引論：我們?yōu)槟砹?3篇結(jié)構(gòu)優(yōu)化方法范文，供您借鑒以豐富您的創(chuàng)作。它們是您寫作時的寶貴資源，期望它們能夠激發(fā)您的創(chuàng)作靈感，讓您的文章更具深度。

篇1

建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化，即在一些建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計方案中選取最優(yōu)的或最適宜的設(shè)計方案，它參照數(shù)學(xué)中的模型最優(yōu)化原理應(yīng)用到建筑工程結(jié)構(gòu)設(shè)計方案的優(yōu)化比選中。研究發(fā)現(xiàn)，建筑結(jié)構(gòu)在使用過程中是否穩(wěn)定、耐久、合理等，主要決定于在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計時選定的結(jié)構(gòu)類型是否最優(yōu)、是否最符合工程結(jié)構(gòu)的需要。對于同一座建筑工程項目，不同的結(jié)構(gòu)設(shè)計師知識儲備不同，因此可能會設(shè)計出不同的結(jié)構(gòu)類型、結(jié)構(gòu)體系，但經(jīng)過結(jié)構(gòu)方案的優(yōu)化、從而選取最優(yōu)化的結(jié)構(gòu)類型，提高建筑結(jié)構(gòu)的使用壽命、穩(wěn)定性能。

1建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化的主要因素

1.1荷載設(shè)計

研究發(fā)現(xiàn)，任何一座建筑結(jié)構(gòu)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(fēng)荷載、地震力的作用等。當(dāng)建筑結(jié)構(gòu)的整體高度比較低時，由結(jié)構(gòu)本身的重力引起的豎向荷載對結(jié)構(gòu)的作用比較明顯，而水平荷載作用在結(jié)構(gòu)上，產(chǎn)生的內(nèi)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(shè)計中，雖然所受到的豎向荷載仍對結(jié)構(gòu)產(chǎn)生較大程度的影響，但水平荷載對建筑結(jié)構(gòu)本身的影響比豎向荷載產(chǎn)生的影響更加強烈。研究表明，隨著建筑結(jié)構(gòu)整體高度的逐漸增加，水平荷載對建筑結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的影響越將會越來越大，因此，在建筑結(jié)構(gòu)高度較高時，結(jié)構(gòu)所承受的水平荷載對結(jié)構(gòu)的影響則不可忽視。

1.2選取結(jié)構(gòu)類型較輕的

在建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化過程中，要盡量選取結(jié)構(gòu)體較輕的。在現(xiàn)代結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計中，設(shè)計人員越來越重視選用輕質(zhì)高強材料，從而做大程度上減輕整體結(jié)構(gòu)的自重。由于在多層建筑結(jié)構(gòu)中，水平荷載對結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的影響處于較次要地位，結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)高度的增加，在較多的樓層作用下，結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的自重荷載則會比較大，使得建筑結(jié)構(gòu)對基礎(chǔ)產(chǎn)生較大的豎向荷載，同時在水平荷載的作用下，結(jié)構(gòu)的豎向構(gòu)件（柱）中會產(chǎn)生較大的水平剪力和附加軸力。為了使得結(jié)構(gòu)滿足剛度和強度的要求，通常采取加大結(jié)構(gòu)構(gòu)件的截面尺寸，但是加大構(gòu)件的截面尺寸會使得結(jié)構(gòu)的整體自重增加。因此在高層建筑結(jié)構(gòu)首先應(yīng)該考慮如何減輕結(jié)構(gòu)的自重。

研究表明，當(dāng)在高層或超高層建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計時，選用結(jié)構(gòu)強度高、自重較輕的鋼結(jié)構(gòu)、高強混凝土結(jié)構(gòu)可以很大程度上減小建筑結(jié)構(gòu)的自重。

1.3 側(cè)向位移

據(jù)相關(guān)資料表明，建筑結(jié)構(gòu)的側(cè)向位移隨著建筑高度的增加而逐漸增大，因此，在建筑結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計中，對層數(shù)較少、高度較低的結(jié)構(gòu)，可以不考慮其側(cè)向位移對結(jié)構(gòu)的影響。但隨建筑結(jié)構(gòu)高度的增加，整體結(jié)構(gòu)的側(cè)移對結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的影響則不可忽視。

研究表明，由于水平荷載對結(jié)構(gòu)作用產(chǎn)生的側(cè)移隨著建筑高度的增加而逐漸增大，且側(cè)移量與結(jié)構(gòu)高度成一定的關(guān)系。

在進行高層建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計時，既需要充分考慮建筑結(jié)構(gòu)整體是否具有足夠的承載能力，能否承受風(fēng)荷載的沖擊作用，又要求結(jié)構(gòu)具有足夠的抗側(cè)移性能，當(dāng)建筑結(jié)構(gòu)受到較大的水平力作用下，其可以很好地控制產(chǎn)生過大的側(cè)移量，確保結(jié)構(gòu)整體的穩(wěn)定性能。

與低層或多層建筑相比，高層建筑結(jié)構(gòu)的剛度稍微差一些，在發(fā)生地震災(zāi)害時，結(jié)構(gòu)的側(cè)向變形更大。為了確保高層建筑結(jié)構(gòu)在進入塑性階段后，結(jié)構(gòu)整體仍具有較強的抗側(cè)移性能，保持結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，則需要在高層建筑結(jié)構(gòu)的構(gòu)造上采取合適的措施，確保結(jié)構(gòu)具有足夠的延性，從而滿足結(jié)構(gòu)的剛度要求。

2建筑優(yōu)化方法綜述

2.1基本假設(shè)

（1）彈性體假設(shè)

目前，對建筑結(jié)構(gòu)進行工程分析時，均采用彈性的分析方法。當(dāng)結(jié)構(gòu)受到風(fēng)荷載或豎向荷載時，假設(shè)結(jié)構(gòu)處于彈性工作狀態(tài)，符合建筑結(jié)構(gòu)的實際受力狀態(tài)。但是當(dāng)受到地震災(zāi)害或臺風(fēng)襲擊時，結(jié)構(gòu)產(chǎn)生較大的側(cè)向位移，更甚出現(xiàn)裂縫，使得結(jié)構(gòu)進入到塑性階段，此時不可以再用彈性變形計算，應(yīng)采用彈塑性理論進行分析。

（2）小變形假設(shè)

小變形假設(shè)普遍應(yīng)用于結(jié)構(gòu)變形分析中。但當(dāng)結(jié)構(gòu)頂點的水平位移與結(jié)構(gòu)的高度比值大于0.002時，就不可以忽略P―Δ效應(yīng)對結(jié)構(gòu)的影響了。

（3）剛性樓板假設(shè)

在高層建筑結(jié)構(gòu)分析時，假設(shè)樓板的自身平面內(nèi)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(shè)，在很大程度上減少了高層建筑結(jié)構(gòu)位移的自由度，減小了計算的難度，并為筒體結(jié)構(gòu)采用空間薄壁桿的計算理論提供了保障。研究發(fā)現(xiàn)，剛性樓板假設(shè)一般適用于框架結(jié)構(gòu)體系和剪力墻結(jié)構(gòu)體系中。

2.2結(jié)構(gòu)優(yōu)化方法

（1）并行算法

由于高層建筑結(jié)構(gòu)的主要因素是結(jié)構(gòu)的抵抗水平力的性能。因此，抗側(cè)移性能的強弱成為高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的關(guān)鍵因素，且是衡量建筑結(jié)構(gòu)安全性、穩(wěn)定性能的標(biāo)準(zhǔn)。

由于在建筑結(jié)構(gòu)中，單位建筑結(jié)構(gòu)面積的結(jié)構(gòu)材料中，用于承擔(dān)重力荷載的結(jié)構(gòu)材料用量與房屋的層數(shù)近似成正比例線性關(guān)系。此外，用于建筑結(jié)構(gòu)樓頂?shù)慕Y(jié)構(gòu)材料用量幾乎是定值，不隨結(jié)構(gòu)的層數(shù)變化；但是用于墻、柱等結(jié)構(gòu)構(gòu)件的材料用量隨樓房的層數(shù)成線性正比例增加；而對于抵抗側(cè)向移動的結(jié)構(gòu)材料用量，與樓房結(jié)構(gòu)層數(shù)的二次方的關(guān)系增長。圖3-1表示在風(fēng)荷載作用下的5跨鋼框架結(jié)構(gòu)，不同的結(jié)構(gòu)層數(shù)結(jié)構(gòu)材料各個構(gòu)件用量。

研究表明，樓房結(jié)構(gòu)所采用的結(jié)構(gòu)體系是否具有較好的抗側(cè)力性能，在很大程度上影響結(jié)構(gòu)材料的用量，綜合考慮各方面的條件，通過精心設(shè)計確定結(jié)構(gòu)的最優(yōu)化設(shè)計方案，使結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計節(jié)約的鋼材用量，因此高層建筑結(jié)構(gòu)方案的優(yōu)化設(shè)計可以在很大程度上節(jié)約工程的總造價。

（2可靠度優(yōu)化法

在建筑結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計時，必須進行結(jié)構(gòu)的整體可靠度優(yōu)化。在地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生不活躍的地區(qū)，風(fēng)荷載是主要的水平荷載。因此，在非地震災(zāi)害區(qū)高層建筑結(jié)構(gòu)的方案選型時，應(yīng)優(yōu)先選用抗風(fēng)性能比較好的結(jié)構(gòu)體系，也就是選用風(fēng)壓體型系數(shù)較小的建筑結(jié)構(gòu)體系。比如結(jié)構(gòu)外形呈曲線流線型變化的建筑結(jié)構(gòu)圓形、橢圓形等，或是結(jié)構(gòu)從下往上逐漸減小的截錐形體系的風(fēng)壓體形系數(shù)較小，有利于很好地抗風(fēng)。此外，在對結(jié)構(gòu)進行平面布置時，適合選取結(jié)構(gòu)平面形狀和結(jié)構(gòu)剛度分布均勻?qū)ΨQ的結(jié)構(gòu)體系類型，這樣可以在很大程度上減小風(fēng)荷載作用下的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)引起的結(jié)構(gòu)變形和內(nèi)力的影響。同時，還要限制高層建筑結(jié)構(gòu)的高寬比，避免結(jié)構(gòu)發(fā)生傾覆和失穩(wěn)現(xiàn)象。

（3）高層體系優(yōu)化法

由于建筑使用性能的不同，所以其對內(nèi)部空間的要求不同。同時，高層建筑結(jié)構(gòu)使用功能不同，則其平面布置也發(fā)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(jié)構(gòu)內(nèi)部沒有柱子的大空間。由于不同的結(jié)構(gòu)體系可以提供的內(nèi)部空間的大小不同，因此，在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計階段，應(yīng)該首先根據(jù)建筑結(jié)構(gòu)的使用功能，選用合適的結(jié)構(gòu)類型。

3結(jié)束語

綜上所述，在確定高層建筑結(jié)構(gòu)方案時，要全面考慮結(jié)構(gòu)的使用功能、場地類別、設(shè)防烈度、建筑高度、地基基礎(chǔ)類型、結(jié)構(gòu)材料和施工工藝，同時還要考慮結(jié)構(gòu)的設(shè)計、技術(shù)以及經(jīng)濟保障等，選擇最優(yōu)化的結(jié)構(gòu)體系。

參考文獻

篇2

進行船舶結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計的目的就是尋求合適的結(jié)構(gòu)形式和最佳的構(gòu)件尺寸，既保證船體結(jié)構(gòu)的強度、穩(wěn)定性、頻率和剛度等一般條件，又保證其具有很好的力學(xué)性能、經(jīng)濟性能、使用性能和工藝性能。隨著計算機信息技術(shù)的發(fā)展，在計算機分析與模擬基礎(chǔ)上建立的船舶結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計，借鑒了相關(guān)的工程學(xué)科的基本規(guī)律， 而且取得了卓越的成效；基于可靠性的優(yōu)化設(shè)計方法也取得了較大的進步；建立在人工智能原理與專家系統(tǒng)技術(shù)基礎(chǔ)上的智能型結(jié)構(gòu)設(shè)計方法也取得了突破性進展。

1經(jīng)典優(yōu)化設(shè)計的數(shù)學(xué)規(guī)劃方法

結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計數(shù)學(xué)規(guī)劃方法于1960年由L.A.Schmit率先提出。他認(rèn)為在進行結(jié)構(gòu)設(shè)計時應(yīng)當(dāng)把給定條件的結(jié)構(gòu)尺寸的優(yōu)化設(shè)計問題轉(zhuǎn)變成目標(biāo)函數(shù)求極值的數(shù)學(xué)問題。這一方法很快得到了其他專家的認(rèn)可。1966年，D.Kavlie與J.Moe 等首次將數(shù)學(xué)規(guī)劃法應(yīng)用于船舶的結(jié)構(gòu)設(shè)計，翻開了船舶結(jié)構(gòu)設(shè)計的新篇章。我國的船舶結(jié)構(gòu)的設(shè)計方法研究工作始于70 年代末，已研究出水面船舶和潛艇在中剖面、框架、板架和圓柱形耐壓殼等基本結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計方法。

由于船舶結(jié)構(gòu)是非常復(fù)雜的板梁組合結(jié)構(gòu)，在受力和使用的要求上也很高，所以在進行船舶結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計時，會涉及到許多設(shè)計變量與約束條件，工作內(nèi)容很多，十分困難。船舶結(jié)構(gòu)的分級優(yōu)化設(shè)計法就是在這個基礎(chǔ)上產(chǎn)生的，其基本思路是最優(yōu)配置第一級的整個材料，優(yōu)選第二級的具體結(jié)構(gòu)的尺寸。每一級又可以根據(jù)具體情況劃分成若干個子級。兩級最后通過協(xié)調(diào)變量迭代，將整個優(yōu)化問題回歸到原問題。分級優(yōu)化方法成功地解決了進行船舶優(yōu)化設(shè)計中的剖面結(jié)構(gòu)、船舶框架和板架、潛艇耐壓殼體等一系列基本問題。

2 多目標(biāo)的模糊優(yōu)化設(shè)計法

經(jīng)典優(yōu)化設(shè)計的數(shù)學(xué)規(guī)劃方法是在確定性條件下進行的， 也就是說目標(biāo)函數(shù)與約束條件是人為的或者按某種規(guī)定提出的，是個確定的值。但是在實際上， 在船舶結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計過程、約束條件、評價指標(biāo)等各方面都包含著許多的模糊因素，想要實現(xiàn)模糊因素優(yōu)化問題， 就必須依賴于模糊數(shù)學(xué)來實現(xiàn)多目標(biāo)的優(yōu)化設(shè)計。模糊優(yōu)化設(shè)計問題的主要形式是：

