導語：如何才能寫好一篇工程結構優化設計基礎，這就需要搜集整理更多的資料和文獻，歡迎閱讀由公務員之家整理的十篇范文，供你借鑒。

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關鍵詞：建筑結構；結構設計；優化

中圖分類號：TU318文獻標識碼： A 文章編號：

引言

隨著我國各個領域的快速發展，建筑業發展迅速。采用先進技術，依托先進設計理念，同時加強對建筑材料研究，促使建筑結構向更加安全、合理、可靠的方向發展。

1、建筑工程結構設計原則

1.1合理選擇計算簡圖

建筑工程結構設計的合理性由結構計算來保證，而計算簡圖是結構計算的基礎。在工程建設過程中常會遇到不能合理地選擇計算簡圖，這直接造成了建筑工程結構的安全隱患問題，因此，合理選擇計算簡圖對建筑工程結構設計有著極其重要的作用。在建筑工程結構設計過程中難免會存在因鋼節點而造成些許的計算誤差，但是只要將其誤差控制在建筑施工允許范圍內，還是能夠確保建筑工程結構設計的安全性以及穩定性。

1.2合理選擇基礎設計方案

合理選擇結構設計方案在建筑工程結構設計中顯得尤為重要。結構設計人員在基礎設計時要對建筑工程環境實施全面勘察，包括自然環境、施工條件、水文、地質、相鄰建筑物分布情況以及各方面的社會環境等，另外，也包括建筑結構類型和荷載分布情況，只有全方位綜合各種因素，才能選擇合理的基礎設計方案，才能在工程施工中最大程度地發揮建筑地基的內在潛力作用。

1.3正確進行分析計算

建筑工程結構設計過程中，計算機是最為重要的分析工具，然而各種各樣的計算機軟件計算出來的結構不盡相同，這就要求建筑工程結構設計人員對計算機分析結果抱有嚴謹的態度，正確合理地判斷出最接近實際情況的計算結果，這樣一方面能保證計算結果的正確性，另一方面還能保證建筑工程結構設計的準確性。

2、建筑結構設計

2.1設計方案

根據工程地質報告、建筑場地類別、建筑物高度和層數、建筑物的重要性、建筑所在地的抗震設防烈度等情況對建筑的結構形式進行確定。在確定了建筑結構的形式之后,要依據不同結構形式的特點及要求來對建筑結構的受力構件和承重體系進行布置。

2.2結構計算

建筑工程的計算荷載有:外部荷載和內部荷載,它們的計算要依照荷載規范的規定及要求使用不同的組合值系數及永久值系數等進行不同工況下的組合計算;對于構件的試算,要依照計算出的荷載值、構造措施的要求、使用要求和各種計算手冊上的試算方法來對構件的截面進行初步的確定。

2.3施工圖設計

對于建筑工程內力的計算要依照已經確定的構件截面及荷載值來進行計算,它包括:拉力、彎矩、軸心壓力、扭矩、剪力等。根據最后計算出的結構內力和規范對構件的要求及限制,對結構試算的構件是否滿足規范的要求進行復核。若不滿足,則要調整構件的截面或者布置,直到滿足要求為止。

3、建筑結構設計中常見的問題

3.1現澆砼樓板的干縮開裂和支座負鋼筋倒伏的問題

3.1.1干縮開裂問題

在進行混凝土樓板澆筑時,澆筑完混凝土后,會在短時間內出現樓面出現龜裂的現象,尤其在溫差較大的季節或地區這種現象非常明顯,而且這種現象多發于住宅樓,公用建筑和商用樓較為少見。這種龜裂多是由于混凝土的水灰比過大造成的,它降低了建筑結構的剛度,增大了結構的撓度,使整個結構的安全性和耐久性都明顯的降低。出現這種情況的原因是:由于現在的工程大多使用商品砼,混凝土是由預拌廠直接負責提供的,泵送混凝土要求混凝土的和易性要好,流動性要高具有較大的坍落度,商品砼為了達到這種效果就會加大水的配比,使混凝土的水灰比過大,嚴重的影響了混凝土的質量。

3.1.2支座負鋼筋倒伏的問題

當進行完樓板上的鋼筋綁扎后,隱蔽驗收后才可以進行混凝土的澆搗工作,但是在實際施工中,由于沒有注意保護好一家好的支座負鋼筋,使得鋼筋的倒伏隨處可見。剛進的倒伏會造成支座負彎矩沒有足夠的鋼筋來支撐,引起支座板面出現裂縫,加大了撓度,降低了剛度,是般的受力狀態逐漸趨向間支,造成板配筋偏于不安全。

3.2柱體、墻體連接混亂

在對比較復雜的結構平面進行布置時,往往會出現多方向柱網相連的地方。有的把每根柱和周圍各柱都用框架梁連接起來,形成多梁交匯于一柱,這給接點區的鋼筋錨固和混凝土的施工帶來了很大的不便嚴重的影響了施工的進度。

3.3結構電算或設計方法存在問題

3.3.1實際施工圖紙和電算的計算簡圖不符

問題主要表現在剪力墻開洞的大小、剪力墻的長度、厚度、門窗洞口的位置、框架計算高度等和施工圖紙不相符。這大多是由于結構專業的計算進行的過早,建筑平面經過多次的調整,又沒有來得及發饋給結構專業,使專業間相互脫節,等到了施工圖紙進入校審的階段,大多都只注意在圖面上,沒有核對建筑圖,進而造成了這類錯誤,這回事某些構件的配筋失真,造成配筋不足的危險。

3.3.2抗震概念設計不足

建筑抗震設防的三個目標可以用小震不壞、中震可修、大震不倒來進行總結,第一目標可以利用承載力的計算來保證;第二目標可以利用結構可靠度標準分項系數來達到損壞可修的目標;但第三目標就要通過概念設計和各種抗震構造措施來實現。這就要求結構要具有良好的吸能、耗能能力,具有較高的靜不定次數、避免豎向承載力和剛度突變、結構的構件盡可能為延性構件。

3.4鋼筋混凝土結構概念設計淡薄

概念設計通常是指不經過數值的計算,根據整體結構體系和分體系間的力學關系、震害、試驗現象、工程經驗等,來獲得基本設計的原則和思想。在現行的抗震規范中規定,一般結構設計的彈性計算是以多余地震方面為出發點的,其超越概率為63.2%,比一般設防烈度低,規范要求設計不但要負荷概念設計的規定,還要加強抗震措施,這樣才能達到設防標準,但一些工程只注重計算結果,忽略了概念設計和對抗震的要求

4、解決建筑結構設計中常見問題的有效途徑

4.1確定整體結構的科學性以及合理性

4.1.1結構剛度與重力荷載之間的比被稱為剛重比

它影響著結構整體的穩定性,也是影響重力二階效應的重要參數。一般都會使用增大剛重比的方法來考慮重力的二階效應。結構的剛重比增大則二階效應就會減小,二階效應要控制在20%以內如果改制不能達到要求,則可能引起結構的失穩導致坍塌。

4.1.2剪重比是抗震設計中非常重要的參數

由于長時間的作用下,地震影響系數下降的會較快,根據這種情況計算出來的水平地震作用下的結構效應可能偏小。對于長周期的結構,地震動態作用下的地面加速和位移會對結構具有更大的破壞作用,如果剪重比＜0.02,結構的剛度歲可以滿足水平位移限制的要求,但卻不能達到結構整體穩定的條件,設計人員要在設計過程中綜合的考慮剛重比和剪重比的合理取值。

4.2結構構件的設計方法和優化

4.2.1剪力墻下布樁

當建筑的結構為剪力墻或框剪結構時,剪力墻主要承受地震水平力,它也是承受豎向荷載的重要構件,所以要沿著剪力墻全廠布樁,樁的中心線要和剪力墻的中心線重合,布置雙排樁時,樁的承臺要具有足夠的剛度,并應作承臺的抗彎和沖剪驗算。

4.2.2樁基礎設計

當布樁僅按照豎向荷載作用進行時,要對彎矩作用下的承臺底部邊樁的反力進行驗算。尤其是框剪結構的剪力墻和剪力墻結構核心筒底部彎矩及剪力對基礎承載力的影響較大,不能遺漏。對于水位較高的地下室和短肢剪力墻、大跨度結構等彎矩較大的承臺底部樁基要驗算其是否存在向上的抗拔力。

結束語

在進行設計時,既要考慮用戶對房屋使用效果的要求,還要兼顧建筑的質量、安全性、穩定性等多方面的內容。通過對建筑工程的結構進行優化設計處理，可以更好的實現建筑結構設計的整體優化，從而達到經濟、科學及合理的設計要求。

參考文獻

[1]左丹,馬旭東.關于建筑結構設計的幾點建議[J].林業科技情報,2002.

