簡談鋼框架體系優(yōu)化設計研究

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1、簡談鋼框架體系優(yōu)化設計研究導讀：本論文是一篇關(guān)于框架和體系方面的優(yōu)秀畢業(yè)設計論文格式,對正在寫有關(guān)于鋼框架體系優(yōu)化設計研究論文的寫有一定的參考和指導作用，免費供學生們閱讀下載。（連云港市歐治機械廠，江蘇連云港222047）摘要：鋼框架體系的優(yōu)化設計涉及優(yōu)化設計理論的多方面知識.基于鋼框架體系的設計要點和理論方法，總結(jié)歸納了結(jié)構(gòu)優(yōu)化設計的經(jīng)典方法和現(xiàn)代方法，論述了鋼框架體系優(yōu)化設計的主要內(nèi)容.關(guān)鍵詞：鋼框架體系優(yōu)化設計設計方法中圖分類號：TU973。1+3文獻標志碼：ADOI：10。3969/j。issn。16

2、749146。2014。05。064自1996年起，我國成為世界產(chǎn)鋼大國，鋼產(chǎn)量的大幅度提升和城市化進程的快速發(fā)展，促進了我國鋼結(jié)構(gòu)建筑產(chǎn)業(yè)的發(fā)展.但由于鋼結(jié)構(gòu)住宅的直接造價一般比鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)高，故鋼結(jié)構(gòu)體系土木建筑工程中的應用受到一定的限制.基于相關(guān)規(guī)范規(guī)定的安全性和靠性要求，優(yōu)化設計鋼框架體系，減少結(jié)構(gòu)用鋼量，提高其經(jīng)濟性能有非常重要的現(xiàn)實意義.1鋼框架體系的設計鋼結(jié)構(gòu)房屋的結(jié)構(gòu)形式大多為純框架體系或框架支撐結(jié)構(gòu)體系.純框架體系一般指房屋的橫向與縱向承重和抵抗側(cè)力的主要構(gòu)件均為框架，鋼梁、鋼柱通過節(jié)點的

3、剛性連接，這種剛性框架適用于桿件類型少、柱距大、無支撐和構(gòu)造簡單的建筑物.四至八層的住宅工程中應用最為廣泛.框架結(jié)構(gòu)的變形主要由剪切及整體彎曲變形構(gòu)成，隨著層數(shù)增加，框架整體彎曲變形占比例增加.純鋼框架的跨間設置支撐形成鋼框架支撐結(jié)構(gòu)體系.鋼結(jié)構(gòu)框架體系單層、多層工業(yè)建筑結(jié)構(gòu)及多高層民用建筑結(jié)構(gòu)的應用廣泛.目前，我國鋼結(jié)構(gòu)設計行業(yè)主要采用設計經(jīng)驗法和鋼結(jié)構(gòu)設計數(shù)值軟件相結(jié)合的重復設計法來進行鋼結(jié)構(gòu)框架體系的設計，建筑設計軟件系統(tǒng)PKPM系列中的STS、3D3S空間鋼結(jié)構(gòu)系統(tǒng)CAD軟件、VPmer、Xsteel

4、等.傳統(tǒng)的鋼結(jié)構(gòu)體系的設計采用假設分析校核重新設計的結(jié)構(gòu)分析法.首先，根據(jù)設計經(jīng)驗假定鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件截面尺寸擬定初步方案其次，利用數(shù)值軟件計算鋼結(jié)構(gòu)的強度、剛度和穩(wěn)定性，完成受力分析最后，設計者通過反復核算和修改設計方案，使得大多數(shù)構(gòu)件最優(yōu)斷面的應力接近預設值，完成最終方案.重復設計法依賴于設計者的經(jīng)驗來獲得行的方案，設計周期長、效率低，且難以保證鋼結(jié)構(gòu)體系設計方案的經(jīng)濟合理性.2優(yōu)化設計算法結(jié)構(gòu)優(yōu)化設計是從假設分析搜索最優(yōu)設計的基本路線出發(fā)，利用數(shù)學規(guī)劃理論來表達設計目標和限制條件，建立有規(guī)律的數(shù)學模型，從行方

5、案中篩選出相對最優(yōu)的設計方案[12].20世紀50年代前，經(jīng)典優(yōu)化方法利用經(jīng)典微分法和變分法來搜尋最優(yōu)方案，Maxargin-top:5px;margin-right:10px;text-align:center;float:left;argin-left:10px;border:1pxsolid#ddd;border-bottom:2pxsolid#ddd;position:relative;overfloargin:0auto;font-size:12px;color:#666666;">框架和體系畢業(yè)設

6、計論文格式離散變量優(yōu)化法三是MDOD法、證書梯度法及離散符合形法歸納為離散變量搜索優(yōu)化法四是分支定界法、隱枚舉法等其他方法.與數(shù)學規(guī)劃法的普遍適用性不，優(yōu)化準則法立足于結(jié)構(gòu)優(yōu)化問題的物理特征和最優(yōu)解處的假設形態(tài)或知狀態(tài)（應力、位移、頻率和顫振等），故此法收斂快、效率高，但局限性大、通用性低，一般只適用于結(jié)構(gòu)布局和幾何形狀確定的情況.基于生物進化觀點，學者們根據(jù)邏輯和數(shù)學方法模擬自然界結(jié)構(gòu)、組織、發(fā)展和進化過程，提出模擬自然界過程和結(jié)構(gòu)的仿生學算法[46]，基遺傳算法、模擬退火法和神經(jīng)元X絡算法.遺傳算法的適用

7、性廣發(fā)、解題能力強，但求解計算的工程量大、過程冗長，智能調(diào)整的效率還有待提高.模擬退火法是基于金屬晶體發(fā)育過程提出的優(yōu)化方法，處理整數(shù)、離散及連續(xù)設計變量的非線性規(guī)劃問題，存全局最優(yōu)點，但效率低.神經(jīng)元X絡算法是近些年來研究學者們較為熱衷的一種算法.基于生物神經(jīng)X絡的模擬，結(jié)合X絡拓撲結(jié)構(gòu)處理大多數(shù)工程問題，平行處理能力極強，計算工作量大等，易陷入局部最優(yōu)解的困境.3鋼框架體系優(yōu)化設計鋼框架體系的優(yōu)化設計包括截面尺寸和體系拓撲優(yōu)化的不層次、單目標和多目標優(yōu)化的不類型及多種優(yōu)化算法的選擇和應用[710].設計變

8、量、目標函數(shù)和約束條件為鋼結(jié)構(gòu)優(yōu)化設計的三大要素.設計變量一般是指優(yōu)化目標函數(shù)和約束條件中采用的項結(jié)構(gòu)未知數(shù)，結(jié)構(gòu)狀態(tài)變量（內(nèi)力變量和位移變量）、形狀變量（節(jié)點坐標、連續(xù)體描述參數(shù)）、面積變量、拓撲變量（獨立拓撲變量、密度變量、彈性模量）.結(jié)構(gòu)優(yōu)化目標包括結(jié)構(gòu)重量、承載能力、工程造價、自振周期最大及變形誤差最等，目標函數(shù)從鋼框架體系性能指標中進行選取組合.反映有關(guān)設計規(guī)范、設計者意圖、計算規(guī)定、運輸