式中j 和j分別是第j性能或者幾何尺寸約束里的上下限。

模糊優(yōu)化設(shè)計方法大大的增加了設(shè)計者在選擇優(yōu)化方案時的可能性， 讓設(shè)計者對設(shè)計方案的形態(tài)有了更深入的了解。目前，模糊優(yōu)化設(shè)計法發(fā)展很快， 但是，還未實現(xiàn)完全實用化。多目標(biāo)的模糊優(yōu)化設(shè)計法的難點主要在于如何針對具體設(shè)計對象， 正確描述目標(biāo)函數(shù)的滿意度與約束函數(shù)滿足度隸屬函數(shù)的問題。

3 基于可靠性的優(yōu)化設(shè)計方法

概率論與數(shù)理統(tǒng)計方法首先在40 年代后期由原蘇聯(lián)引入到結(jié)構(gòu)設(shè)計中， 產(chǎn)生了安全度理論。這種理論以材料勻質(zhì)系數(shù)、超載系數(shù)、工作條件系數(shù)來分析考慮材料、載荷及環(huán)境等隨機性因素。早在50年代，人們就在船舶結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計中指出了可靠性概念，隨后，船舶設(shè)計的可靠性受到人們的重視，開始研究可靠性設(shè)計方法在船舶結(jié)構(gòu)建造中的應(yīng)用。

船舶結(jié)構(gòu)可靠性的理論和方法根據(jù)設(shè)計目標(biāo)的不同要求， 可以得出不同的結(jié)構(gòu)可靠性的優(yōu)化設(shè)計準(zhǔn)則。大體分為以下3種：

1）根據(jù)結(jié)構(gòu)的可靠性R·，要求結(jié)構(gòu)的重量W最輕，即：

MinW（X），s.t.R ≧R·

2）根據(jù)結(jié)構(gòu)的最大承重量W·， 要求結(jié)構(gòu)的可靠性最大或者破損概率最小，即：

Min Pf（X ） ， s.t.W （X ） ≦ W·

3）兼顧結(jié)構(gòu)重量和可靠性或破損概率， 實現(xiàn)某種組合的滿意度達到最大，即：

Max[a1uw（X）+a2upf（X）]

式中， a1，a2分別代表結(jié)構(gòu)重量和破損概率的重要度程度， 而且滿足a1+a2≥1.0，a1，a2≥0；uw，upf分別為代表相應(yīng)的滿意度。

關(guān)于船舶結(jié)構(gòu)的可靠性優(yōu)化設(shè)計方法的研究越來越多， 逐漸成為船舶的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計中的重要方向。但是，可靠性的優(yōu)化設(shè)計方法除了在大規(guī)模的隨機性非線性規(guī)劃求解中存在困難外， 還有一個重要的難點在于評估船舶結(jié)構(gòu)可靠性的過程很復(fù)雜， 而且計算量大。

4 智能型的優(yōu)化設(shè)計方法

隨著人工智能技術(shù)（Al）和計算機信息技術(shù)的發(fā)展， 給船舶結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計提供了一個新的途徑，也就是智能型優(yōu)化設(shè)計法。

智能型的優(yōu)化設(shè)計法的基本做法為：搜索優(yōu)秀的相關(guān)產(chǎn)品資料，通過整理，概括成典型模式，再進行關(guān)聯(lián)分析、類比分析和敏度分析尋找設(shè)計對象和樣本模式間的相似度、差異性與設(shè)計變量敏度等，按某種準(zhǔn)則實施的樣本模式進行變換， 進而產(chǎn)生若干符合設(shè)計要求的新模式， 經(jīng)過綜合評估與經(jīng)典優(yōu)化方法的調(diào)參和優(yōu)選， 最終取得最優(yōu)方案。

智能型的優(yōu)化設(shè)計法法的優(yōu)點是創(chuàng)造性較強，缺點是可靠性較弱。所以在分析計算其產(chǎn)生的各種性能指標(biāo)時，應(yīng)當(dāng)進行多目標(biāo)的模糊評估， 必要時還應(yīng)當(dāng)使用經(jīng)典優(yōu)化方法對某些參數(shù)進行調(diào)整。

5 結(jié)論

通過本文對船舶結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計方法的研究，我們得出在進行船舶結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計的時候， 往往會涉及到很多相互制約和互相影響的因素， 這就需要設(shè)計人員權(quán)衡利弊， 進行綜合考察， 不但要進行結(jié)構(gòu)參數(shù)與結(jié)構(gòu)型式的優(yōu)選，而且還要針對具體情況對做出的方案進行評估、優(yōu)選和排序。通過什么準(zhǔn)則對不同的方案進行綜合評估，得出最優(yōu)方案， 成為專家和設(shè)計人員需要繼續(xù)研究的問題。

參考文獻

篇3

一、建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計方法概述

傳統(tǒng)的房屋建筑已經(jīng)不能滿足新時期人們對于居住條件的要求，因此，在房屋建筑中運用建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計將房屋的實用性、安全性、美觀性相結(jié)合是如今房屋建設(shè)企業(yè)的必由之路。在新時期的房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計中是追求適用、經(jīng)濟、安全、美觀以及便于施工五種效果的綜合。而這五種要求又相互影響甚至?xí)霈F(xiàn)相互矛盾的問題，這就需要運用到房屋建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計方法來最大程度的提升有限空間，有限資源。在綜合五種要求的情況下，選取最優(yōu)方案，實現(xiàn)經(jīng)濟化，實用性，適用性的良好目標(biāo)。

二、建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計的意義

1、提高房屋建設(shè)企業(yè)的經(jīng)濟效益。經(jīng)濟的持續(xù)發(fā)展使得人們的生活水平也越來越高，土地的價格也隨之上漲，這也勢必影響房屋建設(shè)企業(yè)的成本上漲。市場競爭日益激烈，如何在穩(wěn)定成本的基礎(chǔ)上建造出有美觀耐用的房屋也是建設(shè)企業(yè)值得思考的重大問題。因此，這就需要房屋建筑結(jié)構(gòu)的改革，優(yōu)化建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計，有效的提高房間的空間利用率和資源的使用率。在建設(shè)過程中對房屋結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化改革，精簡建造工序，減少資源浪費，有效的降低施工過程中的難度，這樣不僅可以提高企業(yè)的經(jīng)濟效益，有效的控制成本，同時還能滿足新時期人們對于房屋的需求。

2、提高房屋建筑結(jié)構(gòu)的實用性。近年來，由于我國對于房產(chǎn)需求的劇增，房屋建筑行業(yè)也得到了快速的發(fā)展，房屋建筑結(jié)構(gòu)也越來越有特色。在保證美觀，安全，經(jīng)濟的同時，我們不能忽略了一個最基本的要求，就是實用性。新時期人們對住房要求越來越高，好的房屋格局，實用便利的住房條件是人們選擇房屋的基本條件，在有限的空間和有限的資源下，將房屋的實用性得到最大發(fā)揮，這就需要房屋結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計的辦法進行改良。因此，房屋結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計將人們對于房屋安全、美觀、實用等要求結(jié)合起來，不斷的房屋結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化與改良，滿足人們的各項需求。

三、建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的標(biāo)準(zhǔn)與原則

所謂房屋建筑設(shè)計就是對房屋建筑過程規(guī)劃、設(shè)想的過程通過視覺感官的方式描繪出來。設(shè)計的優(yōu)劣直接導(dǎo)致房屋質(zhì)量的優(yōu)劣，因此，在設(shè)計過程中就要求房屋建設(shè)企業(yè)重視房屋質(zhì)量，優(yōu)化房屋結(jié)構(gòu)。在設(shè)計過程中考量多方面因素，除了對房屋本身的材質(zhì)結(jié)構(gòu)進行考量之外，還要結(jié)合當(dāng)?shù)氐木唧w環(huán)境，地質(zhì)要求等要素進行考慮。綜合各方面因素，對房屋建設(shè)做出科學(xué)合理的設(shè)計。

在設(shè)計過程中我們要遵守安全性、經(jīng)濟性、合理性的原則。安全是房屋設(shè)計的重中之重，也是人們在住房選擇上最注重的要求，因此在住房結(jié)構(gòu)的總體設(shè)計下也要注重各細(xì)節(jié)方面的安全性設(shè)計。同時，在住房設(shè)計上也要科學(xué)合理，房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計中各環(huán)節(jié)是相互影響相互制約的，只有保證房屋建筑的科學(xué)性和合理性，才能提高房屋建設(shè)企業(yè)的經(jīng)濟效益，才能保證房屋的結(jié)構(gòu)優(yōu)化。

四、房屋建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化的應(yīng)用措施

1、選擇科學(xué)合理的結(jié)構(gòu)形式和設(shè)計方案

房屋建造初期選擇好的設(shè)計方案直接關(guān)系到企業(yè)的總投資成本，房屋的建筑進程以及房屋建成質(zhì)量等重要問題，所以說，好的開頭是成功的一半，由此可看出，對于前期的方案選擇尤為重要。在設(shè)計時，融入房屋結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計，就可以針對不同的房屋類型，建筑類別作出相應(yīng)的合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計和調(diào)整。相關(guān)設(shè)計師通過房屋結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計，在設(shè)計初期對建筑結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化，減少建造過程中的困難度，有效的降低建筑成本和施工損耗，因此，建房初期選擇合理的設(shè)計方案在整個建房過程中有著重要的作用。

2、設(shè)計最優(yōu)的計算進程

建筑房屋的設(shè)計過程是一項復(fù)雜的計算過程，在整個過程中涉及很多方面的系統(tǒng)程序。因此就要求設(shè)計師在進行計算的過程中，必須將附加約束條件轉(zhuǎn)換成不帶約束的條件，盡量提高計算過程的精準(zhǔn)度。這樣一方面利于房屋建設(shè)企業(yè)在建設(shè)過程中的過程精簡，有效的降低了建造過程中的難度，另一方面，精準(zhǔn)的計算過程也有利于房屋的建設(shè)和房屋的質(zhì)量。同時，設(shè)計師在設(shè)計計算過程中也要充分考量現(xiàn)場施工的實際情況，根據(jù)當(dāng)?shù)氐膶嶋H環(huán)境和建筑特點，制定出符合當(dāng)?shù)厍闆r的建筑方案，因此，要求相關(guān)設(shè)計人員盡量選擇程序運轉(zhuǎn)效率高，功能完善的計算程序，一方面提高自身的工作效率，另一方面確保整個設(shè)計計算過程的進準(zhǔn)度。

3、綜合分析計算結(jié)果，積極應(yīng)用信息優(yōu)化技術(shù)

房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計師一項漫長且復(fù)雜的過程，這就要求相關(guān)設(shè)計人員能夠與時俱進，通過現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)化技術(shù)的支持，運用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，提高數(shù)據(jù)整理的自動化程度，有效的減少設(shè)計過程中的人力和物力。而且通過網(wǎng)絡(luò)技術(shù)對于數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確分析，可以有效的節(jié)約建設(shè)過程的成本，同時為房屋結(jié)構(gòu)的進一步優(yōu)化提供了依據(jù)。利用信息化技術(shù)不僅可以有效的為企業(yè)節(jié)省人力和物力，還能保障設(shè)計過程的進度和質(zhì)量。

4、在遵循科學(xué)的基礎(chǔ)上優(yōu)化房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計

房屋結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計應(yīng)建立在遵循科學(xué)的基礎(chǔ)上。在房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計中是追求適用、經(jīng)濟、安全、美觀以及便于施工等要求是建設(shè)企業(yè)的重要任務(wù)。因此，為了將這些要求在房屋建筑是得到最大的發(fā)揮，就要求相關(guān)工作者不僅要具備非常豐富的技術(shù)知識理論，還要具備豐富的施工實踐經(jīng)驗，在理論結(jié)合實踐的經(jīng)驗中，對房屋設(shè)計及施工中的細(xì)節(jié)進行把握和裁決，確保房屋結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計的實施，同時相關(guān)工作者也要掌握國家的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)和相關(guān)規(guī)定，嚴(yán)格按照國家標(biāo)準(zhǔn)進行工作。

結(jié)語

通過以上論述可知，房屋結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計方法在房屋建設(shè)中有著重要的作用，相關(guān)設(shè)計人員在確保建筑設(shè)施功能完善的同時，通過房屋結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計方法也可有效的降低建設(shè)企業(yè)的生產(chǎn)成本和精簡建設(shè)過程的難度。由此可看出，房屋結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計不僅可以有效的提高建設(shè)企業(yè)的經(jīng)濟效益，還能為居民帶來更多房屋戶型選擇。所以，在房屋建造過程中應(yīng)該廣泛的應(yīng)用到房屋結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計的方法，同時大膽創(chuàng)新，探索出更為優(yōu)異的房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計方案。

參考文獻：

篇4

摘要：基于電力系統(tǒng)調(diào)度結(jié)構(gòu)優(yōu)化是電力系統(tǒng)分析的一個重要組成結(jié)構(gòu)優(yōu)化課題.提出基于高斯擾動和免疫系統(tǒng)理論的自適應(yīng)差分進化算法和免疫系統(tǒng)理論的自適應(yīng)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(guān)鍵詞：差分進化算法 結(jié)構(gòu)優(yōu)化算法 電力系統(tǒng)調(diào)度

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

中圖分類號：TM7 文獻標(biāo)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(tài)環(huán)境經(jīng)濟電力系統(tǒng)調(diào)度結(jié)構(gòu)優(yōu)化應(yīng)用研究

1.1 基于電力系統(tǒng)調(diào)度結(jié)構(gòu)優(yōu)化模型分析基于電力系統(tǒng)經(jīng)濟調(diào)度火力發(fā)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(fā)電機i的經(jīng)濟調(diào)度參數(shù)；p■■是火力發(fā)電機i最小的有功輸出功率；p■表示火力發(fā)電機i在時刻t有功輸出功率。對于給定的一個電力系統(tǒng),其經(jīng)濟調(diào)度可以表示為一段時間T內(nèi)所有處于工作狀態(tài)的Ns個火力發(fā)電機總?cè)剂舷牧孔钚』？杀硎緸椋篎=min■■f■■（p■）（2）

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

1.2 基于電力系統(tǒng)最小化污染物排放調(diào)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(huán)境污染。每個火力發(fā)電機的污染物排放量可以是一個RBF函數(shù)和一個指數(shù)函數(shù)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(fā)電機i污染物質(zhì)排放量因子，e■■（p■）表示火力發(fā)電機i在時刻t的污染物質(zhì)排放量。基于運算動態(tài)電力系統(tǒng)，其環(huán)境調(diào)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(fā)電機在時間跨度T內(nèi)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(diào)度問題的時間跨度，Ns為基于特定調(diào)度問題處于運行狀態(tài)的火力發(fā)電機的數(shù)量，e■■（p■）表示火力發(fā)電機，在時刻t的污染物排放量。

