工程結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)概述匯總十篇

序論：好文章的創(chuàng)作是一個(gè)不斷探索和完善的過程，我們?yōu)槟扑]十篇工程結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)概述范例，希望它們能助您一臂之力，提升您的閱讀品質(zhì)，帶來更深刻的閱讀感受。

篇（1）

中圖分類號(hào)：TU37 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A

鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)是當(dāng)今建筑結(jié)構(gòu)主要結(jié)構(gòu)形式之一。如何使結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)更為可靠、經(jīng)濟(jì)、合理，是設(shè)計(jì)者與開發(fā)商關(guān)心的主要問題。所謂可靠、經(jīng)濟(jì)、合理，就是在滿足工程使用要求和控制條件下使設(shè)計(jì)達(dá)到一個(gè)最佳方案，即達(dá)到結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)。例如，追求材料達(dá)到充分利用，用料最省，造價(jià)最低，可靠性更高和追求結(jié)構(gòu)的形狀更合理。

結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)是20世紀(jì)60年展起來的一門新技術(shù)。它的興起給結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)開辟了一條新的途徑，設(shè)計(jì)方法發(fā)生了深刻變革，使人們從傳統(tǒng)的被動(dòng)結(jié)構(gòu)分析轉(zhuǎn)變?yōu)橹鲃?dòng)的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)，為結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的自動(dòng)化開辟了廣闊的前景。利用結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，通過計(jì)算機(jī)可迅速求出給定條件下的最優(yōu)設(shè)計(jì)方案，設(shè)計(jì)速度大大加快，設(shè)計(jì)質(zhì)量顯著提高。

鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)是目前乃至今后很長時(shí)間仍是我國建筑結(jié)構(gòu)中一種量大面廣的結(jié)構(gòu)形式，特別是近年來結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)出圖時(shí)間隨著市場(chǎng)的要求越來越短，而結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、校對(duì)、審核、審查各環(huán)節(jié)主要強(qiáng)調(diào)滿足規(guī)范、規(guī)程要求，忽視結(jié)構(gòu)方案優(yōu)化，這樣掌握鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的方法就顯得尤為重要。

1鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)概述

1.1 常用的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法概述

結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)大致可以分為三類，即尺寸優(yōu)化、性能指標(biāo)優(yōu)化和拓?fù)鋬?yōu)化。

1.1.1尺寸優(yōu)化

對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)的最簡單和最直接的做法是修改結(jié)構(gòu)單元的尺寸，亦即在優(yōu)化設(shè)計(jì)過程中將結(jié)構(gòu)的尺寸參數(shù)作為設(shè)計(jì)變量，這種方法稱為結(jié)構(gòu)尺寸優(yōu)化設(shè)計(jì)。運(yùn)用這種方法，人們可以對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，以達(dá)到目標(biāo)函數(shù)最優(yōu)的目的。但尺寸優(yōu)化不能改變?cè)Y(jié)構(gòu)的形狀和拓?fù)?，很難對(duì)原設(shè)計(jì)進(jìn)行較大的修改。

1.1.2性能指標(biāo)優(yōu)化

常用的形狀設(shè)計(jì)方法將控制結(jié)構(gòu)形狀的某些邊界控制點(diǎn)的幾何信息取為設(shè)計(jì)變量，由這些控制點(diǎn)生成結(jié)構(gòu)的邊界，從而達(dá)到改變結(jié)構(gòu)的形狀，使目標(biāo)函數(shù)最優(yōu)的目的。性能指標(biāo)優(yōu)化既可以改變結(jié)構(gòu)單元的尺寸，又可以改變結(jié)構(gòu)的形狀。

1.1.3拓?fù)鋬?yōu)化。

結(jié)構(gòu)拓?fù)鋬?yōu)化方法的主要思想是將尋求結(jié)構(gòu)的最優(yōu)拓?fù)鋯栴}轉(zhuǎn)化為在給定的設(shè)計(jì)區(qū)域內(nèi)尋求最優(yōu)材料的分布問題。它不僅要解決尺寸優(yōu)化問題，還要確定結(jié)點(diǎn)間桿件的連接方式，是結(jié)構(gòu)優(yōu)化領(lǐng)域中更為困難、更具挑戰(zhàn)性的課題。

1.2 優(yōu)化設(shè)計(jì)步驟

通常對(duì)鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，可以采用建立數(shù)學(xué)模型的方法進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，即把工程實(shí)際問題用數(shù)學(xué)表達(dá)式表示，包括選定設(shè)計(jì)變量，選擇目標(biāo)函數(shù)，建立約束方程等幾個(gè)步驟。

1.2.1給定參數(shù)

指預(yù)先給定的描述結(jié)構(gòu)特性的參數(shù)。在優(yōu)化過程中，其值是固定的，因此可以作為常數(shù)考慮，如荷載、柱高、梁長、彈性模量以及材料容重等一般都屬于給定參數(shù)。

1.2.2明確設(shè)計(jì)變量

優(yōu)化設(shè)計(jì)中待確定的某些參數(shù)，稱為設(shè)計(jì)變量。一個(gè)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方案是由若干個(gè)量來描述的，這些量可以是結(jié)構(gòu)構(gòu)件的截面尺寸，如面積、慣性矩等幾何參數(shù)，也可以是結(jié)構(gòu)的幾何參數(shù)，如結(jié)點(diǎn)坐標(biāo)、高度、跨度和間距等，還可以是結(jié)構(gòu)材料的力學(xué)或物理特性參數(shù)，如材料的彈性模量等。設(shè)計(jì)變量是最優(yōu)化設(shè)計(jì)數(shù)學(xué)模型的基本組成部分，是最優(yōu)化設(shè)計(jì)最后所要確定的參數(shù)。

1.2.3構(gòu)造目標(biāo)函數(shù)

利用設(shè)計(jì)參數(shù)描述追求目標(biāo)(如重量、造價(jià))的數(shù)學(xué)表達(dá)式稱為目標(biāo)函數(shù)，也稱為直函數(shù)、評(píng)價(jià)函數(shù)，它是設(shè)計(jì)變量的函數(shù)，代表所設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)的某個(gè)最重要的特征或指標(biāo)。優(yōu)化設(shè)計(jì)就是要從許多的可行設(shè)計(jì)中，以目標(biāo)函數(shù)為標(biāo)準(zhǔn)，找出這個(gè)函數(shù)的極值(極小值或極大值)，從而選出最優(yōu)設(shè)計(jì)方案。結(jié)構(gòu)的體積、造價(jià)、剛度、承載力、自振頻率等都可以根據(jù)需要作為優(yōu)化設(shè)計(jì)中的目標(biāo)函數(shù)。

1.2.4構(gòu)建約束條件

優(yōu)化設(shè)計(jì)尋求目標(biāo)函數(shù)極值時(shí)的某些限制條件，稱為約束條件。它反映了有關(guān)設(shè)計(jì)規(guī)范、計(jì)算規(guī)程、運(yùn)輸、安裝、施工、構(gòu)造等各方面的要求，有的約束條件還反映了優(yōu)化設(shè)計(jì)工作者的設(shè)計(jì)意圖。

2結(jié)構(gòu)平面布置

2.1選取豎向荷載傳至柱的傳荷路徑最短的結(jié)構(gòu)布置形式

框架柱、框架梁的布置應(yīng)選取在上下各層墻體基本對(duì)齊的軸線上，以便絕大部分墻體荷載直接經(jīng)框架梁傳至框架柱;次梁的布置應(yīng)使墻體荷載及樓、屋面恒活荷載傳至框架梁的傳力路線最短，這樣使得梁的數(shù)量最少。

2.2選取縱橫向框架梁均勻承重的結(jié)構(gòu)布置形式

結(jié)構(gòu)布置若能盡量做到縱橫向框架梁均勻承重，不但結(jié)構(gòu)整體抗震性能好，而且能發(fā)揮縱向框架梁的作用，同時(shí)也使得柱配筋上下均勻，柱截面大小合理。

一般情況下，房間的隔墻均在橫向框架梁上，若一級(jí)次梁布置又沿縱向布置，則縱向框架梁分配到的荷載很小，而縱向框架梁截面按整體剛度要求又不能取得太小，故縱向框架梁截面作用遠(yuǎn)沒有發(fā)揮出來，反而增大了橫向框架梁的截面及配筋，如圖1所示為一種較好的次梁布置形式：橫向次梁為一級(jí)次梁，內(nèi)走廊墻下次梁為二級(jí)次梁。若將X~Y軸跨次梁改為沿縱向居中布置，還會(huì)使得頂層角柱、邊柱變成大偏心受壓，配筋量增大，甚至有時(shí)形成頂層柱截面尺寸為控制截面尺寸。

圖1 結(jié)構(gòu)平面布置

有內(nèi)柱的大空間房間，若縱橫向柱距相等或者相差不超過20%，則宜在縱橫向均勻布置次梁，形成連續(xù)井字梁，這樣使得縱橫向框架梁高度相同且最小，井字梁高度也相同且最小，最大限度地滿足了建筑在大空間使用時(shí)凈高的要求，井字梁規(guī)則可不做吊頂，或在柱網(wǎng)內(nèi)做吊頂都能滿足建筑設(shè)計(jì)要求。

無內(nèi)柱的大空間房間，若房間長短向尺寸相等或者相差不超過20%，則宜在縱橫向均勻布置次梁，次梁間距以2.5~3.0 m為最佳，形成大跨度井字梁，周邊邊梁應(yīng)取較大的截面來約束井字梁并承受較大的扭矩，這樣使得大空間凈高最大，同時(shí)使得周邊柱雙向受彎，避免了單向布置次梁一個(gè)方向形成截面高度很大的框架梁將彎矩傳到柱的一個(gè)方向，形成大偏心受壓柱，使得柱截面和配筋變大。

2.3次梁盡可能連續(xù)布置且外挑

連續(xù)梁自身的受力性能和經(jīng)濟(jì)性比單跨梁優(yōu)越，這是由于多跨連續(xù)梁為非靜定結(jié)構(gòu)，梁撓度較小，梁截面可取得較小，彎矩包絡(luò)圖連續(xù)均勻分布在梁上下兩側(cè)，梁截面配筋上下均勻，梁裂縫寬度容易滿足規(guī)范要求，裂縫寬度控制時(shí)不必增加太多的鋼筋。正是由于自身的優(yōu)點(diǎn)，連續(xù)梁在結(jié)構(gòu)中對(duì)其他梁的幫助也很大。

無內(nèi)柱的大空間房屋井字梁布置四周向外連續(xù)或外挑，其優(yōu)越性更明顯。

2.4利用結(jié)構(gòu)中其他結(jié)構(gòu)構(gòu)件來傳遞直接作用(荷載)及間接作用(溫度變化、混凝土收縮等)

地下室底板及頂板次梁的布置可利用地下室混凝土外墻及水池墻體來傳遞直接作用，地下室混凝土外墻及水池墻體的設(shè)置主要用來傳遞其平面外的水平作用，其豎向承載力遠(yuǎn)未充分發(fā)揮，將次梁支承在其上，一般情況不會(huì)增加其截面及配筋，且能增加其平面外的約束。

超長結(jié)構(gòu)中可利用抵抗其直接作用的部分承載力來抵抗間接作用。當(dāng)結(jié)構(gòu)的均布活荷載值較大且其準(zhǔn)永久值系數(shù)較小時(shí)(如有固定座位的看臺(tái))，由于其均布活荷載不是長時(shí)間連續(xù)作用，而間接作用(溫度變化、混凝土收縮等)是隨結(jié)構(gòu)所處環(huán)境的變化，在較長的一段時(shí)間里一直有量的變化，故此種直接作用及間接作用同時(shí)達(dá)到最大值的概率較小，可以充分利用結(jié)構(gòu)的長期抗力來抵抗間接作用。

3 梁、柱截面選取與配筋

3.1 柱截面選取與配筋

柱截面按柱軸壓比控制，以絕大多數(shù)柱配筋是構(gòu)造配筋為最優(yōu)結(jié)果。按規(guī)范規(guī)定，柱縱筋配筋率大于3%時(shí)，柱箍筋直徑不應(yīng)小于8 mm，且宜采用焊接接頭，這就使得配筋費(fèi)用變大。

3.2 梁截面選取與配筋

(1)梁截面選取按縱筋配筋率在1.0%~2.0%之間為最佳。梁截面選取應(yīng)使梁縱筋配筋率在當(dāng)時(shí)市場(chǎng)條件下(混凝土及鋼筋的單價(jià))的經(jīng)濟(jì)配筋率范圍內(nèi)。梁縱筋配筋率2.0%時(shí)梁端箍筋加密區(qū)范圍內(nèi)的箍筋最小直徑要加大2 mm。

(2)連續(xù)梁(次梁、框架梁)各跨梁截面應(yīng)按梁縱筋配筋包絡(luò)圖及剪力包絡(luò)圖選取。連續(xù)梁各跨梁截面的選取在滿足梁撓度要求的條件下，使得梁縱筋配筋率在1.0%~2.0%之間，同時(shí)應(yīng)使梁縱筋配筋包絡(luò)圖連續(xù)均勻地分布在梁上下兩側(cè)。

