钢筋混凝土框架结构设计既要满足安全性、适用性、耐久性的结构性要求,又应满足结构体系受力合理、材料用量尽可能少的经济性要求。现行“试算—验证—修改”的设计方法,得到的设计方案不一定是满足规范要求的最优方案。结构优化设计是结构设计理论的重要发展,其思想内涵不仅仅是追求体积最小或重量最轻,更重要的是要达到一种资源合理的优化配置,调和当今城市化进程中,建筑行业发展与经济、资源、环境之间的矛盾。结构优化理论的研究历史悠久,在很多领域得到了成功应用,并且开发了许多具有优化功能的大型有限元软件。然而,针对钢筋混凝土框架结构的优化算法研究及应用还相对匾乏。这一方面是由于钢筋混凝土框架结构优化设计是多工况、多变量、多约束和多目标的复杂的优化问题,且存在大量的不确定性(如荷载、构件材料与尺寸、分析模型等);另一方面传统优化算法挣扎于全局勘探和局部开发能力的平衡,受限于复杂结构分析计算量大的特点。这些都给建立全面、实用的钢筋混凝土框架结构优化设计算法带来了挑战。本文针对钢筋混凝土结构优化设计存在的一系列问题,以CMAES算法为基本工具,在充分分析钢筋混凝土结构优化设计模型的基础上,开展了杂交优化算法的研究。本文主要完成以下创新工作:(1)利用虚功原理,建立结构位移响应与设计变量间的显式关系。在基于位移的抗震设计原理上,提出约束条件的两种形式:目标位移约束条件和约束位移约束条件。采用非线性规划算法和CMAES算法求解优化模型。对比不同目标位移形状对优化结果的影响,给出了基于位移的抗震设计方法的结构优化设计模型。(2)结合DE算法和CMAES算法的性能,构建自适应子群体策略,实现了CMAES群体协助DE群体开发最优解,DE群体协助CMAES群体勘探有潜力区域。提出了自适应子群体杂交算法(Sa S-MA),成功求解了数值试验平台和钢筋混凝土结构线性优化设计问题。与目前公认的算法对比,验证了自适应子群体算法的有效性,分析了算法参数对优化性能的影响,并给出了参数的建议值。(3)充分分析了钢筋混凝土结构非线性优化设计的特点,将设计变量划分为离散变量和连续变量。结合PSO算法和CMAES算法的搜索性能,提出了两阶段自适应杂交算法(AHA)分别优化两类变量。设计了开关操作实现了设计过程的两阶段划分和变量降维。提出了一种处理结构非线性分析失败的约束条件,避免了奇异点对算法性能的影响。建立了应变约束条件,增强了钢筋混凝土结构非线性分析的稳定性。通过两个钢筋混凝土框架的非线性优化设计算例,验证了算法的有效性。(4)根据kriging模型的近似特点,提出了自更新kriging模型。借助于CMAES算法,自更新kriging模型实现了精炼操作。采用自更新kriging模型代替钢筋混凝土结构非线性分析程序,克服了钢筋混凝土结构非线性分析计算量大的缺点。通过两个钢筋混凝土结构非线性优化设计算例,验证了算法的有效性。在对比研究的基础上给出了算法关键参数的建议值。(5)利用大种群规模的CMAES算法和双循环框架,建立了钢筋混凝土框架结构基于可靠度的优化设计方法。为克服双循环可靠度优化设计方法中计算量大的缺点,建立了RBDO-kriging模型,实现设计变量和随机变量的统一近似。采用CMAES算法确定设计变量精炼区域,采用可靠指标法确定随机变量精炼区域,实现了RBDO-kriging模型在CMAES搜索区域内的精炼操作。数值算例和钢筋混凝土结构优化设计算例验证了算法的性能,在对比分析的基础上给出了关键参数的取值建议。