2基于電力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)預(yù)測優(yōu)化問題方法研究

2.1 基于雙目標(biāo)結(jié)構(gòu)優(yōu)化問題轉(zhuǎn)換單目標(biāo)結(jié)構(gòu)優(yōu)化問題分析基于動態(tài)環(huán)境經(jīng)濟電力系統(tǒng)的調(diào)度問題是一個雙目標(biāo)結(jié)構(gòu)優(yōu)化問題，它需要同時進行電力系統(tǒng)的經(jīng)濟調(diào)度和環(huán)境調(diào)度。基于多目標(biāo)結(jié)構(gòu)優(yōu)化算法來運算雙目標(biāo)結(jié)構(gòu)優(yōu)化問題，但是那些算法都是基于低維的多目標(biāo)結(jié)構(gòu)優(yōu)化問題提出的。基于高維的多目標(biāo)結(jié)構(gòu)優(yōu)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(tǒng)的調(diào)度不但是高維雙目標(biāo)結(jié)構(gòu)優(yōu)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(tǒng)調(diào)度結(jié)構(gòu)優(yōu)化問題研究基于動態(tài)電力系統(tǒng)調(diào)度結(jié)構(gòu)優(yōu)化這樣高維結(jié)構(gòu)優(yōu)化問題，采用啟發(fā)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(shù)據(jù)，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(yōu)的調(diào)度運算方案。基于動態(tài)環(huán)境經(jīng)濟調(diào)度問題是雙目標(biāo)結(jié)構(gòu)優(yōu)化問題，雖然很多學(xué)者提出很多雙目標(biāo)結(jié)構(gòu)優(yōu)化算法，但是對于高維的雙目標(biāo)結(jié)構(gòu)優(yōu)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(biāo)差分進化算法在電力系統(tǒng)調(diào)度結(jié)構(gòu)優(yōu)化中的應(yīng)用

3.1 基于水火電力系統(tǒng)的經(jīng)濟調(diào)度系統(tǒng)分析基于經(jīng)濟負(fù)載調(diào)度是在一般情況下，經(jīng)典的經(jīng)濟負(fù)載調(diào)度就是在滿足各種操作約束的條件下使系統(tǒng)中的火力發(fā)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(jīng)濟負(fù)載調(diào)度問題。某一火力發(fā)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(fā)電機i的燃料消耗因子，psit為電力發(fā)電i在時刻t的有功輸出功率。

基于火力發(fā)電機工作原理出發(fā)，為了更高精確的描述火力發(fā)電機燃料消耗數(shù)據(jù)，采用上面的公式進一步的優(yōu)化模型算法。在計算火力發(fā)電機的燃料消耗量的過程中，火力發(fā)電機的隱含閥點效應(yīng)自適應(yīng)濾波運算。因此運用火力發(fā)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(diào)度系統(tǒng)，其經(jīng)濟調(diào)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(fā)電機在時間跨度T內(nèi)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(tǒng)的環(huán)境調(diào)度應(yīng)用分析基于電力系統(tǒng)環(huán)境調(diào)度是將火力發(fā)電站作為市場經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展提供源源不斷的電能，但它同樣也帶來嚴(yán)重的環(huán)境污染問題。基于全國人民都關(guān)注和支持環(huán)境的保護，因此各省市自治區(qū)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(huán)境污染[2]。在運行水火電力系統(tǒng)調(diào)度中，只是要求在整個系統(tǒng)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(huán)境污染的問題。而在該水火混合電力系統(tǒng)中，每個火力發(fā)電機的污染物排放量可以由一個RBF函數(shù)和一個指數(shù)函數(shù)組成如公式（3）所示。對于一個給定的水火電調(diào)度系統(tǒng)，其環(huán)境調(diào)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(fā)電機在時間跨度T內(nèi)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(jié)束語

基于動態(tài)環(huán)境經(jīng)濟調(diào)度中復(fù)雜結(jié)構(gòu)優(yōu)化運算，提出基于差分進化算法和該啟發(fā)式搜索策略的動態(tài)環(huán)境經(jīng)濟調(diào)度算法。實驗結(jié)果證實，該計算算法能夠處理電力系統(tǒng)調(diào)度結(jié)構(gòu)優(yōu)化中的問題和故障。

篇5

型鋼混凝土結(jié)構(gòu)主要由以下兩個方面組成：①型鋼混凝土柱；②型鋼混凝土梁。型鋼混凝土具有承載力高以及彈塑性好等特點，目前來看，型鋼混凝土在工程應(yīng)用方面有很大的發(fā)展前景。型鋼混凝土結(jié)構(gòu)中的單調(diào)加載條件與循環(huán)加載條件下的受力性能研究有較大的應(yīng)用前景，在循環(huán)荷載作用下呈現(xiàn)出較好的性能。從型鋼混凝土結(jié)構(gòu)應(yīng)力發(fā)展裂縫情況不難看出，型鋼混凝土結(jié)構(gòu)在水平荷載作用下被分為以下三個階段：①塑性破壞階段；②彈性階段；③彈塑性階段。國內(nèi)外的相關(guān)實驗研究結(jié)果表明，型鋼混凝土結(jié)構(gòu)在低周反復(fù)荷載作用下具有良好的耗能能力，尤其是在型鋼混凝土結(jié)構(gòu)的延性以及剛度方面。

1 型鋼混凝土組合結(jié)構(gòu)的基本特點

型鋼混凝土組合結(jié)構(gòu)主要指的是把型鋼埋入到混凝土中的結(jié)構(gòu)形式，在操作過程中主要先通過定位放線最后再進行混凝土澆筑，被分為以下兩種類型：①部分結(jié)構(gòu)構(gòu)件采用型鋼混凝土結(jié)構(gòu)形式；②全部結(jié)構(gòu)構(gòu)件采用型鋼混凝土結(jié)構(gòu)形式。上述兩種結(jié)構(gòu)類型都適用于以下四種結(jié)構(gòu)：①框架結(jié)構(gòu)；②底部大空間剪力墻結(jié)構(gòu)；③筒中筒結(jié)構(gòu)；④框架-剪力墻結(jié)構(gòu)。與傳統(tǒng)的型鋼結(jié)構(gòu)相比，具有以下三個方面的優(yōu)點：①能夠更為節(jié)約鋼材；②具有良好的耐久性以及耐火性；③受力性能良好。與鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)相比，型鋼混個凝土組合結(jié)構(gòu)具有以下三個方面的優(yōu)點：①施工周期較短；②抗震性能較好；③承載力較高。型鋼混個凝土組合結(jié)構(gòu)具備以下兩種結(jié)構(gòu)類型的特點：①型鋼結(jié)構(gòu)類型；②鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)類型。為了讓人們能夠更加清楚了解型鋼混個凝土組合結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)，筆者將針對型鋼混個凝土組合結(jié)構(gòu)的混凝土和型鋼的計算和優(yōu)化方法進行研究。舉例來說，型鋼混個凝土組合結(jié)構(gòu)中的型鋼與混凝土之間相互約束，在一定程度上提高了混凝土的強度和型鋼的強度，有效增加了整體構(gòu)件的延性、構(gòu)件抗震性能以及改善混凝土本身不利于抗震的脆弱性。眾所周知，智利是地震多發(fā)國家，智利國家尤其重視型鋼混個凝土組合結(jié)構(gòu)的性能研究和基礎(chǔ)工程應(yīng)用。例如，1973年建成的圣地亞哥，其所用結(jié)構(gòu)為型鋼混凝土組合結(jié)構(gòu)，在地震中基本沒有受到很大損毀，繼而引起了日本建筑工程行業(yè)的重視。

2 型鋼混個凝土組合結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計的基本方法

型鋼混個凝土組合結(jié)構(gòu)在優(yōu)化設(shè)計中基本以變量結(jié)構(gòu)的參數(shù)形式出現(xiàn)，在根據(jù)相關(guān)要求的基礎(chǔ)上，形成型鋼混個凝土組合結(jié)構(gòu)方案。簡而言之，型鋼混個凝土組合結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計主要利用數(shù)學(xué)手段，并且按照設(shè)計者所規(guī)定的要求從中選出一個最為理想的方案。型鋼混個凝土組合結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計主要表現(xiàn)如下：①以有限單元法為基礎(chǔ)的分析方法；②以數(shù)學(xué)規(guī)劃為計算手段；③以現(xiàn)代高速計算機為工具；④最終得出設(shè)計方案。隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，優(yōu)化設(shè)計的過程具備靈活性等特點，再通過有限次的計算能夠使得結(jié)構(gòu)設(shè)計方案逐漸改善。筆者將根據(jù)相關(guān)工作經(jīng)驗，針對型鋼混凝土組合結(jié)構(gòu)優(yōu)化問題算法來進行簡單介紹：①簡單解法；②數(shù)學(xué)規(guī)劃法；③準(zhǔn)則法。

（1）簡單解法。當(dāng)設(shè)計變量處于不多的情況下，可以采用簡單解法。一般來說，圖解法對設(shè)計變量小于或者等于2h，效果達到最為理想。對于柱與板的優(yōu)化設(shè)計問題需要采用松弛變量法，此種方法對求解約束條件要求不是很高。

（2）數(shù)學(xué)規(guī)劃法。數(shù)學(xué)規(guī)劃法（Mathematical Programming，MP）從結(jié)構(gòu)力學(xué)的基本原理角度出發(fā)，選用MP來尋找設(shè)計參數(shù)的最優(yōu)解。此種解答方法發(fā)展比較早，用途也較為廣泛。數(shù)學(xué)規(guī)劃法中主要包含以下幾個方面的解法：①線性規(guī)劃；②非線性規(guī)劃；③動態(tài)規(guī)劃；④幾何規(guī)劃。其中線性規(guī)劃問題的解決方法較為成熟，在處理目標(biāo)函數(shù)方面能夠設(shè)計變量的線性函數(shù)問題。非線性規(guī)劃則主要應(yīng)用目標(biāo)函數(shù)的方法，結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計有約束的非線性規(guī)劃問題，在解答過程中有較大難度。例如，目前最常使用的導(dǎo)數(shù)分析方法以及梯度投影法等。

（3）準(zhǔn)則法。準(zhǔn)則法主要從工程方面的觀點出發(fā)，從預(yù)先規(guī)定的結(jié)構(gòu)來滿足相關(guān)準(zhǔn)則（能量準(zhǔn)則、位移準(zhǔn)則、頻率準(zhǔn)則以及應(yīng)力準(zhǔn)則等），為了滿足上述準(zhǔn)則條件應(yīng)該使用結(jié)構(gòu)最輕的材料。使用的相關(guān)方法為：利用最為優(yōu)化的桿系結(jié)構(gòu)，重新分析設(shè)計變量初始，一旦計算量不夠大時，需要使用已經(jīng)設(shè)定好的幾個布局。準(zhǔn)則法有其自身的缺陷，從工程應(yīng)用方面來看，型鋼混個凝土組合結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)比較方便，能夠更容易被人接受。在早期，準(zhǔn)則法能夠滿足應(yīng)力設(shè)計，將結(jié)構(gòu)桿件的應(yīng)力在某種情況下達到允許的范圍力之內(nèi)，充分發(fā)揮出材料強度的潛力。上述所說的方法在發(fā)展的基礎(chǔ)上與框架結(jié)構(gòu)的應(yīng)力設(shè)計兩者相互結(jié)合，從而處理彈性穩(wěn)定方面以及位移方面等約束條件。

3 型鋼混個凝土組合結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計的基本原理

型鋼混個凝土組合結(jié)構(gòu)由柱構(gòu)件與規(guī)則截面的桿系梁組成，在設(shè)計過程中均采用部分優(yōu)化的方法。在滿足相關(guān)建筑要求的情況下進行結(jié)構(gòu)的平立面布置（抗震功能首先考慮原則基礎(chǔ)上），進一步確定好梁的跨度與柱的高度。基于此，按照經(jīng)濟跨高比和框架梁進行初步選型，最終得出型鋼混個凝土組合結(jié)構(gòu)的初始截面。在上述初始方案基礎(chǔ)上，采用有限單元法分析不同荷載情況下的受體力分析，最后得到剪力、軸力的組合值，再計算出常規(guī)設(shè)計所需要的參數(shù)值。例如，柱的計算長度以及梁的剪跨比等指標(biāo)。將型鋼混個凝土組合結(jié)構(gòu)離散柱構(gòu)件與桿系梁根據(jù)已經(jīng)得到的受力條件來優(yōu)化設(shè)計柱與梁，再得到工程的總造價。利用變量方法來進行二次處理，直到前后2次的設(shè)計方案能夠接近并且最終得到優(yōu)化設(shè)計方案。簡而言之，確定好方案1之后再進行結(jié)構(gòu)整體分析，通過分部方案1優(yōu)化得到方案2，在進行分部優(yōu)化設(shè)計時，需要注意以下幾個方面：①利用結(jié)構(gòu)分析得到剪力值、軸力值，繼而能夠優(yōu)化截面；②對于超靜定結(jié)構(gòu)，初始截面的選擇相對于構(gòu)件內(nèi)力所需要的截面來說不夠充分，優(yōu)化后構(gòu)件的截面將會有效增大，重新分析構(gòu)件內(nèi)力時將會取得更大的效果。對于超靜定結(jié)構(gòu)優(yōu)化過程，其構(gòu)件內(nèi)力始終和截面保持不一致，此種差距不會隨著結(jié)構(gòu)重分析次數(shù)的增加而減少，在優(yōu)化構(gòu)件設(shè)計時，對結(jié)構(gòu)的內(nèi)力應(yīng)該引M超松弛系數(shù)，S′=S（S/R）α，其中S′代表構(gòu)件內(nèi)力，S為前一次結(jié)構(gòu)重分析得到的構(gòu)件內(nèi)力，R為優(yōu)化前構(gòu)件抗力；α代表超松弛系數(shù)，α=0.4。

型鋼混凝土框架梁的截面寬度不宜小于300mm，截面的高度和寬度的比值不宜大于4，為了進一步保證框架梁對框架節(jié)點的約束作用，便于施工過程中能夠充分考慮到截面高度比值、寬度比值等，型鋼混凝土框架梁在支座處和上翼緣受有較大固定集中荷載處，應(yīng)在型鋼腹板兩側(cè)對稱設(shè)置支承加勁肋。

4 結(jié)束語

綜上所述，型鋼混個凝土組合結(jié)構(gòu)作為一種工程方法，型鋼混個凝土組合結(jié)構(gòu)連續(xù)變量所得到的結(jié)果不能夠直接被應(yīng)用，在初步優(yōu)化設(shè)計方法基礎(chǔ)上，收斂的速度也能夠接近優(yōu)化解，當(dāng)變量較多時此種途徑能夠帶來較寬的時間效益。

