基于FCM算法的多層鋼框架模糊優(yōu)化設(shè)計(jì).pdf

1、隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)和科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，我國(guó)的鋼鐵制造產(chǎn)業(yè)近年來(lái)取得了顯著的進(jìn)步，鋼產(chǎn)量連年攀高，鋼材質(zhì)量和鋼材規(guī)格比以往都有了很大的改善。由于鋼結(jié)構(gòu)材料具有強(qiáng)度高、自重輕、精度高、施工周期短等顯著特點(diǎn)，在我國(guó)的建筑行業(yè)領(lǐng)域特別是多層民用建筑結(jié)構(gòu)中，以鋼材為主要承重構(gòu)件的結(jié)構(gòu)體系尤其是鋼框架結(jié)構(gòu)體系得到了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。
　　 如何準(zhǔn)確、快速、經(jīng)濟(jì)、合理地進(jìn)行多層鋼框架結(jié)構(gòu)體系的分析設(shè)計(jì)(即對(duì)多層鋼框架結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì))，一直是土木

2、工程領(lǐng)域中的一個(gè)熱點(diǎn)問(wèn)題。PKPM結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軟件中的STS模塊作為一款專業(yè)的鋼結(jié)構(gòu)一體化CAD軟件，其功能強(qiáng)大，計(jì)算分析緒果準(zhǔn)確可靠，在我國(guó)的鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)市場(chǎng)占有很大的市場(chǎng)份額。然而軟件中的優(yōu)化功能并不盡如人意，模塊僅具有平面優(yōu)化能力，鋼框架的平面分析模型和大多數(shù)結(jié)構(gòu)的實(shí)際工作狀態(tài)并不相符，且常常需要設(shè)計(jì)人員人工參與其優(yōu)化設(shè)計(jì)過(guò)程。
　　 本文在對(duì)鋼框架結(jié)構(gòu)體系的分析設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)理論進(jìn)行深入分析了解的基礎(chǔ)上，將浮動(dòng)應(yīng)力指數(shù)法和

3、模糊數(shù)學(xué)中的c-均值聚類算法相結(jié)合，提出了一種基于FCM算法的針對(duì)多層鋼框架結(jié)構(gòu)體系的模糊優(yōu)化設(shè)計(jì)方法。根據(jù)SATWE對(duì)結(jié)構(gòu)模型的分析計(jì)算結(jié)果，以桿件的截面慣性矩作為優(yōu)化設(shè)計(jì)變量，材料體積作為目標(biāo)函數(shù)，對(duì)鋼框架結(jié)構(gòu)中各桿件的截面尺寸進(jìn)行優(yōu)化，降低建筑工程的直接材料成本；而后采用c-均值聚類算法對(duì)優(yōu)化后的各桿件實(shí)現(xiàn)模糊聚類分組歸并，之后再交由SATWE進(jìn)行分析計(jì)算并重新進(jìn)行模糊分組歸并，兩個(gè)過(guò)程迭代進(jìn)行，從而達(dá)到降低鋼構(gòu)件的產(chǎn)品種類，減小

4、構(gòu)件的加工設(shè)計(jì)成本，使工程結(jié)構(gòu)的綜合成本趨于最優(yōu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)目標(biāo)。
　　 結(jié)合實(shí)際工程，以降低工程結(jié)構(gòu)綜合成本為目標(biāo)，采用此模糊優(yōu)化設(shè)計(jì)方法對(duì)工程數(shù)據(jù)模型進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)分析，工程實(shí)例的優(yōu)化結(jié)果表明：優(yōu)化后的鋼框架結(jié)構(gòu)符合結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理，和原設(shè)計(jì)方案相比，結(jié)構(gòu)中各構(gòu)件的力學(xué)性能指標(biāo)有了一定的改善，鋼材用量減少，工程算例表明本方法具有較好的實(shí)用性和有效性。最后，總結(jié)全文并對(duì)下一步的研究工作進(jìn)行了展望，期待能將此模糊優(yōu)化設(shè)計(jì)方法與國(guó)內(nèi)專業(yè)的