谈结构优化设计的一些经验
结构优化设计是在满足规范要求、保证结构安全和建筑产品品质的前提下，通过合理的结构布置、科学的计算论证、适度的构造措施，充分发挥材料性能、合理节约造价的设计方法。结构优化设计在当前竞争日益激烈的建筑设计市场成为大势所趋。如何在满足建筑功能的前提下，保证结构安全并控制含钢量成为摆在结构设计工程师面前的现实课题。本文总结了以往的设计经验，参考了相关文献，给出了结构优化设计的步骤和一些具体措施，供设计人员参考。
1结构优化设计的步骤
笔者认为，结构优化设计的合理步骤应该是：①在方案阶段，通过与建筑专业的充分沟通，对建筑的平面布置、立面造型、柱网布置等提出合理的建议和要求，使结构的高度、复杂程度、不规则程度均控制在合理范围内，避免抗震审查，为降低含钢量争取主动权；②在初步设计阶段，通过对结构体系、结构布置、建筑材料、设计参数、基础型式等内容的多方案技术经济性比较，选出最优方案，整体控制含钢量；③在具体计算过程中，通过精确的荷载计算、细致的模型调整，使结构达到最优受力状态，进一步降低用钢量；④在施工图阶段通过精细的配筋设计抠出多余钢筋，彻底降低含钢量。
在进行多方案的技术经济性比较时，应综合考虑材料费、模板费、基坑开挖降水支护费用、措施费、施工难易、工期长短等因素，与甲方协商后择优选用。
2结构体系与布置优化
结构体系和布置对造价影响很大，应予重视。
1)应根据建筑布置、高度和使用功能要求选择经济合理的结构体系。比如，异形柱框架比普通框架用钢量大，在可能的情况下尽量采用前者；短肢剪力墙比普通剪力墙含钢量高，在可能的情况下尽量采用后者。
2)应选择比较规则的平面方案和立面方案。尽量避免平面凸凹不规则或楼板开大洞，控制平面长宽比，合理设缝，使结构刚度中心与质量中心尽量靠近。竖向应避免有过大的外挑或内收，同时注意限制薄弱层、跃层、转换层等不利因素，使侧向刚度和水平承载力沿高度尽量均匀平缓变化。
3)应选择合理、均匀的柱网尺寸，使板、梁、柱、墙的受力合理，从而降低构件的用钢量。柱网大则楼盖用钢量大，柱网小则柱子用钢量增大，应根据建筑实际情况和经验合理布置。例如，住宅中小开间结构中墙柱的作用不能得到充分发挥，过多的墙柱还会导致较大的地震作用，可考虑采用大开间结构体系，既节约造价，又便于建筑灵活布置。
4)应选择经济合理的楼盖体系。楼盖质量大，层数多，占整体造价比重高，对楼盖的类型、构件的尺寸、数量、间距等应进行对比分析，选择最优的方案。一般住宅宜采用现浇梁板楼盖，预应力楼盖的预应力钢筋容易被二次装修破坏，井字梁楼盖影响室内美观，均不推荐。办公楼等大空间结构宜采用十字梁、井字梁、预应力梁板方案。双向板比单向板经济，应多做双向板。板的厚度，双向板宜控制在短跨的1／35，单向板宜控制在短跨的1／30，此时板易满足强度和变形要求，经济性好。
5)剪力墙结构的优化空间很大，应下大力气优化。剪力墙的布置宜规则、均匀、对称，以控制结构扭转变形。在满足规范和计算的前提下应尽量减少墙的数量，限制墙肢长度，控制连梁刚度，剪力墙能落地的就全部落地不做框支转换层，平面能布置成大开问的尽量布置成大开间，墙体的厚度满足构造要求和轴压比的要求即可。连梁刚度太大时可通过梁中开水平缝变成双梁、增大跨高比等措施降低连梁刚度。尽量少用短肢剪力墙，限制“一”字墙，少做转换。
6)降低含钢量的小技巧：①楼电梯间不宣布置在房屋端部或转角处。因其空间刚度较小，
设在端部对抗扭不利，设在转角处应力集中。②框架结构层刚度较弱时，加大柱尺寸或梁高都可显著增大层刚度，而提高混凝土强度效果不明显。③柱的截面尺寸，多层宜2层～3层调整一次，高层宜结合混凝土强度的调整每5层～8层调整一次。④多层框架结构位移超标时，可布置少量剪力