參考文獻：

篇6

Abstract:The involue hydraulic press is built in SolidWorks―3D mechanic design software,then analyzes stress of underbeam by the finite element software ANSYS,so obtain the contour of bending stress distribution of underbeam.According to the countor of stress distribution,improve the structure of hydraulic press,so it canprovide the dependable basic for optimization of design of hydraulic press

Keywords: Finite element;SolidWorks;Entity modeling;Lower the cost

引言

整體框架式液壓機是利用液壓傳動技術(shù)進行壓力加工的一種鍛壓機械設(shè)備,在國民經(jīng)濟的各行各業(yè)得到了日益廣泛的應(yīng)用。液壓機機身結(jié)構(gòu)組成鏈相對簡單,其布局形式一般為三梁四柱式,有鑄造和焊接兩種結(jié)構(gòu)方式。液壓機主要功能是完成工件的壓制成型,這一過程中機身結(jié)構(gòu)要承受較大的載荷,因此,液壓機整機結(jié)構(gòu)布局要求符合整體力流最短原則和力流封閉原則。液壓機結(jié)構(gòu)主要以筋板為主,造型簡單。整機及部件具有相似性,這種相似性是進行參數(shù)化設(shè)計分析的前提。就我國現(xiàn)在的生產(chǎn)狀況而言,液壓機結(jié)構(gòu)設(shè)計采用的仍然是傳統(tǒng)材料力學(xué)簡化計算和經(jīng)驗設(shè)計相結(jié)合的方法。雖然這種設(shè)計方法在以前經(jīng)過實踐證明具有一定的可靠性,但存在著設(shè)計周期長,結(jié)構(gòu)組建復(fù)雜等諸多的弊端,致使成本高,效益低,削弱了產(chǎn)品的競爭力。

本文利用了三維設(shè)計軟件SolidWorks進行建模,再用ANSYS作第二次建模,然后通過ANSYS對液壓機下梁進行網(wǎng)絡(luò)劃分,加載求解,得到最大處的彎曲應(yīng)力。這樣除了在資源的利用方面得到了節(jié)省,得出來的結(jié)果也達到一定的精度。

1.液壓機的優(yōu)化設(shè)計

1.1液壓機建模

在我們的實際設(shè)計優(yōu)化中,我們根據(jù)實際情況,建立了兩個建模:一個是利用SolidWorks軟件建立的CAD模型;另一個是利用ANSYS軟件建立的CAE模型。原因是目前各個CAD/CAE軟件彼此之間的模型通用性較差不能很好的實現(xiàn)無縫對接,在導(dǎo)入中經(jīng)常會發(fā)生部分模型數(shù)據(jù)丟失的情況,所以,我們的研究方向是利用了SolidWorks軟件進行建模,再用ANSYS作第二次建模,然后分析和優(yōu)化,這樣除了在資源的利用方面得到了節(jié)省,得出來的結(jié)果也達到一定的精度。

2.分析與優(yōu)化

2.1優(yōu)化前分析結(jié)果

使用ANSYS軟件進行CAE模型建立,對THP61-500型整體框架式液壓機下梁進行分析運算,然后將優(yōu)化前的變形和應(yīng)力云圖從軟件中保存出來(如圖1.圖2所示)。注:其中材料應(yīng)力變形圖為彈性材料模型所得到的應(yīng)力變形結(jié)果。

從圖中不難看出隨著整體下梁結(jié)構(gòu)上不同顏色的分布,液壓機下梁各部位在受力的情況下發(fā)生的變形是不同的。其中出現(xiàn)紅色的孔受力發(fā)生變形最大。變形最大值為0.1637mm。通常情況下,我們考慮極限值為下梁長度的1/5000。

從圖中可以看出,應(yīng)力主要集中在孔邊緣,因為整體液壓機在工作的時候,其承載了很大的壓力,最大值為64.400MPa,在許可的范圍內(nèi)。其余部分應(yīng)力分布都很均衡,受力后影響不大。

從上兩圖中可以看出,實際變形應(yīng)力值與極限值還有很大的差距。在這種情況下,液壓機在承受載荷時發(fā)生的變形很小,安全系數(shù)很高。用了很多沒必要的材料,造成了人力和物力上的浪費,無形的增加了產(chǎn)品的成本。所以我們要利用有限元技術(shù)對此進行優(yōu)化,通過合理分配油缸的受力,降低梁的高度,減小某些筋板的厚度,去掉一些沒有用的筋板等一些方法,得到相比起來更優(yōu)化的結(jié)果。達到既能讓機器安全穩(wěn)定的運行,又能減少材料,減輕液壓機的重量,降低產(chǎn)品成本的目的。

2.2 優(yōu)化分析

優(yōu)化主要針對液壓機下梁部分的左縱板位置,橫前板,厚凸臺厚,橫后筋板厚,這幾個變量來進行優(yōu)化。將其變量取不同數(shù)值時,與變形和應(yīng)力的關(guān)系用曲線圖的形勢表現(xiàn)出來。經(jīng)過多次的分析驗證,取下梁左縱板位置d3:0.25m,下梁橫后筋板厚t4:0.02m,下梁厚凸臺厚t11:0.06m,并且以這些數(shù)據(jù)作為參數(shù)進行優(yōu)化結(jié)果的計算。

2.3 優(yōu)化后的結(jié)果

將上節(jié)分析的優(yōu)化結(jié)果程序在ANSYS軟件中運行,得到THP61-500型整體框架式液壓機下梁優(yōu)化后的變形應(yīng)力分布云圖,如圖3和圖4所示。

從云圖中可以看出,在進行了一系列的改進之后,對機器上的變形分布并沒有大的影響。變形的最大值為0.387mm,其值在規(guī)定許可的范圍之內(nèi),在節(jié)省材料和減輕重量的同時,不會影響液壓機本身的正常安全使用,因此本設(shè)計達到了優(yōu)化的目的,相對優(yōu)化的比較成功。

從云圖中我們可以看出,應(yīng)力仍就集中在孔附近。最大應(yīng)力為208.268MPa,在工程中的許可范圍內(nèi),優(yōu)化相對成功。

通過表1可以看出,經(jīng)過一系列的減去前面橫筋板,減小厚凸臺厚,減小后橫筋板厚度,移動左縱板位置的優(yōu)化之后,雖然液壓機的變形及應(yīng)力有所增大,但是其變化值都在規(guī)定許可的變化范圍之內(nèi),不影響液壓機的正常使用。與此同時,液壓機下梁的重量由原本的6.015噸減為3.838噸,比優(yōu)化前減輕了2.177噸。所以本設(shè)計達到了優(yōu)化的目的,相對優(yōu)化的比較成功。

表1 優(yōu)化前后對照表

變形(DMAX) (mm) 應(yīng)力(SMAX)(MPa) 噸位(WT) (噸)

優(yōu)化前 0.163 64.40 6.015

優(yōu)化后 0.387 208.268 3.838

相對變化 +137.32% +223.39% -36.19%

3.結(jié)論

本課題對整體液壓機下梁進行優(yōu)化改進,在經(jīng)過一系列的優(yōu)化之后,使液壓機在變形及應(yīng)力都符合要求的前提下,減輕了液壓機自身的重量,從而達到優(yōu)化的目的。此設(shè)計相對于過去的設(shè)計方法,有諸多優(yōu)點。第一,使用計算機制圖,較傳統(tǒng)的手工制圖縮短了設(shè)計時間,提高了勞動效率。第二,使用CAE建模,使優(yōu)化全過程更加精確并且便于修改,避免在圖紙中修改所造成的不必要的時間浪費。第三,節(jié)省了液壓機所用材料,使本液壓機在激烈的市場競爭中占據(jù)了優(yōu)勢地位。因此,本設(shè)計在改善傳統(tǒng)設(shè)計方法的同時,也較好的達到了優(yōu)化的目的。

參 考 文 獻:

篇7

Key words：Many tall buildings; Upper structure; Optimization design; Method research

中圖分類號：[TU208.3]文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：

引言

多高層建筑大量的建設(shè)需求使得對其結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計一直都是結(jié)構(gòu)領(lǐng)域探討研究的重點課題之一。結(jié)構(gòu)優(yōu)化的理論研究已經(jīng)經(jīng)歷了較長的發(fā)展歷史，也取得了眾多的優(yōu)化實踐經(jīng)驗，但是仍缺乏系統(tǒng)性和全面性，相對來講對程序設(shè)計模型優(yōu)化等還十分匱乏。多高層建筑從設(shè)計策略上就要實現(xiàn)優(yōu)化，繼而從多類型的結(jié)構(gòu)體系選擇進行荷載抗力優(yōu)化處理，接著從整體性角度提高結(jié)構(gòu)性能，通過結(jié)構(gòu)體系和算法手段，實際操作表明優(yōu)化效果明顯。

上部結(jié)構(gòu)設(shè)計策略的優(yōu)化

數(shù)學(xué)計算優(yōu)化方法是基于傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)問題特點而建立發(fā)展起來，運用計算機程序技術(shù)進行結(jié)構(gòu)的算法優(yōu)化設(shè)計，較為先進的有最優(yōu)準(zhǔn)則法和遺傳算法。最優(yōu)準(zhǔn)則法是起步較早的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計方法之一，其以預(yù)先規(guī)定好一組優(yōu)化設(shè)計需要滿則的準(zhǔn)則為基本出發(fā)點，繼而依據(jù)這些準(zhǔn)則來建立實現(xiàn)優(yōu)化設(shè)計相關(guān)迭代公式進行計算。通常依據(jù)已有工程經(jīng)驗，使用相關(guān)的理論研究、分析和判斷，繼而得出迭代算法，較為適用于連續(xù)變量情況近似的工程優(yōu)化方法。遺傳算法發(fā)展史較短，其為近些年來新興啟發(fā)式算法之一，基于生物進化學(xué)說的自然遺傳機制優(yōu)化的算法。遺傳算法將結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計問題轉(zhuǎn)變?yōu)樯锏倪M化過程，使用優(yōu)勝劣汰機制以取得優(yōu)化處理后的最優(yōu)解，其操作參數(shù)的 編碼，而非參數(shù)自身。遺傳算法進行結(jié)構(gòu)優(yōu)化策略的優(yōu)勢在于其操作眾多的起始點，并非單一點，有效地避免了搜索進程向局部的最優(yōu)解收斂，同時期使用的概率轉(zhuǎn)變規(guī)則避免了確定性規(guī)則的單一性，實現(xiàn)復(fù)雜系統(tǒng)的優(yōu)化應(yīng)用。

結(jié)構(gòu)體系的優(yōu)化設(shè)計

多高層建筑結(jié)構(gòu)體系的優(yōu)化設(shè)計目標(biāo)在于實現(xiàn)結(jié)構(gòu)足夠的豎向荷載及水平荷載抵抗能力，使其具備良好的變形性能、耗能減震能力和抗震承載能力。

3.1 傳力路徑明晰化處理

多高層建筑的結(jié)構(gòu)體系需要保證傳力途徑的明晰化，使得作用于結(jié)構(gòu)上部的水平和豎向荷載可以直接傳向基礎(chǔ)，避開出現(xiàn)傳力迂回的情況。優(yōu)化結(jié)構(gòu)體系時要盡量形成較為正確簡單的計算簡圖，降低實際情況同計算模型之間的差異。在進行傳力路徑處理過程中保證概念設(shè)計最優(yōu)化，尤其是有錯層、轉(zhuǎn)換層和大底盤等復(fù)雜結(jié)構(gòu)體系形式中其作用更為突出。

3.2 多道設(shè)防措施的采用

最新修訂的抗震規(guī)范對結(jié)構(gòu)體系多道設(shè)防機制形成要求更為嚴(yán)格，通常使用合理處置承載力的分布、結(jié)構(gòu)剛度與構(gòu)件之間強弱的關(guān)系，利用第一道防線破壞來消耗地震能量的方式，改變整個結(jié)構(gòu)的動力特性，實現(xiàn)減小地震作用的目標(biāo)。大量的多高層建筑設(shè)計實踐經(jīng)驗表明，對于純框架的結(jié)構(gòu)體系，加設(shè)鋼或者鋼筋混凝土的柱間支撐，使用支撐屈曲作用來耗能，更能優(yōu)化結(jié)構(gòu)抗震性能，最大限度的發(fā)揮第一道防線對框架柱保護能力。對于剪力墻結(jié)構(gòu)和框架剪力墻結(jié)構(gòu)，可以通過連梁的屈曲和開裂來消耗地震能量以保護墻體。第一道設(shè)防能力發(fā)揮的前提是保證連梁抗剪性能相對值，確保強剪弱彎，或設(shè)置雙連梁以提高抗震效果。

3.3 強柱弱梁全面實現(xiàn)

作為結(jié)構(gòu)延性措施保障之一的強柱弱梁，其保證就算塑性鉸在梁端出現(xiàn)，形成了梁鉸機制，避免柱子斷裂，強化結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性要求。高層設(shè)計規(guī)范和抗震規(guī)范都要求梁端的彎矩設(shè)計值比柱端的彎矩設(shè)計值要小來實現(xiàn)這一性能要求，結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計同樣遵從這一設(shè)計指標(biāo)，按照具體的抗震等級，保證新規(guī)范抗震調(diào)整系數(shù)情況下的具體公式要求。具體優(yōu)化設(shè)計過程中，因為考慮到現(xiàn)澆樓板能夠參與到梁受力體系之中，所以適當(dāng)對梁抗彎剛度擴大1.5倍到2倍，梁支座配筋率高和板上實際配筋問題造成梁實際的剛度較計算值往往偏大，實際的梁端承載力較梁端彎矩要大。

結(jié)構(gòu)整體性優(yōu)化設(shè)計

由于結(jié)構(gòu)空間的整體剛度大小直接的關(guān)乎著結(jié)構(gòu)抗震能力強弱，結(jié)構(gòu)整體性保證了結(jié)構(gòu)各個體系和構(gòu)件之間能夠共同工作。樓蓋的剛性處理對于結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定性能的提高效果非常明顯，保證樓蓋承受豎向荷載能力的同時，實現(xiàn)其在水平方向上的支撐能力。對于豎向抗側(cè)力不均勻的結(jié)構(gòu)布置或者各個抗側(cè)力構(gòu)件的水平位移不同時發(fā)生的情況，樓蓋體系的抗側(cè)力保證性能協(xié)同作用尤為重要。通過非結(jié)構(gòu)構(gòu)件同結(jié)構(gòu)主體間的連接作用同樣具有良好的結(jié)構(gòu)整體性提高性能，進行結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計時需要加強非結(jié)構(gòu)構(gòu)件同主體結(jié)構(gòu)的連接部位預(yù)埋件和錨固件的設(shè)計，保證非結(jié)構(gòu)構(gòu)件附加地震作用合理傳向主體結(jié)構(gòu)。