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關鍵詞：建筑結構；設計；方法；應用

中圖分類號：TU318 文獻標識碼：A

建筑是關乎民生、經濟、社會發展的主要建筑形式，且大量存在，因此對于建筑的結構設計應做到安全、適用、經濟、美觀，并且符合當前的施工技術水平。也可以說，建筑結構的質量是保證建筑使用功能的基礎，是保障建筑材料、能源和經濟等資源有效發揮作用的途徑。因此，對于建筑結構進行優化設計顯得尤為重要。

一、分析為什么要對建筑結構設計優化

（一）節省工程造價

建筑工程造價中建筑結構的成本大約占到總造價的50%，對建筑結構進行優化設計可以在很大程度上降低工程總造價，節約工程造價成本。建筑結構優化設計能有效的節省房屋建筑的投資成本，具有巨大的經濟價值。

（二）提高工程質量

目前設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，從而造成設計過于保守；其次，沒有相應的責任制，設計人員缺乏責任心，對建筑結構的設計概念不清楚，一味的使用計算機而不是大腦來進行計算，常常導致計算不合理或者與工程實際不吻合等等錯誤，使之結構設計存在安全隱患或者較大的浪費；另外，設計人員與建設單位的溝通不到位，沒有完全理解建設單位的建造用途及建筑功能，進而造成建筑產品不能滿足建設單位的需要。

據統計因為在設計過程中，設計質量差，造成功能布置不合理，相關專業工程師沒有相互溝通，導致經常出現在施工過程中進行修改及返工現象，導致施工工期不能控制。同時因為工程質量差，工程存在安全隱患等問題，造成投資的卜大浪費。通過建筑結構設計優化可以有效的提高工程設計質量，降低安全隱患，減少投資浪費。

二、探究建筑結構設計優化的方法

建筑結構設計優化是要通過對擬建項目進行模型的優化、計算方法的優化，并在計算和模擬的基礎上制定有效的結構方案，再進行驗證。

（一）結構優化模型的建立

在進行結構優化設計的過程中，首要的問題是要根據實際的結構特性設定成為相關的結構設計參數，主要的有目標控制參數和約束控制參數。對于那些變化范圍比較小的，且在結構的局部加強就能滿足要求的部分參數，將其確定為預設參數，從而減少計算的工作量;對于目標函數，是要找到一組可以滿足預定條件的鋼筋截面積和截面的幾何尺寸，目標是要讓總造價最小。對于約束控制函數，包括前度和穩定約束、截面尺寸約束、結構整體約束、構建單元約束、正常使用狀態的上下限約束條件等。參數的設計必須要與實際情況和規范相符。

（二）結構優化設計的計算方法

在結構優化設計計算方案的確定上，考慮到建筑結構的復雜性帶來的變量多、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化問題轉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、復合形法等。結構選型、尺寸和參數設計完成后，在計算方案的基礎上設計優化程序。并在得到計算結果后，對結構進行綜合分析，最后確定最合理的結構優化設計方案。

三、建筑結構設計優化技術的應用

通過結構優化設計技術來逐步改善房屋建筑的使用性能，進而提高經濟性，大力降低工程成本造價。在建設工程項目中，結構優化設計技術主要應用于項目的整體設計、前期設計以及抗震設計等各個分部階段環節，應用廣泛，其發揮的效能也十分明顯。

（一）樹立精品意識

結構優化設計過程是結構工程師打造設計精品的過程，預算專業提前到設計方案階段，為結構工程師提供必要的經濟分析數據，通過結構工程師與造價工程師對設計質量、品質的經濟指標的全程控制，實現設計產品質量與經濟的統一。

（二）優化設計中正確理解應用結構設計規范

追求適用、安全、經濟、美觀以及便于施工是建筑結構優化設計的目的。因此，建筑結構優化設計不但要求結構設計工程師有豐富的設計經驗，也同時要對建筑結構規范的條文的概念、定義、前提條件及適用范圍有較為詳細的了解，在建筑結構設計規范的基礎上，能夠把自身的結構設計方案科學的融入到整個項目工程中。對于一些大面廣的工程中，某些條文規定不可避免的偏于保守，同時，也有些條文對一些特殊、復雜工程的設計工程條文安全性不足。因此，建筑結構工程師在優化設計中，應該充分利用扎實專業知識與豐富的設計經驗，對上述問題做出科學與正確的判斷，從而能夠把握設計，使設計成果逐步優化，不斷創新。

（三）結構工程師要積極參與工程前期規劃及方案

建筑結構工程師要積極主動參與前期工程規劃及建筑方案，是實施結構優化技術的重點內容。因為，在在實際施工中，建筑結構工程建筑師難以把握對結構體系的受力的正確分析，相關建筑結構工程師要積極主動地參與前期方案設計，幫助建筑師構思與逐步創新，使得建筑師的建筑理念得以完美的體現。

（四）合理的結構方案

要用整體的概念在待定的建筑設計中來完成結構整體方案的構思，處理好構件與構件，構件與整體結構的關系，充分利用和發揮整體結構與構件的最佳受力狀態，使結構具有足夠的承載力、剛度及良好的延性，盡可能使結構受力與傳力簡單、直接、明確，使之整體結構安全可靠協調一致，使建筑的型心與重心重合，避免及減小外力作用下的扭轉效應，結構平面規則對稱與豎向剛度的均勻一致，可能達到結構設計的安全經濟。

（五）建筑結構各部門相互協調與合作

建筑結構優化是一個復雜性的系統工程，涉及到的專業也很廣，各個專業必須相互協調與配合。依據建筑學發展角度出發，現代建筑是綜合性產品，包括建筑、結構以及設備等要素。因此，建筑工程在工程實施中，應該大力加強分工與合作，將各個構成要素進行充分有機結合，為打造出完美的作品夯實基礎。在建筑工程項目設計中，最重要的環節是建筑設計與結構設計，只有將這兩個環節充分結合，建筑工程實用、經濟、美觀大方效果才能充分體現，同時，建造結構受力更趨向合理性，大大降低了成本，簡化了施工。但在建筑設計中，一些建筑設計人員不遵循建筑的基本力學規律，過于注重設計方案創作的新奇性，導致這建筑結構難于處理，因此，建筑結構優化必須通過強化各個專業的合作與協調，可能夠實現結構合理，成本降低。

（六）提高材料的利用率

結構的效能設計主要考慮充分發揮結構材料的力學性能，有效的減少結構材料的消耗，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構的自重，減小水平地震力的作用，減小基礎頂部荷載等等。

（七）充分考慮地基基礎結構設計

地基基礎是建筑結構設計的重要組成部分之一，其造價根據工程所建地地基土的不同，基礎形式不同，其基礎造價也不同，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。地基基礎屬于隱蔽工程，建筑物的高度與安全性等受地基基礎影響很大。建筑結構中的地基基礎的結構設計必須選擇合適的方案，要依據現場地質條件上部結構形式、高度、層數、基礎頂部荷載，綜合進行基礎選型及埋深等設計，最大程度的節省造價。

總之，結構優化設計的目的是為了讓建筑設計年限內能夠更好的發揮其作用而提出的。我們通過對建筑結構優化設計的內容和方法的剖析，指出了在實際應用中如何來利用結構優化設計。所以，結構優化設計是在堅持可持續發展觀、充分利用有限資源的基礎上提出的，是符合社會發展需要的有力舉措。

參考文獻：

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關鍵詞：工業建筑；優化設計；鋼筋；結構

現代工業建筑結構的設計風格多種多樣，不同建筑的功能性也大不相同，依據設計角度的不同，工業建筑的結構優化設計需要依據具體情況來制定的。工業建筑的建設是十分復雜的，對于建筑的荷載也是比較大的，為了解決在工業運作上高分貝的噪音和污染物等情況需要對于工業建筑的建筑工藝結構進行更高層次的優化設計。

1 工業建筑結構優化設計的探討

1.1 工業建筑優化設計的目的

在現代工業建筑的優化設計中，根據不同建筑優化需求的目標不同可以將其分為兩種。第一種是傳統概念上的建筑結構的設計和優化，其中包含了對于結構成本結構設計優化、設計質量的提升以及能夠保障結構設計的科學性和合理性，完全滿足現代社會低碳環保的要求。第二種是通過建筑結構的設計的優化目的來達到企業工業的生產目標的要求，實現對于建筑整體結構的布局和設備的放置以及施工流程數據的分析和處理，以提高工業生產的工作效率，增加企業的市場競爭力。