墙使其满足要求。此时仍按框架结构确定抗震等级，剪力墙抗震等级可为三级且不设底部加强区，同时框架部分还宜满足不计入剪力墙时框架的承载力要求。⑤剪力墙的窗下墙尽量用填充墙，可延长周期并节约造价。⑥剪力墙结构仅少量墙肢不落地、做框支转换且其负荷面积占楼层面积范围很小时(≤10％)，可按仅个别构件转换考虑，不必把整个层都作为转换层。
⑦填充墙的上下在不影响美观和使用的情况下尽可能设梁。分隔墙下可不设梁，配筋上加强即可。⑧外挑阳台挑出长度大于1．2m时优先考虑梁板式受力体系。⑨梁的截面尽量按正常截面取，少做宽扁梁，配筋率也应控制在1．5％以内。⑩尽量避免梁宽≥350mm，否则箍筋按构造要求需采用4肢箍，造成箍筋用量增加。(11).楼梯构件，梯板跨度大于3m 或活载较大时，优先考虑梁式楼梯。(12).爹建筑构件，包括装饰构件，优先采用钢筋混凝土结构。
3材料优化
材料自重对结构受力影响较大，应尽量选用轻型材料。如填充墙、隔墙采用轻质材料，可显著减轻自重，降低含钢量。
混凝土价格相对便宜，可适当提高混凝土强度等级以减少钢筋用量，但混凝土强度等级越高越容易开裂，所以也不能太高。一般建议梁板混凝土等级取C30，墙柱混凝土等级取C25—弭O(断面与标号间取最优值)，转换层水平构件取C40，非承重构件取C20，基础取C30,--C35，垫层取C15。一般楼层越高受力越小，故混凝土强度等级宜从下到上逐渐减小。为便于施工，同一楼层各构件最好采用同一等级混凝土。
关于钢筋的优化，将在配筋设计部分论述。
4荷载优化
荷载输入值的计算是否准确，关系到整个工程的含钢量是否正常。荷载的计算应尽量精确，做到不漏算、不重算、不多算、不错算。荷载取值应严格按照最新版荷载规范取用，不要擅自放人。对于一些特殊功能的建筑，应会同甲方共同测算荷载的取值。
填充墙上门窗开洞面积较大时，应扣洞口部分的重量。地面、楼面、屋面、填充墙、隔墙、构架、线条等恒载取值应按建筑做法和大样详细计算。
对于GB 50009-2001第4．1．2条所列可折减的项目，应严格按所列系数折减，尤其是消防车活载。
通过检查PKPM总信息中单位面积质量数值可以判断出荷载输入是否正常。一般设计较合理的住宅结构，单位面积的荷载标准值为：框架结构1 lkN／m2~13 kN／m2，框剪结构13 kN／m2~16 kN／m2，剪力墙结构14kN／m2~18kN／m2。
5设计参数优化
设计参数直接影响着含钢量的变化，因此必须弄清楚每个参数的内涵，正确地选用。笔者总结经验、参考文献后给出以下建议：
1)普通柱按单偏压计算，双偏压校核，异型柱才按双偏压计算。按双偏压计算时柱钢筋用量显著增加。
2)偶然偏心和双向地震不同时考虑。考虑双向地震影响会使结构用钢量增加。一般较规则的结构，扭转效应较小，可只计算单向地震力(考虑偶然偏心影响)，不考虑双向地震影响。但如果结构的质量和刚度分布明显不对称、扭转严重时，应计入双向水平地震作用下的扭转影响。如何判断结构是否扭转严重，作者赞同文献[3】的看法，即当楼层最大弹性水平位移(或层间位移)与该层两端弹性水平位移(或层间位移)平均值的比值A级高度大于1．4、
B级高度或复杂高层大于1．3时，可认为结构扭转比较明显，需要考虑双向地震作用。多层结构参考高层取值。
当结构扭转位移比超限时，可通过以下措施作调整：①调整平面布置，使质心与刚心尽量接近；②加强结构外边一圈构件刚度，提高抗扭能力；③加大墙、柱、梁截面，改变层间刚度与楼层刚度比；④改变墙、柱的方向，使x、y向刚度接近，尽量使位移比小于1．3，这样就不用考虑双向地震作用了。
