結構優化方法精選(五篇)

序言：作為思想的載體和知識的探索者，寫作是一種獨特的藝術，我們為您準備了不同風格的5篇結構優化方法，期待它們能激發您的靈感。

篇1

【關鍵詞】結構設計；結構優化；結構類型

0引言

建筑結構優化，即在一些建筑結構的設計方案中選取最優的或最適宜的設計方案，它參照數學中的模型最優化原理應用到建筑工程結構設計方案的優化比選中。研究發現，建筑結構在使用過程中是否穩定、耐久、合理等，主要決定于在建筑結構設計時選定的結構類型是否最優、是否最符合工程結構的需要。對于同一座建筑工程項目，不同的結構設計師知識儲備不同，因此可能會設計出不同的結構類型、結構體系，但經過結構方案的優化、從而選取最優化的結構類型，提高建筑結構的使用壽命、穩定性能。

1建筑結構優化的主要因素

1.1荷載設計

研究發現，任何一座建筑結構都需要受到水平力和豎向荷載的作用，同時建筑還要承受較大的風荷載、地震力的作用等。當建筑結構的整體高度比較低時，由結構本身的重力引起的豎向荷載對結構的作用比較明顯，而水平荷載作用在結構上，產生的內力和位移比較小，往往在計算時不考慮水平荷載的作用；若在較高層建筑設計中，雖然所受到的豎向荷載仍對結構產生較大程度的影響，但水平荷載對建筑結構本身的影響比豎向荷載產生的影響更加強烈。研究表明，隨著建筑結構整體高度的逐漸增加，水平荷載對建筑結構產生的影響越將會越來越大，因此，在建筑結構高度較高時，結構所承受的水平荷載對結構的影響則不可忽視。

1.2選取結構類型較輕的

在建筑結構優化過程中，要盡量選取結構體較輕的。在現代結構優化設計中，設計人員越來越重視選用輕質高強材料，從而做大程度上減輕整體結構的自重。由于在多層建筑結構中，水平荷載對結構產生的影響處于較次要地位，結構所承受的主要荷載是豎向荷載。由于多層建筑樓層較少，整體高度相對比較低，結構自重相對來說較輕，對材料的強度要求不是特高。

但隨著建筑結構高度的增加，在較多的樓層作用下，結構產生的自重荷載則會比較大，使得建筑結構對基礎產生較大的豎向荷載，同時在水平荷載的作用下，結構的豎向構件（柱）中會產生較大的水平剪力和附加軸力。為了使得結構滿足剛度和強度的要求，通常采取加大結構構件的截面尺寸，但是加大構件的截面尺寸會使得結構的整體自重增加。因此在高層建筑結構首先應該考慮如何減輕結構的自重。

研究表明，當在高層或超高層建筑結構優化設計時，選用結構強度高、自重較輕的鋼結構、高強混凝土結構可以很大程度上減小建筑結構的自重。

1.3 側向位移

據相關資料表明，建筑結構的側向位移隨著建筑高度的增加而逐漸增大，因此，在建筑結構的優化設計中，對層數較少、高度較低的結構，可以不考慮其側向位移對結構的影響。但隨建筑結構高度的增加，整體結構的側移對結構產生的影響則不可忽視。

研究表明，由于水平荷載對結構作用產生的側移隨著建筑高度的增加而逐漸增大，且側移量與結構高度成一定的關系。

在進行高層建筑結構優化設計時，既需要充分考慮建筑結構整體是否具有足夠的承載能力，能否承受風荷載的沖擊作用，又要求結構具有足夠的抗側移性能，當建筑結構受到較大的水平力作用下，其可以很好地控制產生過大的側移量，確保結構整體的穩定性能。

與低層或多層建筑相比，高層建筑結構的剛度稍微差一些，在發生地震災害時，結構的側向變形更大。為了確保高層建筑結構在進入塑性階段后，結構整體仍具有較強的抗側移性能，保持結構的穩定性，則需要在高層建筑結構的構造上采取合適的措施，確保結構具有足夠的延性，從而滿足結構的剛度要求。

2建筑優化方法綜述

2.1基本假設

（1）彈性體假設

目前，對建筑結構進行工程分析時，均采用彈性的分析方法。當結構受到風荷載或豎向荷載時，假設結構處于彈性工作狀態，符合建筑結構的實際受力狀態。但是當受到地震災害或臺風襲擊時，結構產生較大的側向位移，更甚出現裂縫，使得結構進入到塑性階段，此時不可以再用彈性變形計算，應采用彈塑性理論進行分析。