1.2 工業建筑結構優化設計的隊伍建設

受到建筑結構優化設計對設計優化人員的要求具備專業性和技術性的影響，工業建筑結構設計的優化需要企業建立科學合理的優化設計隊伍為中心開展工業建筑結構的優化設計工作。工業建筑結構優化的團隊應該包括專業的建筑工程師來對于建筑結構的主體結構進行分析和設計，還有要具備工藝技術人員來完成對于工藝布局和工藝流程的數據分析理解[1]，對于建筑結構的要求進行解讀，分析所設計的建筑結構的優化方案的可行性和合理性。基礎團隊中還需要配備相應的工程機械設備工程，來完成對于設備的安置和使用和結構布局等進行分析處理，最終確保設備能夠安全合理的運行。工業建筑的結構優化需要做到以基礎團隊為核心開展工作，才能確保在工業建筑的結構設計優化工作的科學發展。

1.3 工業建筑結構優化設計中存在的問題

在現代工業建筑結構設計優化的經驗研討和共享中，多數設計團隊和建筑工程師都對工業建筑結構的提出了不同的見解。首先建筑物內部鋼結構的應用對空間美學的設計會造成產生巨大的影響。除此之外，在工業建筑結構設計優化的項目中，會因為部分設計人員因為經驗不足缺乏對整體建筑結構布局的認知，從而導致對建筑工藝的使用和了解不足，造成建筑結構優化設計的成果不突出，進而會出現許多企業對工業建筑結構設計優化的工作不支持、不認可等問題。在上述工業建筑結構優化中，工業建筑物內部對鋼結構的設計是所有建筑結構優化設計中最重要的方向。工業建筑施工建設的項目中占據總成本七成以上的是材料的費用，其中鋼材料的價格就達到幾千元一噸。在保障建筑物整體工程質量的基礎上采用科學、合理的方式減少建筑物中鋼材料的使用比例可以有效的降低工程造價。因此對工業建筑結構的優化中要合理優化和使用鋼材料，實現降低成本的目標，確保企業的經濟效益的增長。我國工業建筑結構的優化設計中，由于部分工業建筑在概念性的優化設計在整體設計方向上缺乏量化標準，所以建筑結構的設計優化中會存在較大的差異，嚴重影響了建筑物整體的設計和施工，針對這一特殊情況的產生，工業建筑結構在優化設計上應該更加靈活的應用和制定建筑結構設計優化的具體方案，以具體的建筑數據作為參考依據來對建筑結構的整體設計進行優化處理，以提高優化效果。工業建筑結構的優化設計中，由于工業結構的特殊性，所以會對建筑物內部的管理工作需求以及數字化辦公產生一定的影響，在工業建筑使用之后仍然會有各崗位的人員不斷出入來操縱內部各設備和軟件，因此在工業建筑結構設計優化上需要充分考慮結構布局的影響。綜合考慮各建筑內部的設備使用和工作管理的需求，對工業建筑的結構設計進行充分的分析和研究，提高企業的工作效率和工作質量，降低企業對成本的投入，提高企業的發展和進步。

2 工業建筑結構優化的方法

2.1 結構優化模型和設計方案

工業建筑優化設計可以在基礎結構方案、圍護結構設計方案和屋蓋系統方案這三個方向上對建筑結構模型進行優化分析。可以在型號的選擇、受力分析時和資金等方面投入等實施的過程中圍繞結構優化的總體目標進行優化，以便最終能達到經濟適用、安全可靠、高效環保、以人為本的要求。通過參數的選擇和確定的方式來建筑工程的結構進行優化設計，在過程中可以通過設計多個變量和約束條件的來對非線性結構設計進行優化處理。在方案結束后，通過編制來進行運算就可以實現對于建筑結構優化的最終確立。[3]

2.2 建筑結構優化的注意事項

現階段的建筑結構優化過程中，我國大部分建筑師都不會參與到前期方案的制定和設計上，對于結構合理性和可行性的問題充分的認知，在后期的工程建設和方案的設計中增加了困難，這就需要加大對于工程的投入和使用。在工程結構設計前期就引入結構優化的設計理念，這樣不僅能夠從全局的角度來分析和理解工程優化設計的需求和作用，還能降低企業資金的投入，在工程的前期就進行有效的控制。根據不同的建筑工程所處的地理環境、周邊位置以及選擇合適的地基基礎結構來制定工業建筑的設計優化方案。把握對于工業建筑內部的細部結構設計，例如在鋼筋的選擇上，要符合對于扭轉力和抗拉力的要求。[4]工業建筑的結構優化能夠通過對于優化活動的開展情況，來降低在管理過程中對人力、物力和移動距離的投入，提高企業的工作效率，降低企業對于工業的建筑結構的成本投入。現工業建筑內部的鋼結構的應用日益增多。對于工業建筑的結構設計中，設計人員缺乏對于鋼結構工藝的深入了解和探討，十分容易造成優化設計的效果不突出，達不到預期的工業建筑結構優化設計的標準。

2.3 建立完善的工業建筑結構優化體系

目前國內的工業建筑結構的優化設計中，由于對各工業建筑結構的優化設計缺乏一個統一的指導和管理，就會出現建筑內結構優化不合理的問題。因此在對工業建筑結構進行優化之前就必須建立一個完整的管理體系，通過管理體系和工業建筑結構優化中出現地問題進行相互驗證，來及時掌握管理體系中存在的問題，及時發現及時解決，并對管理體系進行完善，相關崗位的工業人員也要針對管理體系的建立來采取更加合理的管理方式，不斷完善工作內容，以此實現對工業建筑結構設計優化質量管理的目標，提高工業建筑結構的優化設計的質量和后期的使用效率。

3 結束語

我國工業化的發展速度在不斷的提高，工業領軍企業的規模也在逐步的擴大，新的工業園區對于園區內的工業建筑的相關要求也更加的嚴格。針對工業建筑結構的復雜性和特殊性，相關企業應該重視對建筑結構優化設計的關注度。充分利用工業建筑結構的優化設計方案來優化技巧、降低對于工業建筑的整體投入，節約成本，降低工程總資本的投入。同時要滿足工業建筑結構中設計優化過程中對工業職能的需求。隨著市場競爭逐步朝向白熱化的發展趨勢，企業的經營管理成本已經成為影響企業在未來發展重要因素。

參考文獻

[1]李曉光.工業建筑結構優化設計的探討[J].科技創新與應用，

2014，10：194.

[2]吳士杰.對工業建筑結構優化的幾點思考[J].科技尚品，2015，9：14+19.

篇4

針對傳統的安全因數法考慮載荷和強度不確定性因素對飛機安全性的影響太籠統，無法從根本上減輕飛機結構質量的問題，提出一種飛機結構可靠性優化設計方法.根據應力強度干涉模型計算結構單元的可靠度，建立以單元滿可靠度為準則的優化模型，實現包含可靠性約束的結構尺寸優化.該功能已經加入到COMPASS中.算例結果表明該方法能夠減輕結構質量，改善結構可靠度. 該方法為開展飛機結構不確定性設計提供技術手段.

關鍵詞：

飛機； 薄壁結構； 準則法； 可靠性； 優化設計； 關鍵元； COMPASS

中圖分類號： V214.19

文獻標志碼： B

0引言

隨著輕質材料的大量應用，飛機結構的質量越來越輕、性能越來越好.例如，歐美兩大飛機制造商空客和波音公司最新研制的A350和B787客機，復合材料的使用量已達到甚至超過50%，新型金屬合金材料也占有較高的比例.輕質材料的大量使用雖然能大幅減輕結構質量，但并不能從根本上解決結構質量突出的問題，主要原因在于當前飛機結構設計仍沿用確定性設計思想即安全因數法，該方法比較保守，籠統考慮載荷和強度不確定性因素對安全性的影響.[1]為解決傳統設計存在的不足，飛行器設計嘗試開展可靠性設計.[2]在現有工程結構優化的基礎上，本文提出一種可行的結構可靠性優化設計方法，并以結構優化設計系統COMPASS為平臺，研究考慮可靠性約束的結構優化設計.目前，該方法主要針對飛機薄壁結構，其他結構需展開相應研究，包括失效分析和可靠性分析等.

1優化設計現狀

篇5

關鍵詞：建筑結構；優化設計；策略

Abstract: this paper first discusses the building structure optimization design of the basic theory, and then studied building structure optimization design strategy, security and economic, and has strong value and significance, for reference.