3)计算位移角时可不考虑偶然偏心，有利于满足规范限值要求，见《高层建筑混凝土结构技术规程》ts]4．6．3条。
4)竖向构件考虑活荷载折减，可降低用钢量。反映在PlUM计算参数中就是：柱、墙和传到基础的活荷载在SATWE中折减(在PM中一般不折减)。
5)梁柱重叠部分考虑刚域影响，可降低梁的配筋，不考虑刚域影响时梁负筋应按柱边弯矩配筋。
6)梁设计弯矩放大系数及配筋放大系数取1．0。楼面本身荷载和梁荷均已经乘以大于1的分项系数，梁计算中即使不放大也已经存在安全储备，没有必要再对弯矩放大系数及配筋放大系数进行放大。在后期施工图设计时再针对薄弱的部分比如悬挑梁等进行适当的放大，提高其安全储备。
7)梁刚度放大系数，中梁宜取2．0，边梁宜取1．5。梁刚度放大系数主要反映现浇楼板作为梁的有效翼缘对楼面梁刚度的贡献。由于刚度大小直接影响内力分配，不考虑该系数将使梁配筋偏小，考虑不当会使构件配筋不准确，都不利于结构安全。
8)周期折减系数直接影响到竖向构件的配筋，如果盲目折减，势必造成结构刚度过大，吸收的地震力也增大，最后导致墙柱配筋增大。周期折减系数应根据填充墙实际分布情况慎重选择，纯剪力墙结构自振周期可以不折减(取1．O)。
9)PKPM中如次梁单独输入，则PKPM默认对次梁不调幅，此时应将其改为“调幅梁”，可节约部分钢筋。
10)剪力墙连梁跨高比大于5时，受力特征己变成受弯为主，应按框架梁输入并且不能定义为连梁。当梁一端与剪力墙平面外相接时不论跨高比为多少都不应定义为连梁。
11)减小结构扭转可降低用钢量，故应尽力调整计算模型使最大位移与层平均位移之比、最大层问位移与平均层间位移之比小于1．3，并使第一、第二振型为平动，第一扭转周期与第一平动周期之比小于0．85。
12)楼层层间最大位移与层高之比△u／h比规范限值略小即可，且两个主轴方向位移角计算结果越接近越好。如框架结构位移角限值为1／550，实际结构X、y向最大层间位移角为1／(560,---,580)时较经济。结构越刚，地震反应越大，含钢量越高，延性越差。另外，各个楼层之间的弹性位移角最好均匀变化，不要突变。
13)对框架一抗震墙结构框架部分的底层柱底，可不乘以弯矩放大系数，见《建筑抗震设计规范》t616．2．3条条文说明。
14)对于上海地区工程，《上海市建筑抗震设计规程》6．1．19条规定：当地下室顶板作为上部结构的嵌固部位时，地下室结构的楼层侧向(剪切)刚度不宜小于上部楼层侧向(剪切)刚度的1．5倍。据此可放宽对地下室的刚度要求，节约部分钢筋。
15)检查PKPM的总信息、位移、周期、地震力与振型输出文件，查看各个指标是否控制在合理范围内：如轴压比、剪重比、刚度比、位移比、周期、刚重比、层间受剪承载力比、有效质量比、超筋信息等。如均在合理范围内，说明结构设计较合理，否则应继续优化。
16)设计较合理的结构，基本上符合以下规律：
(1)柱、墙的轴力设计值绝大部分为压力；
(2)柱、墙大部分构件为构造配筋；
(3)底层柱、墙轴压比大部分比规范限值小0．15以内；
(4)梁基本上无超筋；
(5)剪力墙符合截面抗剪要求；
(6)梁抗剪不满足要求的截面和抗扭超限截面没有或很少；
(7)大部分构件的配筋率在表1范围内。
6基础设计优化
基础造价占结构造价比重最大，基础的节省将对整个工程造价的降低起决定性的作用。基础设计的关键是合理选择基础形式。
一般的，低层住宅优先考虑浅埋天然基础，多层住宅优先考虑沉降控制复合基础(含复合桩基，允许设地下室)，对于深埋独立地下室，可考虑采用补偿式基础。
设置地下室时，对地下室的埋深、抗浮水位、桩型、底板顶板结构形式、侧墙设计、基坑围护等内容应进行充分比较和科学验证，尽可能用科学合理的方法节省造价。
