本發明屬于混凝土結構設計，具體涉及一種混凝土框架構件鋼筋自動選配方法及系統。

背景技術：

1、在混凝土結構設計中，鋼筋選配是確保施工質量和進度的重要環節。傳統的人工計算方法存在效率低下、成本控制困難和鋼筋浪費等顯著問題。盡管當前存在的計算機輔助選筋方法比人工選配有所進步，但選配結果常與實際施工中的鋼筋排布存在較大差異，特別是在縱筋選配方面缺乏合理性，同時，各選筋模塊使用獨立計算，忽略了部分模塊的必要關聯，選筋算法設計也多以窮舉法為主，效率有待提升。

2、人工計算鋼筋選配需要大量的時間和精力。設計人員必須手動根據具體結構要求和設計規范計算所需鋼筋的數量、直徑和長度。這一過程不僅耗時且容易出錯，可能導致設計方案的不確定性和不穩定性。一旦計算錯誤，不僅影響施工進度，還可能引發結構安全問題。

3、雖然現有計算機輔助選配方法在某些方面提高了效率，但現有方法通常將各個選筋模塊(如箍筋、縱筋、腰筋)獨立分開計算，忽略了各模塊間的內在關聯。然而，實際施工過程中，模塊間存在關聯。這種獨立計算方法導致選筋結果與實際施工需求不符，施工現場需進行二次調整，既耗費算力又增加人力成本，此外，頻繁使用窮舉法作為模塊計算的核心也使得運行效率較低，尤其是選筋待選結果較多的情況下。

技術實現思路

1、針對現有技術的缺陷，本發明提供了一種混凝土框架構件鋼筋自動選配方法及系統，旨在應對傳統混凝土選筋方法存在的成本控制不力及靈活性欠缺等挑戰，同時注重利用遺傳算法、啟發式算法提升選筋效率，減少二次調整，確保選筋實現科學、合理的搭配。

2、本發明所采用的具體技術方案為：

3、本專利的第一發明目的是提供一種混凝土框架構件鋼筋自動選配方法，包括：

4、選配混凝土梁箍筋：首先根據工程設計要求和規范，確定箍筋的最大和最小直徑范圍，并按照一定步長生成箍筋直徑選擇列表；然后，根據梁的受力特性、跨度和荷載分布判斷梁的類型；最后，結合梁的類型及其受力特性，利用遺傳算法對箍筋的直徑、肢數和根數進行優化選配，以確保計算得到的配筋面積最接近設計要求，并符合相關的結構設計規范和標準；

5、選配混凝土梁縱筋：首先，明確梁中部縱筋的搭接方式，并進行支座合并處理。針對各單跨支座部位，按照設計規范篩選適用的鋼筋直徑，其次，基于規則選擇通長縱筋、跨中上部筋、支座負筋等的型號和數量。此過程中的各模塊選筋相互關聯，通過基于規則的算法計算確保每個部分的鋼筋配置符合結構設計要求，對于跨中下部筋的選配，則采用獨立計算的方式，使用遺傳算法優化直徑和根數的組合，以最小化配筋面積并滿足設計要求。最后，記錄各模塊實際配筋面積與計算配筋面積的比值，控制選筋超配率，并合理分配鋼筋排數，確保梁的整體性能和安全性；

6、選配混凝土梁腰筋：首先，根據計算配筋面積，判斷是否需要搭配抗扭腰筋。如果需要，則通過啟發式算法優化直徑型號和根數組合，選擇最合適的配置以滿足設計要求。若配筋面積為零，則根據梁的高度決定是否搭配構造腰筋。該方法能夠在保證結構安全和符合規范的前提下，快速做出配筋決策，避免了傳統方法中計算時間長和二次返工的問題；

7、選配混凝土柱鋼筋：首先，根據設計要求和受力分析，選擇混凝土柱橫向和縱向鋼筋中所需肢數較少的方向進行初步配筋計算，其次，記錄該方向的鋼筋直徑、肢數及根數等配筋參數，最后，依據已計算的橫向或縱向配筋信息，確定另一個方向的箍筋配置；

8、選配混凝土樓板鋼筋：首先，對鋼筋的直徑列表進行排序，以確保直徑的選擇順序合理，其次，對樓板中鋼筋的間距列表進行排序，從而為后續的鋼筋配置提供依據。按照優先調整鋼筋直徑，再調整鋼筋間距的原則進行配置調整，直到樓板的鋼筋配置滿足設計要求為止；