（2）小變形假設

小變形假設普遍應用于結構變形分析中。但當結構頂點的水平位移與結構的高度比值大于0.002時，就不可以忽略P―Δ效應對結構的影響了。

（3）剛性樓板假設

在高層建筑結構分析時，假設樓板的自身平面內剛度無限大，而自身平面外的剛度則忽略不進行計算。采用這一假設，在很大程度上減少了高層建筑結構位移的自由度，減小了計算的難度，并為筒體結構采用空間薄壁桿的計算理論提供了保障。研究發現，剛性樓板假設一般適用于框架結構體系和剪力墻結構體系中。

2.2結構優化方法

（1）并行算法

由于高層建筑結構的主要因素是結構的抵抗水平力的性能。因此，抗側移性能的強弱成為高層建筑結構設計的關鍵因素，且是衡量建筑結構安全性、穩定性能的標準。

由于在建筑結構中，單位建筑結構面積的結構材料中，用于承擔重力荷載的結構材料用量與房屋的層數近似成正比例線性關系。此外，用于建筑結構樓頂的結構材料用量幾乎是定值，不隨結構的層數變化；但是用于墻、柱等結構構件的材料用量隨樓房的層數成線性正比例增加；而對于抵抗側向移動的結構材料用量，與樓房結構層數的二次方的關系增長。圖3-1表示在風荷載作用下的5跨鋼框架結構，不同的結構層數結構材料各個構件用量。

研究表明，樓房結構所采用的結構體系是否具有較好的抗側力性能，在很大程度上影響結構材料的用量，綜合考慮各方面的條件，通過精心設計確定結構的最優化設計方案，使結構體系的材料用量降低到最小程度。從上圖中的虛線以上陰影部分就是結構優化設計節約的鋼材用量，因此高層建筑結構方案的優化設計可以在很大程度上節約工程的總造價。

（2可靠度優化法

在建筑結構的優化設計時，必須進行結構的整體可靠度優化。在地質災害發生不活躍的地區，風荷載是主要的水平荷載。因此，在非地震災害區高層建筑結構的方案選型時，應優先選用抗風性能比較好的結構體系，也就是選用風壓體型系數較小的建筑結構體系。比如結構外形呈曲線流線型變化的建筑結構圓形、橢圓形等，或是結構從下往上逐漸減小的截錐形體系的風壓體形系數較小，有利于很好地抗風。此外，在對結構進行平面布置時，適合選取結構平面形狀和結構剛度分布均勻對稱的結構體系類型，這樣可以在很大程度上減小風荷載作用下的扭轉效應引起的結構變形和內力的影響。同時，還要限制高層建筑結構的高寬比，避免結構發生傾覆和失穩現象。

（3）高層體系優化法

由于建筑使用性能的不同，所以其對內部空間的要求不同。同時，高層建筑結構使用功能不同，則其平面布置也發生改變。通常，住宅和旅館的客房等宜采用小空間平面布置方案；辦公樓則適合采用大小空間均有；商場、飯店、展覽廳以及工廠廠房等則適宜采用大空間的的平面布置；宴會廳、舞廳則要求結構內部沒有柱子的大空間。由于不同的結構體系可以提供的內部空間的大小不同，因此，在建筑結構設計階段，應該首先根據建筑結構的使用功能，選用合適的結構類型。

3結束語

綜上所述，在確定高層建筑結構方案時，要全面考慮結構的使用功能、場地類別、設防烈度、建筑高度、地基基礎類型、結構材料和施工工藝，同時還要考慮結構的設計、技術以及經濟保障等，選擇最優化的結構體系。