Keywords: building structure; Optimization design; strategy

中圖分類號：TU318文獻標識碼：A文章編號：

1建筑結構優化設計的基本理論

建筑結構的優化設計主要體現在建筑工程的決策階段、設計階段、建設階段。在建筑工程的決策階段，確定結構優化設計所要達到的總體目標，滿足本體功能，最大程度保障安全性，縮減投資成本；在建筑工程的設計階段，確定每一個子系統及整體結構的優化布局；在建筑工程的建設階段，以結構優化設計為建設原則，組織建設好每一個子系統從而實現整體結構優化布局。決策階段結構優化選擇是關鍵，設計階段結構優化設計是核心，建設階段結構優化建設是基礎，3個階段互相驗證、互為補充、缺一不可。

建筑結構優化設計的基本要求:

（1）功能性

建筑是人類的基礎物質生存環境，建筑結構優化的終極目標就是為了滿足人類對物質生存環境的最大化需求。對功能性的滿足也不再局限于傳統的實用，而是增添了舒適性、美觀性、協調性等多種新元素，滿足人類對基礎物質生存環境的更高要求。

（2）安全性

建筑作為人類生存的基礎生存環境，與人類的生產、生活緊密相關，安全性成為建筑結構優化設計的必然考慮因素。一味追求建筑結構的優化設計，忽略決策階段、設計階段、建設階段的安全性，其作為建筑不但沒有任何實際意義，反而會給人類正常生產和生活帶來致命的危害。因此，安全性是結構優化設計中的必然考慮因素。

（3）經濟性

建筑結構優化設計的經濟性是市場經濟條件下對資源配置提出的新要求。經濟性是指通過建筑結構的優化設計，最大化的節約各種材料資源，達到減少建設成本的目標。另外，各種材料資源都存在一定的稀缺特性，建筑結構的優化設計能科學合理的減少材料的使用量，節省建設材料使用成本。

（4）環保性

建筑結構設計的環保性是繼經濟性之后的一大更高要求，建筑結構優化設計過程通過材料選用品種的環保、整體布局的環保來體現可持續的發展理念。在建筑資源的材料選用方面，在保證建筑本體功能性、安全性的基礎上，最大可能的選擇節能環保型材料，同時，在結構優化的整體布局中，不僅強調建筑主體內部結構的統一與環保，也包括建筑建設過程中廢舊材料的處理與應用，更不能忽略建筑未來使用過程中對環境產生的重要影響。另外，材料選用的環保、整體布局的環保也是結構優化設計過程中安全性的體現。

2建筑結構優化設計的策略、安全與經濟

2.1結構優化設計中的材料選用

基于物理學與建筑學的基本原理，建筑結構各個點、線、面都呈現出一定的力學承載力特征，而力學承載力本身的載體就是材料，通過各種材料的配置，加強構件的強度、剛性與延展性，鋼筋混凝土材料的打造適應了這一趨勢。工程實踐證明，鋼筋混凝土的結構設計中，梁柱是主要的承受載體，打造鋼筋混凝土梁柱能局部提高梁柱的抗壓力。因此，在工程建設實踐中，采用高標號的鋼筋混凝土，可以減少梁柱等構件的橫截面，減輕結構本體的重量，同時也擴大了使用空間；而梁板以受彎為特性，采用高強度鋼筋，能科學合理的減少鋼筋的使用量。另外，結構建設者應科學合理的匹配鋼筋混凝土結構中鋼筋與混凝土的投放比例，最大限度發揮鋼筋混凝土復合材料的復合特殊性能，所以在高層建筑結構中，在結構的轉換層、受力復雜的銜接點部位與大跨度結構上，采用型鋼混凝土、預應力混凝土是比較好的選擇，同時保證高層建筑功能性、安全性、經濟性的最大化性能發揮。在建筑結構設計與建設過程中，存在非常多的鋼筋混凝土現澆板中混凝土標號過高的情況，一味追求高標號混凝土是沒有任何意義的，高標號的混凝土無法理想發揮其強度性能，反而為抵抗高強混凝土較大的收縮變形和滿足最小配筋率要求，板中鋼筋的配筋量卻相繼增加，直接導致鋼筋的使用量增加，間接影響工程投資成本的提高。

此外，隨著近年來地震、洪水、泥石流等自然災害的不斷增多與強度提高的趨勢，對建筑材料的抗震性、抗水性、抗土性提出了新的要求，因此，在建筑結構優化設計的決策階段、設計階段、建設階段，都必須考慮材料的品種、質量、價格、對周圍環境的適應程度，在最小化犧牲經濟性的同時，最大化保證建筑結構的功能性、安全性、環保節能性。

2.2結構優化設計中的構件布置

建筑結構優化設計中的構件布置主要涉及梁、柱子、剪力墻的布置與設計。目前，高層建筑的結構設計大多采用框架-剪力墻結構體系，這種體系由鋼筋混凝土框架和鋼筋混凝土剪力墻2部分組成，框架的梁柱為剛接，框架與剪力墻可為剛接，也可為鉸接。高層建筑體日趨復雜，各種不同功能的建筑用房綜合在一起，組成形態各異的高層建筑，給建筑結構優化設計增加了一定的難度。而框架-剪力墻結構體系具有靈活組成使用空間的優點，比較容易滿足建筑物的使用要求，而且框架-剪力墻結構體系有較高的承載力，較好的延伸性和整體性，并且具備很強的吸收地震力的能力，從而大大減小了結構本身的側移。因此，在建筑結構優化設計的實踐過程中，在框架-剪力墻結構設計中，剪力墻剛度的確定除了必須滿足強度條件外，還必須使結構具有一定的側向剛度。基于此，剪力墻剛度的大小將直接影響到結構的安全性及工程造價成本。另外，在框架-剪力墻結構初步設計階段，簡捷、準確地確定框剪結構中剪力墻最優數量，即可避免重復、繁瑣的結構剛度調整計算，還可以達到減少經濟成本的目標。

梁的選用與布置。常規梁經濟性最好，但嚴重影響建筑層高，尤其是在目前土地資源有限的情況下，最終還是無法實現社會整體經濟效益的最大化；寬扁梁能減少梁的截面高度，增加建筑物的凈高。在建筑物總高度限制的情況下，可以增加層數，以獲得更多的建筑面積。但寬扁梁在經濟指標上與常規梁相比并不是最優，由于y方向截面高度減小，使得縱向鋼筋的配筋率較高，同時撓度偏大。在跨度進一步加大的情況下，也可采用預應力梁，以滿足建筑物的特殊要求，但費用較高。此外，高層建筑框架柱截面大小主要由軸壓比控制，在上部軸力一定的情況下，可以通過加大柱截面、提高混凝土設計強度、加大柱箍筋、采用鋼混凝土柱等不同方法來控制柱軸壓比，最大化程度保證功能性與安全性。

2.3結構優化設計中的整體布局

為實現這些目標，建筑結構決策者與設計者須從結構優化設計的全局觀念出發，利用結構設計中的點、線、面，確定建筑結構設計的總體布局，處理好點、線、面之間的架構關系，借助于材料的選用、構件的布置，充分發揮單個構件與整體結構的配合與協調，使之能實現最佳受力狀況，既實現整體結構良好的承重力、剛性與延展性，也實現單個構件的最大化與最佳化利用，保證達到建筑設計的國家質量標準，實現建筑功能性、安全性與經濟性的多重目標。

結語

通過建筑結構的優化設計，是實現建筑本體功能與控制建筑造價成本的重要手段。另一方面，建筑投資者或開發商不能過分強調結構優化設計的經濟性，通過減少材料、降低技術、放低質量標準來追求經濟性，同時也反對一味重視技術要求、忽略經濟成本的做法。結構優化設計的終極目標是實現建筑的本體功能性、安全性、經濟性與環保性。因此，在保障全面發揮建筑本體功能性、保證安全性的條件下追求建筑投資建設的經濟性與環保性是建筑建設的科學合理選擇。為了實現這一目標，未來的建筑結構設計者將遵循功能性、安全性、經濟性、環保性四位一體的設計思路，真正實現未來建筑結構的優化升級，為人類提供一個更好的物質生存與發展環境。

參考文獻：

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[2] 孫國正.優化設計及應用[M].北京:人民交通出版社，2004.

[3]肖燕武.淺談建筑結構設計的安全度[J].科技創新導報，2007（35）：107.