地下车库顶板常用结构型式有大跨梁板、十字梁、井字梁、柱帽无梁楼盖、预应力有／无梁楼盖、空心楼盖等几种；底板常用结构型式有“承台+底板”、“承台+地梁+底板”等几种。应根据建筑、荷载和场地条件进行多方案技术经济性比较后再选择最合理的方案。
采用桩基时，需进行桩型、桩径、桩长等多方案技术经济性比较。桩基比选时需考虑承台造价。不同单体，不同地质情况可选用不同桩型，地基土对桩的支承能力尽量接近桩身结构强度。方桩宜优先考虑空心方桩，抗拔桩优先考虑PHC管桩。
结构优化设计实验报告 1.实验背景 结构优化能在保证安全使用的前提下保证工程结构减重，提高工程的经济效益，这也是课程练习的有效补充。 2.实验课题 问题1：考察最速下降法、拟牛顿法（DFP，BFGS）、单纯形法的性能，使用matlab中的fminunc 和fminsearch 函数。 ●目标函数1: 目标函数，多元二次函数 其中，，,, 初值 ●目标函数2 1.3 结果分析：从上述结果可以看出牛顿法具有较好的稳定性，最速下降法和单纯形法在求解超越函数时稳定性不佳，最速下降法迭代次数最少，单纯形法
迭代次数最多。 问题2：使用matlab中的linprog和quadprog函数验证作业的正确性。 用单纯形法求解线性规划问题的最优解 ●目标函数1 6 , 运行结果： 单纯形法的解析解 用两相法求解线性规划问题的最优解 ●目标函数2 , 运行结果: 单纯形法的解析解 求解二次规划问题的最优解 ●目标函数2 , , 运行结果：
问题3：用Matlab命令函数fmincon求解非线性约束规划问题 ●目标函数1 运行结果： 迭代次数：8 ●目标函数2 运行结果： 迭代次数：16 问题4：用Matlab命令函数fmincon求解人字形钢管架优化问题。已知：2F = 600kN，2B = 6 m，T=5 mm，钢管材料E = 210 GPa，密度=, 许用应力[ ]=160MPa，根据工艺要求2m ≤ h≤6m ，20mm ≤ D≤300mm 。求h , D 使总重量W为最小。
求 目标函数1 运行结果：
迭代次数：8 问题5：修改满应力程序opt4_1.m 和齿形法程序opt4_2.m ，自行设计一个超静定桁架结构，并对其进行优化。要求: （1）设计变量数目不小于2； （2）给出应力的解析表达式； （3）建立以重量最小为目标函数、应力为约束的优化模型。 分别用满应立法和齿轮法求解图2超静定结构，已知材料完全相同， ， , 2000,1500==σσ ， 满应力法和齿轮法运行结果：
建筑结构优化设计建议 侯善民 201305 2013.05
第一章 第章基础 1、基础类型： ? 天然地基基础 ?复合地基→天然地基+增加体（柔性桩、刚性桩）? 桩基：常规桩基 后处理加强的后注浆钻孔灌注桩 先处理加强的劲性复合予制静压桩
第一章第章基础 ? 天然地基承载力不宜低于预期复合地基承载力的百分之四 十软土地基上采用复合地基要慎重组成复合地基的增采用复合地基应注意： 十，软土地基上采用复合地基要慎重。组成复合地基的增强体桩基，应具备一定刚度，并且不能是端承桩；随着复合地基承载力需求增大增强体桩基的支承刚度与 ? 随着复合地基承载力需求增大，增强体桩基的支承刚度与桩身强度，要求也需相应提高，对于20层~30层的高层建筑不宜采用单纯摩阻桩桩端进入较好的持力层但持筑，不宜采用单纯摩阻桩，桩端进入较好的持力层。但持力层不宜是强风化以上的岩层，桩身强度承载力要满足计算底板与桩基持力层选择需慎重 算，底板与桩基持力层选择需慎重。