參考文獻

[1] 謝琳琳.關于高層建筑結構選型決策的研究[D]，重慶：重慶大學碩士學位論文，2001

篇2

1.1基于拉格朗日方程的剛柔耦合動力學建模在對硅片傳輸機器人動力學模型過程中，需要對實際機器人進行如下合理的假設：①將硅片傳輸機器人手臂等效為均質桿，將關節質量等效為集中質量；②將同步帶以及諧波減速器等效為無質量線性彈簧，系統阻尼采用比例阻尼進行簡化。經過上述假設后，硅片傳輸機器人手臂可由如圖2所示的簡化模型表示。硅片傳輸機器人手臂簡化模型中各物理量參數定義及其數值見表1。1.2硅片傳輸機器人動態特性分析柔性系統一般有多階固有頻率以及模態，但并非所有階固有頻率和模態會對末端軌跡精度造成影響。為了有效地選取優化變量，首先應先對柔性系統進行固有頻率及模態等動態特性分析，從中尋找對末端軌跡精度有影響的模態以及對應的固有頻率階數，從而將優化重點放在為對末端軌跡精度影響較大的固有頻率階數上。由于固有頻率為系統的固有屬性，因此將硅片傳輸機器人手臂的剛柔耦合動力學模型寫為式(2)的形式進行模態分析根據模態分析理論，柔性系統固有頻率以及模態振型可由式(3)求得，其中ω為固有頻率，A為模態振型矢量硅片傳輸機器人手臂柔性關節系統的質量陣為時變矩陣，因此其固有頻率會隨著末端的位置變化而變化。采用表1的系統參數進行仿真得到硅片傳輸機器人手臂固有頻率特性如圖3所示。由圖3中可以看出機械臂的固有頻率隨末端點位置變化而變化。選取末端點位置最遠點進行模態分析，分析結果如圖4所示。由模態分析結果可以看出，系統的第三階模態各個關節角的振幅比例約為1:–2:1。根據硅片傳輸機器人手臂的結構原理，大臂、小臂以及末端手的關節角度按照1:–2:1運動時，末端點的運動軌跡為一條直線，故三階振動狀態對末端軌跡的直線度并不造成影響。因此，對于硅片傳輸機器人手臂進行優化設計時，只需要重點考慮一階與二階的振動，以提高系統一階與二階固有頻率為主要目標。

2手臂結構優化變量確定

如何在可優化變量中找到對固有頻率影響最大的設計變量通常需要進行靈敏度分析。當優化參數以一很小值變化時，將此時固有頻率的變化量作為該結構參數對固有頻率的靈敏度。通常固有頻率對結構設計參數的靈敏度可由式(4)表示式(4)的前提條件為設計變量bj的修改量必須很小。而在實際應用中，對不同設計變量改變同樣數值時的難易程度并不相同，而對優化變量改變同樣百分比的數值的難易程度基本一致。例如硅片傳輸機器人柔性關節剛度數值相對較大，而手臂質量較小，如果同樣采取0.1為改變量時，剛度修改比質量修改更容易。因此，本文提出固有頻率權值的概念，并以權值作為優化參數的選擇依據。2.1權值概念在結構優化設計中，固有頻率一般為多個優化設計變量的隱函數，可將固有頻率按式(6)進行展開，其中偏導數項即為固有頻率的靈敏度，而權值向量則表示所有變量對固有頻率數值“貢獻”的比例。優化變量的權值越大說明該變量對固有頻率的影響越大。2.2優化參數確定根據上述理論，分別對硅片傳輸機器人手臂的優化參數進行靈敏度分析與權值分析。結構參數對一階固有頻率的靈敏度分析結果如圖5所示，結構參數對一階固有頻率的權值分析結果如圖6所示；結構參數對二階固有頻率的靈敏度分析結果如圖7所示，結構參數對二階固有頻率的權值分析結果如圖8所示。從仿真結果中可以看出：當采用靈敏度作為選擇依據時，關節處的等效慣量靈敏度最高，而其余參數均較小，當采用權值作為選擇依據時，手臂質量、桿長以及柔性環節剛度對固有頻率影響較大，顯然采取權值作為判斷依據更符合實際情況。其中權值為正表示參數增大時固有頻率提升，權值為負表示參數減小時固有頻率提升。分析結果表明：對一階固有頻率的權值較大的變量為：腕關節集中質量、末端手臂質量、小臂與末端手長度以及同步帶的剛度；對二階固有頻率的權值較大的變量為：腕關節質量、小臂質量、末端手臂質量、小臂與末端手長度以及同步帶剛度。本文只重點考慮質量的優化，且腕關節集中質量主要為軸承等標準件，無法進行優化。因此，最終的優化變量確定為：小臂質量與末端手臂質量。同時注意到大臂的質量對一階與二階固有頻率均無影響，必要時可以考慮增加大臂的質量來增加豎直方向上的剛度。