梁縱筋配筋在滿足縱筋最小凈距的條件下，應(yīng)使配筋排數(shù)最少，以便使得梁截面有效高度最大。外挑梁截面可設(shè)計(jì)成變截面，變截面的斜度根據(jù)其剪力及彎矩包絡(luò)圖決定。

4結(jié)語

通過對(duì)鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)的合理優(yōu)化設(shè)計(jì)，能夠顯著較少鋼材、混凝土的用量，一方面可以降低工程的建設(shè)成本，另一方面還可以有效的減緩建筑能耗，達(dá)到集約化建設(shè)的目的，因此在現(xiàn)代化的工程建設(shè)中，應(yīng)當(dāng)大力推廣結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法。

參考文獻(xiàn)

篇（2）

1 房屋建筑工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化的方法理念及意義的概述

隨著我國社會(huì)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，人們不僅對(duì)自身物質(zhì)方面的要求有所提高，精神文明建設(shè)也逐步成為一種標(biāo)準(zhǔn)與時(shí)尚。對(duì)于人居環(huán)境方面的改善主要體現(xiàn)在于建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與美觀設(shè)計(jì)之間相互協(xié)調(diào)、密切配合的表現(xiàn)。建筑工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本要求在于建筑結(jié)構(gòu)應(yīng)具有適用性、安全性、經(jīng)濟(jì)性、美觀性和便于施工等幾個(gè)方面的特點(diǎn)和作用，而本文所講的建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)是基于以上基本要求作更進(jìn)一步、更深層次、更為合理地建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，使建筑工程既能夠滿足美觀造型、結(jié)構(gòu)安全和經(jīng)濟(jì)規(guī)劃等方面的實(shí)際意義，還能夠歸根結(jié)底地提供服務(wù)于人民一個(gè)良好的生活居用環(huán)境。

房屋建筑工程的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)內(nèi)容主要是通過對(duì)建筑基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)、屋蓋系統(tǒng)結(jié)構(gòu)方案、圍護(hù)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)方案以及一些其他細(xì)部結(jié)構(gòu)等方面的綜合設(shè)計(jì)過程，強(qiáng)調(diào)一切以從實(shí)際出發(fā)為基本原則，并結(jié)合實(shí)際工程情況，以計(jì)劃成本控制為中心的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)理念。

具體的建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)首要的工作是要建立起一種關(guān)于結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的模型，我們必須認(rèn)識(shí)到建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化就是在各種不同的影響變量參數(shù)中的若干關(guān)鍵參數(shù)，利用這些關(guān)鍵參數(shù)建立起來的函數(shù)模型，然后通過科學(xué)的計(jì)算手段得到函數(shù)模型的最優(yōu)解，一般建立函數(shù)模型的程序有設(shè)計(jì)變量的選擇、目標(biāo)函數(shù)等辦法。在得到結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)模型之后的主要工作內(nèi)容是要制定一套科學(xué)合理地計(jì)算方案，通常認(rèn)為建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)應(yīng)屬于一種非線性的優(yōu)化選擇問題，可以通過采取拉氏乘子法等數(shù)學(xué)統(tǒng)計(jì)等方法手段進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)模型最優(yōu)解的計(jì)算，計(jì)算得到最優(yōu)解之后就可以確立最終的建筑工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的優(yōu)化結(jié)果方案。

房屋建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的意義在于可以有效降低建筑工程的總成本造價(jià)和提高建筑工程結(jié)構(gòu)的經(jīng)濟(jì)性兩方面。相對(duì)于傳統(tǒng)的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法，采用建筑工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化技術(shù)方法可以有效降低工程成本造價(jià)25%左右。如對(duì)多層或高層建筑物進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化，由于層數(shù)越多單位建筑面積自然就會(huì)越少，從一定程度上還是可以做到節(jié)約土地占用的成本費(fèi)用就是一例。結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)技術(shù)的實(shí)現(xiàn)可以對(duì)施工材料的性能利用更為合理化，使得建筑工程結(jié)構(gòu)內(nèi)部各個(gè)不同單元之間的相互協(xié)調(diào)更為充分，從而提高了建筑工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的經(jīng)濟(jì)性。

2 結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)技術(shù)在房屋建筑中的應(yīng)用

結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化技術(shù)應(yīng)用于實(shí)踐應(yīng)用是目前一個(gè)比較重點(diǎn)的課題之一。主要是利用結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)技術(shù)是在不改變房屋建筑的使用性能的前提下能夠達(dá)到降低工程成本造價(jià)和提高經(jīng)濟(jì)性的目的。結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)技術(shù)在一個(gè)建設(shè)項(xiàng)目中的應(yīng)用還是比較廣泛的，一般應(yīng)用于項(xiàng)目的整體設(shè)計(jì)、前期設(shè)計(jì)以及抗震設(shè)計(jì)等各個(gè)分部階段過程，通常都可以發(fā)揮一定的效益。但是，在應(yīng)用結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)技術(shù)的同時(shí)，我們還需要對(duì)一些在實(shí)踐過程中的問題進(jìn)行重點(diǎn)關(guān)注：

2.1 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化技術(shù)的應(yīng)用需注意到前期的參與

房屋建筑項(xiàng)目的投資計(jì)劃在實(shí)際工程中的影響因素非常復(fù)雜繁多，前期方案確定的質(zhì)量好壞會(huì)直接影響建筑項(xiàng)目的總投資成本，而就目前普遍存在的前期方案的確立問題就是在前期方案階段結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)技術(shù)并不參與其中，相關(guān)設(shè)計(jì)人員在進(jìn)行房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)往往會(huì)忽略或不考慮建筑結(jié)構(gòu)的合理性和可行性，這樣的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)結(jié)果會(huì)對(duì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)造成直接的影響，在后續(xù)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作中往往被增加了結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的困難度且在建筑項(xiàng)目總投資上增加了一定的成本。想象一下，如果在房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案確定的初期，結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)就能完全地參與其中，那么我們就能從容地針對(duì)不同的建筑類別要求，優(yōu)化選擇合理地結(jié)構(gòu)形式和設(shè)計(jì)方案，一定可以避免以上情況的發(fā)生。

2.2 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化技術(shù)與建筑工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)針對(duì)于同一建筑工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案都均勻許多種不同的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)布置情況。如果已經(jīng)確定了建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)布置的建筑工程，也有在同種荷載情況下存在不同的分析辦法。在一般的分析過程中，對(duì)于設(shè)計(jì)的參數(shù)、設(shè)計(jì)的材料以及設(shè)計(jì)試驗(yàn)承載能力的取值都不是只有一種取值情況。尤其是在處理一些建筑工程細(xì)部結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)問題時(shí)，還須面對(duì)計(jì)算機(jī)無法解決等情況，作為設(shè)計(jì)工作人員就不得不通過自身的判斷能力根據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范的規(guī)定內(nèi)容與指導(dǎo)展開設(shè)計(jì)。因此可以看出，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化技術(shù)主要應(yīng)用于沒有具體的數(shù)值量化的情況中，一般在采用概念設(shè)計(jì)方法的實(shí)際情況是可以通過有效數(shù)值作為一種輔和參考性的設(shè)計(jì)依據(jù)，以避免在設(shè)計(jì)過程中出現(xiàn)較大的誤差或偏差，并利于設(shè)計(jì)結(jié)果能夠達(dá)到最佳的效果。

2.3 概念設(shè)計(jì)能夠處理的實(shí)際建筑工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)問題是非常廣泛的，我們所期望的是能夠通過概念設(shè)計(jì)，房屋建筑工程結(jié)構(gòu)能夠在遭遇各種不同外部荷載作用下不會(huì)受到嚴(yán)重破壞或能夠?qū)⑵茐某潭冉档阶畹汀Ｒ虼?，在分析如何能夠?yīng)對(duì)建筑工程在一定期間內(nèi)所有可能遭遇的各宗不確定的破壞因素應(yīng)該成為概念設(shè)計(jì)的一項(xiàng)重要內(nèi)容。尤其是在擬建工程項(xiàng)目地區(qū)內(nèi)的地震活動(dòng)作用最難以捉摸清楚，且地震的破壞作用通常也非常大，所以在對(duì)房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工程中必須要了解到擬建工程所在地區(qū)內(nèi)在一定歷史年限內(nèi)的地震活動(dòng)等一系列自然災(zāi)害的發(fā)生情況，然后充分考慮到建筑工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)一些有助于提高建筑整體結(jié)構(gòu)抗震能力的措施辦法，而且應(yīng)主要避免設(shè)計(jì)不利于抗震效果的結(jié)構(gòu)做法。因此，在房屋建筑工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工程中必須要在整個(gè)設(shè)計(jì)過程中貫穿一種抗震設(shè)防的思想且以概念設(shè)計(jì)作為重點(diǎn)指導(dǎo)設(shè)計(jì)。

2.4 房屋建筑下部地基基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化首先任務(wù)是要選擇一套合適的優(yōu)化方案，如果是深基礎(chǔ)，那么就需要先對(duì)擬建工程施工現(xiàn)場(chǎng)的地質(zhì)勘察情況全面了解到，然后再綜合其他現(xiàn)場(chǎng)場(chǎng)地的條件因素進(jìn)行基礎(chǔ)選型及埋深等設(shè)計(jì)，這樣做可以有效節(jié)約造價(jià)成本。

3 結(jié)束語

結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)技術(shù)在房屋建筑中的應(yīng)用，隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展、生產(chǎn)技術(shù)水平的提高以及人們對(duì)于居用建筑功能要求的不斷改變，目前已經(jīng)得到了極大的推廣與發(fā)展。結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)工作同樣是一項(xiàng)事無巨細(xì)的工作，只有在今后更多的實(shí)踐中不斷積累經(jīng)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)問題和解決問題才能夠在未來的房屋建筑工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)競爭中占得先機(jī)。對(duì)于專業(yè)設(shè)計(jì)人員來說要把提高設(shè)計(jì)質(zhì)量作為終身奮斗的目標(biāo)，為國家建設(shè)行業(yè)貢獻(xiàn)自己的力量。

參考文獻(xiàn)

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篇（3）

Abstract: through the reinforced concrete frame structure reasonable optimization design, can significantly less steel, concrete dosage, on the one hand, can reduce the project construction cost, on the other hand also can effectively slow building energy consumption and achieve the purpose of intensive construction, so in modern engineering construction, must vigorously promote structural optimization design method. This paper introduces the reinforcement concrete frame structural optimization design methods and steps, the reinforced concrete building structure design optimization empirical analysis.

Keywords: reinforced concrete; Structure design; optimization

中圖分類號(hào)： TU318 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)：

鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)是一種用量最大也是最普通的一種結(jié)構(gòu)形式, 一般設(shè)計(jì)人員用計(jì)算機(jī)軟件分析, 很快就能得到分析結(jié)果, 如果設(shè)計(jì)人員掌握了一般的結(jié)構(gòu)優(yōu)化概念和方法, 設(shè)計(jì)人員在追求設(shè)計(jì)速度的同時(shí)就可以進(jìn)一步優(yōu)化結(jié)構(gòu)方案, 那么通過優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)每年節(jié)約的建筑材料是相當(dāng)可觀的, 而且結(jié)構(gòu)整體性能也大大提高。

一、鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法及步驟

1、常用的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法概述

結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)大致可以分為三類, 即尺寸優(yōu)化、性能指標(biāo)優(yōu)化和拓?fù)鋬?yōu)化。

( 1) 尺寸優(yōu)化。

對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)的最簡單和最直接的做法是修改結(jié)構(gòu)單元的尺寸, 亦即在優(yōu)化設(shè)計(jì)過程中將結(jié)構(gòu)的尺寸參數(shù)作為設(shè)計(jì)變量, 這種方法稱為結(jié)構(gòu)尺寸優(yōu)化設(shè)計(jì)。運(yùn)用這種方法, 人們可以對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化, 以達(dá)到目標(biāo)函數(shù)最優(yōu)的目的。但尺寸優(yōu)化不能改變?cè)Y(jié)構(gòu)的形狀和拓?fù)? 很難對(duì)原設(shè)計(jì)進(jìn)行較大的修改。

( 2) 性能指標(biāo)優(yōu)化。

常用的形狀設(shè)計(jì)方法將控制結(jié)構(gòu)形狀的某些邊界控制點(diǎn)的幾何信息取為設(shè)計(jì)變量, 由這些控制點(diǎn)生成結(jié)構(gòu)的邊界, 從而達(dá)到改變結(jié)構(gòu)的形狀, 使目標(biāo)函數(shù)最優(yōu)的目的。性能指標(biāo)優(yōu)化既可以改變結(jié)構(gòu)單元的尺寸, 又可以改變結(jié)構(gòu)的形狀。