第一章南京某小区复合地基事故第章基础 南京某小区复合地基事故： 该小区位于河西，七层砖混住宅，场地内有深厚的淤泥质软土层，增强体刚性桩未穿过软土层，施工也存在质量问题，建造过程中一直到结构封顶，沉降持续发展，最后采用锚杆静桩较好的才控制住降静压桩，压入深层较好的土层，才控制住沉降。最近几年，我们做了一批20层~30层100米以内的高层剪力墙住宅，采用刚性桩复合地基都取得成功。例如：淮安恒大、淮安中南、合肥融侨等都是20万~30万㎡的高层住宅小区，天然地基承载力约在200k 左右采用予应力管桩作为增加体然地基承载力约在200kpa左右，采用予应力管桩作为增加体， 复合地基承载力可达到500Kpa左右
建筑结构优化设计 发表时间：2016-03-28T16:11:12.903Z 来源：《基层建设》2015年23期供稿作者：陈火涛吕金钊罗森陈钰璐陈湧填[导读] 华南农业大学水利与土木工程学院广东广州 510642 当然除此之外还有一些构造上及概念上的优化措施，将在概念设计，高层剪力墙结构与高层混凝土结构的优化设计中重点论述。 陈火涛吕金钊罗森陈钰璐陈湧填 华南农业大学水利与土木工程学院广东广州 510642 摘要：对建筑结构优化设计理论进行了概述，并重点介绍了基于可靠度理论的工程结构优化设计，概念设计在结构优化设计中应用，高层混凝土结构的优化设计以及高层剪力墙结构的优化设计四个方面，为结构的优化设计提供参考依据。关键词：结构设计；优化；应用 结构优化设计的任务，就是以数学规划为基础，将力学的概念、理论和近似方法和数学规划方法结合，转化成数学问题，建立数学模型，选择计算方法，运用计算机在多种可行性设计中，选择出相对而言属于最优的设计方案，达到兼顾经济性，安全性，舒适性的目的。其步骤可分为设计变量，建立目标函数，确定约束条件，经过计算分析得出优化的计算结果。[1]当然除此之外还有一些构造上及概念上的优化措施，将在概念设计，高层剪力墙结构与高层混凝土结构的优化设计中重点论述。 1.基于可靠度理论的结构优化设计 结构的可靠度指结构在设计的基准期内能够承受施工过程中以及正常使用期间的各种外加荷载和变形，有较好的工作性能，耐久性满足正常使用要求，在偶遇灾害如地震，海啸，爆炸等发生时保持必要的整体稳定性。[2] 从工程结构的可靠度理论角度分析，传统的结构优化设计存在以下几点不足：①传统的结构优化并没有完全反映体现结构的可靠性，也没有定量描述可靠度理论，得出的最优结构并不能确保结构具有足够的可靠性。②由于结构构件的尺寸和材料的性能参数具有随机不确定性，而传统结构优化设计并没有考虑这些因素因此并不能反映参数不确定性这一特点。基于以上分析论述，结构的可靠度要求考虑进工程结构优化设计的数学模型中，文献[3]给出了基于可靠度约束的结构优化算例，在结构可靠度分析基础上进行结构优化设计，实现经济合理的设计方案。 2.概念设计在结构优化设计中应用 概念设计，即在建筑物施工前，设计人员考虑建造地周围的地理环境、文化环境与社会环境等，提出相应的建筑结构设计方案，优化建筑结构设计，以期达到进一步融合周围环境与社会环境的目的。概念设计有效弥补理论性设计与计算性设计的不足，使结构设计方案更科学合理；进行抗震设计时概念设计能在降低地震作用效应的同时提高建筑工程的质量和安全性；科学合理的概念设计拓展了建筑物的结构设计思路，增强工程质量、安全性及工程造价。[4] 2.1应用概念设计可在多个建筑结构施工方案中择优而用。 概念设计使得建筑结构施工方案具有合理性、实用性和经济性，这要求设计人员在优化建筑结构时，充分考虑建筑物建成后的目的、抵抗外界环境的能力需要、施工条件、施工材料等因素，从而制定并选取科学合理、全面系统的建筑结构施工方案。 