篇6

關鍵詞：深基坑支護；細部結構優化；問題分析

為了解決日益短缺的地下空間和城市人口膨脹之間的矛盾，保持城市建設可持續發展態勢，城市建設中的深基坑工程已經成為城市化建設的重要內容。在深基坑工程建設中，由于設計不當導致的工期延誤、影響周邊居民生活的問題屢屢發生，而造成這些問題的主要原因就是在整體滿足深基坑設計標準的情況下而忽略了細部結構優化調整的問題。因此，采用深基坑支護優化設計是對傳統設計的一種補充，能夠避免設計原因造成的深基坑工程事故的發生，并且能夠保證深基坑工程建設做到經濟和安全。

1深基坑支護細部結構優化分析

支護細部結構優化主要是對具體方案進行細部優化和計算，優選支護樁的樁徑、樁距，以及支撐點和錨桿的層數、位置。通過優化計算解決約束極小化的問題，降低深基坑工程的總體造價。計算出深基坑支撐位置的限定、樁頂端以及坑壁坡的坡頂位置的要求等[1]。深基坑支護細部結構優化的基本要求和主要內容，前者包含了基本設計方法和理念，按照基坑工程規范，深入分析研究細部結構設計的過程。同時對施工現場，如現場的布置情況進行詳細了解，如基坑支護的高度、位置等。另外還要深入分析深基坑工程所在場地的工程地質和周邊荷載狀況，對深基坑支護進行參數調整，由專業的技術人員負責組織設計，發現問題或者隱患及時解決。

2細部結構設計存在的問題

2.1設計組合爆炸

深基坑工程的細部優化設計一般采用數學描述，選取合適的設計變量，確立和建立目標函數、約束條件。但是細部設計變量大多是離散性質的，由于空間的龐大性，因此存在優化設計組合爆炸的問題，需要尋求一種對優化結果進行篩選的方法，將約束條件中各類基坑支護設計規范的條文、規則和設計準則進行分析，得到最優的設計變量和綜合造價目標函數。

2.2傳統方法得到結果與實際不符

要獲得支護細化設計模型中的約束條件，需要采用不同的深基坑支護模式，進行相應的結構計算和分析。例如對土釘墻側向土壓力進行計算，傳統的方法是朗肯土壓力和庫侖土壓力的計算方法，這些方法往往對墻背和土之間的相互摩擦剪切作用和土釘墻的放坡角度不加以考慮，產生與實際工程不符合的情況，需要建立能夠直接用在墻背和土之間摩擦力計算的土壓力計算公式，分析土拱效應下的土壓力，得到土壓力合力、壓力強度等的解析公式[2]。

2.3難以提供準確的計算參數

深基坑支護結構中的安全性分析，主要采用極限平衡分析、工程有限元分析等方法。但是上述方法對于土釘墻截面模型等信息難以提供準確的計算參數，產生憑借經驗給定臨界破壞面的位置進行定性分析等缺點，導致最終的計算參數與實際情況不符。因此，需要假設合理、計算簡單的土釘墻穩定分析模型，為優化設計提供關鍵性數據[2]。

2.4遺傳算法的缺點

深基坑細部結構優化設計通常采用的是遺傳算法，這種遺傳算法存在著迭代過程中適應度值標定方式復雜，最優值附近收斂速度慢、過早的收斂到局部最優解等問題。因此在現有的遺傳算法基礎上，應加以改進，以提高計算精度和優化算法的收斂速度，建立起排樁、地下連續墻、土釘墻的優化系統。

3細部結構優化的主要措施

3.1采用先進的設計理念

為了提高深基坑支護質量，在工程建設中應采取有效的措施對細部結構進行優化，從設計步驟進行優化，采用先進的設計理念。隨著計算機網絡技術的逐漸興盛，對深基坑支護細部結構進行優化，在設計理念上已經開始綜合考慮各項因素，而不是傳統的片面性分析較為突出的特征。通過計算機網絡計算選取最優的深基坑支護模型，短時間內遴選深基坑支護方案，以較低的投入獲取最優的設計理念和方法，經濟效益自然就會提升[3]。

3.2敏感性分析

對于深基坑細部結構進行優化設計，在數學模型的建立上，應注意約束條件的確定、設計變量的選取、目標函數的建立等方面的內容，對關鍵變量應采用敏感性分析的方法進行篩選。確定設計變量時，標準是目標函數的貢獻大小。對于約束條件要指出變量的值域，規范相關的目標函數，并且采用工程綜合造價為設計目標。采用敏感性分析，針對支護結構中的主要變量，包括地下連續墻、排樁支護結構，混凝土等級以及土釘墻的設計主要變量等，敏感性分析的內容眾多，如樁身的變形、安全系數的影響、土釘孔徑等。篩選分析結果，得到深基坑支護結構中的主要約束條件，構造以綜合造價為目標的最優化結果。

3.3科學的設計步驟

包括對深基坑支護工程進行支護結構的大小、形狀以及參數的設定，對變量進行確定和優選，對支護細部結構進行優化設計。在對目標函數進行精確計算后，明確細部結構的優化設計目標。同時明確相關的約束條件，在此基礎上進行深基坑的支護細部結構優化設計，最后還要建立安全可靠的設計模型，完成深基坑支護細部結構的優化設計。例如對排樁結構和地下連續墻支護主要設計變量-樁徑或墻體嵌固深度、厚度、混凝土等級、支撐位置，土釘墻的主要設計變量-土釘入射角、土釘孔徑、土釘水平間距和垂直間距等提出主要約束條件的優化，并且以約束條件和優化設計變量為依據構造的目標函數，在充分保證支護結構安全性的前提下，能夠在最大程度上減少工程實際造價。

4結束語

深基坑工程支護技術的要求和難度越來越高，在保證安全的情況下節省工程造價，采取科學合理的措施加大深基坑支護細部結構優化設計是十分重要的。當前，此項工作面臨著方案復雜、技術難度大、缺乏設計資料等問題，因此今后的發展方向，是依托國家關于深基坑支護優化設計集成系統的研究以及工程示范的標準，研究建立深基坑支護細部結構優化模型，強化不同支護型式的結構安全性，通過優化算法，開發出更完善的深基坑細部結構設計軟件。

參考文獻：

[1]丁敏.深基坑支護細部結構優化及應用研究[D].重慶大學,2012.

[2]潘威,趙軒.深基坑支護細部結構優化及應用研究[J].建設科技,2015,(7):109-110.

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【關鍵詞】房屋結構；建筑設計；優化技術

當今社會對房屋建設的要求不僅僅是對質量的要求，更高層次上是對房屋建筑結構方面的要求。所以作為房屋建筑公司不能夠停留在陳舊的思想觀念中，應該緊跟社會發展的步伐甚至超越社會的發展，引領房屋建設的發展方向。這就要求其在建筑結構設計中必須有滿足人類需求有效的實施優化設計，房屋建筑結構優化設計能夠使房屋具有美觀、經濟、實用等方面的特點，并且在建筑過程中可以節省空間，提高建筑施工的效率。

一、房屋優化設計的主要內容

居民住房與商品房在結構和用途上都不同，居民住房更加注重房屋優化設計。房屋優化設計的主要內容包括結構是否實用，布局是否合理，外形是否美觀等等。房屋優化設計的目的是滿足居民的需求，為居民提供滿意的住房，同時也能夠增加開發商的經濟效益。通常情況下來講，具體的房屋優化設計方案主要從整體布局和具體部件兩個角度進行分析，考慮。影響整體布局的主要因素有房屋的尺寸，包括房屋的長度，寬度，高度等等。影響具體部件的主要因素有鋼筋和混凝土的強度等等。對于這兩方面的設計必須要由專業的工程技術人員進行設計，并進行規范化的審核和監督，這樣才能為房屋優化設計的后續工作打好堅實的基礎，以達到房屋優化設計的最終目標。

二、結構設計優化方法

結構設計優化就是指在設計建筑結構的時候，要改革設計理念，采取科學、先進的設計方案篩選方式，選擇出在各方面都能達到最佳效果的設計方法。建筑結構設計優化主要包括建筑物各個部分結構的優化設計，以及對建筑物整體結構的設計。

（一）結構優化設計模型

結構優化設計就是在各種變量中選擇主要參數，并且構建函數模型，采取科學、先進的方法計算得出最優解。結構優化設計模型的建立步驟主要包括以下幾點：其一，變量選擇。一般而言，影響設計方案的重要數據，均可以稱之為變量。比如，工程目標參數主要有房屋價格參數、預期產生損失參數；工程控制級約束參數主要有房屋結構可靠性參數，等等。如果設計人員可以有效減小參數的變化幅度或者減少變量參數的參考，那么，就可以降低和建筑結構設計、計算、編程相關工作的難度，這樣設計人員就能夠快速的找到和設計目標相符的數據。其二，函數確定。在多組函數中，設計人員可以根據房屋橫截面尺寸、鋼筋尺寸等數據選擇最相符的那組函數，對函數性質予以分析，進而實現降低房屋造價的目的。其三，條件衡量。根據房屋結構耐用性、穩定性的要求，房屋設計的約束條件主要有房屋尺寸、架構剛性、架構穩定性、架構體系規格、墻體裂隙限度、結構可塑程度等。