( 3) 拓?fù)鋬?yōu)化。

結(jié)構(gòu)拓?fù)鋬?yōu)化方法的主要思想是將尋求結(jié)構(gòu)的最優(yōu)拓?fù)鋯栴}轉(zhuǎn)化為在給定的設(shè)計(jì)區(qū)域內(nèi)尋求最優(yōu)材料的分布問題。它不僅要解決尺寸優(yōu)化問題, 還要確定結(jié)點(diǎn)間桿件的連接方式, 是結(jié)構(gòu)優(yōu)化領(lǐng)域中更為困難、更具挑戰(zhàn)性的課題。

2、優(yōu)化設(shè)計(jì)步驟

通常對(duì)鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì), 可以采用建立數(shù)學(xué)模型的方法進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì), 即把工程實(shí)際問題用數(shù)學(xué)表達(dá)式表示, 包括選定設(shè)計(jì)變量, 選擇目標(biāo)函數(shù), 建立約束方程等幾個(gè)步驟。

( 1) 給定參數(shù)。指預(yù)先給定的描述結(jié)構(gòu)特性的參數(shù)。在優(yōu)化過程中,其值是固定的, 因此可以作為常數(shù)考慮, 如荷載、柱高、梁長、彈性模量以及材料容重等一般都屬于給定參數(shù)。

( 2) 明確設(shè)計(jì)變量。優(yōu)化設(shè)計(jì)中待確定的某些參數(shù), 稱為設(shè)計(jì)變量。一個(gè)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方案是由若干個(gè)量來描述的, 這些量可以是結(jié)構(gòu)構(gòu)件的截面尺寸, 如面積、慣性矩等幾何參數(shù), 也可以是結(jié)構(gòu)的幾何參數(shù), 如結(jié)點(diǎn)坐標(biāo)、高度、跨度和間距等, 還可以是結(jié)構(gòu)材料的力學(xué)或物理特性參數(shù), 如材料的彈性模量等。設(shè)計(jì)變量是最優(yōu)化設(shè)計(jì)數(shù)學(xué)模型的基本組成部分, 是最優(yōu)化設(shè)計(jì)最后所要確定的參數(shù)。

( 3) 構(gòu)造目標(biāo)函數(shù)。利用設(shè)計(jì)參數(shù)描述追求目標(biāo)( 如重量、造價(jià)) 的數(shù)學(xué)表達(dá)式稱為目標(biāo)函數(shù), 也稱為直函數(shù)、評(píng)價(jià)函數(shù), 它是設(shè)計(jì)變量的函數(shù), 代表所設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)的某個(gè)最重要的特征或指標(biāo)。優(yōu)化設(shè)計(jì)就是要從許多的可行設(shè)計(jì)中, 以目標(biāo)函數(shù)為標(biāo)準(zhǔn), 找出這個(gè)函數(shù)的極值( 極小值或極大值) , 從而選出最優(yōu)設(shè)計(jì)方案。結(jié)構(gòu)的體積、造價(jià)、剛度、承載力、自振頻率等都可以根據(jù)需要作為優(yōu)化設(shè)計(jì)中的目標(biāo)函數(shù)。

( 4) 構(gòu)建約束條件。優(yōu)化設(shè)計(jì)尋求目標(biāo)函數(shù)極值時(shí)的某些限制條件, 稱為約束條件。它反映了有關(guān)設(shè)計(jì)規(guī)范、計(jì)算規(guī)程、運(yùn)輸、安裝、施工、構(gòu)造等各方面的要求, 有的約束條件還反映了優(yōu)化設(shè)計(jì)工作者的設(shè)計(jì)意圖。

二、鋼筋混凝土建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化實(shí)證分析

某工程，兩層地下室，負(fù)一層為超市，負(fù)二層為車庫（含部分人防區(qū)域），上部結(jié)構(gòu)由7 棟高層塔樓組成。施工圖完成后受業(yè)主委托，對(duì)該工程地下部分進(jìn)行了結(jié)構(gòu)優(yōu)化咨詢。該工程優(yōu)化是針對(duì)已完成的施工圖，在不影響建筑使用功能的情況下，以滿足現(xiàn)行的國家以及地區(qū)的行業(yè)規(guī)范、規(guī)程，確保建筑物安全和抗震能力為前提，通過對(duì)該工程的結(jié)構(gòu)分方案和各類構(gòu)件的截面、配筋優(yōu)化，最大限度的降低建筑材料和人工消耗，優(yōu)化過程以定性分析為主，輔以重點(diǎn)優(yōu)化部位的定量計(jì)算分析，主要優(yōu)化內(nèi)容如下。

1、對(duì)基礎(chǔ)形式進(jìn)行優(yōu)化

原設(shè)計(jì)基礎(chǔ)形式高層部分采用板式筏板基礎(chǔ)、多層和單獨(dú)地下室部分采用柱下獨(dú)立基礎(chǔ)，因場(chǎng)地持力層有一定起伏，原設(shè)計(jì)為滿足基礎(chǔ)持力層的最低標(biāo)高，將基礎(chǔ)底標(biāo)高均取- 6.8m 左右，同時(shí)在- 5.200 標(biāo)高設(shè)地梁、地下室底板，導(dǎo)致基礎(chǔ)板與地下室底板間高差很小，結(jié)構(gòu)不合理，且土方開挖、回填量增加，基礎(chǔ)與地下室底板間施工難度較大。優(yōu)化設(shè)計(jì)將獨(dú)立基礎(chǔ)和筏板基礎(chǔ)頂標(biāo)高均改為- 5.200，使地下室底板頂標(biāo)高與筏板基礎(chǔ)、獨(dú)立基礎(chǔ)頂標(biāo)高一致，同時(shí)對(duì)局部基礎(chǔ)不能進(jìn)入持力層的，采用毛石回填的方法解決，優(yōu)化后基礎(chǔ)受力更加合理，同時(shí)原設(shè)計(jì)筏板基礎(chǔ)上方地梁和底板完全取消，節(jié)約了大量的鋼筋和混凝土，減少了土方工程量，也降低了施工難度。

篇（4）

中圖分類號(hào)：TB482.2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：

Abstract: with the development of economy, improve the people's living standard, the building structure design of building structure in the design optimization is one of the effective ways of China's construction enterprises to achieve sustainable development. The paper discussed the optimization design of building structure design of building structure.

Keywords: building structure design; structure design; optimization

1.建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化概述

由于建筑工程所涉及到的內(nèi)容非常豐富，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化所包含的內(nèi)容頁比較豐富，從總體上來看，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的優(yōu)化工作包括對(duì)房屋總體結(jié)構(gòu)和分部結(jié)構(gòu)優(yōu)化兩個(gè)大的內(nèi)容，其中，在房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的建主結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)主要包括以下幾個(gè)方面的具體內(nèi)容，第一，房屋基本結(jié)構(gòu)優(yōu)化內(nèi)容。第二，房屋頂部結(jié)構(gòu)的優(yōu)化。第三，房屋的維護(hù)結(jié)構(gòu)、總體結(jié)構(gòu)、細(xì)節(jié)結(jié)構(gòu)等內(nèi)容的優(yōu)化設(shè)計(jì)。第四，要以房屋建筑的基本功能要求和舒適性要求為基礎(chǔ)，對(duì)房屋建筑結(jié)構(gòu)的造價(jià)進(jìn)行控制，也就是要對(duì)“房屋的造價(jià)進(jìn)行最優(yōu)化設(shè)計(jì)”。

之所以對(duì)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化是因?yàn)閮?yōu)化設(shè)計(jì)能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)有限的空間和資源進(jìn)行充分利用，提高各種設(shè)備和材料的使用效率，盡量使優(yōu)化結(jié)構(gòu)下所建筑的房屋能夠?qū)崿F(xiàn)安全、可靠、經(jīng)濟(jì)、美觀。相關(guān)研究統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，建筑結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)與傳統(tǒng)設(shè)計(jì)相比能夠節(jié)省5%～33%的工程造價(jià)，因此，在房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中要積極應(yīng)用建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)技術(shù)，以推動(dòng)建筑工程企業(yè)的常遠(yuǎn)發(fā)展，實(shí)現(xiàn)資源的充分利用。

2.常用的房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化技術(shù)

常用的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化技術(shù)有很多種，不同的優(yōu)化技術(shù)產(chǎn)生的實(shí)際建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)效果也是不同的，而由于各種優(yōu)化技術(shù)都具有自身的特征，對(duì)建筑工程的要求也不同，因此，在與房屋建筑結(jié)構(gòu)相結(jié)合時(shí)就需要對(duì)房屋建筑工程的實(shí)際狀況進(jìn)行分析，而基本優(yōu)化技術(shù)的應(yīng)用分為以下兩種。

2.1概念設(shè)計(jì)在房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

概念設(shè)計(jì)技術(shù)指的是“設(shè)計(jì)人員根據(jù)設(shè)計(jì)的一般規(guī)律和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，對(duì)房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的多種方案進(jìn)行分析并優(yōu)化選擇方案的過程”。概念設(shè)計(jì)技術(shù)在房屋結(jié)構(gòu)中主要應(yīng)用在房屋結(jié)構(gòu)布置、房屋結(jié)構(gòu)的細(xì)節(jié)處理、荷載量的確定、參數(shù)選擇等部分的設(shè)計(jì)中，在進(jìn)行概念設(shè)計(jì)過程中設(shè)計(jì)人員要對(duì)房屋施工方案進(jìn)行綜合分析，從中選擇出最佳的施工方案。

2.2概念設(shè)計(jì)在建筑設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

概念設(shè)計(jì)在房屋的建筑設(shè)計(jì)中進(jìn)行應(yīng)用主要目的在于提高房屋的抗震能力，應(yīng)用在房屋的抗震性設(shè)計(jì)當(dāng)中，如果房屋抗震性能差，在發(fā)生地震時(shí)則會(huì)造成重大的損失，因此，房屋建筑設(shè)計(jì)中的抗震優(yōu)化設(shè)計(jì)就顯得尤為重要。然而發(fā)生地震的隨意性是非常大的，不同地區(qū)的地震等級(jí)、破壞能力等都是不同的，這就給房屋建筑設(shè)計(jì)中的抗震設(shè)計(jì)提出了更高的要求，相關(guān)數(shù)據(jù)的計(jì)算難度也非常大。概念設(shè)計(jì)是“綜合考慮決定抗震性能的各種因素和造價(jià)因素，選擇抗震性和經(jīng)濟(jì)性最強(qiáng)的方案?！币虼?，在房屋建筑設(shè)計(jì)中的概念設(shè)計(jì)優(yōu)化技術(shù)的應(yīng)用能夠大大提高房屋建筑的抗震能力。概念設(shè)計(jì)優(yōu)化技術(shù)在房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中所應(yīng)用的主要思想是“小震不壞、中震可修、大震不倒”，其實(shí)這種思想也是多途徑設(shè)防的思想，多途徑設(shè)防思想是指“在發(fā)生大地震時(shí)，先破壞房屋次要的結(jié)構(gòu)，消耗地震能量，盡量保證房屋的主體結(jié)構(gòu)不遭到破壞?！?/p>

3.房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化策略

房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化策略是需要從不同的角度和方向來進(jìn)行的，比如可以從節(jié)能環(huán)保角度進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)、從信息化自動(dòng)化角度進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)等等，具體而言房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化策略大致有以下幾點(diǎn)。

3.1優(yōu)化選擇房屋建筑結(jié)構(gòu)類型

不同的形式的房屋建筑結(jié)構(gòu)類型是會(huì)產(chǎn)生不同的造價(jià)管理模式的，而在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中常用的結(jié)構(gòu)類型有如下幾種，第一，剪力墻結(jié)構(gòu)類型。該類型主要應(yīng)用于高層房屋建筑中，所依托的基礎(chǔ)為混凝土結(jié)構(gòu)施工技術(shù)，該種優(yōu)化結(jié)構(gòu)類型同“短肢剪力墻”結(jié)構(gòu)類型相比就有抗震性能強(qiáng)、鋼筋材料使用數(shù)量較少等特征。第二，框架結(jié)構(gòu)類型。這種類型主要優(yōu)點(diǎn)在于開間大、靈活布局、造價(jià)較低等優(yōu)點(diǎn)，但是該結(jié)構(gòu)類型也具有一定的缺點(diǎn)，柱的截面面積比較大，抗震能力相對(duì)較薄弱。第三，“框架—剪力墻”結(jié)構(gòu)類型。這種類型的結(jié)構(gòu)是對(duì)剪力墻和框架兩種結(jié)構(gòu)的優(yōu)化組合，其能夠綜合以上兩種結(jié)構(gòu)類型的優(yōu)點(diǎn)，結(jié)構(gòu)布置比較合理，實(shí)際應(yīng)用能力也比較強(qiáng)，該結(jié)構(gòu)的最突出特點(diǎn)就是抗側(cè)力能力比較強(qiáng)。