3手臂結構優化設計

根據上述分析結果，最終選取硅片傳輸機器人小臂質量與末端手臂的質量作為優化參數，減小質量參數有助于固有頻率的提高。然而大幅度的減小手臂的質量必然造成手臂在豎直方向上的剛度降低，從而使懸臂結構在豎直方向上的靜態變形增大以及在豎直方向上的振動的加劇。因此在減小手臂質量的同時，需要考慮對豎直方向上變形的影響。3.1優化方法及約束方程推導將硅片傳輸機器人小臂與末端臂簡化為圖9所示的等截面空心梁。其中H與W為空間尺寸約束條件，通常為常數；h1、h2、h3為手臂厚度變量；L為手臂長度。OYZ為截面坐標系，YC為截面彎曲中性軸。硅片傳輸機器人小臂與末端臂的受力均可等效為圖10所示的形式。圖10中p為手臂自身重力引起的均布載荷，Fe為等效力，Me為等效轉矩。則手臂末端的撓度、由于硅片傳輸機器人手臂為串聯結構，故式(8)中的等效力與等效力矩均參數均與該手臂所承載的后端的手臂的質量以及長度參數有關。因此，在進行硅片傳輸機器人手臂結構優化設計時需要從末端手臂開始設計，隨后再設計小臂。3.2末端手臂優化設計在硅片傳輸機器人末端手臂設計時，末端手臂所承受的等效力與等效轉矩由末端手與負載的參數決定。通常末端手與負載的參數為常數，且末端手等效載荷以及尺寸約束參數數值如表2所示。仿真結果表明：末端總變形隨末端手臂上壁厚度的增加而增加，但當上壁厚度大于2mm后末端總變形基本不變；側壁的厚度對末端總變形的影響較小，基本可以忽略；末端總變形隨著末端手臂下蓋厚度增加而增加，但當下蓋厚度大于1mm之后，總變形增加的較為緩慢。因此，末端手臂厚度尺寸最終確定為：上壁厚度2mm、側壁厚度1.5mm、下蓋厚度1.5mm。3.3小臂結構優化設計末端手臂優化完成后，小臂的等效力與等效轉矩參數即可以確定。小臂受力及約束尺寸參數數值如表3所示。仿真結果表明：末端總變形隨小臂上壁厚度的增加而增加，但當上壁厚度大于2mm后末端總變形基本不變；側壁的厚度對末端總變形的影響較小，基本可以忽略；末端總變形隨著小臂下蓋厚度增加而增加，但當下蓋厚度大于1mm之后，總變形增加的較為緩慢。因此，小臂厚度尺寸最終確定為：上壁厚度2.5mm、側壁厚度2mm、下蓋厚度1.5mm。

4優化前后性能及參數對比

優化前后的小臂與末端手臂的三維模型如圖17所示(手臂的下端蓋未顯示)。優化前后手臂質量以及硅片傳輸機器人手臂系統的固有頻率數值對比關系如表4所示優化前后硅片傳輸機器人手臂系統由懸臂引起的豎直方向上的靜變形、靜應力以及豎直方向上的振動頻率如圖18～23所示。由表5與表6可以看出：優化前后末端手臂質量降低了50%，小臂質量降低了18.8%；一階固有頻率平均值與二階固有頻率平均值均提高了10%；豎直方向上最大靜態變形量降低了52.3%；系統最大應力降低了58.3%；豎直方向上的振動頻率提高了45.2%。

5結論

篇3

【關鍵詞】超深基坑，排樁內支撐支護結構，優化設計

隨著城市化進程的快速發展，城市有限的地上空間越來越不能滿足城市發展的需要，開發城市地下空間成為解決這一矛盾的重要途徑。另一方面，隨著建筑高度的不斷增加，建筑基礎的埋置深度也在不斷的增加。基坑工程出現兩個明顯的趨勢：基坑深度越來越大，工程環境越來越復雜。基坑環境保護的要求在不斷的提高，同時基坑失效事故所帶來的危害也越來越嚴重。如何確保在城市密集的建成區深基坑工程的施工安全和環境安全成為工程技術人員必須面對的課題。

本文結合青島海景公寓深基坑支護設計方案，對巖土層開挖超深基坑中排樁內支撐支護結構進行優化設計研究。

1工程介紹

1.1工程概況。擬建工程場區位于青島市香港東路南側，國家級旅游勝地―――青島市老人海水浴場以北，青島啤酒城正南。設計單位提供的擬建物特征：地上30層，高99.80 m；地下4層，層高3.9 m～5.1m，層總高12.20m。現場自然地坪高-0.25m。平面尺寸為66m×45m。基坑東側多為2層，7層磚混結構，距用地紅線最近約為5.0m。基坑南側和西側均為磚混建筑結構，基坑北側主要為道路和市政管線，用地紅線距香港東路紅線最近約為15.4m