（二）結構優化計算方案

在房屋結構設計中，經常涉及很多計算過程，并且在優化設計中，計算過程將會更加復雜、多變。在進行數據演算的時候，一定要將附加約束條件問題轉變為不附帶約束條件問題，這樣就可以更快的計算出結果。通常情況下，計算方法主要包括符合型法、拉氏乘子法等。這些計算方法各有利弊，在實際設計過程中，一定要結合房屋建筑的實際情況，選擇恰當的計算方法，實現節約時間、節省精力的目的，保證優化設計的合理性與科學性。

三、結構設計優化技術的作用

（一）提升建筑的安全性

通過對房屋建筑結構的優化設計，可以對原有設計方案中的不足和缺陷進行彌補，從而提升建筑結構的合理性和安全性，在保證建筑整體質量的基礎上，節省建筑材料，提升建筑的穩定性和相應的受力性能，確保建筑的使用安全。

（二）減低工程造價

相關數據顯示，運用結構優化設計后，與原設計方案相比，建筑工程的成本可以節約10%―30%左右，成本大大降低。同時，通過結構優化設計，還可以充分發揮原材料的性能，確保建筑結構各個單元之間的緊密聯系，提升建筑工程的經濟性。

（三）結構設計優化技術的方法

之前也提到，建筑結構設計所追求的最終效果，是實現結構的安全性、經濟性、美觀性、實用性以及施工的便利性。在房屋建筑中應用結構設計優化技術，主要體現在建筑結構總體的優化設計以及建筑的分部結構優化設計。在房屋結構設計中的結構優化設計，主要包括基礎結構、屋蓋系統、圍護結構、結構細部等多個方面，需要從結構受力情況、整體布局、結構造型以及成本造價等方面進行綜合分析。結構設計優化技術需要從房屋建筑的實際情況出發，以確保優化設計作用的充分發揮。

四、結構優化技術在房屋結構設計中的應用

（一）工程概況

該住宅建筑整體高度30層，地下1層，采用鋼結構框架剪力墻的形式。在結合實際需求和現場情況進行綜合分析后，采用了結構優化設計，對傳統結構設計的模式進行改進和創新，以計算機為輔助手段，對每一個施工階段的設計進行了優化，同時針對整個建筑工程實行全局優化設計。優化后的方案與優化前相比，不僅更加科學合理，而且節省了大量的成本，與優化前相比，工程造價降低了 26%。

（一）優化設計規范

在對該房屋建筑進行結構優化設計的過程中，設計人員嚴格遵循了相應的結構設計規范，不僅充分了解了結構設計規范中的相關條例，而且結合房屋結構設計的實際情況，對結構優化設計的方案進行了合理應用。同時，針對結構設計規范中存在的不足，如安全性較差、要求過于寬松等，設計人員結合實際情況進行了適當的取舍，從而切實保證了設計成果的最優化。

（二）前期參與

要想做到結構的最優設計，制定出最佳的結構設計優化方案，設計人員應該積極參與到工程的前期規劃中去，充分了解工程設計的實際情況，針對客觀需求，有針對性地對建筑結構形式進行選擇和規劃，從而形成一個科學合理、行之有效的結構優化設計方案，為建筑工程的施工提供相應的指導和參考。這樣，才能切實保證優化設計的成果，保證建筑工程的質量。而如果設計人員無視工程的前期規劃，盲目按照自身的經驗對其進行優化設計，就會由于對建筑結構體系受力情況的把握不當，出現無從下手的局面，影響設計成本的質量。

（四）概念設計

對于房屋建筑而言，在相同的建設條件下，采取不同的結構布局方式，就會產生不同的設計效果。因此，在房屋結構優化設計的過程中，應該實現細部結構優化與概念設計的有機結合，這樣才能切實有效地提高結構優化設計的效果。這里的概念設計，主要是指將建筑的設計概念作為設計工作的重點，屬于一種貫穿設計整個過程的設計方法，主要是針對缺乏相應數值的細節進行處理，如地震設防烈度量化等情況，如果單純依靠相應的公式，得出的結果必然會與實際情況存在較大的差異，而采用概念設計的方法，則可以將數值作為一種參考依據，從而對結構設計中的細節進行合理把握，提升結構優化設計的質量。

綜上所述，房屋結構優化設計對房屋建筑來說是非常重要的，不僅能夠降低工程造價，還能滿足人們的需求，提供給居民經濟實用，安全美觀的住房，使居民感受到自己所花的錢是非常值得的。房屋建筑商應該應用合理的結構優化設計，實現公司利潤的最大化，從而提高公司的綜合競爭力。

【參考文獻】

[1]王也.建筑結構設計優化方法在房屋結構設計中的應用[J].中華民居（下旬刊），2013，03

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關鍵詞：結構設計；建筑結構；優化技術；應用

中圖分類號：S611 文獻標識碼：A 文章編號：

1.結構設計優化方法

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所期望的各種要求。依據設計的要求，把力學概念與結構優化設計進行有機結合，讓參與計算的量部分可以以變量部分出現，進而形成結構設計優化方案域，運用數學手段，在域中找到可以滿足要求的結構優化最佳設計方案。由此可見，結構優化設計不僅可以提高整體設計水量及設計質量，還可縮短設計周期，從而降低整體工程造價，提高經濟及社會效益。房屋工程分部結構優化設計包括：基礎結構方案的優化設計、屋蓋系統方案的優化設計、圍護結構方案的優化設計和結構細部設計的優化設計。對以上幾個方面的優化設計還包括選型、布置、受力分析、造價分析等內容，在實施過程中，不僅要按照一切從實際出發的原則，更應該結合具體工程的實際情況，圍繞房屋建筑的綜合經濟效益的目標進行結構優化設計。在滿足設計要求后，在進行結構設計時應該盡量縮小剛度、質量中心的差異使平面布置規則，水平荷載就不會使建筑物有太大的扭轉作用。為降低應力集中，豎直方向上應避開使用轉換層。

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

2民用建筑結構設計和經濟性的關系

第一點，結構設計和用地之間的關系。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，如果層數越多，那么單位建筑的面積分攤的占地面積相應的就會越小。然而隨著層數日益變多，總體住宅高度也會不斷上升，隨之屋子間的距離也相應的變大。通過這一闡述我們了解到，用地節約的多少并不會根據建筑樓層增加而按一定的約數變高。

第二點，結構設計和造價之間的關系。一般建筑的樓層會在一定程度上影響到單位建筑的面積，但對每部分的結構來講，具體的影響程度是不一樣的。在屋蓋的區域，無論有多少層，都統一使用統一相同的房屋蓋。它跟層數增加無關，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層數的不斷上升而表現出很明顯的降低。在建筑的基礎處，每層都共同使用一個基礎，因此隨著層數不斷增加，相應的基礎結構承受的荷重就會增加，因此我們必須要增加基本的荷載力。基礎地區的單位開銷雖然會根據層數的增加而呈現出降低的意思，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，會隨著層數的不斷增加而不斷地增加荷載能力以及抗震能力等，相應的這些分部的單位房屋造價會有一定的提升。

第三點，高層住宅結構設計與經濟性的關系。一般而言，住宅層數高矮將本質的影響住宅開銷，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，而且會加大結構自重，進而還會增加柱以及基礎承受荷載力，于是讓電氣以及水衛的管線同比例變長。如果將層高降低，那么可以有效地節省材料物資，而且還可以節約能源等，對于抗震非常有利，能最大程度的節約金錢輸出。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約土地資源有很大的作用。

3結構設計優化技術應用實踐

結構方案的建立過程即工程結構設計。伴隨急速更新發展的計算機硬、軟件產業，憑借計算機、力學、數學一系列方法，將結構設計做到最優化技術推廣。結構優化設計及傳統結構設計其設計原則和過程是相同的，不同之處在于傳統設計缺少安全、經濟性作為衡量準則。最優設計則是在安全、經濟準則基礎之上，利用計算機作為輔助技術，非常便利地實現了分析計算、設計、出效果圖等整套程序的自動化，大大提升了設計整體效果及質量。為了達到降低工程造價之目地，在不更改使用性能的基礎之上，就要對結構進行最優化設計。由此可見結構設計優化技術的應用已經是較為寬廣的課題之一。它不僅應用于項目的前期、整體、抗震設計，在舊房改造期間的各個環境均有廣泛應用。結構設計優化技術在應用實踐中應注意的問題如下：