綜上所述的三種房屋結(jié)構(gòu)類型，無論是哪種都會(huì)有優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)，在進(jìn)行結(jié)構(gòu)類型選擇過程中一定要從建筑質(zhì)量和建筑成本兩個(gè)角度出發(fā)優(yōu)化選擇，對(duì)于建筑質(zhì)量一定要符合業(yè)主和相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的要求，而對(duì)于建筑成本控制來說，要對(duì)房屋建筑工程的投資水平和施工單位的實(shí)際施工能力等進(jìn)行分析和選擇，最好是實(shí)現(xiàn)利益均衡。

3.2積極應(yīng)用信息優(yōu)化技術(shù)

在房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中存在的變量比較多，房屋建筑結(jié)構(gòu)的優(yōu)化造成了一定的障礙，因此考慮到房屋建筑結(jié)構(gòu)中存在的各種復(fù)雜因素，在優(yōu)化設(shè)計(jì)中就應(yīng)該積極應(yīng)用先進(jìn)的信息技術(shù)，比如應(yīng)用一些參數(shù)定義軟件，這樣就能夠有效的減少房屋建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)中設(shè)計(jì)者的工作量，提高工作質(zhì)量和工作效率。

3.3節(jié)能結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的優(yōu)化

節(jié)能結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的優(yōu)化是需要以綠色建筑理念為基礎(chǔ)，并積極應(yīng)用設(shè)計(jì)學(xué)中的方法。首先，優(yōu)化布局和表面形狀。布局就是指建筑的主要朝向，受到我國氣候條件的影響，為了保證房屋的陽光照射量的通風(fēng)良好，房屋的朝向盡量要朝南。表面形狀的優(yōu)化就是要保證所設(shè)計(jì)的房屋建筑外表面積不要接受冷風(fēng)的直接朝向，這樣就能夠減少熱能的消耗，起到節(jié)能效果。其次，維護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。維護(hù)結(jié)構(gòu)主要指的就是門窗和屋頂，對(duì)于門窗而言，在房屋朝南的方向所設(shè)置的門窗要盡量要大和多，這樣能夠最大限度吸收陽光輻射，朝向北的就要減少門窗，防止熱量的流失，材料也要選擇保溫效果好的。屋頂?shù)脑O(shè)計(jì)可以采用架空的方式或者是鋪設(shè)循環(huán)水管，夏天降溫冬天保暖。

4.結(jié)語

從以上的分析中我們看到了房屋建筑中結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的優(yōu)化是需要綜合進(jìn)行的，雖然本文簡單的提出了三點(diǎn)優(yōu)化策略，但是在實(shí)際應(yīng)用中，不同的房屋建筑工程特征所要求的優(yōu)化方式也是不同的，還需要設(shè)計(jì)人員在優(yōu)化設(shè)計(jì)之前對(duì)房屋建筑工程實(shí)際狀況進(jìn)行深入了解。

參考文獻(xiàn)

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篇（5）

1引言

隨著我國人民經(jīng)濟(jì)水平的不斷提高，對(duì)住房質(zhì)量要求不斷增加，人們開始重視房屋建筑的美觀性、經(jīng)濟(jì)性、實(shí)用性。就目前情況來看，在房屋建筑工程建設(shè)的過程中，因?yàn)槭┕さ臋C(jī)械化，建筑結(jié)構(gòu)構(gòu)件的工廠預(yù)制、加工所占比重不斷減小，大部分施工工序以及購件需現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行施工，這樣就導(dǎo)致建筑工程施工周期增長，施工難度不斷提高。所以，在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的過程中，可以采用結(jié)構(gòu)優(yōu)化的方式，不斷提升工程施工的便利性，同時(shí)采用結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的方式，增加建筑工程的穩(wěn)定性與經(jīng)濟(jì)性。由此可見，再進(jìn)入結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)集中加強(qiáng)優(yōu)化方式的運(yùn)用是非常重要的。

2建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化技術(shù)概述

建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容是在房屋建筑工程實(shí)際施工過程中，有限的利用科學(xué)技術(shù)，優(yōu)化建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，將空間的利用率不斷增加。在建筑結(jié)構(gòu)時(shí)候畫設(shè)計(jì)的過程中，必須保證空間布局以及設(shè)計(jì)之間關(guān)系的合理性、科學(xué)性、專業(yè)性。隨著信息技術(shù)的不斷發(fā)展，設(shè)計(jì)技術(shù)的要求不斷提升，必須加強(qiáng)對(duì)設(shè)計(jì)技術(shù)的創(chuàng)新。就目前情況看，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化技術(shù)，主要是對(duì)建筑整體進(jìn)行優(yōu)化，在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的過程中優(yōu)化技術(shù)，起到了非常重要的作用。在設(shè)計(jì)中，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)主要是各種建筑設(shè)計(jì)的依據(jù)和基礎(chǔ)。為此，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，需要根據(jù)建筑工程的實(shí)際情況進(jìn)行。，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的過程中加入優(yōu)化技術(shù)的應(yīng)用。著重體現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益以與質(zhì)量效益。在具體的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中，需要進(jìn)行長遠(yuǎn)的考慮，保證建筑方案整體的合理性。這樣在現(xiàn)有的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的過程中可以節(jié)省30%的費(fèi)用。在一定程度上，有效地節(jié)省了經(jīng)濟(jì)成本，避免經(jīng)濟(jì)失衡情況的發(fā)生。建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的進(jìn)行，還可以協(xié)調(diào)施工過程中各個(gè)部門之間的關(guān)系，合理的使用施工資源，提升資源的有效利用率，保證建筑工程結(jié)構(gòu)的整體性、安全性、經(jīng)濟(jì)性，有效地提升建筑工程的應(yīng)用價(jià)值。

3建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化方法的必要性

將建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化方法應(yīng)用到房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中，可以使建筑工程項(xiàng)目的施工成本得到有效的控制，保證建筑工程的美觀性、實(shí)用性。對(duì)建筑施工企業(yè)來講，希望可以用最少的投資得到最大的經(jīng)濟(jì)效益，所以，必須保證建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的安全性、科學(xué)性、合理性，這樣就必須加強(qiáng)對(duì)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的優(yōu)化。與傳統(tǒng)的房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)相比，結(jié)果優(yōu)化設(shè)計(jì)方法具有以下優(yōu)點(diǎn)：1.有效地保證了建筑結(jié)構(gòu)的安全性；2.科學(xué)合理的協(xié)調(diào)建筑結(jié)構(gòu)內(nèi)部的全部單位；3.科學(xué)合理地使用建筑施工材料；4.時(shí)間煮，施工成本降低6％～35%。在建筑房屋結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的過程中，合理的使用優(yōu)化設(shè)計(jì)方案，能夠有效地保證建筑物的使用價(jià)值，提高建筑物的經(jīng)濟(jì)價(jià)值與環(huán)保價(jià)值。在優(yōu)化方案過程中，節(jié)省建筑單位的資金投入，降低建筑工程施工成本。建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)與傳統(tǒng)的房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)相比，能夠增加施工企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益，為用戶提供更好的居住環(huán)境。通過優(yōu)化建筑工程結(jié)構(gòu)施工中的各種資源，比如建筑施工材料、結(jié)構(gòu)布局等，實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)與施工材料的有效結(jié)合，共同發(fā)揮建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化作用。建筑物的面積隨著建筑物層數(shù)的增加而不斷提高，想要保證建筑工程具有良好的實(shí)際效果，就必須加強(qiáng)建筑結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)，采用最佳的優(yōu)化方案，提高建筑工程結(jié)構(gòu)的質(zhì)量。

4建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化步驟分析

4.1構(gòu)建優(yōu)化模型

首先，科學(xué)的選擇建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)變量。在變量選擇的過程中，應(yīng)該將影響建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的參數(shù)作為變量。比如，建筑物的損失期望值、建筑結(jié)構(gòu)造價(jià)值、建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的可靠性等進(jìn)行嚴(yán)格的控制，這些技術(shù)相關(guān)的目標(biāo)參數(shù)，又是建筑約束控制的參數(shù)值。對(duì)于建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中影響范圍較小、變化面積較小的因素，可以將其視為部分設(shè)計(jì)參數(shù)值；在具體的實(shí)踐過程中，可以采用用預(yù)定是參數(shù)來表示，并將其作為依據(jù)來減小設(shè)計(jì)，計(jì)算變量，減小建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案編制過程中的工作量，有效地提升設(shè)計(jì)工作效率。其次，目標(biāo)函數(shù)的確定。在進(jìn)行建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化時(shí)，應(yīng)該找到符合相關(guān)規(guī)定的尺寸和條件的鋼筋截面面積、已經(jīng)失效的概率函數(shù)，通過這種方法可以有效地減少建筑施工成本的浪費(fèi)。最后，科學(xué)地確定約束條件。在建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)過程中，應(yīng)該有效地保證建筑結(jié)構(gòu)的安全性、整體性、科學(xué)性，合理地確定建筑結(jié)構(gòu)約束條件。在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，應(yīng)該對(duì)目標(biāo)的性質(zhì)、實(shí)際應(yīng)用性質(zhì)等約束條件科學(xué)化的進(jìn)行對(duì)比與分析，保證相關(guān)約束條件能夠有效地滿足建筑施工的整體要求，以保證建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的最優(yōu)化。

4.2結(jié)果分析

建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化過程中最重要的一步就是結(jié)果分析，對(duì)計(jì)算機(jī)中獲得的各種數(shù)據(jù)進(jìn)行詳細(xì)的分析，根據(jù)分析的結(jié)果制定優(yōu)化設(shè)計(jì)方案。在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化的過程中，需要對(duì)各種因素進(jìn)行綜合的考慮，努力的完成建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)工作。在建筑施工的過程中，會(huì)應(yīng)用到大量的資金、勞動(dòng)力，優(yōu)化建筑結(jié)構(gòu)的主要目的是在最大程度上講的上述指標(biāo)，并且保證建筑工程施工的質(zhì)量。所以，在建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的過程中應(yīng)該加強(qiáng)對(duì)以下幾方面的重視：第一，明確建筑涉及與經(jīng)濟(jì)之間的平衡點(diǎn)，有效的降低兩者之間的矛盾，在高新技術(shù)的應(yīng)用下降低經(jīng)濟(jì)費(fèi)用的支出；第二，要加強(qiáng)理解高新技術(shù)對(duì)經(jīng)濟(jì)效益帶來的影響，必須認(rèn)識(shí)他技術(shù)的進(jìn)步與發(fā)展，有效的降低了不必要經(jīng)濟(jì)的支出，所以，必須加強(qiáng)對(duì)技術(shù)發(fā)展的重視。

5建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化方法在房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

房屋建筑工程施工過程中，特別是結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)時(shí)，其主要目標(biāo)就是加強(qiáng)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的功能與建筑施工的質(zhì)量，并在此基礎(chǔ)上加強(qiáng)建筑工程建設(shè)的經(jīng)濟(jì)效益，為此，應(yīng)該在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中不斷提高專業(yè)技術(shù)的能力，采用先進(jìn)的設(shè)計(jì)技術(shù)，合理的選擇設(shè)計(jì)方案，并對(duì)建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，以此來保證建筑結(jié)構(gòu)的安全性、使用性、經(jīng)濟(jì)性。

5.1對(duì)建筑結(jié)構(gòu)整體與局部的優(yōu)化

在進(jìn)行房屋的建筑設(shè)計(jì)過程中存在著復(fù)雜性、層次性這兩個(gè)特點(diǎn)。首先，從房屋建筑結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性來說，要注意選擇建筑材料，材料必須符合使用標(biāo)準(zhǔn)，還要結(jié)合具體情況，選擇建筑結(jié)構(gòu)類型；其次，從建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的層次性來說，要對(duì)建筑內(nèi)部做出整體優(yōu)化，可從建筑局部的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、建筑使用設(shè)備、電氣設(shè)計(jì)、安裝體系等方面著手。除此之外，可將整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與局部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)同時(shí)進(jìn)行優(yōu)化，由此形成一個(gè)綜合性的結(jié)構(gòu)體系，這樣一來能夠使房屋的安全性與合理性得到提升，而且能夠減少不必要的浪費(fèi)，另外，要盡力保證建筑結(jié)構(gòu)整體的協(xié)調(diào)優(yōu)化，保證建筑的截面面積與建筑高度相協(xié)調(diào)，避免出現(xiàn)墻位錯(cuò)誤的現(xiàn)象，在設(shè)計(jì)過程中，還可以適當(dāng)運(yùn)用幾何結(jié)構(gòu)，從而使建筑達(dá)到簡潔、美觀的視覺效果。在電梯和樓梯的設(shè)計(jì)過程中，要保證其穩(wěn)固性，可以在減輕其自身重力的同時(shí)注意對(duì)材料的選擇（選擇承重能力較強(qiáng)的材料）。無論是進(jìn)行整體結(jié)構(gòu)優(yōu)化還是局部結(jié)構(gòu)優(yōu)化都需要制定出合理的結(jié)構(gòu)方案，另外，“部分決定整體”，設(shè)計(jì)人員可通過先做好局部設(shè)計(jì)方案，經(jīng)過整合之后再完成整體設(shè)計(jì)，達(dá)到局部帶動(dòng)整體的效果。