1.2工程地質與水文地質條件。本場區內地形平坦，位于濱海平原地貌單元，第四系較發育。基坑自上而下依次穿越素填土、粉砂、淤泥質粉砂、粉質黏土、粗砂、粉質黏土、角礫，基地位于強風化巖層。支護體系的選用要遵循安全、經濟、方便施工及因地制宜的總原則。一般要綜合考慮場地條件、基坑開挖深度和范圍、地質條件以及地下水情況等幾個方面做出選擇。根據本工程地層地質情況和周圍環境要求，初步擬定圍護方案為排樁內支撐支護結構：鉆孔灌注樁的直徑為1 200mm，樁間距為1 500mm，樁長23.4m，自上而下分別在標高-2.65m，-6.50m，-10.40m，-15.50m處設置四道支撐。

2排樁內支撐支護結構優化設計方法研究

目前內支撐體系結構計算方法主要分為三類：簡化計算方法、平面整體分析和空間整體分析。本文中采用的是平面整體分析的方法，即將支撐桿件、腰梁作為一個整體，視為一個平面體系，設置若干支座，借助大型有限元分析軟件SAP 2000進行分析，得出支撐體系的內力與變形，最終設計出各構件的截面。

利用SAP2000對內支撐體系進行優化設計，大體上分為以下幾步：

1）定義軸網類型。2）定義材料屬性和截面。本文研究的內支撐為現澆鋼筋混凝土支撐，支撐截面均為矩形。3）繪制構件。將每一層支撐看作一個平面桁架，選用線單元來模擬這一桁架。4）指定節點約束。分不同工況對該平面桁架施加約束。例如：兩鄰邊約束、對邊約束等。5）荷載工況。在內支撐計算中考慮靜力荷載工況。6）分析工況。根據不同的節點約束，分不同工況對模型進行分析，得出不同工況下內支撐的內力，包括彎矩，剪力和軸向力。7）找出最不利情況下的內力，對支撐體系進行結構設計。

3A―A剖面結構設計計算

3.1排樁體系設計計算

根據前面提出的排樁內支撐體系的結構優化設計方法，以基坑東側A―A剖面為例，對排樁體系進行結構計算。考慮工況，分段采用等值梁法計算排樁內力和各道支撐力，計算結果見表2。

表2 等值梁法計算結果

工況工況一工況二工況三工況四

Mmax/kN?m 173.0 324.5 658.0 986.0

T/kN 109.3 149.9 514.2 643.3

按各工況求得的墻上彎矩作出彎矩包絡圖，計算排樁配筋，計算結果見表3，按求得的支撐力設計各道支撐和圍檁。

表3 排樁體系設計參數

參數樁徑/mm樁長/m嵌固深度/m受力主筋箍筋

A―A 1 200 24.6 4標高10.4 m范圍內：2828標高24.6 m范圍內：323220@1 500

3.2內支撐體系的設計計算

內支撐系統由四道平面支撐和立柱組成。每道支撐包括環梁、腰梁和支撐桿。不同地質剖面計算求出的支撐系統需要提供的支護抗力是不同的，設計支撐系統時按所需最大支護抗力計算，第一，二道取N=353kN/m，第三，四道取N=571 kN/m，支護抗力較小側將由基坑外側的被動土壓力平衡。

根據約束條件的不同，分四種不同支撐條件對支撐體系進行分析：1）X向兩鉸：即沿X方向在環梁的兩端設置固定支座；2）兩鄰邊固定1：將支撐體系的南側與西側的支座設置為固定支座；3）兩鄰邊固定2：將支撐體系的北側與東側的支座設置為固定支座；4）全鉸：將環梁的約束全部設置為固定支座。通過對計算結果分析比較得出：1）在X向雙鉸的支撐條件下，環梁的彎矩最大，支撐桿件的軸力最大；2）在將支撐體系的南側與西側的支座設置為固定支座的支撐條件下，腰梁的彎矩最大。在內支撐體系中，支撐桿件和環梁是主要的控制構件，因此考慮選用第一種支撐條件下各構件的最不利內力組合來對各構件進行截面和配筋計算。

篇4

Wang Lei

（Chongqing Power Company PSB Control Center in Downtown，Chongqing 400015，China）

摘要：基于電力系統調度結構優化是電力系統分析的一個重要組成結構優化課題.提出基于高斯擾動和免疫系統理論的自適應差分進化算法和免疫系統理論的自適應差分進化算法。

Abstract: Scheduling structure optimization based on power system is one of the important optimization issues of power system analysis. The adaptive differential evolution algorithm based on gauss disturbance and immune system theory and adaptive differential evolution algorithm of immune system theory are given.