設(shè)計計算模型優(yōu)化處理

5.1 設(shè)計計算變量選擇

合理選擇變量時優(yōu)化設(shè)計問題處理最基本的問題，對于不同界面變量采用不同的方法實現(xiàn)了對不同優(yōu)化模型及優(yōu)化算法操作的簡化。矩形混凝土梁要選取梁寬B和梁高H最為優(yōu)化的變量，出現(xiàn)不滿足約束條件的時候，增加H大小直到滿足要求，但是如果H/B大于3就要同時增加B，使得H/B小于3，優(yōu)化截面。圓形和矩形混凝土柱要選擇彎矩平面垂直面的柱寬B，此時柱截面高度H取аB，其中а參照建筑的布局和規(guī)范取值。

5.2 局部約束優(yōu)化處理

局部的優(yōu)化對于整體結(jié)構(gòu)設(shè)計意義重大，合理控制各個局部性能就能夠?qū)崿F(xiàn)整個建筑結(jié)構(gòu)的綜合性能，主要的優(yōu)化處理集中于構(gòu)造的約束和強度條件的約束。混凝土柱的優(yōu)化約束需要著重考慮堆成配筋優(yōu)化，大偏心受壓和小偏心受壓公式計算完成后考慮受剪強度條件和梁的約束條件，進行配筋率約束，繼而控制軸壓比和整體綜合性能。

結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計處理效果分析

6.1 工程概況

圖1 某十二層鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)平面布置圖

某十二層鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)平面布置圖如上圖1所示，應(yīng)用本文所總結(jié)的優(yōu)化設(shè)計計算方法對其整體優(yōu)化設(shè)計。建筑物總體高度39.9m，底層層高3.6m，其余層層高3.3m，全部使用C30混凝土，樓面恒荷載取5 kN/m2、活荷載5 kN/m2，梁上荷載取20 kN/m2，基本風(fēng)壓為0.55 kN/m2，地面粗糙程度為C級，場地土類別為Ⅱ類，地震分組為第一組，加速度取0.1g，結(jié)構(gòu)阻尼比0.05。

6.2 采用優(yōu)化措施的設(shè)計效果

下表1 所列為使用了本文所闡述的優(yōu)化設(shè)計方法完成本結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計后底層柱內(nèi)力結(jié)果，數(shù)據(jù)顯示優(yōu)化后的結(jié)構(gòu)柱端軸力和柱端彎矩明顯有所降低，適當(dāng)?shù)某艘愿挥谙禂?shù)即可在滿足結(jié)構(gòu)安全性的前提下實現(xiàn)該多高層建筑的經(jīng)濟效益。

表1 底層柱的內(nèi)力結(jié)果

結(jié)語

隨著建筑體量的不斷擴大，對建筑結(jié)構(gòu)采取合理的優(yōu)化設(shè)計已經(jīng)逐漸成為研究重點。從工程實踐情況表明，對結(jié)構(gòu)優(yōu)化主要是從結(jié)構(gòu)體系設(shè)計及其結(jié)構(gòu)計算方法入手。結(jié)構(gòu)體系上優(yōu)化就是要使多高層建筑的結(jié)構(gòu)體系需要保證傳力途徑的明晰化，使得作用于結(jié)構(gòu)上部的水平和豎向荷載可以直接傳向基礎(chǔ)，從多類型的結(jié)構(gòu)體系選擇進行荷載抗力優(yōu)化處理，接著從整體性角度提高結(jié)構(gòu)性能，通過結(jié)構(gòu)體系和算法手段，實際操作表明優(yōu)化效果明顯。而結(jié)構(gòu)計算方法優(yōu)化就是對結(jié)構(gòu)設(shè)計采取有效的數(shù)學(xué)計算優(yōu)化方法，運用計算機程序技術(shù)進行結(jié)構(gòu)的算法優(yōu)化設(shè)計，如較為先進的有最優(yōu)準(zhǔn)則法和遺傳算法。

參考文獻：

[1] 沈汝偉．對建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計的探討[J]．鐵道科學(xué)與工程學(xué)報，2011，28（12）：118~119．

篇8

1房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化的相關(guān)要點

第一，模型的確立。在房屋建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計當(dāng)中，模型的確立是基礎(chǔ)環(huán)節(jié)，相關(guān)人員只有對具體變量參數(shù)進行提取分析，才能根據(jù)相關(guān)參數(shù)建立模型，以此求出最佳答案。相關(guān)人員需要科學(xué)選擇變量并且對目標(biāo)函數(shù)進行確定分析，以此滿足后續(xù)相關(guān)需求。第二，程序的設(shè)計。在房屋建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計優(yōu)化中，相關(guān)人員需要科學(xué)確定優(yōu)化程序，并且將具體程序?qū)胗嬎銠C內(nèi)部，利用計算機就可以將相關(guān)數(shù)據(jù)求出。第三，結(jié)果的分析。相關(guān)人員在利用計算機等進行計算之后，就要對相關(guān)的結(jié)果進行分析，并且根據(jù)結(jié)果中的具體信息等制定后續(xù)的設(shè)計方案等。

2房屋建筑結(jié)果設(shè)計優(yōu)化方面的具體方法

2.1上部結(jié)構(gòu)的優(yōu)化處理

對于房屋建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化而言，上部結(jié)構(gòu)優(yōu)化十分重要，特別是剪力墻結(jié)構(gòu)的建筑，需要相關(guān)人員對這一部分的結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化布置。相關(guān)人員需要保證剪力墻的重量均勻性，這樣才能確保每層建筑的重心與平面剛度的中心位置完全一致，這樣就可以有效避免外界的風(fēng)力及自然災(zāi)害等給房屋建筑帶來嚴(yán)重的影響。如果房屋建筑的剪力墻結(jié)構(gòu)為大開間形式，相關(guān)人員就可以盡量減少混凝土的使用量，并且盡量減少墻肢的數(shù)量。如果房屋建筑的所處環(huán)境地質(zhì)條件相對較差，就需要有更強的防震性能等，相關(guān)人員在上部結(jié)構(gòu)的優(yōu)化處理當(dāng)中就盡量不要采用大開間形式的剪力墻。

2.2框架結(jié)構(gòu)優(yōu)化

在很多房屋建筑的施工當(dāng)中，都會選擇鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，這種類型的框架結(jié)構(gòu)優(yōu)化也會成為房屋建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計的重要組成部分。相關(guān)人員在實際的框架結(jié)構(gòu)優(yōu)化當(dāng)中，可以選擇準(zhǔn)則法來進行操作。相關(guān)人員也可以根據(jù)房屋建筑自身結(jié)構(gòu)的截面大小情況，選擇有限單元法等進行優(yōu)化分析，這樣就可以有效保證房屋建筑的結(jié)構(gòu)優(yōu)化得到順利進行。

2.3建筑平面優(yōu)化

在房屋建筑的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計當(dāng)中，平面優(yōu)化也是重要的組成部分。首先，相關(guān)人員需要針對樓面量進行科學(xué)的控制。樓面是房屋建筑的重要結(jié)構(gòu)之一，樓面量減少或者是樓板的開洞量出現(xiàn)過大，都不利于樓面整體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定。所以，相關(guān)人員在實際工作當(dāng)中應(yīng)當(dāng)針對天井或者樓面的開洞量等進行嚴(yán)格、細(xì)致的計算分析，這樣才能對房屋建筑的樓板面進行科學(xué)控制。與此同時，相關(guān)人員應(yīng)當(dāng)適當(dāng)提高房屋建筑內(nèi)樓板的配筋量，以免出現(xiàn)嚴(yán)重的預(yù)應(yīng)力損失等，并且保證不同結(jié)構(gòu)之間的連續(xù)性，做好樓層之間的支撐等。其次，相關(guān)人員在房屋建筑的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計當(dāng)中，還需要做好平面布置方面的外形優(yōu)化等。相關(guān)人員在實際工作當(dāng)中需要仔細(xì)考慮風(fēng)壓帶來的影響，對房屋建筑的外形結(jié)構(gòu)進行科學(xué)的優(yōu)化設(shè)計，這樣才能有效避免外力帶來不利影響。在具體操作當(dāng)中，相關(guān)人員可以根據(jù)房屋建筑所處的環(huán)境及地理位置、氣候特點等進行分析。比如，如果房屋建筑位于沿海地區(qū)環(huán)境，在其自身的外形方面，相關(guān)人員就要避免其外形凹凸面積較大，以免給整體結(jié)構(gòu)帶來較強的不穩(wěn)定性。相關(guān)人員一定要根據(jù)外形合理化的基本原則進行優(yōu)化設(shè)計，特別是要重點考慮風(fēng)壓因素，這樣才能有效保證房屋建筑平面得到明顯優(yōu)化。

2.4建筑階段性及相關(guān)壽命的優(yōu)化

對于房屋建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計優(yōu)化而言，階段性優(yōu)化及整體壽命的優(yōu)化也十分關(guān)鍵，這一部分的的內(nèi)容不僅僅在于正式施工至建筑工程的使用年限之內(nèi)。房屋建筑的設(shè)計人員等需要根據(jù)其自身不同階段出現(xiàn)的特點等進行分析，并且參考相應(yīng)的實際情況進行處理。這樣才能在保證建筑自身質(zhì)量的基礎(chǔ)之上，實現(xiàn)建筑企業(yè)的整體效益。此外，在房屋建筑的壽命優(yōu)化方面，相關(guān)人員還需要切實按照建筑自身的使用年限、具體的施工方式等進行綜合性分析，確保在建筑房屋的使用年限當(dāng)中不會出現(xiàn)嚴(yán)重的意外問題，這樣才能有效保證房屋建筑相關(guān)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化。

3結(jié)語

目前，人們的生活水平與過去相比出現(xiàn)了明顯的提高，其自身的安全性、實用性等也得到了普遍的關(guān)注，除了房屋建筑的自身質(zhì)量需要相關(guān)單位及人員給予高度重視之外，房屋建筑的經(jīng)濟性、美觀性也成為了人們關(guān)心的重點問題之一。所以，在房屋建筑的設(shè)計當(dāng)中，針對其自身結(jié)構(gòu)方面的優(yōu)化設(shè)計就成為房屋建筑建設(shè)的重要組成部分。相關(guān)單位及人員等需要切實把握房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化的具體要點，并且從多方面選擇科學(xué)、有效的方法等保證房屋建筑的結(jié)構(gòu)優(yōu)化順利進行，以此保證房屋建筑的質(zhì)量與美觀性、經(jīng)濟性及實用性等。

參考文獻：

[1]劉松.建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化方法在房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計中的應(yīng)用[J].城市建設(shè)理論研究(電子版),2016(20).

篇9

一、結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化方法

依據(jù)設(shè)計的要求，把力學(xué)概念與結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計進行有機結(jié)合，讓參與計算的量部分可以以變量部分出現(xiàn)，進而形成結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化方案域，運用數(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)計方案。由此可見，結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計不僅可以提高整體設(shè)計水量及設(shè)計質(zhì)量，還可縮短設(shè)計周期，從而降低整體工程造價，提高經(jīng)濟及社會效益。房屋工程分部結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計包括：基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)方案的優(yōu)化設(shè)計、屋蓋系統(tǒng)方案的優(yōu)化設(shè)計、圍護結(jié)構(gòu)方案的優(yōu)化設(shè)計和結(jié)構(gòu)細(xì)部設(shè)計的優(yōu)化設(shè)計。對以上幾個方面的優(yōu)化設(shè)計還包括選型、布置、受力分析、造價分析等內(nèi)容，在實施過程中，不僅要按照一切從實際出發(fā)的原則，更應(yīng)該結(jié)合具體工程的實際情況，圍繞房屋建筑的綜合經(jīng)濟效益的目標(biāo)進行結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計。在滿足設(shè)計要求后，在進行結(jié)構(gòu)設(shè)計時應(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。

結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計的本質(zhì)以力學(xué)理論和數(shù)學(xué)規(guī)劃理論為理論基礎(chǔ)，以計算機技術(shù)為工具，對建筑結(jié)構(gòu)涉及到的各個變量進行尋找優(yōu)化決策的先進的設(shè)計方法，其本質(zhì)就是求極值問題。（1）優(yōu)化數(shù)學(xué)模型。建立正確合理的優(yōu)化數(shù)學(xué)模型是結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計的關(guān)鍵步驟，基于正確的優(yōu)化數(shù)學(xué)模型是得到正確優(yōu)化結(jié)果的基礎(chǔ)。例如，在優(yōu)化模型中，數(shù)學(xué)模型中的等式約束個數(shù)應(yīng)當(dāng)小于設(shè)計變量的個數(shù)，這樣才能求得最優(yōu)解。（2）優(yōu)化數(shù)學(xué)算法和優(yōu)化迭代控制。對于建立的優(yōu)化數(shù)學(xué)模型，雖然可用的優(yōu)化算法有多種，但是采用不同的優(yōu)化算法所得到的優(yōu)化效果和所花費的求解時間會有差別。所以，快速、有效的數(shù)學(xué)優(yōu)化算法也是結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計的一項關(guān)鍵技術(shù)。（3）結(jié)構(gòu)分析方法。絕大多數(shù)的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計問題難以采用解析法求解，而是采用數(shù)值法的方法。數(shù)值解的尋優(yōu)實際上是一個優(yōu)化迭代過程，而每次優(yōu)化迭代都需要進行結(jié)構(gòu)分析。實現(xiàn)以上提到的關(guān)鍵技術(shù)需要經(jīng)過建立可靠的優(yōu)化模型，然后采用適當(dāng)?shù)膬?yōu)化算法進行求解。這其中選擇計算簡便且正確率高的優(yōu)化算法顯得尤為重要。

二、民用建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計和經(jīng)濟性的關(guān)系

第一點，結(jié)構(gòu)設(shè)計和用地之間的關(guān)系。在多層或者高層的民用建筑中，我們常說的總建筑的面積具體講是每層的建筑面積之和，如果層數(shù)越多，那么單位建筑的面積分?jǐn)偟恼嫉孛娣e相應(yīng)的就會越小。然而隨著層數(shù)日益變多，總體住宅高度也會不斷上升，隨之屋子間的距離也相應(yīng)的變大。通過這一闡述我們了解到，用地節(jié)約的多少并不會根據(jù)建筑樓層增加而按一定的約數(shù)變高。