5.2柱網(wǎng)布局和平面布置的優(yōu)化設(shè)計(jì)

在建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)過程中采用柱網(wǎng)布局，柱網(wǎng)布局決定了柱子之間的跨度（縱向或者橫向相鄰的兩個(gè)柱子之間的間距），柱網(wǎng)的尺寸通常在5.4米到10.5米之間，如果柱子之間的相鄰距離較小那么其傳力途徑就會(huì)變短，殤，不說要復(fù)合的面積就會(huì)變小，跨中彎距變小，梁高度變低，但是這樣會(huì)導(dǎo)致柱子的數(shù)量變多，建筑內(nèi)部空間變小，停車場(chǎng)車位配置效率降低。所以，柱網(wǎng)布局是否合理，對(duì)建筑工程的綜合造價(jià)及建筑上部結(jié)構(gòu)有很大的影響。此外，柱子的截面形狀與尺寸對(duì)工程造假也有著非常大的影響，所以合理的使用柱網(wǎng)布局、柱子截面的形狀以及梁系的布置對(duì)工程造價(jià)的影響是非常明顯的。下面我們將結(jié)合某工程地下室的布置情況進(jìn)行分析。首先，以地下室頂板為例，當(dāng)頂板的厚度、荷載、柱子間距離相同時(shí)，次梁截面積及布置方式也相同的情況下。方案一采用的是400x800的主梁，方案二采用的是400x900的主梁。在方案一中混凝土的使用量是0.38，方案二的混凝土使用量是0.39，相對(duì)比方案一的混凝土使用量較小，但是鋼筋的使用量40.95比38.81多了部分，這樣只是從數(shù)值上很難進(jìn)行比較，我們?cè)俑鶕?jù)最新的施工材料造價(jià)信息單價(jià)進(jìn)行比較，三級(jí)鋼3600元／頓，C30混凝土320元／㎥，經(jīng)過比較之后發(fā)現(xiàn)：方案二在經(jīng)濟(jì)上更具有優(yōu)勢(shì)。同時(shí)也對(duì)，工程本身的實(shí)際情況進(jìn)行綜合考慮，最終選用了方兒的結(jié)構(gòu)布置進(jìn)行設(shè)計(jì)。然后將地下一層為例，在荷載、柱子的距離、頂板的厚度相同的前提下，分別采用不同的結(jié)構(gòu)布置方式進(jìn)行設(shè)計(jì)，方案一采用的是“井”字梁系，方案二采用的是單向次梁系，通過相應(yīng)的計(jì)算數(shù)據(jù)顯示，方案一混凝土使用量0.29大于方案二混凝土使用量0.25，同時(shí)方案一鋼筋含量26.59也大于方案二鋼筋含量23.8，所以，該地下工程梁系布置方案使用的是方案二布置方式。

5.3建筑物下部地基基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)

這對(duì)建筑工程下部地基基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)的過程中，設(shè)計(jì)人員必須選擇合適的設(shè)計(jì)方案，比如，結(jié)合建筑工程實(shí)際施工情況選擇最佳的樁基礎(chǔ)類型，盡量降低施工工程造價(jià)，在按照樁基礎(chǔ)頂端持力層的厚度對(duì)灌注樁的長度進(jìn)行科學(xué)合理的選擇，對(duì)集中優(yōu)化設(shè)計(jì)方案進(jìn)行合理的對(duì)比，進(jìn)一步選擇出最優(yōu)化的設(shè)計(jì)方案。比如，某建筑物結(jié)構(gòu)的原設(shè)計(jì)時(shí)用的是樁筏基礎(chǔ)，通過對(duì)該結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化，將樁筏基礎(chǔ)改為樁基礎(chǔ)。設(shè)置兩樁承臺(tái)、三樁承臺(tái)、四樁承臺(tái)和梁式承臺(tái)。在對(duì)這部分進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)的過程中，需要考慮的是基礎(chǔ)力度傳遞的最短路徑，但是需要保證總沉降值和不均勻沉降值。樁筏基礎(chǔ)相對(duì)于樁基礎(chǔ)來講，增加了一塊整體的筏板，將整體受力轉(zhuǎn)變?yōu)榫植渴芰?，增加了傳遞的途徑，但是也增加了施工材料的使用量，雖然浪費(fèi)了施工材料，但是可以有效地控制不均勻沉降。根據(jù)地建筑工程實(shí)際情況來講，如果需要同時(shí)滿足總沉降、不均勻沉降以及地基承載力的要求，使用天然基礎(chǔ)會(huì)比使用樁基礎(chǔ)更好，并且施工方法簡單，施工時(shí)間短，所使用的費(fèi)用也相對(duì)便宜，不失為一個(gè)好的選擇。

5.4做好后澆帶設(shè)計(jì)

通常來說，在進(jìn)行地基結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)過程中，設(shè)計(jì)人員需要根據(jù)混凝土的具體情況與施工現(xiàn)場(chǎng)的土質(zhì)相結(jié)合，之后確定科學(xué)的后澆帶方式，為了避免混凝土結(jié)構(gòu)出現(xiàn)變形以及由于混凝土不均勻沉降而出現(xiàn)開裂的現(xiàn)象，對(duì)后澆帶進(jìn)行合理的使用，除此之外，在這一過程中，要保證地基的基礎(chǔ)層一直到房屋頂板與后澆帶設(shè)置在同一個(gè)區(qū)域內(nèi)，還有一點(diǎn)要求就是確?；炷恋牡燃?jí)適當(dāng)?shù)母哂趦蓚?cè)混凝土。在后澆帶施工完成之后，要在保證混凝土強(qiáng)度達(dá)標(biāo)的情況下開展后期的施工，而想要混凝土的強(qiáng)度達(dá)到規(guī)定，要求工作人員認(rèn)真工作，保證后澆帶呈現(xiàn)出完全封閉狀態(tài)，待混凝土強(qiáng)度達(dá)標(biāo)后，拆除支撐。另外，在地基的實(shí)際施工過程中，會(huì)受到各種因素的影響，比如由于結(jié)構(gòu)應(yīng)力出現(xiàn)集中效果減弱情況，混凝土受到溫度變化的影響，可能會(huì)出現(xiàn)裂縫現(xiàn)象，所以這就是使用后澆帶的目的，但是，在施工中，部分地基工程項(xiàng)目中有的無法使用后澆帶，這需要設(shè)計(jì)人員做好相關(guān)工作，首先，需明確后澆帶所具有的斷面形式；其次，根據(jù)水位的不同區(qū)域，在后澆帶的下方安設(shè)防水板。

6結(jié)束語

隨著我國時(shí)代的發(fā)展和經(jīng)濟(jì)水平的不斷提高，我們?cè)诒ＷC建筑的安全性和實(shí)用性的同時(shí)對(duì)建筑的美觀性和和經(jīng)濟(jì)性方面的要求也正在不斷地提高。既要保證建筑安全、實(shí)用，還要做到建筑經(jīng)濟(jì)、美觀，與此同時(shí)也要加強(qiáng)對(duì)施工便利性和時(shí)效性的考慮。所以對(duì)要建筑結(jié)構(gòu)做工完整的優(yōu)化設(shè)計(jì)也是十分重要的。而完善合理的建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)可以讓這些要求全部實(shí)現(xiàn)并且統(tǒng)一化。在這篇文章中，作者結(jié)合了自己的親身工作經(jīng)驗(yàn)和學(xué)習(xí)到的相關(guān)知識(shí)，對(duì)房屋建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)進(jìn)行了全方面的介紹，并且闡述了對(duì)建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的方法和房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的方法的應(yīng)用。

參考文獻(xiàn):

[1]張葉紅.關(guān)于建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化方法在房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用探究[J].門窗,2014(11).

篇（6）

自從改革開放以來，我國市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)體制日益完善，建筑市場(chǎng)競爭也越來越激烈，這就使得建筑行業(yè)施工成本日益攀升。在這種設(shè)備背景下，建筑工程施工人員利用結(jié)構(gòu)優(yōu)化技術(shù)的方法來對(duì)建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，對(duì)資源進(jìn)行合理配置已成為提高建筑經(jīng)濟(jì)效益的主要手段，也是現(xiàn)代化建筑工程中備受人們關(guān)注和重視的工作環(huán)節(jié)。這種結(jié)構(gòu)優(yōu)化技術(shù)的應(yīng)用一方面為房屋結(jié)構(gòu)建設(shè)指明了發(fā)展新方向，也為現(xiàn)代化社會(huì)發(fā)展提供了充足的能源保障。

一、結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)概述

隨著我國建筑事業(yè)的不斷發(fā)展，越來越多的高層建筑拔地而起，為建筑行業(yè)發(fā)展指明了新方向的同時(shí)也為房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作開展提出了艱巨挑戰(zhàn)。截至目前的建筑工程項(xiàng)目中，工作人員如何有效的提高房屋結(jié)構(gòu)的可靠性、經(jīng)濟(jì)性已成為一個(gè)世界性話題，也是建筑業(yè)內(nèi)人士研究的重點(diǎn)話題。另外，隨著建筑市場(chǎng)的發(fā)展和建筑材料的不斷涌現(xiàn)，更多的新興建筑材料被應(yīng)用在房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，起到越來越重要的作用，同時(shí)也造成了傳統(tǒng)的房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法的滯后和落伍，無法滿足目前時(shí)展需要，這就需要我們?cè)诠ぷ髦羞M(jìn)行優(yōu)化，從而發(fā)揮出應(yīng)有的設(shè)計(jì)目標(biāo)。

1、結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)

所謂的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)是指工程結(jié)構(gòu)在滿足相關(guān)約束條件的基礎(chǔ)上，按照預(yù)定的目標(biāo)求出最優(yōu)化的設(shè)計(jì)方案和設(shè)計(jì)策略，以實(shí)現(xiàn)最大經(jīng)濟(jì)效益。在一個(gè)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作中，其主要的工作環(huán)節(jié)大致可以分為假設(shè)、分析、核對(duì)、重新設(shè)計(jì)幾個(gè)方面。其中能夠重新設(shè)計(jì)的主要目的在于選擇出一個(gè)科學(xué)、經(jīng)濟(jì)、合理的方案，但是它在應(yīng)用中只是一個(gè)分析的環(huán)節(jié)。

2、結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)構(gòu)成

房屋結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)是一個(gè)綜合化、系統(tǒng)化的工作環(huán)節(jié)，其在工作中包含有建筑結(jié)構(gòu)數(shù)學(xué)模型的優(yōu)化設(shè)計(jì)、變量優(yōu)化設(shè)計(jì)、目標(biāo)函數(shù)設(shè)計(jì)和約束條件分析等環(huán)節(jié)。

二、建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化的主要方法

在目前的建筑工程項(xiàng)目中，機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)有優(yōu)化的方法與應(yīng)用結(jié)構(gòu)優(yōu)化的方法是相互依存和促進(jìn)的發(fā)展關(guān)系。隨著近年來房屋工程建設(shè)力度的加大，建筑工程施工項(xiàng)目越來越受到人們的關(guān)注與重視，尤其是在工程項(xiàng)目中，我們對(duì)于建筑工程施工結(jié)構(gòu)方面的優(yōu)化通常還是從兩個(gè)方面進(jìn)行的，其中房屋工程的部分優(yōu)化模式包括對(duì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案的優(yōu)化、房屋屋蓋系統(tǒng)方案的優(yōu)化、維護(hù)結(jié)構(gòu)方案的優(yōu)化以及結(jié)構(gòu)細(xì)部優(yōu)化等等。在目前施工項(xiàng)目中，我們最為常見的優(yōu)化體系和優(yōu)化措施主要有以下幾種。

1、保障設(shè)計(jì)工作的美觀性

賞心悅目在目前的建筑工程項(xiàng)目中越來越受到人們的關(guān)注，這也是建筑結(jié)構(gòu)美觀性得以保證的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。在這種建筑工程環(huán)節(jié)中，建筑設(shè)計(jì)、建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以及建筑作用設(shè)計(jì)都是一種全面系統(tǒng)優(yōu)化的結(jié)果。在這種結(jié)構(gòu)條件下，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)通常都是以追求實(shí)用、經(jīng)濟(jì)、美觀和便于施工為主要目的的結(jié)構(gòu)模式。因此在設(shè)計(jì)中通常也都是從這幾個(gè)方面入手去分析與完善的。這種設(shè)計(jì)模式的主要意義在于以經(jīng)濟(jì)方式的發(fā)展和前進(jìn)為基礎(chǔ)，從而在工作中實(shí)現(xiàn)了房屋結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)化、全面化發(fā)展模式。