關鍵詞：差分進化算法 結構優化算法 電力系統調度

Key words: differential evolution algorithm；structural optimization algorithm；power dispatch system

中圖分類號：TM7 文獻標識碼：A文章編號：1006-4311（2011）26-0045-01

1基于差分進化算法在動態環境經濟電力系統調度結構優化應用研究

1.1 基于電力系統調度結構優化模型分析基于電力系統經濟調度火力發電機i燃料消耗量可以表示為：

f■■（p■）=a■+b■?鄢p■+c■?鄢p■■+e■?鄢sinf■p■■-p■（1）

其中，ai，bi，ci，ei，fi是火力發電機i的經濟調度參數；p■■是火力發電機i最小的有功輸出功率；p■表示火力發電機i在時刻t有功輸出功率。對于給定的一個電力系統,其經濟調度可以表示為一段時間T內所有處于工作狀態的Ns個火力發電機總燃料消耗量最小化。可表示為：F=min■■f■■（p■）（2）

其中：F為總的燃料消耗量，T表示為基于特定調度問題的時間跨度，Ns從為特定調度問題處于運行狀態的火力發電機的數量，f■■（p■）表示火力發電機i在時刻t的燃料消耗量。

1.2 基于電力系統最小化污染物排放調度方法研究基于電力部門不僅要保證采用盡可能少的燃料消耗量來提供充足和安全的電力保障，確保盡可能減少環境污染。每個火力發電機的污染物排放量可以是一個RBF函數和一個指數函數組如公式（3）所示。

e■■（p■）=a■+?茁■?鄢p■+?酌■?鄢p■■+?濁■?鄢exp（?啄■?鄢p■）（3）

其中，ai，?茁i，?酌i，?濁i，?啄i為火力發電機i污染物質排放量因子，e■■（p■）表示火力發電機i在時刻t的污染物質排放量。基于運算動態電力系統，其環境調度問題可以滿足一系列約束條件的前提下同時運行的Ns火力發電機在時間跨度T內總的污染物排放量達到最小，如公式（4）所示E=min■■e■■（p■）（4）

其中：E為總的污染物排放量，T表示為基于特定調度問題的時間跨度，Ns為基于特定調度問題處于運行狀態的火力發電機的數量，e■■（p■）表示火力發電機，在時刻t的污染物排放量。

2基于電力系統結構預測優化問題方法研究

2.1 基于雙目標結構優化問題轉換單目標結構優化問題分析基于動態環境經濟電力系統的調度問題是一個雙目標結構優化問題，它需要同時進行電力系統的經濟調度和環境調度。基于多目標結構優化算法來運算雙目標結構優化問題，但是那些算法都是基于低維的多目標結構優化問題提出的。基于高維的多目標結構優化問題那些算法不但效率低，而且往往得不到滿意的運算方案。短期水火電力系統的調度不但是高維雙目標結構優化問題，而且有多個約束條件需要運算。

2.2 基于差分進化算法求解電力系統調度結構優化問題研究基于動態電力系統調度結構優化這樣高維結構優化問題，采用啟發式策略對差分進化算法得到的運算方案進行修正，能夠極大的提高群體的多樣性，采樣拓展搜索空間數據，并對問題的求解精度有著較大的互影響，因而能夠得到更優的調度運算方案。基于動態環境經濟調度問題是雙目標結構優化問題，雖然很多學者提出很多雙目標結構優化算法，但是對于高維的雙目標結構優化問題那些算法不但效率低，而且往往得不到滿意的運算方案。

3基于多目標差分進化算法在電力系統調度結構優化中的應用

3.1 基于水火電力系統的經濟調度系統分析基于經濟負載調度是在一般情況下，經典的經濟負載調度就是在滿足各種操作約束的條件下使系統中的火力發電機總的燃料消耗達到最小。一般都是采用軟計算的方法來運算經濟負載調度問題。某一火力發電機i在時刻t的燃料消耗量可以用一元二次方程來表示，如公式（5）所示：

f■（p■）=a■+b■?鄢p■+c■?鄢p■■（5）

其中，asi，bsi，csi為火力發電機i的燃料消耗因子，psit為電力發電i在時刻t的有功輸出功率。

基于火力發電機工作原理出發，為了更高精確的描述火力發電機燃料消耗數據，采用上面的公式進一步的優化模型算法。在計算火力發電機的燃料消耗量的過程中，火力發電機的隱含閥點效應自適應濾波運算。因此運用火力發電機的燃料消耗量的修正公式如公式（1）所示。對于一個給定的水火電調度系統，其經濟調度問題可以滿足一系列約束條件的前提下使同時運行的從Ns個火力發電機在時間跨度T內總的燃料消耗量達到最小及其總的燃料消耗量的計算公式如公式（2）所示。