第二點，結(jié)構(gòu)設(shè)計和造價之間的關(guān)系。一般建筑的樓層會在一定程度上影響到單位建筑的面積，但對每部分的結(jié)構(gòu)來講，具體的影響程度是不一樣的。在屋蓋的區(qū)域，無論有多少層，都統(tǒng)一使用統(tǒng)一相同的房屋蓋。它跟層數(shù)增加無關(guān)，所以對屋蓋的資金投入也不會加大。因此，屋蓋處的單位面積資金投入會根據(jù)層數(shù)的不斷上升而表現(xiàn)出很明顯的降低。在建筑的基礎(chǔ)處，每層都共同使用一個基礎(chǔ)，因此隨著層數(shù)不斷增加，相應(yīng)的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)承受的荷重就會增加，因此我們必須要增加基本的荷載力。基礎(chǔ)地區(qū)的單位開銷雖然會根據(jù)層數(shù)的增加而呈現(xiàn)出降低的意思，但是這種意思并不像屋蓋那樣如此明顯。一些承重體，比如墻、梁或者柱等，會隨著層數(shù)的不斷增加而不斷地增加荷載能力以及抗震能力等，相應(yīng)的這些分部的單位房屋造價會有一定的提升。

第三點，高層住宅結(jié)構(gòu)設(shè)計與經(jīng)濟性的關(guān)系。一般而言，住宅層數(shù)高矮將本質(zhì)的影響住宅開銷，其根本原因乃是伴隨層高不斷上升，墻體面積和柱體積也會慢慢上升，而且會加大結(jié)構(gòu)自重，進而還會增加柱以及基礎(chǔ)承受荷載力，于是讓電氣以及水衛(wèi)的管線同比例變長。如果將層高降低，那么可以有效地節(jié)省材料物資，而且還可以節(jié)約能源等，對于抗震非常有利，能最大程度的節(jié)約金錢輸出。另一方面，減少層高不但可以降低房屋的高矮，有效地縮小建筑和建筑間日照的距離，所以降低層高也在一定程度上對于節(jié)約土地資源有很大的作用。

三、結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化技術(shù)應(yīng)用實踐

結(jié)構(gòu)方案的建立過程即工程結(jié)構(gòu)設(shè)計。伴隨急速更新發(fā)展的計算機硬、軟件產(chǎn)業(yè)，憑借計算機、力學(xué)、數(shù)學(xué)一系列方法，將結(jié)構(gòu)設(shè)計做到最優(yōu)化技術(shù)推廣。結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計及傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計其設(shè)計原則和過程是相同的，不同之處在于傳統(tǒng)設(shè)計缺少安全、經(jīng)濟性作為衡量準(zhǔn)則。最優(yōu)設(shè)計則是在安全、經(jīng)濟準(zhǔn)則基礎(chǔ)之上，利用計算機作為輔助技術(shù)，非常便利地實現(xiàn)了分析計算、設(shè)計、出效果圖等整套程序的自動化，大大提升了設(shè)計整體效果及質(zhì)量。為了達到降低工程造價之目地，在不更改使用性能的基礎(chǔ)之上，就要對結(jié)構(gòu)進行最優(yōu)化設(shè)計。由此可見結(jié)構(gòu)設(shè)計優(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)用于項目的前期、整體、抗震設(shè)計，在舊房改造期間的各個環(huán)境均有廣泛應(yīng)用。結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化技術(shù)在應(yīng)用實踐中應(yīng)注意的問題如下：

1前期方案設(shè)計期間將結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化參與其中

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

2概念設(shè)計結(jié)合細(xì)部結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化

概念設(shè)計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)實難免與計算式存在區(qū)別，那么設(shè)計時應(yīng)采取概念設(shè)計方法，使數(shù)值成為輔助及參考根據(jù)。為達到最佳優(yōu)化設(shè)計效果，設(shè)計人員應(yīng)該靈活運用結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化方案。與宏觀把握相對應(yīng)的，設(shè)計的過程同時要注意對于細(xì)部的結(jié)構(gòu)設(shè)計優(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。鋼筋選擇時應(yīng)注意：I級鋼和冷軋帶肋鋼市場價格差不多，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)計的時候，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，以達到安全、經(jīng)濟之目的。

3結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化―――下部地基基礎(chǔ)

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

總之，建筑是凝固的藝術(shù)，好的建筑師總希望可以通過建筑來合理的表達本身設(shè)計意圖，希望擁有藝術(shù)性以及實用性能的美妙融合。建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計師們應(yīng)嚴(yán)格遵“安全、經(jīng)濟、合理”的設(shè)計理念，努力探索更合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計方案，保證建筑工程取得良好的經(jīng)濟效益和質(zhì)量效益。

篇10

1結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化方法內(nèi)容及其原則

1.1概述。在房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計時，如果要對設(shè)計方法進行優(yōu)化，這就勢必給工作人員帶來更多的問題，例如成本問題和建筑材料問題。這種情況下，就要求工作人員用最低的資金投入，進行房屋建筑設(shè)計的優(yōu)化。對優(yōu)化房屋建筑設(shè)計時，其優(yōu)化的內(nèi)容主要包括兩個內(nèi)容：①優(yōu)化整體的房屋建筑結(jié)構(gòu)；②優(yōu)化局部的房屋建筑結(jié)構(gòu)。而局部房屋建筑結(jié)構(gòu)主要就是對主體結(jié)構(gòu)、房頂結(jié)構(gòu)和下部基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)等分別進行優(yōu)化設(shè)計。1.2原則。（1）使建筑具有安全性能。房屋結(jié)構(gòu)優(yōu)化不是簡單的進行材料的節(jié)約，而是首先要確保房屋建筑結(jié)構(gòu)安全，然后利用專業(yè)知識，結(jié)合實際的房屋建筑情況，對房屋建筑結(jié)構(gòu)進行科學(xué)合理的優(yōu)化，從而使得房屋建筑的設(shè)計趨于完善。（2）使建筑具有實用性能。對于房屋建筑優(yōu)化設(shè)計的另一個原則就是要確保建筑物的實用性，使得房屋建筑通過優(yōu)化設(shè)計具備更多的功能，滿足人們的實用與使用需求。（3）保證建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化的同時保護環(huán)境。房屋建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計的另一個原則就是要尊重環(huán)境，也就是說要注意環(huán)保，例如，可以采用綠色環(huán)保材料。（4）確保建筑具有可用價值。這個原則也是非常重要的一點，要求在進行房屋建筑優(yōu)化設(shè)計時，不能一味追求利益，忽視質(zhì)量，而是要在保證建筑質(zhì)量的基礎(chǔ)上降低資金投入。根據(jù)以上原則，不難看出，在進行房屋建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計時必須保證其科學(xué)、安全、質(zhì)量要求。首先，充分重視結(jié)構(gòu)優(yōu)化模型，科學(xué)合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計變量得到解決。主要針對相關(guān)的參數(shù)值和約束來控制參數(shù)值的選擇應(yīng)注意，而較小的將實現(xiàn)一個預(yù)定義的類型參數(shù)，可以有效地減少編程，提高效率，提高整體水平；然后是目標(biāo)函數(shù)的確定，這將對建筑作為一個整體的成本情況來理解。可以科學(xué)地確定約束條件，為結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計奠定基礎(chǔ)。

2建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化方法的具體應(yīng)用

2.1整體和局部優(yōu)化。房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計具有復(fù)雜層次性。首先要求在進行設(shè)計時要考慮設(shè)計、結(jié)構(gòu)、安裝等不同子系統(tǒng)及其下屬體系。在進行優(yōu)化設(shè)計時，綜合考慮各個子系統(tǒng)和下屬體系并且進行優(yōu)化；其次，由于在房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計時設(shè)計到施工材料、構(gòu)建、配件等內(nèi)容，這就要求進行房屋建筑設(shè)計時，進行整體優(yōu)化。建筑結(jié)構(gòu)的優(yōu)化計算模型和優(yōu)化計算方案屬于建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計的重要組成部分。建筑結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計的本質(zhì)就是在變量中提取重要的參數(shù)，根據(jù)上述所說參數(shù)建立函數(shù)模型，從而得到比較好的方案。一般來說，建立模型主要從以下方面入手：①合理選擇設(shè)計變量，這屬于重要內(nèi)容，而且在選擇變量設(shè)計會影響參數(shù)的選擇，因此合理計算變量就能將降低計算編程的工作量；②確定目標(biāo)函數(shù)，首先要在符合函數(shù)的基礎(chǔ)上找到最優(yōu)解，才能確定目標(biāo)函數(shù)；其次，將約束條件確定下來，主要包含彈塑性、強度、應(yīng)力及尺寸等方面，在優(yōu)化建筑結(jié)構(gòu)的同時，必須確保約束條件的范圍在規(guī)定的要求之內(nèi)，滿足設(shè)計的需求。2.2建筑主體上部結(jié)構(gòu)的科學(xué)性優(yōu)化。建筑主體上部結(jié)構(gòu)的科學(xué)性優(yōu)化，是在建立模型，優(yōu)化系統(tǒng)設(shè)計，保證科學(xué)合理性的基礎(chǔ)上，對建筑剪力墻進行優(yōu)化設(shè)計。首先，建立合理的剪力墻數(shù)量；其次，保。證剪力墻的整體質(zhì)量的統(tǒng)一性，保證其整體結(jié)構(gòu)的重心，減少地震等災(zāi)害對房屋建筑的破壞；最后，如果要保證剪力墻的高抗剪能力，在滿足質(zhì)量的要求上減少墻的數(shù)量。2.3概念設(shè)計結(jié)合細(xì)部結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化概念設(shè)計的應(yīng)用表明沒有具體的量化數(shù)據(jù)，例如，抗震防裂度，這種情況下沒有具體的量化的標(biāo)準(zhǔn)進行優(yōu)化設(shè)計，因此需要用到概念設(shè)計。但是在設(shè)計過程中，要求工作人員必須會合理且靈活運用建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的優(yōu)化方法。例如，在進行抗震設(shè)計時，可以根據(jù)房屋建筑的實際情況，選擇合理的抗震方法進行設(shè)計，方法不同，但是達到了相同的優(yōu)化目的。2.4結(jié)構(gòu)設(shè)計中注重協(xié)調(diào)性設(shè)計。應(yīng)用結(jié)構(gòu)設(shè)計的優(yōu)化方法，可以充分體現(xiàn)在協(xié)調(diào)方面。將建筑與整個平面之間的關(guān)系應(yīng)得到有效的加強，可以在結(jié)構(gòu)設(shè)計中加以保護，以及結(jié)構(gòu)設(shè)計的外觀也應(yīng)體現(xiàn)。在設(shè)計過程中，墻、柱的結(jié)構(gòu)布置，建筑平面功能需要得到有效保證，建筑空間和深度，充分保證房子的整體結(jié)構(gòu)來反映系統(tǒng)的簡單性，在各部門的高度可以充分的保護。2.5對計算結(jié)果進行分析，確定最優(yōu)設(shè)計方案。作為優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計中比較重要的部分，結(jié)果分析的意義不言而喻。在此過程中，要將計算數(shù)據(jù)結(jié)果進行詳細(xì)的分析，然后以數(shù)據(jù)中得到的信息為依據(jù)，制定優(yōu)化設(shè)計方案。另外，在優(yōu)化設(shè)計的過程中需要多方面考慮，尤其是各種阻礙因素，要對其進行控制，使得建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計能夠順利完成。此外，由于在施工建設(shè)過程中，涉及的人力、物理、財力較多，因此結(jié)構(gòu)優(yōu)化的主要目的就是合理降低上述指標(biāo)，從而保證建筑指標(biāo)不會受到影響。因此，在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中必須注意：①找到建筑技術(shù)和經(jīng)濟之間的平衡點，降低二者矛盾，使用高新技術(shù)，降低費用成本；②充分理解技術(shù)所帶來的經(jīng)濟價值，充分意識到技術(shù)的進步和發(fā)展有利于降低經(jīng)濟損耗，因此這就要求必須加強技術(shù)發(fā)展。

3建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化的現(xiàn)實意義

3.1有利于降低工程總成本。現(xiàn)階段，高層建筑不斷增加，與普通多層建筑比較，主要的區(qū)別就是占據(jù)的土地面積比較小，占據(jù)的空間面積比較大，減少用地費用。但是建筑物的高度的增加，層數(shù)的增多，就容易造成樓與樓之間的不協(xié)調(diào)問題，占地節(jié)約量和建筑的層數(shù)不成比例。因此，不可以單純的追求建筑的高度而忽視土地節(jié)約量，要將占地面積、造價進行統(tǒng)一協(xié)調(diào)。另外，高層建筑并不會因為層數(shù)的增多增加樓頂，這就明顯的降低了成本，只是會增加樓層的基礎(chǔ)造價。3.2有利于加強建筑物的整體經(jīng)濟性能。隨著層數(shù)的不斷增加，建筑物必會影響整體框架梁與柱的承載能力，使之承載力增加，這就造成墻體的面積和梁柱的體積的增加，增加結(jié)構(gòu)自重，電線、水管等管道等房屋配置會有所延長。相對來說，普通的多層建筑物能夠節(jié)省建材但不會影響抗震性能。此外，建筑物高度的不同勢必會影響墻面的范圍，這時候一般會選擇圓形建筑或者是接近方形的建筑，這樣外墻的周長系數(shù)就會相對減少，而且內(nèi)外裝修面積也會隨之減少，而且以上形狀有利于其受力的提高，在保證安全穩(wěn)定的基礎(chǔ)上增加了建筑的整體經(jīng)濟效益。

4結(jié)束語

綜上所述，參考實際情況，從多個方面，研究對房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計中的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化方法的應(yīng)用，利用結(jié)構(gòu)理念和方法的不斷優(yōu)化，有效的提高建筑整體的結(jié)構(gòu)設(shè)計質(zhì)量。希望本次的相關(guān)研究，可以對房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化起到一定指導(dǎo)作用。

作者:胡必偉 單位:伊犁鼎軒建筑設(shè)計院有限公司

參考文獻：

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一、建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化的重要性