9、選配混凝土基礎鋼筋：首先，根據基礎的結構將鋼筋配置劃分為頂部橫向、頂部縱向、底部橫向和底部縱向四個方向，其次，分別對這四個方向應用選配混凝土樓板鋼筋算法，最后，記錄各方向的鋼筋直徑、型號和間距，并將配置信息返回，以確保每個方向的鋼筋配置都能滿足設計要求。

10、優選地，所述選配混凝土梁箍筋具體為：

11、s101、構建箍筋直徑選擇列表；

12、s10101、將箍筋直徑庫按半徑從大到小排序并存為列表；

13、s10102、將優選直徑增加到列表首部；

14、s102、判斷梁的類型，所述梁的類型包括框架梁和非框架梁；

15、s10201、按照計算加密區、非加密區順序進行選筋；

16、s1020101、按照加密區最大間距、最小間距及間距模數，生成從大到小的間距列表；

17、s1020102、將優選間距加入到列表首部，并將不符合間距要求的值剔除；

18、s103、構建遺傳算法；

19、s10301、將直徑d、根數n和肢數m范圍作為遺傳算法的輸入；

20、s10302、構建目標函數其中acal表示計算配筋面積，λ為懲罰系數；

21、s10303、設置迭代次數，通過選擇、交叉和變異操作，記錄迭代過程的最優解，得到加密區箍筋根數、直徑型號和肢數；

22、s104、當前梁為框架梁時，非加密區的肢數和直徑與加密區保持一致，僅試算間距，直至滿足計算配筋要求為止，當前梁為非框架梁或當前梁一端無支座時，加密區和非加密區配置相同，加密區計算結果即為最終選配結果。

