矩形钢筋混凝土梁隐含碳排放和成本的双目标优化方法及系统，包括：获取矩形钢筋混凝土梁的设计参数、钢筋和混凝土的综合单价以及碳排放因子；在矩形钢筋混凝土梁的设计参数基础上，根据综合单价构建年均成本目标函数，根据碳排放因子构建年均隐含碳排放目标函数；利用矩形钢筋混凝土梁的设计承载力满足构件承载力要求、利用最大挠度限值满足结构的变形控制以及构造要求建立约束条件；在约束条件下对矩形钢筋混凝土梁构件进行对碳排放和成本的双目标优化，得到最优解集。该方法可用于精确制定减碳策略与成本控制计划，适用于多种政策环境，提高结构设计的环境与经济效益。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于土木工程，涉及矩形钢筋混凝土梁隐含碳排放和成本的双目标优化方法及系统。
技术介绍
1、建筑领域是co2排放量的主要来源之一。在混凝土结构中，梁是结构中的重要构件。因此，基于低碳目标的混凝土梁截面优化设计对于发展低碳建筑具有重要意义。
2、目前，对于矩形梁低碳优化设计方法一般通过优化梁的截面尺寸和钢筋配置，将成本或者碳排放作为优化目标函数，但是通过这样的方法未考虑梁的使用年限、较为片面的优化设计计算以及未考虑不用界面类型梁的差异性，这限制了矩形梁优化设计计算的准确性。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于提供矩形钢筋混凝土梁隐含碳排放和成本的双目标优化方法及系统，以解决上述问题。
2、为实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：
3、第一方面，本专利技术提供矩形钢筋混凝土梁隐含碳排放和成本的双目标优化方法，其特征在于，包括：
4、获取矩形钢筋混凝土梁的设计参数、钢筋和混凝土的综合单价以及碳排放因子；
5、在矩形钢筋混凝土梁的设计参数基础上，根据综合单价构建年均成本目标函数，根据碳排放因子构建年均隐含碳排放目标函数；
6、利用矩形钢筋混凝土梁的设计承载力满足构件承载力要求、利用最大挠度限值满足结构的变形控制以及构造要求建立约束条件；
7、在约束条件下对矩形钢筋混凝土梁构件进行对碳排放和成本的双目标优化，得到最优解集。
8、可选的，获取矩形钢筋混凝土梁的设计参数，包括：
9、截面宽度、截面高度、纵筋数量、纵筋直径、箍筋数量、箍筋直径、混凝土保护层厚度、混凝土强度、纵筋强度和箍筋强度。
10、可选的，根据综合单价构建年均成本目标函数，包括：
11、利用下述公式计算矩形钢筋混凝土梁的年均成本：
12、
13、其中使用年限
14、混凝土总成本
15、纵筋总成本
16、箍筋总成本
17、其中、和分别为碳化系数、混凝土保护层厚度和局部环境作用对使用年限的影响系数，是钢筋的密度，是梁的计算跨度。
18、可选的，钢筋和混凝土的综合单价以及碳排放因子，包括：
19、不同强度混凝土、纵筋和箍筋对应的综合单价，分别用、和表示；
20、不同强度混凝土、纵筋和箍筋对应的碳排放因子，分别用、和表示。
21、可选的，根据综合单价构建年均成本目标函数，包括：
22、利用下述公式计算所述矩形梁的年均碳排放：
23、
24、其中使用年限
25、混凝土总碳排放
26、纵筋总碳排放
27、箍筋总碳排放
28、其中、和分别为碳化系数、混凝土保护层厚度和局部环境作用对使用年限的影响系数，是钢筋的密度，是梁的计算跨度。
29、可选的，所述满足构件承载力要求，包括：
30、利用下述公式满足构件受弯承载力要求：
31、单筋受弯承载力要求：
32、双筋受弯承载力要求：
33、其中：m是受弯构件截面弯矩设计值，是正截面受弯承载力设计值，是钢筋的抗拉强度设计值，是截面抵抗矩系数，是混凝土受压区等效矩形应力图形系数，是混凝土轴心抗压强度设计值，是截面有效高度，是受压钢筋合力点至截面受拉边缘的距离，是受压钢筋的截面面积；
34、利用下述公式满足配筋率要求：
35、单筋截面：；
36、双筋截面：
37、其中是最小配筋率，是相对界限受压区高度。
38、可选的，所述满足利用最大挠度限值满足结构的变形控制以及构造要求，包括：
39、利用下述公式满足利用最大挠度限值满足结构的变形控制：
40、
41、其中表示梁的跨中挠度，是与荷载形式、支承条件有关的挠度系数，m是受弯构件截面弯矩设计值，ei是梁的截面弯曲刚度；
42、利用下述公式满足构造要求：
43、
44、其中是受拉钢筋的基本锚固长度，是锚固钢筋的外形系数，是钢筋抗拉强度设计值，是混凝土轴心抗拉强度设计值。
45、可选的，在约束条件下对矩形钢筋混凝土梁构件进行对碳排放和成本的双目标优化，得到最优解集，包括：
46、利用matlab，采用非支配排序遗传算法nsga-ii对所述矩形梁构件进行对碳排放和成本的双目标优化，得到pareto最优解集。
47、第二方面，本专利技术提供矩形钢筋混凝土梁隐含碳排放和成本的双目标优化系统，包括：
48、数据获取模块，用于获取矩形钢筋混凝土梁的设计参数、钢筋和混凝土的综合单价以及碳排放因子；