在房屋結(jié)構(gòu)的設(shè)計中，采用合理的建筑結(jié)構(gòu)方案，不僅能夠?qū)崿F(xiàn)建筑物的實際使用價值，而且還能夠很好地實現(xiàn)建筑物的經(jīng)濟價值和環(huán)保價值。通俗的講，好的結(jié)構(gòu)方案不僅可以在最大程度上為建設(shè)單位減少資本投入，帶來更多的經(jīng)濟效益，而且還可以科學(xué)有效地保護建筑施工場地的生態(tài)環(huán)境，從而實現(xiàn)建筑經(jīng)濟利益與環(huán)境保護相結(jié)合的模式。因此，合理地使用建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化技術(shù)能夠更好地實現(xiàn)建筑的綜合效益。建設(shè)單位從事建筑開發(fā)的基本原則就是在最大程度的減少資本投入、減少建筑材料使用的基礎(chǔ)上，實現(xiàn)建筑的高質(zhì)量和長期使用【1】。建筑只有在保證良好質(zhì)量和長期使用的前提下才能夠?qū)崿F(xiàn)建筑美觀、耐用、新穎等特點，從而滿足不同人群的需要。與傳統(tǒng)的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計方案相比，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的優(yōu)化可以有效地降低建筑結(jié)構(gòu)成本投入。其采用的結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化措施可以科學(xué)地實現(xiàn)建筑施工過程中各種資源的合理配置，以及各項建筑材料的充分利用，并且更好地協(xié)調(diào)建筑空間布局，使得建筑空間布局能夠有效的結(jié)合，共同發(fā)揮其使用功能。因此，合理的利用建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化技術(shù)，在確保建筑安全性能的前提下能夠充分的體現(xiàn)出建筑結(jié)構(gòu)創(chuàng)新性。此外，這種技術(shù)還能夠幫助結(jié)構(gòu)設(shè)計人員選擇最為合理的設(shè)計方式。

二、建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化的理論體現(xiàn)

在進行建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計時，我們不僅需要考慮其安全性、可靠性以及基本功能的健全性，還需要考慮建筑本身的美感與藝術(shù)感，這就是結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化的相應(yīng)體現(xiàn)。從理論上對建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的相關(guān)優(yōu)化方式進行分析，我們可知，建筑結(jié)構(gòu)的的設(shè)計優(yōu)化方式在現(xiàn)實應(yīng)用中，主要體現(xiàn)在建筑結(jié)構(gòu)整體的優(yōu)化和建筑結(jié)構(gòu)分層的優(yōu)化上。對于建筑結(jié)構(gòu)整體的優(yōu)化，我們不僅應(yīng)盡量減少結(jié)構(gòu)質(zhì)量中心和結(jié)構(gòu)剛度中心的相關(guān)性差異，而且還應(yīng)保持建筑結(jié)構(gòu)的對稱性和規(guī)則性，但是這些結(jié)構(gòu)設(shè)計的理念同時應(yīng)滿足建筑設(shè)計師的設(shè)計要求。對于建筑結(jié)構(gòu)分層的優(yōu)化，在滿足建筑本身功能的前提下，豎直方向應(yīng)盡量讓同一方向的豎向承重構(gòu)件達到上下相通，而且為了減小在結(jié)構(gòu)設(shè)計上的難度，宜盡量避免轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)的使用。在豎直方向的設(shè)計還應(yīng)充分考慮剛度的相關(guān)要求，剛度的變化應(yīng)保持均勻性而不是突變性，否則一旦出現(xiàn)剛度的突變會嚴(yán)重影響建筑結(jié)構(gòu)在抵抗水平方向上的荷載作用性能。

三、建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化的方法

1、優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計模型

建筑結(jié)構(gòu)的優(yōu)化可以分為以下幾個階段:

1.1 對變量的選擇。一般情況下，建筑師決定的最終建筑設(shè)計方案起到重要的作用，這些重要的建筑數(shù)值均可以作為變量供建筑設(shè)計人員進行選擇。例如:工程參數(shù)的參考，包括對房屋價格的參考、對于其損失的參考等等。設(shè)計人員若能夠?qū)⒆兓容^小或考慮因素較少的參數(shù)作為設(shè)計的參考，建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計和編程難度將會大大降低，設(shè)計人員也能夠更快的找到最符合設(shè)計目標(biāo)的數(shù)據(jù)【2】。

1.2 對函數(shù)的確定。設(shè)計人員要選擇出最符合配筋率和房屋結(jié)構(gòu)構(gòu)件尺寸的一組函數(shù)，進而在最大程度上降低建設(shè)成本。

1.3 對施工條件的衡量。想要進一步確保建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，就需要從房屋的受力限度、變形限度、結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性、房屋結(jié)構(gòu)構(gòu)件的尺寸、結(jié)構(gòu)構(gòu)件裂縫的限度、房屋的結(jié)構(gòu)體系等方面考慮。在實際的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中，設(shè)計師應(yīng)該結(jié)合建筑使用方案和房屋的施工條件，分析出實際設(shè)計中存在的約束性條件，并且要確保解決這些約束性條件的方案要符合我國現(xiàn)行的規(guī)范規(guī)定，以保證建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計結(jié)果達到最優(yōu)。

2、科學(xué)設(shè)定優(yōu)化設(shè)計的相關(guān)方案及應(yīng)用程序

首先，依據(jù)可靠度而開始進行房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計的優(yōu)化通常都具有很多約束條件，有時會遇到非線性的相關(guān)優(yōu)化問題。所以在相應(yīng)的計算中，會進行相應(yīng)的轉(zhuǎn)換，將有約束的優(yōu)化轉(zhuǎn)化成無約束的優(yōu)化，而相關(guān)的計算、方式有拉式乘子法、powell 法等。其次，依據(jù)可靠度而開始進行房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計的優(yōu)化基本模型，以及在設(shè)計時運用的相應(yīng)的計算方式，為了可以更好地實現(xiàn)其效果，能夠?qū)⑦@些編纂成一個運算速度較快而且功能全面的綜合性、科學(xué)性的應(yīng)用程序。這樣能使整個優(yōu)化設(shè)計更加全面地、有效率地進行實施。

3、對統(tǒng)計結(jié)論進行分析

設(shè)計人員在進行了各種計算之后，要對統(tǒng)計結(jié)果進行認(rèn)真的分析，并且找出各個設(shè)計方案中不同點和相同點，并且結(jié)合總體的設(shè)計情況和進展選擇最佳的設(shè)計方案。設(shè)計人員在進行結(jié)論分析的時候，要注意不要遺漏一些細(xì)節(jié)問題。房屋的建設(shè)與設(shè)計是一項耗時長、成本高的項目，它不僅涉及到建設(shè)單位的利益，也涉及到了房屋使用者的利益，設(shè)計人員在把握細(xì)節(jié)的基礎(chǔ)上，要注意從宏觀上把握住當(dāng)事人的利益，這樣才能夠有效的節(jié)約建設(shè)成本，進一步優(yōu)化建筑結(jié)構(gòu)。在進行建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化的時候，設(shè)計人員不僅要避免追求片面的利益，還應(yīng)該避免為了追求設(shè)計創(chuàng)新而忽略了建筑實際情況。

四、建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化方法在房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計中的應(yīng)用分析

1、對建筑主體上部結(jié)構(gòu)進行的科學(xué)性優(yōu)化

房屋建筑的上部結(jié)構(gòu)設(shè)計應(yīng)當(dāng)建立相應(yīng)的模型并進行系統(tǒng)的優(yōu)化。整個過程第一步就是先合理地設(shè)置剪力墻，保證剪力墻整體的布置是均勻的，這樣使樓層平面剛度的中心點重合于樓層平面質(zhì)量的重心，從而減少地震作用及風(fēng)荷載等對其的破壞性。在房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計時，如果條件允許，應(yīng)盡可能地對剪力墻進行大開間的布置，加長剪力墻的墻肢長度，這樣既能減少墻肢的數(shù)量，還能在符合規(guī)范的條件下減少混凝土的使用量。另外，剪力墻內(nèi)的暗柱一般都設(shè)置了鋼筋，如果采用較大的剪力墻就可以減少相對的鋼筋使用數(shù)量，從而相應(yīng)減少的材料成本。然而如果建筑的本身不具有相應(yīng)的條件，而且對于抗震抗壓的要求較高，就不得開間過大的剪力墻。

2、房屋建筑的整體性與局部性優(yōu)化

建筑在設(shè)計過程中都應(yīng)具備相應(yīng)的層次性和復(fù)雜性的特點。從層次性角度來講，建筑體系包含著建筑整體設(shè)計體系、結(jié)構(gòu)相關(guān)體系及安裝體系等，每一個單獨的體系又包含了眾多的下屬體系。在對房屋進行設(shè)計時，設(shè)計者要對每一個下屬系統(tǒng)地進行相應(yīng)的優(yōu)化，沖破關(guān)聯(lián)的橫向性，實現(xiàn)疊加型工程;對于復(fù)雜性角度來講，主要包含選取建筑的材料、選取建筑的零部件等。因此在進行結(jié)構(gòu)優(yōu)化時要從整體入手，才能真正實現(xiàn)結(jié)構(gòu)整體的設(shè)計優(yōu)化。

3、結(jié)構(gòu)優(yōu)化與建筑優(yōu)化保持協(xié)調(diào)

對于結(jié)構(gòu)設(shè)計既要保證結(jié)構(gòu)的整體性，又要與建筑平面功能緊密配合，這樣才能實現(xiàn)建筑本身的功能與結(jié)構(gòu)相應(yīng)合理性的效果。對于建筑系統(tǒng)來講要保證平面簡潔，墻體與立柱不能有錯位的現(xiàn)象，高度與截面的面積相通。在樓體設(shè)計時，自身受力較多的轉(zhuǎn)角區(qū)域，要選擇高強建材做為承重的材料，從而更好地降低自重。對于結(jié)構(gòu)整體來講要保證重心、剛心、質(zhì)心三者正確交疊，防止扭轉(zhuǎn)的狀況出現(xiàn)。

4、直覺優(yōu)化技術(shù)與建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計

即使對于同一個建筑方案，結(jié)構(gòu)布置方面也可能存在諸多的差異。建筑結(jié)構(gòu)的布置如已經(jīng)確定，即使荷載情況是完全相同，也可以將差異化的分析方法給應(yīng)用進來。在分析過程中，也可以采取差異化的設(shè)計參數(shù)、材料和荷載的取值，對于建筑結(jié)構(gòu)的細(xì)部處理，更是存在著諸多的差異。現(xiàn)在建筑結(jié)構(gòu)的計算大多都是靠計算機來完成的，但很多問題都是計算機無法完全解決的，那么就需要靠設(shè)計人員進行科學(xué)的判斷。在判斷的過程中，需要嚴(yán)格依據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計的一般規(guī)律，總結(jié)過去的工程實踐經(jīng)驗，這也就是我們所說的概念設(shè)計。因此，設(shè)計師在選擇多種備選方案的過程中，就需要應(yīng)用到概念設(shè)計。

5、建筑壽命優(yōu)化與階段性優(yōu)化。

在建筑的使用年限內(nèi)，需對建筑每一階段進行相應(yīng)的結(jié)構(gòu)方案優(yōu)化。房屋結(jié)構(gòu)的設(shè)計者要考察各個階段的特點，根據(jù)實際情況進行優(yōu)化方式的確定，從而對工程的整體壽命進行科學(xué)的優(yōu)化。這樣，既保證了建筑產(chǎn)品質(zhì)量，又提高了建筑企業(yè)的經(jīng)濟效益。

結(jié)束語

綜上所述，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化對于整個建筑工程的質(zhì)量與美觀都有著重要的促進作用，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化方法在房屋建筑結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用，在很大程度上促進了建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的科學(xué)性和合理性，因此，有必要不斷加強建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化方法的廣泛應(yīng)用。

參考文獻：

[1]王也. 建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化方法在房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計中的應(yīng)用[J]. 中華民居(下

旬刊),2013,03:81-82.

篇12

隨著我國房屋建筑工程行業(yè)的高速發(fā)展，居民對房屋建筑的功能質(zhì)量的要求越來越高，房屋建筑從單層、多層朝著高層建筑發(fā)展，其結(jié)構(gòu)形式也越趨多樣化和復(fù)雜化。在這種形勢下，通過優(yōu)化建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計以提高建筑質(zhì)量、降低建筑成本并滿足居民對房屋建筑的品質(zhì)要求，對于房地產(chǎn)企業(yè)保持并擴大市場份額具有重大現(xiàn)實意義。

據(jù)統(tǒng)計，建筑設(shè)計階段決定了建筑造價的80%以上，而這其中結(jié)構(gòu)設(shè)計由決定了建筑總造價的50%左右。我國大部分建筑施工過程中的水泥、鋼材用量均遠遠多于歐美發(fā)達國家，有巨大的可優(yōu)化空間。本文首先分析了結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計的現(xiàn)狀，并對基于ANSYS的框架結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計方法進行了研究。

1 結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計現(xiàn)狀分析

結(jié)構(gòu)優(yōu)化是指在滿足國家和地方相關(guān)法律法規(guī)規(guī)定的結(jié)構(gòu)安全度要求的基礎(chǔ)上，根據(jù)實際建筑物的設(shè)計特點及設(shè)計需求，通過選擇合理的體系及結(jié)構(gòu)，結(jié)合精確的計算機模型計算、校核與應(yīng)力分析，制定出詳細(xì)的配筋方法等設(shè)計內(nèi)容，最終達到有效降低結(jié)構(gòu)構(gòu)件經(jīng)濟指標(biāo)及整體工程造價的目的。

按照結(jié)構(gòu)優(yōu)化發(fā)展的難易程度，可將其分為截面或者尺寸優(yōu)化、形狀優(yōu)化、拓?fù)鋬?yōu)化、布局優(yōu)化以及類型優(yōu)化等5個層次，但結(jié)構(gòu)優(yōu)化在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計領(lǐng)域的應(yīng)用還比較有限，主要因為：（1）在現(xiàn)行國家和地方相關(guān)法律法規(guī)中，對建筑優(yōu)化設(shè)計的要求不夠明確，設(shè)計人員往往僅對尺寸、鋼筋數(shù)目等細(xì)節(jié)進行優(yōu)化，沒有考慮總體設(shè)計理念，無法獲得最優(yōu)結(jié)果。（2）設(shè)計人員僅了解最基本的結(jié)構(gòu)設(shè)計理論和設(shè)計軟件，在行業(yè)內(nèi)部對結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計理論和方法的推廣不足。（3）相關(guān)結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計理論和方法缺乏實踐檢驗，由于實際結(jié)構(gòu)設(shè)計的影響因素、變量和約束條件較多，給目標(biāo)函數(shù)的建立帶來較大困難，因此現(xiàn)有的結(jié)構(gòu)優(yōu)化方法中界定的優(yōu)化目標(biāo)與實際工程需求還有較大差距。

2 基于ANSYS的框架結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計方法

優(yōu)化設(shè)計的基本原理：基于數(shù)學(xué)模型構(gòu)建優(yōu)化模型，在此基礎(chǔ)上使用優(yōu)化方法和優(yōu)化工具進行迭代計算，對目標(biāo)函數(shù)進行求解，得到相應(yīng)的機制，并最終獲得最有結(jié)果。國內(nèi)外結(jié)構(gòu)分析模型及其優(yōu)缺點比較如表1所示。