23、優選地，所述選配混凝土梁縱筋具體為：

24、s201、確定梁中部搭接模式：根據選擇的梁中部搭接模式，取得對應參數，判斷搭接為通常模式或跨中上部筋模式；

25、s202、支座合并：

26、s20201、判斷多跨梁兩端情況，進行合并處理；

27、s2020101、若兩端存在懸挑，且合并模式包含懸挑合并，則將對應懸挑端與相接梁支座計算面積設為相同值；

28、s20202、遍歷多跨梁，對滿足條件梁合并面積；

29、s2020201、若允許合并，且當前梁和相鄰梁支座的計算配筋面積和比例相差占比在允許范圍內，選擇計算配筋面積最大值對梁支座面積進行賦值；

30、s203、查找各單跨支座部位選用直徑；

31、s20301、優選直徑及選筋直徑庫處理；

32、s2030101、將選筋庫直徑根據直徑尺寸進行從大到小排序；

33、s20302、對優選直徑試算；

34、s2030201、根據當前支座的計算配筋面積和優選直徑型號，反求需要的鋼筋根數；

35、s2030202、檢查根數是否符合范圍區間；

36、s20303、當優選直徑不滿足根數要求時，則從直徑選筋庫挑選鋼筋進行試算；

37、s2030301、當優選直徑計算根數小于最小根數時，則從直徑選筋庫中最接近優選直徑的型號開始向小直徑方向試算，直至滿足根數條件為止；

38、s2030302、當優選直徑計算根數大于最大根數時，從直徑選筋庫中最接近優選直徑的型號開始向大直徑方向試算，直至滿足根數條件為止；

39、s204、設置通長縱筋根數，根據構造要求，跨中上部至少需要兩根貫穿鋼筋；

40、s205、跨中上部選配；

41、s20501、計算跨中上部筋所需根數及直徑；

42、s2050101、跨中上部筋直徑選用和支座相同直徑型號；

43、s2050102、跨中上部筋根數，根據對應位置計算配筋面積和當前直徑型號及通長縱筋根數進行計算；

44、s20502、根據架立筋模式調整根數；

45、s2050201、當允許使用架立筋時，跨中上部筋暫不做調整

46、s2050202、當不允許使用架立筋時，根據最小根數要求對上部筋根數做調整；

47、s205020201、在小于最小根數要求的單跨中部位置，補齊鋼筋至最小根數；

48、s205020202、如滿足最小根數要求，暫不處理；

49、s206、通長及跨中上部筋模式調整；

50、s20601、若選擇小直徑或跨中上部筋模式，將通長縱筋的所有直徑及根數疊加到跨中上部筋位置，通長縱筋置空；

51、s20602、若選擇通長縱筋模式，暫不調整；

52、s207、支座負筋更新；

53、s20701、若存在通長縱筋，將支座處鋼筋根數減去通長縱筋數量；

54、s20702、若存在跨中上部筋，將支座處鋼筋根數減去跨中上部筋數量；

55、s208、下部鋼筋選配；

56、s20801、將直徑d和根數n為遺傳算法的輸入；

57、s20802、構建目標函數其中acal表示計算配筋面積，λ為懲罰系數；

58、s20803、設置迭代次數，通過選擇、交叉和變異操作，記錄迭代過程的最優解，得到跨中下部筋根數和直徑型號；

59、s209、跨中上部筋直徑型號調整；

60、s20901、分別計算當前跨左支座、右支座、跨中上部筋實配面積與計算面積之差，并取最小值smin；

61、s20902、找到與當前跨中直徑型號r0最接近的小一級別的直徑型號r1；

62、s20903、根據公式：得到對應的更改根數；

63、s210、支座負筋直徑型號調整；

64、s21001、分別計算當前支座、通長縱筋和跨中上部筋實配面積與計算面積之差，并取最小值smin，其余更新方法同s209；

65、s211、記錄架立筋信息；

66、s21101、若設定不允許使用架立筋，s211結束；

67、s21102、若設定允許使用架立筋，遍歷各跨跨中部位根數，不滿足最小根數的地方，補充架立筋至跨中總根數滿足最小根數要求；

68、s212、遍歷各個部位，記錄實際配筋面積與計算配筋面積比值，記錄選筋超配率；

69、s213、遍歷各個部位，分配選擇鋼筋的排數信息。

70、優選地，所述選配混凝土梁腰筋具體為：

71、s301、根據當前跨腰筋計算配筋面積，劃分腰筋類型；

72、s302、若腰筋計算配筋面積為0，則為構造腰筋；

73、s30201、根據梁有效高度要求判斷是否需要配置構造腰筋；

74、s3020101、若有效高度h為0，不予配置構造腰筋；

75、s3020102、若有效高度不為0，取最小直徑的鋼筋型號，按照公式：計算根數，其中h代表梁高，s代表間距，n代表根數；

76、s30202、根據腰筋計算配筋面積，設置抗扭腰筋；

77、s3020201、將直徑按照優選直徑、直徑選筋庫進行排序；

78、s3020202、按照增加直徑、增加根數的順序試算，選擇出滿足要求的直徑型號和根數。

79、優選地，所述選配混凝土柱鋼筋具體為：

80、s401、取柱橫向和縱向兩個方向中最小肢數數量少的方向進行計算；

81、s402、計算公式及方法同s101，記錄當前方向直徑、肢數、根數；

82、s403、根據s402記錄的結果，求另一個方向的箍筋信息；

83、s40301、首先固定直徑和根數，僅改變肢數；

84、s40302、若肢數增大到最大仍不滿足面積配比要求，則按照增大直徑、減小間距的原則進行調整。

85、優選地，所述選配混凝土樓板鋼筋具體為：

86、s501、樓板直徑列表排序；

87、s502、樓板間距列表排序；

88、s50201、按照最大間距和最小間距及調整模數構件間距列表，并保存間距列表從大到小排列；

89、s50202、將優選間距加入s50202列表首部，并去除不在間距允許范圍內的間距值；

90、s503、按照先改變直徑、再改變間距的原則進行試算，直至滿足配筋要求為止。

91、優選地，所述選配混凝土基礎鋼筋具體為：

92、通過對基礎進行不同方向的劃分和計算，得出各方向的直徑型號間距值，從而確?；A的設計滿足結構要求和承載能力的需求；

93、s601、將基礎按照頂部橫向、頂部縱向、底部橫向、底部縱向劃分；

94、s602、將各個方向分別調用同混凝土樓板鋼筋選配的方法；

95、s603、記錄各方向直徑型號間距值并返回。

96、本發明的第二目的是提供一種混凝土框架構件鋼筋自動選配系統，包括：

97、混凝土梁箍筋選配模塊：該模塊根據工程設計規范和要求，確定箍筋直徑的可選范圍，并生成相應的直徑列表。根據梁的受力特性、跨度及荷載分布，識別梁的類型，并記錄箍筋的直徑、根數和肢數范圍。然后，利用遺傳算法在以上參數的基礎上，自動優化箍筋配置，確保其滿足結構設計規范和安全要求；