2.2概念设计中应用抵抗自然灾害的能力设计。 概念设计应与时俱进、因地制宜，如考虑抗震能力设计、防火能力设计、抗击风荷载能力设计等，充分考虑现代建筑结构需要适应的社会环境与自然环境，在建筑结构满足工程施工要求的同时，优化结构，使工程中各个构件环环相扣，增强建筑工程的安全性。 3.高层剪力墙结构的优化设计 剪力墙结构体系由于整体性好，侧向刚度大，抗震性能优越，且由于没有梁柱的外露突出，结构层平整，利于房间布置，因而被广泛应用于高层住宅性建筑中。对该结构体系进行优化需考虑钢筋混泥土用量大造价高，剪力墙中墙肢轴压比偏低的承载力发挥不充分，采用构造配筋的墙体延性低等常见问题，[5]如何对剪力墙结构体系进行优化，使其既发挥其抗侧能力强等优点，又降低工程造价，现就以下几方面进行论述。 3.1强周边，弱中部。剪力墙应尽量布置在结构周边，中部减少剪力墙的布置量，以提高结构的抗扭刚度，控制结构的周期比与位移比。另外，剪力墙宜沿主轴方向或其他方向双向布置，避免单向布置，并宜使两个受力方向的抗侧刚度接近。 3.2多均匀长墙，少短墙。选择对结构承受水平及竖直向荷载有利的隔墙位置布置剪力墙，尽量设置为长墙，以充分发挥剪力墙的作用。在较长的剪力墙宜开设门窗洞口，上下对齐、成列布置，形成明确的墙肢和连梁，将其分成长度较均匀的若干墙段，墙段之间宜采用弱连梁连接。 3.3剪力墙应自下到上连续布置，允许沿高度改变墙厚和混凝土强度等级，或减少部分墙肢，使侧向高度沿高度逐渐减小。这样一方面可以避免刚度突变，另一方面可以减轻自重，降低工程造价。 3.4尽量采用普通剪力墙和使墙肢长度较长，并且两端与翼墙相连，减少小墙肢和短肢墙的数量。应尽量减小墙肢长度的差异，使各片剪力墙分配的地震作用力均匀。这样发挥了剪力墙的抗侧移刚度，在满足规范层间位移角限值的情况下，减少剪力墙的数量；同时减少了开洞的数量和其两端边缘约束构件的数量从而减小暗柱的构造配筋面积，使得工程造价降低。 4.高层混凝土结构的优化设计 高层建筑的特点是建筑结构需同时承受水平和竖向的荷载作用。混凝土是高层建筑设计中的重要考虑因素。在进行结构设计时要充分考虑各种因素，确保结构的强度，刚度和延性均处于合理范围，高层混凝土结构的优化设计具体措施有以下几个方面。 4.1合理使用高强砼和高强钢筋 强砼和高强钢筋高优化构件截面尺寸的合理使用，可以减轻地基的承载量和高层建筑自重，从而减小超高层受地震破坏的程度。还减低施工单位的成本，使经效益最大化。 4.2布局优化 高层建筑宜使结构平面形状简单、规则，适合刚度和承载力分布均匀的结构单元。 4.3 抗震结构的优化
南京航空航天大学 飞机总体设计报告——150座级客机概念设计 011110XXX XXX
设计要求 一、有效载荷 –二级布置，150座 –每人加行李总重，225 lbs 二、飞行性能指标 –巡航速度：M 0.78 –飞行高度：35000英尺 –航程：2800（nm） –备用油规则：5%任务飞行用油+ 1,500英尺待机30分钟用油+ 200海里备降用油。 –起飞场长：小于2100（m） –着陆场长：小于1650（m） –进场速度：小于250 （km/h）