3.2 基于水火電系統的環境調度應用分析基于電力系統環境調度是將火力發電站作為市場經濟的可持續發展提供源源不斷的電能，但它同樣也帶來嚴重的環境污染問題。基于全國人民都關注和支持環境的保護，因此各省市自治區電力部門在保障提供充足和安全電能的前提下不僅要保證采用盡可能少的燃料消耗量而且還要保證盡可能減少環境污染[2]。在運行水火電力系統調度中，只是要求在整個系統運算的過程中使用最少的燃料來提供盡可能多的電能，并沒有考慮環境污染的問題。而在該水火混合電力系統中，每個火力發電機的污染物排放量可以由一個RBF函數和一個指數函數組成如公式（3）所示。對于一個給定的水火電調度系統，其環境調度問題可以被描述為一系列約束條件的前提下同時運行的Ns個火力發電機在時間跨度T內總的污染物排放量達到最小，其總的污染物排放量如公式（4）所示。

4結束語

基于動態環境經濟調度中復雜結構優化運算，提出基于差分進化算法和該啟發式搜索策略的動態環境經濟調度算法。實驗結果證實，該計算算法能夠處理電力系統調度結構優化中的問題和故障。

參考文獻：

篇5

關鍵詞：結構設計;優化設計;實踐

中圖分類號：TU318 文獻標識碼：A

對于一個項目，工程結構總體的優化設計主要是針對圍護結構、屋蓋系統、結構體系、基礎形式以及結構細部等進行相應的設計方案的優化設計。在設計的時候還必須考慮到相應的布置、選型、造價以及受力等方面的問題，然后根據工程的實際情況并結合建筑物的經濟性要求，對建筑結構進行相應的優化設計。 為了適應時展的要求，建筑的結構形式必須不斷的進行創新。對于結構設計師來說，要在確保建筑結構具有一定的安全保證的基礎上設計更合理、更經濟、更能體現創新的結構形式。

1 結構設計優化技術的現實意義

對建筑結構的設計進行必要的優化，在對于房屋結構相關的設計中的應用意義重大，不僅能夠滿足了建筑的實用與美觀，而且還可以有效地對工程造價進行控制。對于建筑商來說，其當然希望用最少的投資，而獲得最大的收益，然而又必須對建筑結構的科學性、可靠性以及安全性做出保證，這必然要求對建筑結構進行優化設計。

結構設計優化和傳統房屋結構設計進行比較我們可以發現：運用設計優化的技術能夠降低整個建筑工程造價10%～40％。結構設計優化技術能夠使得建筑結構內部的每個單元都得到最佳的協調，并可以對材料的性能進行最合理的利用。這樣不僅能夠保證相關規定的安全系數，還能夠實現建筑結構設計的經濟性與實用性。

2 結構設計優化技術在建筑結構設計中的步驟

2.1 建立結構優化的模型

在我們對房屋結構整體進行必要的優化設計時候，可以分成三步進行建筑結構的優化設計。下面將對每一步驟進行詳細的介紹：

2.1.1 要對設計變量進行合理的選擇

通常在對設計變量進行選擇時，我們把對建筑結構影響的主要參數作為設計變量。如目標控制的相關參數（損失的期望C2 和結構的造價C1）和約束控制相關參數（結構的可靠度PS）等；然而還有一些影響不是太大，其變化范圍也不是很大或者由局部性以及結構的相關要求就能夠滿足相應的設計要求的一些參數，我們可以用預定參數來表示，這樣能夠使得我們的設計量、計算量以及編制程序的工作量均大大減小。

2.1.2 對目標函數進行確定

在進行結構設計優化的時候，我們還必須尋找一組能夠滿足相關的預定條件的截面相應的幾何尺寸、鋼筋面積以及相應的失效概率的函數，使得工程造價最少。 針對目標函數進行的優化設計都有條件和相對的，即為“最滿意解”而不是最優解。

2.1.3 對約束條件進行確定

對于房屋的結構的設計優化來說，必須在確保結構整體可靠的基礎上，對優化設計相關的約束條件進行相應的確定，設計優化的約束條件主要包括裂縫寬度約束、結構強度約束、尺寸約束、構件單元約束、應力約束、結構體系約束、從可靠指標約束到確定性約束條件以及從正常使用極限狀態下的彈性約束到最終極限狀態的彈塑性約束等約束條件。在進行結構設計的時候，我們必須對目標約束條件與實際的約束條件進行相應的比較與分析，確保每個約束條件都必須滿足相應的要求，化繁為簡，抓大放小，以實現最佳的設計。