98、混凝土梁縱筋選配模塊：該模塊同時使用遺傳算法和啟發式算法，首先明確梁中部縱筋的搭接方式，并處理支座合并問題。針對各單跨支座部位，系統篩選適宜的鋼筋直徑，并基于規則設置通長縱筋、跨中上部筋、支座負筋及跨中下部筋的型號和數量?？缰邢虏拷钭鳛楠毩⒉糠?，使用遺傳算法進行優化計算，以達到最優配筋面積。其他部位的配筋選配則遵循基于規則的算法，確保各模塊之間的合理關聯。最后，記錄實際配筋面積與計算配筋面積的比值，控制選筋超配率，合理分配鋼筋排數，確保梁的整體性能與安全；

99、混凝土梁腰筋選配模塊：該模塊使用啟發式算法，根據當前段腰筋的計算配筋面積及梁高度劃分腰筋類型，分析計算選配抗扭腰筋或構造腰筋；

100、混凝土柱鋼筋選配模塊：該模塊使用啟發式算法，首先取柱橫向和縱向兩個方向中最小肢數數量少的方向進行計算，記錄當前方向的直徑、肢數、根數，然后以此為基準計算另一個方向的鋼筋信息；

101、混凝土樓板鋼筋選配模塊：該模塊使用啟發式算法，首先進行樓板直徑列表排序，然后進行樓板間距列表排序。系統按照先改變直徑、再改變間距的原則進行試算，直至滿足設計要求為止；

102、混凝土基礎鋼筋選配模塊：該模塊首先將基礎劃分為頂部橫向、頂部縱向、底部橫向和底部縱向四個方向，然后針對各方向分別調用樓板鋼筋配置方法，最后記錄各方向的直徑型號和間距值并返回。

103、本專利的第三發明目的是提供一種計算機程序產品，包括計算機程序，該計算機程序被處理器執行時上述的混凝土框架構件鋼筋自動選配方法。

104、本專利的第四發明目的是提供一種實現上述混凝土框架構件鋼筋自動選配方法的信息數據處理終端。

105、本專利的第五發明目的是提供一種計算機可讀存儲介質，包括指令，當其在計算機上運行時，使得計算機執行上述的混凝土框架構件鋼筋自動選配方法。

106、本發明的優點及積極效果為：

107、通過采用上述技術方案，本發明具有如下的技術效果：

108、本發明公開了一種混凝土框架構件鋼筋自動選配方法及系統，屬于混凝土結構設計技術領域，包括：選配混凝土梁箍筋；選配混凝土梁縱筋；選配混凝土梁腰筋；選配混凝土柱鋼筋；選配混凝土樓板鋼筋；選配混凝土基礎鋼筋。本發明融合了遺傳算法、啟發式算法等多種優化方法，通過合理劃分鋼筋選配過程的六個關鍵步驟，顯著提升了選配效率和精確度。與以往方法相比，該技術在成本控制、施工適配性、計算效率等方面具有明顯優勢，不僅縮短了計算時間，還能夠更好地貼合實際施工需求，有效減少了設計結果與施工現場不符導致的返工問題。

109、本發明在混凝土框架構件鋼筋自動選配方法及系統中，創新性地融合了遺傳算法、啟發式算法等多種優化技術。這些算法在鋼筋選配過程中發揮了關鍵作用，通過迭代優化和局部搜索策略，確保了每一步選配的精確性和效率。遺傳算法通過模擬自然選擇和遺傳變異，從初始群體中逐步篩選出最優解，而啟發式算法則通過經驗規則和直覺判斷，快速找到近似最優解。這種多算法融合的方式不僅提高了選配過程的智能性和自適應能力，而且在復雜的多目標優化問題中，能夠更好地平衡各方面的需求，如成本控制、施工適配性和計算效率。通過這種方法，本發明顯著提升了混凝土框架構件鋼筋選配的整體性能，為工程設計提供了更為可靠和高效的技術支持。