49、目标函数建立模块，用于在矩形钢筋混凝土梁的设计参数基础上，根据综合单价构建年均成本目标函数，根据碳排放因子构建年均隐含碳排放目标函数；
50、约束条件建立模块，用于利用矩形钢筋混凝土梁的设计承载力满足构件承载力要求、利用最大挠度限值满足结构的变形控制以及构造要求建立约束条件；
51、求解输出模块，用于在约束条件下对矩形钢筋混凝土梁构件进行对碳排放和成本的双目标优化，得到最优解集。
52、第三方面，本专利技术提供一种计算机设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现所述矩形钢筋混凝土梁隐含碳排放和成本的双目标优化方法的步骤。
53、与现有技术相比，本专利技术有以下技术效果：
54、本专利技术不仅考虑了梁的成本，还引入了碳排放作为优化目标，通过同时优化碳排放和成本，可以确保在满足经济性的同时，也达到环保标准，为决策者提供了更全面的视角。
55、本专利技术通过详细定义梁的设计参数（如截面宽度、高度、钢筋数量、直径等），并考虑混凝土和钢筋的综合单价及碳排放因子，建立了精确的年均成本和碳排放目标函数。根据不同的材料价格、碳排放因子和使用年限进行调整，提高了设计的灵活性和适用性。
56、本专利技术采用非支配排序遗传算法（nsga-ii）进行双目标优化，该算法在处理多目标优化问题时具有高效性和稳定性，能够快速找到pareto最优解集。利用matlab等编程工具实现算法，提高了设计的智能化水平，减少了人工试算的时间和误差。
57、本专利技术通过满足构件承载力要求、最大挠度限值以及构造要求等约束条件，确保了优化后的梁结构在安全性方面不受影响。约束条件的建立基于行业标准和规范，使得设计结果更具权威性和可信度。
58、本专利技术基于pareto最优解集，可以清晰地看到不同政策选择（如碳税、材料价格变动等）对碳排放和成本的具体影响，为政策制定者提供了有力的决策支持。通过调整优化目标或约束条件，可以灵活地制定减碳策略和成本控制计划，以适应不同的市场环境和政策要求。
59、综上所述，该技术方案通过综本文档来自技高网
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【技术保护点】
1.矩形钢筋混凝土梁隐含碳排放和成本的双目标优化方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的矩形钢筋混凝土梁隐含碳排放和成本的双目标优化方法，其特征在于，获取矩形钢筋混凝土梁的设计参数，包括：
3.根据权利要求2所述的矩形钢筋混凝土梁隐含碳排放和成本的双目标优化方法，其特征在于，根据综合单价构建年均成本目标函数，包括：
4.根据权利要求1所述的矩形钢筋混凝土梁隐含碳排放和成本的双目标优化方法，其特征在于，钢筋和混凝土的综合单价以及碳排放因子，包括：
5.根据权利要求4所述的矩形钢筋混凝土梁隐含碳排放和成本的双目标优化方法，其特征在于，根据综合单价构建年均成本目标函数，包括：
6.根据权利要求1所述的矩形钢筋混凝土梁隐含碳排放和成本的双目标优化方法，其特征在于，
7.根据权利要求1所述的矩形钢筋混凝土梁隐含碳排放和成本的双目标优化方法，其特征在于，所述满足利用最大挠度限值满足结构的变形控制以及构造要求，包括：
8.根据权利要求1所述的矩形钢筋混凝土梁隐含碳排放和成本的双目标优化方法，其特征在于，在约束条件下对矩形钢筋混凝土梁构件进行对碳排放和成本的双目标优化，得到最优解集，包括：
9.矩形钢筋混凝土梁隐含碳排放和成本的双目标优化系统，其特征在于，包括：
10.一种计算机设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现如权利要求1至7任一项所述矩形钢筋混凝土梁隐含碳排放和成本的双目标优化方法的步骤。
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【技术特征摘要】
1.矩形钢筋混凝土梁隐含碳排放和成本的双目标优化方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的矩形钢筋混凝土梁隐含碳排放和成本的双目标优化方法，其特征在于，获取矩形钢筋混凝土梁的设计参数，包括：
3.根据权利要求2所述的矩形钢筋混凝土梁隐含碳排放和成本的双目标优化方法，其特征在于，根据综合单价构建年均成本目标函数，包括：
4.根据权利要求1所述的矩形钢筋混凝土梁隐含碳排放和成本的双目标优化方法，其特征在于，钢筋和混凝土的综合单价以及碳排放因子，包括：
5.根据权利要求4所述的矩形钢筋混凝土梁隐含碳排放和成本的双目标优化方法，其特征在于，根据综合单价构建年均成本目标函数，包括：
6.根据权利要求1所述的矩形钢筋混凝土梁隐含碳排放和成本...
【专利技术属性】
技术研发人员：李安邦，于济源，张帆，牛荻涛，
申请(专利权)人：西安建筑科技大学，
类型：发明
国别省市：
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