2.2 對優化設計的計算方案進行設定

根據可靠度進行的房屋結構的優化設計具有多約束且非線性的優化問題以及復雜的多變量，在進行相應的分析計算中，一般把有約束的優化問題轉換成無約束優化問題的求解。常用的優化設計的計算方法有拉格朗日乘子法、復合形法、準則法以及Powell（鮑威爾） 法等基于不同理論準側的計算方法。

2.3 進行程序的相關設計

針對具體的工程設計，我們可以根據不同的設計要求選擇有限元分析軟件或者設計配筋軟件，可以選擇針對具體構件進行有限元分析或者是針對整體結構實際工程計算分析。針對復雜的超高超限的工程可以進行專門的不同目標函數的優化設計，具體可選用結構優化設計系統MCADS。

2.3 結果分析

我們必須對相應的計算結果進行必要的分析比較，選擇出最佳的設計方案。在這個過程中，我們對出現的問題必須全方位、多角度的考慮。例如，鋼結構滿應力設計中病態桿的出現等。這一步驟在建筑結構設計優化中尤其重要，合理的選擇設計方案，不僅能夠確保結構的美觀、安全性、合理性以及實用性，還能夠對施工中的資金的投入有著重大的影響。在結構設計優化中只強調經濟性要求，而忽略技術要求，是不正確的；同樣只考慮技術要求，忽略經濟性要求，也是不合理的。我們必須在滿足現行規范的前提下，區分“應”和“宜”，對兩者進行合理的配置，才能達到相關要求。

3 結構設計優化技術的實踐應用

當下，限額設計已經成為常態，建設商經常附加各種各樣的設計條件，對于這樣的項目我們可以從前期設計、整體設計、舊房改造以及抗震設計等方面采用結構設計優化設計的方法來節約造價。下面對實踐應用中的問題進行簡單的說明：

3.1 結構設計優化應注意前期參與

前期方案直接會影響到工程的造價，然而很多建筑物的設計往往忽略了這一點。項目立項后，結構師應該及時跟進，對建筑方案提出合理的指導意見，避免出現超限、超規范的情況，前期參與能夠讓我選擇合理的結構形式以及合理的設計方案，節約造價占50%以上。

3.2 概念設計結合細部結構設計優化

在沒有具體數值量化的情況下，我們可以使用概念設計。例如，對地震的烈度進行設防時，由于它存在這不確定的因素，所以我們無法找到與實際相符合的計算式，所以在進行設計優化的時候我們可以使用概念設計的方法，把相應的數值作為參考與輔助相關的依據。同時在設計過程中，相關結構設計人員必須合理并靈活的使用結構設計優化的方法，從而達到最佳的效果。

在設計過程中必須對細部的結構進行相應的設計優化，物盡其材。例如，豎向柱構件采用高強度混凝土能夠有效減少柱子截面，而對于水平構件來說就可以降低混凝土標號，這樣既可以達到受力要求，又可以節約成本。后期的優化設計和細部結構精細化設計能節約一定的經濟成本。此階段通過優化設計能節約造價10%以上。

3.3 下部地基基礎結構的設計優化

基礎的設計尤為重要，基礎造價能占到結構成本的30%左右，在地基基礎的結構設計優化中，我們必須選取合適的基礎方案，確定合理的持力層，盡量選擇天然地基，樁基能不用則不用，可以有效降低成本、節約工期。如果不可避免的采用樁基，需根據樁端持力層的厚度選擇合理的樁長，并根據土層情況確定是否采用后壓漿灌注樁；而對于管樁，同樣直徑可以考慮選用方樁，能夠提高20%的摩擦力。通過對多種設計方案進行必要的分析比較，然后選取最佳的設計方案。

4 結語

對于住宅建筑，目前限額設計已經成為常態，傳統的結構設計理論與方法已經無法滿足建設商的要求，在目前的設計中采用優化設計已經成為無法回避的問題。通過選擇合理的結構體系以及基礎方案，充分利用材料強度，降低自重，活學活用規范做到精細化設計能夠節約可觀的工程造價，適應建設綠色可持續發展社會的要求。

參考文獻

[1]張炳華.土建結構優化設計[M].上海：同濟大學出版社，2008：34-36.

[2]汪樹玉.結構優化設計的現狀與進展[J].基建優化，2007:12-13.