2、模型設(shè)計(jì)優(yōu)化

在房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化工作中，通常情況下在設(shè)計(jì)中對(duì)要遵循一切從實(shí)際出發(fā)的優(yōu)化與設(shè)計(jì)原則，并且在工程項(xiàng)目中我們需要布置一套系統(tǒng)化的管理模式，同時(shí)還需要根據(jù)我們目前存在的相關(guān)情況和工作模式進(jìn)行系統(tǒng)化的管理與總結(jié)，從而使得工程環(huán)節(jié)中的設(shè)計(jì)意圖和設(shè)計(jì)宗旨都能夠達(dá)到最佳標(biāo)準(zhǔn)和要求。在目前的建筑工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化工作中，對(duì)于建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)影響最大的設(shè)計(jì)模式和變動(dòng)方式都是以函數(shù)確立為主的工作模式，在工作中通常都是運(yùn)用科學(xué)、有序的管理模式和管理技術(shù)來進(jìn)行分析，并且要根據(jù)結(jié)構(gòu)的整體性、全面性優(yōu)化手段來系統(tǒng)深入的進(jìn)行總結(jié)和完善。

三、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化技術(shù)的實(shí)踐應(yīng)用

在目前的工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中，除了在工作中需要考慮到設(shè)計(jì)對(duì)象的基本使用功能和安全、可靠性之外，還需要考慮到在設(shè)計(jì)工作中將設(shè)計(jì)對(duì)象做的盡善盡美，這也是工程和結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)工作中最值得我們關(guān)注和重視的話題。用科學(xué)的話語來描述就是在工作中利用確定的數(shù)學(xué)方法將所有可能涉及到工程環(huán)節(jié)的方案進(jìn)行稽核，搜索出其中能夠滿足預(yù)定目標(biāo)且最令人滿意的設(shè)計(jì)方案。

（1）結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化應(yīng)注意前期參與

因?yàn)榍捌诜桨傅拇_定直接影響建筑的總投資，而現(xiàn)在存在的普遍問題就是前期方案階段結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)并不進(jìn)行參與，建筑師進(jìn)行建筑設(shè)計(jì)時(shí)大多并不考慮結(jié)構(gòu)的合理性以及它的可行性，但是建筑設(shè)計(jì)的結(jié)果卻直接對(duì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)造成影響，某些方案可能會(huì)增加結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的難度，并使得建筑的總投資提高。如果在方案的初期，結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)就能參與進(jìn)來，那么我們就能針對(duì)不同的建筑類別，選擇合理的結(jié)構(gòu)形式，合理的設(shè)計(jì)方案，獲得一個(gè)良好的開端。

（2）概念設(shè)計(jì)結(jié)合細(xì)部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化

概念設(shè)計(jì)應(yīng)用于沒有具體數(shù)值量化的情況，例如地震設(shè)防烈度，因?yàn)樗牟淮_定性，計(jì)算式難免與現(xiàn)實(shí)有較大的差異，在進(jìn)行設(shè)計(jì)的時(shí)候就要采用概念設(shè)計(jì)的方法，把數(shù)值作為輔助和參考的依據(jù)。設(shè)計(jì)過程中需要設(shè)計(jì)人員靈活的運(yùn)用結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化的方法，達(dá)到最佳的效果。

四、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化的現(xiàn)實(shí)意義

（1）結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)降低總造價(jià)

進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)中，多層住宅和高層住宅相比較，層數(shù)越多，總建筑面積增大，單位建筑面積占用的土地面積就越小，節(jié)約了用地成本，但建筑層數(shù)的增多，建筑總高度也會(huì)加大，樓與樓之間的間距也要加大，這時(shí)占用的土地節(jié)約量就不與建筑層數(shù)增加比例相同了。另如屋蓋部分，一棟樓只有一個(gè)屋蓋，并不會(huì)因?yàn)閷訑?shù)的增加而有所改變，它的成本下降會(huì)比較明顯。

2）進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化提高建筑結(jié)構(gòu)經(jīng)濟(jì)性

建筑的層高增加，由于墻體面積和柱體積增加，結(jié)構(gòu)的自重會(huì)增加，基礎(chǔ)和柱的承載力相應(yīng)增加，水衛(wèi)和電氣的管線會(huì)加長；相反降低層高，可節(jié)省材料，有利用抗震，同時(shí)建筑的總高度減小，兩建筑之間的日照距離就會(huì)減小，間接的節(jié)約了用地。

五、結(jié)束語

與傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)相比，采用結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化方法可以使建筑工程造價(jià)降低6%-34%。優(yōu)化方法的技術(shù)性實(shí)現(xiàn)，可以最合理的利用材料性能，使建筑結(jié)構(gòu)內(nèi)部各單元得到最好的協(xié)調(diào)，不僅可以實(shí)現(xiàn)建筑美觀、實(shí)用，而且在造價(jià)方面也有較大的節(jié)省，達(dá)到了建筑工程設(shè)計(jì)對(duì)適用、安全、經(jīng)濟(jì)、美觀和便于施工的一般要求。

篇（7）

建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化是一個(gè)復(fù)雜而系統(tǒng)的過程，通常被歸入綜合決策的范疇。在實(shí)際優(yōu)化環(huán)節(jié)，既要考慮實(shí)用性和安全性，又要考慮經(jīng)濟(jì)性，還應(yīng)考慮整體效果。建筑概念設(shè)計(jì)將會(huì)致力于這些不穩(wěn)定因素的解決，以提高建筑的實(shí)用性。對(duì)建筑結(jié)構(gòu)的諸多可能破壞因素進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)地震這一破壞因素最難以控制，因?yàn)榈卣鸢l(fā)生時(shí)，將會(huì)給建筑施加一個(gè)極大的作用力，同時(shí)地震又是難以準(zhǔn)確預(yù)測(cè)的。所以，在優(yōu)化建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的實(shí)際環(huán)節(jié)，應(yīng)該站在整體的角度對(duì)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化， 采取多項(xiàng)措施以達(dá)到提高建筑結(jié)構(gòu)抗震能力的目的。另外，設(shè)計(jì)方案中如果有不利于建筑結(jié)構(gòu)抗震的因素，則應(yīng)對(duì)其進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，無法調(diào)整時(shí)，則應(yīng)放棄。在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化的幫助下，建筑在整體剛度方面應(yīng)該達(dá)到均勻、對(duì)稱的效果，如此一來，便有效保證了建筑結(jié)構(gòu)在地震作用下的安全性。與此同時(shí)，是實(shí)際設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，還應(yīng)綜合其他優(yōu)化方法的應(yīng)用，以提高建筑的抗震能力。如延性設(shè)計(jì)，該種設(shè)計(jì)方法能夠很好地保護(hù)地震中的建筑免受脆性破壞的危害；又如多道設(shè)防的設(shè)計(jì)方法，其設(shè)計(jì)思路是，當(dāng)發(fā)生劇烈地震時(shí)，“犧牲” 部分次要結(jié)構(gòu)去吸收地震能量，以降低地震對(duì)建筑主體結(jié)構(gòu)的破壞效果。在進(jìn)行建筑整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的過程中，應(yīng)注意上述優(yōu)化方法的有效運(yùn)用。

一、建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化的意義

1、結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)降低總造價(jià)

進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)中，多層住宅和高層住宅相比較，層數(shù)越多，總建筑面積增大，單位建筑面積占用的土地面積就越小，節(jié)約了用地成本，但建筑層數(shù)的增多，建筑總高度也會(huì)加大，樓與樓之間的間距也要加大，這時(shí)占用的土地節(jié)約量就不與建筑層數(shù)增加比例相同了。另如屋蓋部分，一棟樓只有一個(gè)屋蓋，并不會(huì)因?yàn)閷訑?shù)的增加而有所改變，它的成本下降會(huì)比較明顯。 對(duì)于基礎(chǔ)部分而言，雖然也是各層共用的，但是層數(shù)增加，傳給基礎(chǔ)的荷載將會(huì)增大，我們需要增大基礎(chǔ)，這樣單位面積的造價(jià)有所降低，但是卻沒有屋蓋的效果那樣明顯。

2、進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化提高建筑結(jié)構(gòu)經(jīng)濟(jì)性

建筑的層高增加，由于墻體面積和柱體積增加，結(jié)構(gòu)的自重會(huì)增加，基礎(chǔ)和柱的承載力相應(yīng)增加，水衛(wèi)和電氣的管線會(huì)加長；相反降低層高，可節(jié)省，有利用抗震，同時(shí)建筑的總高度減小，兩建筑之間的日照距離就會(huì)減小，間接的節(jié)約了用地。建筑面積相同，建筑使用不同的平面形狀時(shí)，它的外墻周長也就會(huì)不同，這樣當(dāng)選擇圓形或是越接近于方形時(shí)，外墻周長系數(shù)就越小，基礎(chǔ)、外墻砌體、內(nèi)外表面裝修都隨之減少，同時(shí)其受力性能也得到提高，增強(qiáng)了建筑的經(jīng)濟(jì)性能。與傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)相比，采用結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化方法可以使建筑工程造價(jià)降低6%-34%。優(yōu)化方法的技術(shù)性實(shí)現(xiàn)，可以最合理的利用材料性能，使建筑結(jié)構(gòu)內(nèi)部各單元得到最好的協(xié)調(diào)，不僅可以實(shí)現(xiàn)建筑美觀、實(shí)用，而且在造價(jià)方面也有較大的節(jié)省，達(dá)到了建筑工程設(shè)計(jì)對(duì)適用、安全、經(jīng)濟(jì)、美觀和便于施工的一般要求。通過使用優(yōu)化設(shè)計(jì)手段，達(dá)到這5個(gè)方面的最佳結(jié)合，符合現(xiàn)今建筑商對(duì)于建筑結(jié)構(gòu)的效益的需求，也符合市場(chǎng)可持續(xù)發(fā)展的需求。

二、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化方法的概述

完美的建筑是在滿足人們使用功能及視覺感受的前提下，充分滿足使用者和社會(huì)所期望的各種要求。依據(jù)設(shè)計(jì)的要求，把力學(xué)概念與結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)進(jìn)行有機(jī)結(jié)合，讓參與計(jì)算的量部分可以以變量部分出現(xiàn)，進(jìn)而形成結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化方案域，運(yùn)用數(shù)學(xué)手段，在域中找到可以滿足要求的結(jié)構(gòu)優(yōu)化最佳設(shè)計(jì)方案。由此可見，結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)不僅可以提高整體設(shè)計(jì)水量及設(shè)計(jì)質(zhì)量，還可縮短設(shè)計(jì)周期，從而降低整體工程造價(jià)，提高經(jīng)濟(jì)及社會(huì)效益。房屋工程分部結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)包括：基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)方案的優(yōu)化設(shè)計(jì)、屋蓋系統(tǒng)方案的優(yōu)化設(shè)計(jì)、圍護(hù)結(jié)構(gòu)方案的優(yōu)化設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)細(xì)部設(shè)計(jì)的優(yōu)化設(shè)計(jì)。對(duì)以上幾個(gè)方面的優(yōu)化設(shè)計(jì)還包括選型、布置、受力分析、造價(jià)分析等內(nèi)容，在實(shí)施過程中，不僅要按照一切從實(shí)際出發(fā)的原則，更應(yīng)該結(jié)合具體工程的實(shí)際情況，圍繞房屋建筑的綜合經(jīng)濟(jì)效益的目標(biāo)進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)。在滿足設(shè)計(jì)要求后，在進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 時(shí)應(yīng)該盡量縮小剛度、質(zhì)量中心的差異使平面布置規(guī)則，水平荷載就不會(huì)使建筑物有太大的扭轉(zhuǎn)作用。為降低應(yīng)力集中，豎直方向上應(yīng)避開使用轉(zhuǎn)換層。

三、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化技術(shù)

結(jié)構(gòu)方案的建立過程即工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。伴隨急速更新發(fā)展的計(jì)算機(jī)硬、軟件產(chǎn)業(yè)，憑借計(jì)算機(jī)、力學(xué)、數(shù)學(xué)一系列方法，將結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)做到最優(yōu)化技術(shù)推廣。結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)及傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)其設(shè)計(jì)原則和過程是相同的，不同之處在于傳統(tǒng)設(shè)計(jì)缺少安全、經(jīng)濟(jì)性作為衡量準(zhǔn)則。最優(yōu)設(shè)計(jì)則是在安全、經(jīng)濟(jì)準(zhǔn)則基礎(chǔ)之上，利用計(jì)算機(jī)作為輔助技術(shù)，非常便利地實(shí)現(xiàn)了分析計(jì)算、設(shè)計(jì)、出效果圖等整套程序的自動(dòng)化，大大提升了設(shè)計(jì)整體效果及質(zhì)量。為了達(dá)到降低工程造價(jià)之目地，在不更改使用性能的基礎(chǔ)之上，就要對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行最優(yōu)化設(shè)計(jì)。由此可見結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化技術(shù)的應(yīng)用已經(jīng)是較為寬廣的課題之一。它不僅應(yīng)用于項(xiàng)目的前期、整體、抗震設(shè)計(jì)，在舊房改造期間的各個(gè)環(huán)境均有廣泛應(yīng)用。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化技術(shù)在應(yīng)用實(shí)踐中應(yīng)注意的問題如下：