3.1前期方案設計期間將結構設計優化參與其中

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

3.2概念設計結合細部結構設計優化

概念設計主要作用于無具體數值量化現象，比如無確定性的地震設防烈度，現實難免與計算式存在區別，那么設計時應采取概念設計方法，使數值成為輔助及參考根據。為達到最佳優化設計效果，設計人員應該靈活運用結構設計優化方案。與宏觀把握相對應的，設計的過程同時要注意對于細部的結構設計優化，比如現澆板中的異形板拐角方向容易出現的裂縫，可歸結為矩形板。鋼筋選擇時應注意：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大，所以在塑性滿足要求的情況下，現澆板的受力鋼筋就可選擇冷軋帶肋鋼筋。在做里面設計的時候，外立面上的懸挑板及配筋，應在滿足基本規范要求之上，以達到安全、經濟之目的。

3.3結構設計優化———下部地基基礎

樁基礎類型的選擇，要依據現場地質條選擇最為合適的結構設計優化方案，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。

4結束語

我們常說，建筑是凝固的藝術，好的建筑師總希望可以通過建筑來合理的表達本身設計意圖，希望擁有藝術性以及實用性能的美妙融合。建筑結構設計師們應嚴格遵“安全、經濟、合理”的設計理念，努力探索更合理的結構設計方案，保證建筑工程取得良好的經濟效益和質量效益。

參考文獻：

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關鍵詞：結構優化設計技術；礦山機械設計；初步

礦山機械中的一些大型設備大部分是結構件。據不完全統計，裝載機、牙輪鉆機、挖掘機等設備，其結構件占60%以上。對這些以結構件為主的設備，采用傳統的設計方法，其結果是很不理想的。慶幸的是，我們這行業的研究設計人員開始關注這個問題，做了一些有益的工作。如對一些機構進行了優化設計，用有限原方法進行結構的靜動強度分析等等。但到目前為止，仍沒見到有關礦山機械結構優化的文獻。

一、礦山機械結構優化的可行性和必要性

1.盡管有這樣那樣的困難，對礦山機械進行結構優化設計還是有可能的。結構優化設計應用有三個前提條件：一是電子計算機的發展和普及，二是有限元理論和方法的發展；三是高效的結構優化方法。從目前情況著，電子計算機特別是微型電子計算機在科研、設計部門已日益普及，作為結構優化基礎之一的有限元理論和方法是比較成熟的，而且有了不少通用的有限元分析程序；結構優化設計理論，經過二十多年的發展也日臻成熟，無論是優化準則法、數學規劃法還是兩者的統一方法，其解題效率都比較高。結構優化技術目前已廣泛地應用于航空部門、土建部門等。在礦山機械領域由于廣大科技工作者的努力，在有限元分析方面已取得了較大的進展。對牙輪鉆機、裝載機、挖掘機等主要礦山機械的有限元分析已全面展開。這就為結構優化提供了直接的便利條件。給礦山機械的優化提供了可靠的保證。

2.礦機中的一些主要設備如牙輪鉆機、裝載機、挖掘機等都具有一個比較明顯的特點，那就是：十分笨重，運輸不便。對這些設備采用傳統方法進行設計時，則往往難以找到一個理想的方案。其應力分布和結構往往是不太合理。而采用結構優化設計方法，可以在對原始設計方案進行有限元分析的基礎上，采用自動尋優方法，就可以找到一個較理想的方案。使結構的應力分布更加均勻，結構更加合理。而且，從現在的文獻來看，設備的自重可以減輕25%左右，其經濟效益是十分顯著的。因此，有必要對礦機結構進行優化設計。

二、 礦山機械設計中結構優化設計技術

1. 最大可靠性結構優化設計。"可靠性"的概念對我們并不陌生，但將可靠性概率引入超靜定結構的設計中，卻鮮為人知。而在工程設計中卻經常希望在給定材料體積下盡可能合理地分布結構材料，使結構的可靠性盡可能地大，或是研究一個用料省、可靠性大的折衷方案。因此在礦山機械結構件設計中，引入可靠性概率（結構在規定的條件下，在規定的時間內完成預定功能的概率）這一衡量結構可靠性的指標，采用一次二階矩概率設計理論，以傳統的安全系數為目標進行優化，就可以提高結構的安全度，而且使結構更為合理。文獻"1"以結構桿件截面積為設計變量進行了可靠性最大的結構優化設計表明這個方法是可行的。

2. 結構模糊優化設計。從目前的有限元程序，對于所給定的計算模型，其結果是比較精確的。但是對實際結構而言，這個結果是不大可信的。這是與模型、載荷，約束的簡化等多方面因素有關。本來，這些因素在實際工作或結構中是不大容易確定的，也就是說具有一定的"模糊性"。另外，對于有限元分析的計算工況的確定也是比較困難的。目前，我們在有限元分析中，一般是選擇典型工況進行，至于這典型工況的"典型性"則是由分析者自己確定。此外，在結構優化設計中，還有許多東西是模糊的，目標函數、約束條件、約束條件的右端項等等均具有一定的模糊性。最后，為了真正地得到滿足所有可能約束的結構最佳組成，我們要對最后的尺寸和形狀作出決策。因為，對每種不同的工況，計算得到的"最優值"是各不相同的，那么，在綜合所有計算工況時，究竟如何確定其最終尺寸呢？顯然，按滿應力法則不大可行，因為滿應力法是要求每一單元至少在一種工況下達到滿應力狀態，這樣綜合的結構就不可能是最輕結構。因此，最后尺寸和形狀的決定也要借助模糊理論來解決。從模糊到精確，再從精確到模糊，這是符合歷史發展規律。

3.研制、推廣、應用CAD軟件。根據現代結構設計的需要，借助計算機輔助設計，不但能對結構的初始方案和改進方案快速地進行結構分析和強度校核。而且還能開展以最輕重量的單目標優化設計和以機器工作性能、節省鋼材和結構強度三大要素為出發點的多目標優化設計。因此加速研制一些多功能的計算機輔助設計軟件，對于提高礦山機械設計的質量，是很有必要的。目前，在農機領域已經有了用于微型機的大型多功能的MAS程序系統，不過，在優化設計等方面，還有待進一步完善。應用CAD軟件，可以在以下幾個方面起到明顯作用：一是提供合理的設計方案、節省鋼材和成本。二是提高產品設計水平。三是可找出結構損壞的原因和有害振動的根源。四是可以對機器系統進行多目標的優化設計。在研制CAD系統時，應該注意的是：一是發掘較為普及的微型機的潛力。二是結構設計和分析的完備性（結構靜動分析、結構靜動優化計算機繪圖等）。三是適用于多種結構型式，即適用于多單元的結構（如桿、梁、板、殼等）。

三、發展方向

1.大力推廣應用結構優化設計的發展方向。航空、國防、造船等行業分別召開了結構優化設計的學術交流會。土建部門還舉辦了結構優化設計的專門講習班。機械工程學會召開的強度學術會議上也交流了結構優化方面的論文。這說明在這些行業和部門，結構優化設計已經受到重視。因此，礦山機械設計部門的工作者（包括設計師、研究生和教師）應該注意推廣和應用結構優化設計技術。可以舉辦結構優化枝術講習班，召開礦山機械結構優化設計學術交流會。學習工程設計人員應該掌握結構優化設計的基本知識，學會使用一些結構優化設計軟件。對具體的結構采用優化設計，以提高整個礦山機械的設計水平。

2.礦機結構從靜力優化向動力優化過渡。首先，我們要大力開展礦機結構的靜力優化設計，推廣應用和完善現有的結構優化程序，研制和發展一些通用性較強而且又適合礦機特點的軟件包。其次，我們應該在結構靜力優化的基礎上，對礦機結構進行動力優化設入計。因為在靜力優化時沒有考慮結構的動力特性。如固有頻率、動態響應等。而這些動力特性對于大部分礦山機械來說是比較重要的。如固有頻率對司機乘坐的舒適性以及共振破壞等都是很重要的。而結構的動力優化設計就是在靜力優化的基礎上引進頻率約束，動強度約束，動剛度約束等。在理論上，進行動力優化是沒有困難的，靜力優化的結果可以作為動力優化的初始值。

