数和构件的约束条件。然后运用Matlab工具箱通过一个寻找Rastrigin函数的最小值的例子来实现遗传算法，再以此为依据进而实现改进遗传算法。最后针对某个项目建立了预制构件考虑成本的目标函数和限制条件，从而建立了改进遗传算法的结构优化程序，得出优化结果。用优化后的结构尺寸，利用PKPM对建筑进行结构设计，对结构的各项指标如：轴压比、位移比、周期比、剪重比、层间位移角等参照现有相关规范进行了检验校核且都满足要求。结果表明1.采用遗传模拟退火算法建立数学模型进行优化设计，避免设计人员在对结构进行初步设计时，只注重结构是否能满足规范要求的各项指标，而忽视了工程造价也是衡量设计结果好坏的标准；2.将遗传算法和装配式建筑结构优化相结合，不仅能扩大装配式建筑的结构优化算法的应用范围，而且还可以为装配式结构设计优化提供一种新的思路和一种有效的方法；3.Matlab具有编程效率高、用户使用方便、扩充能力强、语句简单，内容丰富等特点，简化了遗传算法的实现，提高结构优化效率。

目录

声明

第1 章绪论

1.1.1选题背景

1.1.2 选题意义

1.2.1装配式建筑的概念

1.2.2装配式结构国内外研究现状

1.3.1结构设计优化的方法

1.3.2建筑结构设计优化研究

1.3.3装配式结构设计优化研究

1.4.1研究内容

1.4.2研究方法

1.4.3技术路线

第2 章遗传算法的基本理论

2.1 遗传算法简介

2.1.1从生物进化到遗传方法

2.1.2遗传算法的发展简史

2.1.3遗传算法的研究内容及前景

2.2 遗传算法基本原理

2.3 遗传算法与其它搜索方法的比较

2.4.1遗传算法的基本流程

2.4.2确定编码方案

2.4.3初始群体的设定

2.4.4适应度函数（评价函数）

2.4.5遗传算子的设计

2.4.6控制参数的选择

2.5.1改进遗传算法的介绍

2.5.2本文采用的改进策略

2.6 本章小结

第3 章基于遗传算法的装配式建筑结构优化设计

3.1 结构优化设计的一般数学模型

3.2.1预制柱目标函数的建立

3.2.2预制叠合梁目标函数的建立

3.2.3预制叠合板目标函数的建立

3.2.4预制构件约束条件的建立

3.3.1Matlab的简介

3.3.2基本遗传算法的实现

3.3.3改进遗传算法的实现

3.3.4仿真实验与结果分析

3.4 本章小结

第4 章案例分析

4.1.1工程概况

4.1.2设计依据

4.2.1预制柱目标函数的建立

4.2.2预制叠合梁目标函数的建立

4.2.3预制叠合板目标函数的建立

4.3 约束条件的建立

4.3.1预制柱约束条件的建立

4.3.2预制叠合梁约束条件的建立

4.3.3预制叠合板约束条件的建立

4.4.1预制柱遗传算法优化

4.4.2预制叠合梁遗传算法优化

4.4.3预制叠合板遗传算法优化

4.5.1 PKPM的简介

4.5.2 PKPM建模及参数输入

4.5.3 PKPM计算结果分析

4.6 本章小结

结论与展望

研究结论

前景展望

致谢

参考文献

附录

附录1 退火交叉算法程序

附录2 预制柱遗传算法程序

附录3 预制叠合梁遗传算法程序

攻读硕士学位期间发表的论文及科研成果