1、前期方案設(shè)計(jì)期間將結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化參與其中

建筑方案設(shè)計(jì)前期如有一個(gè)優(yōu)秀的、合理的設(shè)計(jì)方案，并參與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化，就會(huì)爭取到非常優(yōu)秀的開端。但目前在前期設(shè)計(jì)方案中結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化參與其中的并不多，如果能對(duì)建筑類 別有所針對(duì)，并進(jìn)行合理選擇結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化方案，將降低建筑的總投資成本，因此在建筑方案設(shè)計(jì)初期應(yīng)注意建筑方案的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)，考慮結(jié)構(gòu)的合理及可行性 。

2、概念設(shè)計(jì)結(jié)合細(xì)部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化

概念設(shè)計(jì)主要作用于無具體數(shù)值量化現(xiàn)象，比如無確定性的地震設(shè)防烈度，現(xiàn)實(shí)難免與計(jì)算式存在區(qū)別，那么設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)采取概念設(shè)計(jì)方法，使數(shù)值成為輔助及參考根瞎。為達(dá)到最佳優(yōu)化設(shè)計(jì)效果，設(shè)計(jì)人員應(yīng)該靈活運(yùn)用結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化方案。與宏觀把握相對(duì)應(yīng)的，設(shè)計(jì)的過程同時(shí)要注意對(duì)于細(xì)部的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化，比如現(xiàn)澆板中的異形板拐角方向容易出現(xiàn)的裂縫，可歸結(jié)為矩形板。鋼筋選擇時(shí)應(yīng)注意：I級(jí)鋼和冷軋帶肋鋼市場(chǎng)價(jià)格差不多，但是他們的極限抗拉力相差卻相當(dāng)大，所以在塑性滿足要求的情況下，現(xiàn)澆板的受力鋼筋就可選擇冷軋帶肋鋼筋。在做里面設(shè)計(jì)的時(shí)候，外立面上的懸挑板及配筋，應(yīng)在滿足基本規(guī)范要求之上以達(dá)到安全、經(jīng)濟(jì)之目的。

3、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化――下部地基基礎(chǔ)

樁基礎(chǔ)類型的選擇，要依據(jù)現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)條選擇最為合適的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化方案，以降低工程總造價(jià)為目的。例如對(duì)灌注樁樁長的選擇影 響較大的樁端持力層的選擇，要多進(jìn)行比較，最終確定最為合適的方案。

結(jié)束語

建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化是一個(gè)復(fù)雜而系統(tǒng)的過程，通常被歸入綜合決策的范疇。在實(shí)際優(yōu)化環(huán)節(jié)，既要考慮實(shí)用性和安全性，又要考慮經(jīng)濟(jì)性，還應(yīng)考慮整體效果，總之，要平衡各方面的關(guān)系。本文對(duì)建筑結(jié)構(gòu)空間利用率的優(yōu)化進(jìn)行了重點(diǎn)探討，對(duì)建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化的理念進(jìn)行了闡釋和延伸，希望能對(duì)類似工程建設(shè)提供一些借鑒和幫助。

參考文獻(xiàn)

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中圖分類號(hào)：TH122 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2012）12（c）-0013-01

在機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)中需要對(duì)參數(shù)模型進(jìn)行求解和優(yōu)化，特別是在大型的復(fù)雜的設(shè)計(jì)項(xiàng)目中，需要重復(fù)建模、重復(fù)優(yōu)化模型。除了遺傳算法等數(shù)學(xué)方法使用外，CAD技術(shù)應(yīng)用對(duì)復(fù)雜的機(jī)械設(shè)計(jì)優(yōu)化問題取得了較好的效果并產(chǎn)生了很好的經(jīng)濟(jì)效果。

1 機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)中的CAD技術(shù)

單體機(jī)械機(jī)構(gòu)的優(yōu)化對(duì)象主要是零件的結(jié)構(gòu)優(yōu)化，涉及的學(xué)科少、優(yōu)化的功能單一，優(yōu)化的過程只限于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和機(jī)構(gòu)構(gòu)成之間的關(guān)系。對(duì)于復(fù)雜的機(jī)械設(shè)計(jì)，優(yōu)化的對(duì)象對(duì)體現(xiàn)整體優(yōu)化思維，即整體優(yōu)化大于局部優(yōu)化。在這個(gè)過程中就需要采用合理的手段和方法優(yōu)化的范圍綜合起來。計(jì)算機(jī)輔助手段日臻完善，在優(yōu)化設(shè)計(jì)中把原理方案、功能，結(jié)構(gòu)方案、總體參數(shù)以及結(jié)構(gòu)性狀的全部設(shè)計(jì)包含在內(nèi)，真正的做到全局優(yōu)化。

復(fù)雜的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算復(fù)雜、方法多變，涉及多學(xué)科多目標(biāo)，而優(yōu)化更要在這些方法找到更有效的方案更為困難。因此單一的方法來解決整體的優(yōu)化問題肯定不行，但是采用CAD進(jìn)行整體的優(yōu)化和分解協(xié)調(diào)優(yōu)化，通過模型建立，減少計(jì)算縮短優(yōu)化時(shí)間。在結(jié)構(gòu)優(yōu)化中器件多，耦合度高，利用CAD技術(shù)可以在結(jié)構(gòu)優(yōu)化中應(yīng)用網(wǎng)狀分解的方法，將其分解，這種分解方法除了提高CAD利用效率之外還可以解決優(yōu)化過程中的交叉學(xué)科問題，例如利用CAD機(jī)械設(shè)計(jì)的協(xié)同優(yōu)化。在整體優(yōu)化中目前的CAD技術(shù)還沒有形成普遍使用的分解方法，因此分解的正確性并不是可以控制的，這成為CAD的在機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)中應(yīng)用的瓶頸。但是優(yōu)化設(shè)計(jì)分層優(yōu)化取得比較好的效果，由此建立起來的CAD優(yōu)化發(fā)展。

2 CAD機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)建模應(yīng)用

機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)優(yōu)化技術(shù)就是設(shè)計(jì)者借助CAD技術(shù)將設(shè)計(jì)形體可視化、模擬化、可修改、可分析優(yōu)化，進(jìn)一步通過計(jì)算機(jī)輔助優(yōu)化實(shí)體模型。產(chǎn)品的優(yōu)化可以在CAD中進(jìn)行三維幾何重現(xiàn)，優(yōu)化設(shè)計(jì)通過三維虛擬優(yōu)化，采用幾何模型描述對(duì)象的位置、結(jié)構(gòu)、大小和性狀，并尋求最高效的組合途徑，通過優(yōu)化的賦值可以將對(duì)象的顏色、紋理等信息進(jìn)行詳細(xì)描述，優(yōu)化產(chǎn)品的原型，在這個(gè)過程中CAD的建模優(yōu)化是最常見的優(yōu)化方法。

2.1 參數(shù)建模優(yōu)化

這種優(yōu)化是通過工程關(guān)系以及幾何方法在CAD中給予產(chǎn)品的性狀特征，從而可以在產(chǎn)品功能上和設(shè)計(jì)方法上尋求類似的模型，通過模型的優(yōu)化達(dá)到設(shè)計(jì)優(yōu)化。在CAD中建立產(chǎn)品與參數(shù)之間的關(guān)系，而參數(shù)作為變量形成變量集合。在優(yōu)化過程中通過參數(shù)的變化影響設(shè)計(jì)對(duì)象的變化，參數(shù)優(yōu)化模型采用修改和定義的幾何建模。參數(shù)建模優(yōu)化包含工程優(yōu)化、拓補(bǔ)結(jié)構(gòu)優(yōu)化、尺寸優(yōu)化等，這些都是CAD參數(shù)建模優(yōu)化中需要考慮的因素。

2.2 特征建模優(yōu)化

這種優(yōu)化是在CAD環(huán)境下從整個(gè)設(shè)計(jì)的各個(gè)階段來優(yōu)化設(shè)計(jì)，可表述為集成優(yōu)化。進(jìn)行集成優(yōu)化需要在CAD條件下建立系統(tǒng)的、完整的、全面的描述需要優(yōu)化的信息，使得各種特征能夠從設(shè)計(jì)中顯現(xiàn)優(yōu)化的策略。特征建模優(yōu)化可以明確的表示優(yōu)化邏輯關(guān)系、互動(dòng)關(guān)系以及關(guān)聯(lián)特征方面進(jìn)行表述和描述。特征建模優(yōu)化能夠在CAD環(huán)境中建立高層次的產(chǎn)品功能要素，對(duì)優(yōu)化的信息進(jìn)行聯(lián)動(dòng)管理，體現(xiàn)設(shè)計(jì)優(yōu)化中，對(duì)形狀、結(jié)構(gòu)等復(fù)雜產(chǎn)品優(yōu)化建模是思想，將產(chǎn)品的多特征進(jìn)行特征分解，根據(jù)分解的特征相互建立優(yōu)化途徑，通過特征之間的運(yùn)算達(dá)到優(yōu)化整個(gè)設(shè)計(jì)的目的。

3 具備知識(shí)庫智能CAD在機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)中的發(fā)展

優(yōu)化設(shè)計(jì)是一個(gè)高度智慧的創(chuàng)新的活動(dòng)。CAD技術(shù)系統(tǒng)引入知識(shí)庫，產(chǎn)生智能的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)系統(tǒng)，這成為ACD機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)的發(fā)展方向之一。知識(shí)庫智能CAD能夠在信息優(yōu)化、知識(shí)優(yōu)化的基礎(chǔ)上建立基于優(yōu)化思維的知識(shí)庫。它能夠及時(shí)對(duì)優(yōu)化設(shè)計(jì)的方向進(jìn)行評(píng)估，利用知識(shí)庫的評(píng)價(jià)機(jī)制，實(shí)現(xiàn)信息的交換和共享，解決優(yōu)化設(shè)計(jì)中對(duì)信息和知識(shí)和需求。機(jī)械設(shè)計(jì)問題是模糊的，而優(yōu)化的方式和途徑也多樣，對(duì)復(fù)雜產(chǎn)品進(jìn)行優(yōu)化，建立知識(shí)庫信息獲取、組織和表達(dá)。因此具備知識(shí)庫智能CAD快速發(fā)展，為CAD在機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)領(lǐng)域提供了新的途徑。在機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)不僅具有創(chuàng)意，而且優(yōu)化應(yīng)具備整體性和科學(xué)性。優(yōu)化設(shè)計(jì)可以根據(jù)優(yōu)化的途徑分為優(yōu)化搜索和優(yōu)化創(chuàng)新。優(yōu)化搜索可以根據(jù)各種方案選擇一種最好的組合達(dá)到優(yōu)化目的。在知識(shí)庫智能CAD中具備的專家系統(tǒng)，采用參數(shù)匹配、信息匹配、結(jié)構(gòu)匹配的方法將優(yōu)化的產(chǎn)品進(jìn)行搜索，選擇最優(yōu)的設(shè)計(jì)方案，遍歷知識(shí)庫中相似結(jié)構(gòu)的模型。如果知識(shí)庫建立的足夠大，足夠科學(xué)則搜索優(yōu)化的優(yōu)化度更高；優(yōu)化創(chuàng)新是直接通過知識(shí)庫得到最佳的優(yōu)化結(jié)果。這種優(yōu)化方法可以通過CAD的知識(shí)庫，將設(shè)計(jì)的參數(shù)、模型、結(jié)構(gòu)導(dǎo)入直接產(chǎn)生優(yōu)化結(jié)果。但是不論是那種優(yōu)化方法都要依據(jù)設(shè)計(jì)的原始信息，根據(jù)實(shí)際情況綜合分析智能CAD優(yōu)化結(jié)果，得出優(yōu)化設(shè)計(jì)的方案。

4 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)智能CAD在機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)中的發(fā)展

在優(yōu)化設(shè)計(jì)中如果將優(yōu)化的任務(wù)進(jìn)行分解，形成各階段優(yōu)化的方案過多，而后面的的優(yōu)化組成數(shù)量也迅速增加，這樣就容易形成優(yōu)化組合爆炸。在優(yōu)化設(shè)計(jì)中面臨如此大的優(yōu)化結(jié)構(gòu)時(shí)，往往需要更高層次的歸納和綜合，對(duì)綜合的信息進(jìn)行少量分析即可找到優(yōu)化的決策。一般CAD的優(yōu)化只能在參數(shù)、簡單結(jié)構(gòu)等方面進(jìn)行優(yōu)化，而在如此復(fù)雜的框架優(yōu)化、整體優(yōu)化中顯然不能滿足優(yōu)化要求。因此具備神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的智能CAD能夠?qū)⒃O(shè)計(jì)的信息通過人工網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化決策方式進(jìn)行模擬。將優(yōu)化的各層次和任務(wù)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)串聯(lián)，共同完成階段的優(yōu)化工作。

5 結(jié)論

計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)是機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)的必要的工具。在知識(shí)庫研究、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)研究、以及模糊控制研究方面已經(jīng)取得了很多經(jīng)驗(yàn)并發(fā)揮了巨大的經(jīng)濟(jì)效益。在優(yōu)化設(shè)計(jì)中需要借助CAD這個(gè)途徑將這些研究的思維移植并實(shí)現(xiàn)將大大提高CAD機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)的效率，產(chǎn)生很大的經(jīng)濟(jì)效益。