我們建議，在近幾年內，應該集中精力著手研究一些具有專業特色的典型的程序包。如底盤、車架、機架等結構件的優一化程序。按照結構的通用性、統一性和組合性原則建立程序包，對結構件進行選型優化設計。當然，如果在程序包中加上對整機參數的優化、液壓系統優化設計、傳動系統優化設計等等，可以使礦山機械的設計更趨自動化。

參考文獻：

[1]程耿東。可靠性最大的結溝優化設計.計算結構力學及其應用.2010，No4

篇10

關鍵詞：房屋建筑；建筑結構；優化設計；設計研究

中圖分類號： TU3 文獻標識碼： A

引言

隨著我國社會經濟的發展，人們的生活水平不斷提高，對于自身的生活和居住環境也提出了更高的要求。房屋建筑的結構設計中，不僅需要考慮結構的合理性、可行性和安全性，還必須充分滿足舒適性、經濟性的要求。在市場經濟環境下，市場競爭的日益激烈，使得建筑企業為了保證自身的利益，在保證建筑使用質量的前提下盡可能的降低成本，展開了對于結構優化設計方法的有益探索，從而推動了建筑結構設計優化技術的發展，不僅可以使得房屋建筑的設計效果更佳，而且能夠取得最大的經濟效益，具有十分重要的現實意義。

一、建筑結構優化設計綜述

建筑工程包含的方面很多，所以建筑結構在設計過程中優化所涉及的內容也很豐富。從大的方面可以簡單分為兩大內容，即房屋總體結構優化和分部結構優化。細化可以進一步分為:房屋內部基本結構優化;房屋的維護方面、細節和總體結構的優化設計;屋頂結構優化設計;房屋造價優化控制設計等。建筑結構設計優化的目的是能夠對有限的空間和固定的資源進行合理分配，將建筑材料和設備達到最大使用率，還能使所要建成的房屋安全、舒適、美觀。經過優化設計的房屋比一般房屋在造價方面能夠節省很多，從長遠利益上看，建筑優化設計的理念對建筑工程是一種可持續發展的理論觀念，對資源實現充分利用起到了關鍵作用。

二、結構設計優化技術的作用

（一）提升建筑的安全性

通過對房屋建筑結構的優化設計，可以對原有設計方案中的不足和缺陷進行彌補，從而提升建筑結構的合理性和安全性，在保證建筑整體質量的基礎上，節省建筑材料，提升建筑的穩定性和相應的受力性能，確保建筑的使用安全。

（二）減低工程造價

相關數據顯示，運用結構優化設計后，與原設計方案相比，建筑工程的成本可以節約10%－30%左右，成本大大降低。同時，通過結構優化設計，還可以充分發揮原材料的性能，確保建筑結構各個單元之間的緊密聯系，提升建筑工程的經濟性。

三、結構設計優化技術的方法

之前也提到，建筑結構設計所追求的最終效果，是實現結構的安全性、經濟性、美觀性、實用性以及施工的便利性。在房屋建筑中應用結構設計優化技術，主要體現在建筑結構總體的優化設計以及建筑的分部結構優化設計。在房屋結構設計中的結構優化設計，主要包括基礎結構、屋蓋系統、圍護結構、結構細部等多個方面，需要從結構受力情況、整體布局、結構造型以及成本造價等方面進行綜合分析。結構設計優化技術需要從房屋建筑的實際情況出發，以確保優化設計作用的充分發揮。

（一）建立相應的結構優化模型

結構優化設計的實質，是利用相應的數學知識，對就愛你住結構中的各種參數進行整理和分析，然后依據結構整體，構建相應的數學模型，尋求最優設計的過程實際上就是對最優解的求解過程。因此，在對房屋結構進行優化設計時，需要建立相應的優化模型。首先，對設計變量進行合理選擇，設計變量對于房屋結構設計的影響是十分巨大的，設計人員需要按照變量的重要性，對其設計的參數進行分類，將影響較小的變量作為預定參數，從而簡化計算流程。其次，要對目標函數進行確定。在這里的目標函數，就是滿足建筑實際需求的最優解。然后，明確約束條件。對于房屋結構優化設計而言，其約束條件主要包括強度約束、尺寸約束、應力約束、彈塑性約束時，可以按照現行的房屋建筑設計規范，對優化設計的約束條件進行明確。

（二）確定結構設計優化方案

對于房屋建筑而言，結構設計的優化方案，主要是指結構的布局以及細部的優化。結構布局的合理性直接影響著房屋結構的造價，因此要求其結構盡量簡單，傳力直接，避免多次傳力的情況。而細部優化是一個較為廣泛的概念，包含的內容相對較多，根據其對于房屋結構的影響程度分析，最為關鍵的部分，是對構件截面的合理選擇。例如，豎向構件應該在滿足實際需求的前提下適當選擇軸壓比，軸壓比過大或過小都會影響配筋的設置。梁的截面設置同樣如此，如果截面過大，會影響建筑內部的有效空間，而截面過小，則會導致配筋相對較大，影響造價。

四、探討房屋結構優化技術的實踐應用方式

（一）框剪設計的整體思路

框剪結構集框架結構布局靈活、剪力墻結構剛度較大的優點于一身，使得該種結構體系具有較好的延性和整體性。目前框剪結構已被廣泛的應用于公用建筑、住宅等高層建筑中。在這個結構的剪力墻可以單獨設置，也可以利用一些其他的墻體，比如電梯井、樓梯間等，此外，這個結構還可以有效的提高側向剛度。在實際的建筑施工中，主要有剛性、剛柔、柔性等不同的價值計算方法，一般來說選用哪種計算方法會根據抗震質量的不同來進行合理的選擇，比如為了改善結構的抗震性能，應該注意場地的土質類別，對不同土質采取不同的加剪力墻等。

（二）復合地基形成法的技術提升

通過對被加固土體填充相應的材料，改變土體的結構，使土體被增強或被置換形成一定的增強體，由增強體和周圍地基同承載荷載，形成復合地基的一些地基處理方法。在建筑施工中，根據特殊地質條件對地基承載力的要求，而選用不同的處理方法達到相應要求。比如通過填充砂和石料深入土體，被置換或擠密，從而達到提高承載力的目的等。

（三）多層鋼筋混凝土框剪結構設計

在多層鋼筋混凝土框剪結構的設計上，全面把握設計的主要點，分析梁柱以及剛接或者鉸接相連促成的承載重量體系，在依據設計圖紙和文件的前提下，全面把握設計圖紙的客觀需要，同時加強規范性施工和管理，讀懂并理解設計圖紙中的每一項內容，達到按圖紙施工、依據圖紙設計的目的，作好技術交底。根據建筑結構的實際需求，可以采用現澆式框剪設計，就是通過梁、柱、樓蓋的現澆鋼筋水泥混凝土結構，增強建筑結構的整體性能，提升抗震能力，在實際建筑設計中可以廣泛應用；同時，還可以采用預制裝配式設計，就是指梁、柱、樓板均為預制，這樣可以減少工程的難度，提高工程的速度，但是，整體建筑質量的性能不是很強，抗震效果、漏水系統等會有一定的偏差，可以結合地質條件進行考慮。

（四）框架梁、柱箍筋間距的優化

對不同抗震等級的框架梁，柱箍筋加密區的最小箍筋直徑和最大箍筋間距做了明確的規定。側重點就是關于質量，比如抗震等級、人防等級、地基處理、承載能力、材料使用等一些相關因素，同時還包括對設計圖紙的詳細了解和掌握，在鋼筋水泥的質量要求、地基基礎設計等級、砌體結構施工質量控制等級,基本雪壓和基本風壓,地面粗糙度等等一些基本建筑結構的類型需要，如混凝土的含堿量不得超過3kg/m3、地下水類型及標高、防水設計水位和抗浮設計水位，地基液化，濕陷及其他不良地質作用，地基土凍結深度、設計活荷載值、混凝土結構的環境類別、材料等級、強度等級、材料性能、施工質量的特別要求等，是在建筑結構設計中要考慮的要素。

結束語

總之，在我國建筑行業飛速發展的帶動下，人們對于建筑工程提出了更高的要求，也使得結構設計優化技術在建筑工程領域發揮著日益重要的作用。對于設計人員而言，需要對房屋結構優化設計的復雜性和系統性有一個清晰而明確的認識，不斷提升自身的專業能力和設計水平，推動結構設計優化技術的發展，進而促進我國建筑行業的持續穩定發展。

參考文獻

[1]段佳琦.淺談對建筑結構設計的認識[J].中小企業管理與科技（下旬刊），2010（11）.

[2]馬雪麗.淺析建筑結構設計[J].黑龍江科技信息，2011（10）.