表1 國內(nèi)外結(jié)構(gòu)分析模型及其優(yōu)缺點

模型 平面框架 協(xié)同工作 薄壁柱 墻組元 板-梁墻元 平面應(yīng)力元 殼元墻元

簡圖

優(yōu)點 計算快

手動校核 計算較快

考慮了空間整體性 適用于所有平面、效率高 剪力墻可以多點傳力，變型較協(xié)調(diào) 變形較協(xié)調(diào)，自由度較少 簡單實用，充分考慮墻平面內(nèi)剛度 分析精確較高，能直接與一般梁柱單元連接

缺點 模型粗糙

適應(yīng)面窄 適應(yīng)面窄

近似結(jié)果 剪力墻要求比較規(guī)則，單點傳力 尚在實用 結(jié)果偏柔，有時失真 近似考慮墻平面外剛度 自由度太多，計算效率低，數(shù)據(jù)和程序復(fù)雜

代

表

軟

件 建研院

PKPM 建研院

XTJS 建研院TBSA

TAT 建研院

TBWE 美國加州

ETABS

清華

TUS/ADBW 大連理工

DASTAB

美國加州

ETABS（95） 建研院

SATWE

北大SAP84

ANSYS軟件是以有限元分析為基礎(chǔ)的大型通用CAE軟件，該軟件分為前處理、分析計算和后處理三個模塊。優(yōu)化設(shè)計包含在分析計算模塊，ANSYS提供了零階方法和一階方法兩種優(yōu)化方法來解決各類優(yōu)化模擬問題。運用某工程實例說明ANSYS在框架結(jié)構(gòu)優(yōu)化中的方法。

（1）工程實例概況。某房屋建筑的二層梁梁長5700mm，梁截面為250mm×450mm。其梁配筋，梁端負(fù)筋為4根三級鋼，直徑為16mm，梁底正筋為3根三級鋼，其中2根直徑為20mm，一根直徑為16mm。箍筋為一級鋼，直徑8mm，間距200mm，加密區(qū)100mm。現(xiàn)優(yōu)化器梁截面與鋼筋截面。梁的相關(guān)結(jié)構(gòu)如圖1所示，其中梁上的均布載荷為P=43.3kN?m。

（2）構(gòu)建目標(biāo)函數(shù)。目標(biāo)函數(shù)是梁單位長度上的總造價最小，目標(biāo)函數(shù)如式（1）所示。

（1）

式中，為單位體積混凝土的價格，初始為0.000057元/cm3;為單位質(zhì)量鋼筋價格，初始為0.4831元/kg;為單元面積模板的價格，初始為0.00016元/cm3;為負(fù)筋的總長度與梁全長的比值，初始值為2。

（3）優(yōu)化設(shè)計。建立分離式有限元模型，混凝土采用SOLID65單元，鋼筋采用LINE8單元，進行模擬優(yōu)化，梁的變形模擬圖如圖2所示，最終框架梁的優(yōu)化結(jié)果如表2所示。

（a）鋼筋混凝土梁應(yīng)力圖 （b）鋼筋應(yīng)力變形

（c）鋼筋混凝土梁應(yīng)力變形

圖2 梁的變形模擬圖

表2 框架梁優(yōu)化結(jié)果

3 結(jié)語

房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計首先需要保證建筑物的功能性、耐久性和安全性，在此基礎(chǔ)上，應(yīng)最大限度的控制建筑成本，才能有效提高企業(yè)的市場競爭力。為實現(xiàn)這些目標(biāo)，就需要針對建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計不同階段的內(nèi)容和特征，將結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計方法應(yīng)用其中，以保證設(shè)計的合理性和可行性，并達到最終的優(yōu)化設(shè)計目標(biāo)。

參考文獻

[1]李能能，董斌.房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中優(yōu)化技術(shù)應(yīng)用探討[J]. 建筑設(shè)計管理， 2013 （12）： 73-75.

篇13

建筑是關(guān)乎民生、經(jīng)濟、社會發(fā)展的主要建筑形式，且大量存在，因此對于建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計應(yīng)做到安全、適用、經(jīng)濟、美觀，并且符合當(dāng)前的施工技術(shù)水平。也可以說，建筑結(jié)構(gòu)的質(zhì)量是保證建筑使用功能的基礎(chǔ)，是保障建筑材料、能源和經(jīng)濟等資源有效發(fā)揮作用的途徑。因此，對于建筑結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化設(shè)計顯得尤為重要。

一、分析為什么要對建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化

（一）節(jié)省工程造價

建筑工程造價中建筑結(jié)構(gòu)的成本大約占到總造價的50%，對建筑結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化設(shè)計可以在很大程度上降低工程總造價，節(jié)約工程造價成本。建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計能有效的節(jié)省房屋建筑的投資成本，具有巨大的經(jīng)濟價值。

（二）提高工程質(zhì)量

目前設(shè)計單位的水平整體都在不斷提升，但是首先很多工程師成本控制意識低，忽略對建筑工程的成本造價控制，只追求高的安全系數(shù)，從而造成設(shè)計過于保守；其次，沒有相應(yīng)的責(zé)任制，設(shè)計人員缺乏責(zé)任心，對建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計概念不清楚，一味的使用計算機而不是大腦來進行計算，常常導(dǎo)致計算不合理或者與工程實際不吻合等等錯誤，使之結(jié)構(gòu)設(shè)計存在安全隱患或者較大的浪費；另外，設(shè)計人員與建設(shè)單位的溝通不到位，沒有完全理解建設(shè)單位的建造用途及建筑功能，進而造成建筑產(chǎn)品不能滿足建設(shè)單位的需要。

據(jù)統(tǒng)計因為在設(shè)計過程中，設(shè)計質(zhì)量差，造成功能布置不合理，相關(guān)專業(yè)工程師沒有相互溝通，導(dǎo)致經(jīng)常出現(xiàn)在施工過程中進行修改及返工現(xiàn)象，導(dǎo)致施工工期不能控制。同時因為工程質(zhì)量差，工程存在安全隱患等問題，造成投資的卜大浪費。通過建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化可以有效的提高工程設(shè)計質(zhì)量，降低安全隱患，減少投資浪費。

二、探究建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化的方法

建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化是要通過對擬建項目進行模型的優(yōu)化、計算方法的優(yōu)化，并在計算和模擬的基礎(chǔ)上制定有效的結(jié)構(gòu)方案，再進行驗證。

（一）結(jié)構(gòu)優(yōu)化模型的建立

在進行結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計的過程中，首要的問題是要根據(jù)實際的結(jié)構(gòu)特性設(shè)定成為相關(guān)的結(jié)構(gòu)設(shè)計參數(shù)，主要的有目標(biāo)控制參數(shù)和約束控制參數(shù)。對于那些變化范圍比較小的，且在結(jié)構(gòu)的局部加強就能滿足要求的部分參數(shù)，將其確定為預(yù)設(shè)參數(shù)，從而減少計算的工作量;對于目標(biāo)函數(shù)，是要找到一組可以滿足預(yù)定條件的鋼筋截面積和截面的幾何尺寸，目標(biāo)是要讓總造價最小。對于約束控制函數(shù)，包括前度和穩(wěn)定約束、截面尺寸約束、結(jié)構(gòu)整體約束、構(gòu)建單元約束、正常使用狀態(tài)的上下限約束條件等。參數(shù)的設(shè)計必須要與實際情況和規(guī)范相符。

（二）結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計的計算方法

在結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計計算方案的確定上，考慮到建筑結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性帶來的變量多、約束條件多等情況，因此在計算過程中，一般的做法是先將有約束的優(yōu)化問題轉(zhuǎn)化為無約束條件再進行求解，可選用的計算方有拉式乘子法、復(fù)合形法等。結(jié)構(gòu)選型、尺寸和參數(shù)設(shè)計完成后，在計算方案的基礎(chǔ)上設(shè)計優(yōu)化程序。并在得到計算結(jié)果后，對結(jié)構(gòu)進行綜合分析，最后確定最合理的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計方案。

三、建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化技術(shù)的應(yīng)用

通過結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計技術(shù)來逐步改善房屋建筑的使用性能，進而提高經(jīng)濟性，大力降低工程成本造價。在建設(shè)工程項目中，結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計技術(shù)主要應(yīng)用于項目的整體設(shè)計、前期設(shè)計以及抗震設(shè)計等各個分部階段環(huán)節(jié)，應(yīng)用廣泛，其發(fā)揮的效能也十分明顯。

（一）樹立精品意識

結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計過程是結(jié)構(gòu)工程師打造設(shè)計精品的過程，預(yù)算專業(yè)提前到設(shè)計方案階段，為結(jié)構(gòu)工程師提供必要的經(jīng)濟分析數(shù)據(jù)，通過結(jié)構(gòu)工程師與造價工程師對設(shè)計質(zhì)量、品質(zhì)的經(jīng)濟指標(biāo)的全程控制，實現(xiàn)設(shè)計產(chǎn)品質(zhì)量與經(jīng)濟的統(tǒng)一。

（二）優(yōu)化設(shè)計中正確理解應(yīng)用結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范

追求適用、安全、經(jīng)濟、美觀以及便于施工是建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計的目的。因此，建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計不但要求結(jié)構(gòu)設(shè)計工程師有豐富的設(shè)計經(jīng)驗，也同時要對建筑結(jié)構(gòu)規(guī)范的條文的概念、定義、前提條件及適用范圍有較為詳細(xì)的了解，在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范的基礎(chǔ)上，能夠把自身的結(jié)構(gòu)設(shè)計方案科學(xué)的融入到整個項目工程中。對于一些大面廣的工程中，某些條文規(guī)定不可避免的偏于保守，同時，也有些條文對一些特殊、復(fù)雜工程的設(shè)計工程條文安全性不足。因此，建筑結(jié)構(gòu)工程師在優(yōu)化設(shè)計中，應(yīng)該充分利用扎實專業(yè)知識與豐富的設(shè)計經(jīng)驗，對上述問題做出科學(xué)與正確的判斷，從而能夠把握設(shè)計，使設(shè)計成果逐步優(yōu)化，不斷創(chuàng)新。

（三）結(jié)構(gòu)工程師要積極參與工程前期規(guī)劃及方案

建筑結(jié)構(gòu)工程師要積極主動參與前期工程規(guī)劃及建筑方案，是實施結(jié)構(gòu)優(yōu)化技術(shù)的重點內(nèi)容。因為，在在實際施工中，建筑結(jié)構(gòu)工程建筑師難以把握對結(jié)構(gòu)體系的受力的正確分析，相關(guān)建筑結(jié)構(gòu)工程師要積極主動地參與前期方案設(shè)計，幫助建筑師構(gòu)思與逐步創(chuàng)新，使得建筑師的建筑理念得以完美的體現(xiàn)。

（四）合理的結(jié)構(gòu)方案

要用整體的概念在待定的建筑設(shè)計中來完成結(jié)構(gòu)整體方案的構(gòu)思，處理好構(gòu)件與構(gòu)件，構(gòu)件與整體結(jié)構(gòu)的關(guān)系，充分利用和發(fā)揮整體結(jié)構(gòu)與構(gòu)件的最佳受力狀態(tài)，使結(jié)構(gòu)具有足夠的承載力、剛度及良好的延性，盡可能使結(jié)構(gòu)受力與傳力簡單、直接、明確，使之整體結(jié)構(gòu)安全可靠協(xié)調(diào)一致，使建筑的型心與重心重合，避免及減小外力作用下的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)，結(jié)構(gòu)平面規(guī)則對稱與豎向剛度的均勻一致，可能達到結(jié)構(gòu)設(shè)計的安全經(jīng)濟。

（五）建筑結(jié)構(gòu)各部門相互協(xié)調(diào)與合作

建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化是一個復(fù)雜性的系統(tǒng)工程，涉及到的專業(yè)也很廣，各個專業(yè)必須相互協(xié)調(diào)與配合。依據(jù)建筑學(xué)發(fā)展角度出發(fā)，現(xiàn)代建筑是綜合性產(chǎn)品，包括建筑、結(jié)構(gòu)以及設(shè)備等要素。因此，建筑工程在工程實施中，應(yīng)該大力加強分工與合作，將各個構(gòu)成要素進行充分有機結(jié)合，為打造出完美的作品夯實基礎(chǔ)。在建筑工程項目設(shè)計中，最重要的環(huán)節(jié)是建筑設(shè)計與結(jié)構(gòu)設(shè)計，只有將這兩個環(huán)節(jié)充分結(jié)合，建筑工程實用、經(jīng)濟、美觀大方效果才能充分體現(xiàn)，同時，建造結(jié)構(gòu)受力更趨向合理性，大大降低了成本，簡化了施工。但在建筑設(shè)計中，一些建筑設(shè)計人員不遵循建筑的基本力學(xué)規(guī)律，過于注重設(shè)計方案創(chuàng)作的新奇性，導(dǎo)致這建筑結(jié)構(gòu)難于處理，因此，建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化必須通過強化各個專業(yè)的合作與協(xié)調(diào)，可能夠?qū)崿F(xiàn)結(jié)構(gòu)合理，成本降低。

（六）提高材料的利用率

結(jié)構(gòu)的效能設(shè)計主要考慮充分發(fā)揮結(jié)構(gòu)材料的力學(xué)性能，有效的減少結(jié)構(gòu)材料的消耗，達到“少費多用”的目的。各種高強材料：高強度鋼筋、高強度混凝土等；各種輕型材料如：輕骨料混凝土、輕型隔墻的合理利用，可以有效的減輕建筑結(jié)構(gòu)的自重，減小水平地震力的作用，減小基礎(chǔ)頂部荷載等等。

（七）充分考慮地基基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)設(shè)計

地基基礎(chǔ)是建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的重要組成部分之一，其造價根據(jù)工程所建地地基土的不同，基礎(chǔ)形式不同，其基礎(chǔ)造價也不同，但其造價占工程總造價的比例也不同，其比例占總造價的20~25%不等。地基基礎(chǔ)屬于隱蔽工程，建筑物的高度與安全性等受地基基礎(chǔ)影響很大。建筑結(jié)構(gòu)中的地基基礎(chǔ)的結(jié)構(gòu)設(shè)計必須選擇合適的方案，要依據(jù)現(xiàn)場地質(zhì)條件上部結(jié)構(gòu)形式、高度、層數(shù)、基礎(chǔ)頂部荷載，綜合進行基礎(chǔ)選型及埋深等設(shè)計，最大程度的節(jié)省造價。

總之，結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計的目的是為了讓建筑設(shè)計年限內(nèi)能夠更好的發(fā)揮其作用而提出的。我們通過對建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計的內(nèi)容和方法的剖析，指出了在實際應(yīng)用中如何來利用結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計。所以，結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計是在堅持可持續(xù)發(fā)展觀、充分利用有限資源的基礎(chǔ)上提出的，是符合社會發(fā)展需要的有力舉措。