篇（9）

0 概述

科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，產(chǎn)品功能要求的日益增多，壽命期縮短，復(fù)雜性增加，更新?lián)Q代速度變快。此外，由于國際化市場(chǎng)的激烈競爭，用戶對(duì)產(chǎn)品功能、質(zhì)量、價(jià)格、供貨期、售后服務(wù)等要求越來越高，以信息科學(xué)與微電子技術(shù)為代表的現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)對(duì)制造業(yè)的滲透、改造和更新，使傳統(tǒng)的制造技術(shù)演變成為一門涵蓋從產(chǎn)品設(shè)計(jì)、制造、管理、銷售到回收再生的全過程的跨多個(gè)學(xué)科且高度復(fù)雜化、集成化的先進(jìn)制造技術(shù)[1]?，F(xiàn)代設(shè)計(jì)是現(xiàn)代制造的基礎(chǔ)，伴隨著先進(jìn)制造技術(shù)的發(fā)展，以計(jì)算機(jī)和信息技術(shù)為主體的產(chǎn)品現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法得到了普遍應(yīng)用。

1 優(yōu)化設(shè)計(jì)

優(yōu)化設(shè)計(jì)是從多種方案中選擇最佳方案的設(shè)計(jì)方法。在眾多的優(yōu)化設(shè)計(jì)中，結(jié)構(gòu)優(yōu)化是其他優(yōu)化設(shè)計(jì)的前提和基礎(chǔ)，只有在結(jié)構(gòu)優(yōu)化的基礎(chǔ)上，才能進(jìn)一步進(jìn)行性能的優(yōu)化，結(jié)構(gòu)優(yōu)化是在給定約束條件下，按某種目標(biāo)求出最好的設(shè)計(jì)方案，通常以計(jì)算機(jī)為手段，根據(jù)設(shè)計(jì)所追求的性能目標(biāo)，建立目標(biāo)函數(shù)，在滿足給定的各種約束條件下，尋求最優(yōu)的設(shè)計(jì)方案。

2 醫(yī)用升降椅優(yōu)化設(shè)計(jì)

2.1 升降椅及其結(jié)構(gòu)組成

升降椅是一種新型的椅子，市面上的升降椅使用的升降裝置分為3類――油壓、機(jī)械式和氣壓。在低端的升降椅中以氣壓的居多。氣壓式升降椅里有個(gè)氣缸，氣缸內(nèi)的活塞氣動(dòng)桿上下運(yùn)動(dòng)支配椅子升降。

近年來，由于氣壓升降椅的事故頻頻發(fā)生，液壓式升降椅的市場(chǎng)占有率在程上升趨勢(shì)，液壓升降椅由于升降過程動(dòng)作平穩(wěn)等一系列有點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于美容店、醫(yī)療機(jī)構(gòu)等。如圖1所示，本文設(shè)計(jì)的醫(yī)用液壓升降椅主要由座板、靠背、扶手、支架、支架搖臂、升降定位裝置（馬達(dá)和活塞桿）和椅腳構(gòu)成。其特征在于：支架和椅腳之間由支架搖臂進(jìn)行對(duì)應(yīng)鉸接，支架搖臂以鉸接在椅腳上鉸接軸為圓心上下轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)搖動(dòng)支架搖臂時(shí)帶動(dòng)支架進(jìn)行升降，實(shí)現(xiàn)座板的升降；另外，在支架與椅腳之間還設(shè)置了升降定位裝置。

2.2 升降椅的優(yōu)化設(shè)計(jì)

使用優(yōu)化設(shè)計(jì)軟件SolidWorks/simulation進(jìn)行優(yōu)化，優(yōu)化參數(shù)為搖臂長度、搖臂高度和活塞桿伸縮長度，邊界約束條件為最大升降位移和最小升降位移，優(yōu)化目的是馬達(dá)力最小化。

分析優(yōu)化結(jié)果可以看出，迭代3得到的結(jié)果最優(yōu)，即在搖臂長度為0.4m，搖臂寬度為0.3m，活塞桿伸長量為0.6m時(shí)，滿足最小、最大升降位移的約束條件下，馬達(dá)力達(dá)到最小值1393.25N。

3 結(jié)論

馬達(dá)力隨搖臂長度增加呈正比關(guān)系增長，隨搖臂寬度增加呈減小趨勢(shì)，在搖臂寬度為0.15-0.27的范圍內(nèi)降低較快，基本上呈線性趨勢(shì)，之后基本趨于穩(wěn)定（最小值），所以在設(shè)計(jì)時(shí)可以固定搖臂寬度，變量減少一個(gè)，可以大大簡化優(yōu)化設(shè)計(jì)過程，尤其在分析變量與變量相關(guān)性的優(yōu)化過程中，這樣做尤為重要。另外，馬達(dá)力隨活塞桿伸長量的增大而減小，基本上呈線性趨勢(shì)。本文的優(yōu)化設(shè)計(jì)過程為醫(yī)用升降椅設(shè)計(jì)提供了重要的理論依據(jù)。

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篇（10）

一.建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)先設(shè)計(jì)方法理論及應(yīng)用

（一）房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中上部結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)分析

建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化方法的概述建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化方法是從林論上和經(jīng)驗(yàn)上對(duì)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化。建立與優(yōu)化上部結(jié)構(gòu)的模型首先應(yīng)布置適宜的剪力墻，且將應(yīng)將剪力墻的平面具有對(duì)稱以及均勻分布的特點(diǎn)、有機(jī)結(jié)合樓層結(jié)構(gòu)的重心以及樓層平面的剛度中心等原則有效遵循，進(jìn)而將風(fēng)荷載的作用下以及水平地震下扭轉(zhuǎn)效應(yīng)盡量減少；如果建筑房型是允許的那么應(yīng)將大開間的剪力墻的結(jié)構(gòu)形式優(yōu)先采用，且將剪力墻的墻肢總數(shù)減少，也就是在樓層的側(cè)向具有相同剛度時(shí)可將剪力墻混凝土的用量大大減少。但是 ，如果建筑物處在較差的地質(zhì)條件中，那么建筑對(duì)于抗震的要求就會(huì)隨之提高，所以，這就要求盡量避開大的剪力墻結(jié)構(gòu)進(jìn)行采取措施。例如，若是確定好墻柱之后，跨高比在五米以上，那些框架梁高度英愛采取跨度的十二分之一；另外，建筑樓板的厚度也應(yīng)該與規(guī)定的相吻合。總之，房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的中上部結(jié)構(gòu)都需要進(jìn)行合理的計(jì)算分析，這也可以算是一種概念的優(yōu)化。

（二）房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中建筑以及結(jié)構(gòu)協(xié)調(diào)優(yōu)化設(shè)計(jì)分析

再設(shè)計(jì)的過程中要配合建筑結(jié)構(gòu)以及建筑平面，進(jìn)而將美觀和適用結(jié)合起來以實(shí)現(xiàn)它設(shè)計(jì)目標(biāo)。布置建筑墻柱應(yīng)該同建筑物中平面功能的要求相滿足；為了實(shí)現(xiàn)構(gòu)件的標(biāo)準(zhǔn)化應(yīng)盡量的統(tǒng)一各個(gè)房間的開間進(jìn)深；而建筑體系在保證盡量簡單的同時(shí)墻柱應(yīng)該難以出現(xiàn)錯(cuò)位現(xiàn)象，且截面的面積也不該有太明顯的變化發(fā)生，也不可以對(duì)夾層結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)置；在那些應(yīng)力集中或者是受力復(fù)雜的轉(zhuǎn)角地方不要設(shè)置樓梯或者電梯，以免造成安全事故。規(guī)則且簡單是建筑整體的布置中要遵循的原則，并且為了避開扭轉(zhuǎn)效應(yīng)應(yīng)該避開讓建筑鋼心和質(zhì)心重合在一起。

（三）房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中結(jié)構(gòu)以及電氣之間調(diào)優(yōu)化設(shè)計(jì)分析

如果電氣管線容易導(dǎo)線形式安裝與金屬管外部或者樓板以及墻體處，有可能使預(yù)制結(jié)構(gòu)施工困難。因此，若管線貫穿了建筑梁在梁預(yù)制的時(shí)候應(yīng)該將孔洞提前留下，并且抱著墻體的厚度與梁寬度一樣。大部分房屋的建筑內(nèi)部電梯房具有較多空洞在里面，同時(shí)也有較多的預(yù)埋構(gòu)件。所以，在房屋設(shè)計(jì)時(shí)候應(yīng)該單獨(dú)計(jì)算電梯房應(yīng)該具有的強(qiáng)度，從而保證設(shè)計(jì)合理的同時(shí)對(duì)施工質(zhì)量的安全進(jìn)行有效的保障?？傊?，在對(duì)房屋建筑工程進(jìn)行建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的過程中，設(shè)計(jì)人員必須嚴(yán)格遵守相應(yīng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范，不僅僅是要了解設(shè)計(jì)規(guī)范中的相關(guān)條例，而且要與房屋設(shè)計(jì)的實(shí)際情況向結(jié)合，對(duì)優(yōu)化方案進(jìn)行合理應(yīng)用。

（四）房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中整體優(yōu)化以及局部優(yōu)化設(shè)計(jì)分析

層次性和復(fù)雜性這兩大類系統(tǒng)性設(shè)計(jì)特點(diǎn)是所有建筑項(xiàng)目設(shè)計(jì)中都包含的部分。復(fù)雜性主要包括構(gòu)件選用、材料、結(jié)構(gòu)選型等，層次性主要包括設(shè)備安裝系統(tǒng)、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)系統(tǒng)和建筑設(shè)計(jì)系統(tǒng)等多個(gè)方面，并且每個(gè)系統(tǒng)也可以分成多個(gè)子系統(tǒng)。進(jìn)行設(shè)計(jì)的整個(gè)過程若是優(yōu)化每個(gè)子系統(tǒng)，那么實(shí)際上將局部之間橫向的聯(lián)系切斷。疊加起來的整個(gè)工程沒有具有最優(yōu)化的整體。事實(shí)上，每一項(xiàng)的設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)最優(yōu)化的方案都很多，也就要求再設(shè)計(jì)的時(shí)候要根據(jù)每一個(gè)階段的形制進(jìn)行優(yōu)化選擇，而不是一概而論。在每個(gè)階段的優(yōu)化選擇，確保了建筑工程的質(zhì)量提高了建筑壽命的同時(shí)可以大限度的提升企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。

二.房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化方法的重要作用

（一）降低投入，提高經(jīng)濟(jì)性

建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化方法在我國現(xiàn)階段國情與發(fā)展趨勢(shì)來看，主要表現(xiàn)為高層建筑，基于這種情況，減少資金的投入是房屋建筑與時(shí)代相符合的一點(diǎn)。對(duì)房屋建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)可以全面發(fā)揮各種設(shè)備的性能，這樣不僅可以降低工程造價(jià)，減少資金的投入，為企業(yè)贏得最大的效益。據(jù)有關(guān)數(shù)據(jù)顯示，建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)后，房屋建筑成本大約可以節(jié)省百分之十到百分之三十，成本大幅降低，并且各個(gè)結(jié)構(gòu)之間的聯(lián)系也更加緊密，從而大大提高了其經(jīng)濟(jì)性。事實(shí)上，建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法有許多特點(diǎn)，如其多學(xué)科聯(lián)合性廣、美觀性強(qiáng)、實(shí)用性強(qiáng)、又有節(jié)能環(huán)保的優(yōu)點(diǎn)，便于施工管理等等。

（二）提升建筑的安全性

通過房屋結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)，對(duì)原來方案中的不足缺陷進(jìn)行彌補(bǔ)，大大提升了建筑的合理性和安全性，提升了房屋的承受能力，在正常的維護(hù)下具有足夠的耐久性嗎，確保了房屋的安全使用。這種安全性在一定程度上就是可靠性，我國現(xiàn)在建筑會(huì)出現(xiàn)一些事故，如電梯事故，地震洪水等導(dǎo)致的房屋塌陷等，這些直接導(dǎo)致人們對(duì)建筑選擇及其謹(jǐn)慎，所以這種可靠性對(duì)于建筑及其重要。所以建筑師要在保證安全性的前提下，不斷創(chuàng)新。

三、小結(jié)

本文作者從 多方面分析了房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中建筑結(jié)構(gòu)有先設(shè)計(jì)方法，優(yōu)化升級(jí)房屋建筑，希望可以對(duì)建筑業(yè)起到作用，并且將更加適宜的物質(zhì)生存和發(fā)展環(huán)境提供給民眾，最后簡單說明了房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)先方法的重要作用，不僅僅是對(duì)合理性、安全性等的優(yōu)化，而且對(duì)美觀性也作出了要求，進(jìn)一步增強(qiáng)了整個(gè)房屋建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的價(jià)值。

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