飞机总体布局 一、尾翼的数目及其与机翼、机身的相对位置 （一）平尾前、后位置与数目的三种形式 1．正常式（Conventional) 优点：技术成熟，所积累的经验和资料丰富，设计容易成功。 缺点：机翼的下洗对尾翼的干扰往往不利，布置不当配平阻力比较大 采用情况：现代民航客机均采用此布局，大部分飞机采用的位移布局形式2．鸭式（Canard） 优点：1.全机升力系数较大；2.L/D可能较大；3.不易失速 缺点：1.为保证飞机纵向稳定性，前翼迎角一般大于机翼迎角； 2.前翼应先失速，否则飞机有可能无法控制 采用情况：轻型亚音速飞机及军机采用 3．无尾式( Tailless ) 优点：1.结构重量较轻：无水平尾翼的重量。 2.气动阻力较小——由于采用大后掠的三角翼，超音速的阻力更小 缺点：1. 具有稳定性的无尾飞机进行配平时，襟副翼的升力方向向下，引起升力损失 2. 起飞着陆性能不容易保证 采用情况：少量军机采用 综上所述，采用正常式尾翼布局 （二）水平尾翼高低位置选择 (a) 上平尾(b) 中平尾(c) 下平尾(d) 高置平尾(e) “T”平尾 选择平尾高低位置的原则 1.避开机翼尾涡的不利干扰：将平尾布置在机翼翼弦平面上下不超过5％平均气动力弦长的位置，有可能满足大迎角时纵向稳定性的要求。 2.避开发动机尾喷流的不利干扰 综合考虑后，选择上平尾 （三）垂尾的位置和数目 位置 - 机身尾部 - 机翼上部
结构优化课程设计 学院土木学院 专业工程力学 班级1001
学号100120118 姓名崔亚超
总结结构优化设计的原理、方法及发展趋势 崔亚超 工程力学1001班学号100120118 摘要：阐述了工程结构优化设计理论从最初的截面优化发展到形状优化、拓扑优化的基本历程及其相关特点，对优化设计选用的各种算法进行归类，并简述结构优化设计的发展趋势。 关键词：尺寸优化；形状优化；拓扑优化；优化算法 Summary structural optimization design principles, methods and development trends Abstract:The structural optimization of engineering design theory from the initial cross-section to optimize the development of shape optimization, topology optimization of the basic course and its related characteristics, the optimum design on the range of algorithms are classified, and to outline the development trend of structural optimization design . Key words:size optimization; shape optimization; topology optimization; optimization algorithm 0 引言 结构优化设计的目的在于寻求既安全又经济的结构形式，而结构形式包括了关于尺寸、形状和拓扑等信息I对于试图产生超出设计者经验的有效的新型结构来说，优化是一种很有价值的工具，优化的目标通常是求解具有最小重量的结构B同时必须满足一定的约束条件，以获得最佳的静力或动力等性态特征。 集计算力学、数学规划、计算机科学以及其他工程学科于一体的结构优化设计是现代构设计领域的重要研究方向。它为人们长期所追求最优的工程结构设计尤其是新型结构设计提供了先进的工具，成为近代设计方法的重要内容之一。 结构优化设计也使得计算力学的任务由被动的分析校核上升为主动的设计与优化，由此结构优化也具有更大的难度和复杂性。它不仅要以有限元等数值方法作为分析手段，而且还要进一步计算结构力学性态的导数值。它要面向工程设计中的各种实际问题建立优化设计模型，根据结构与力学的特点对数学规划方法进行必要的改进。因此，结构优化设计是一综合性、实用性很强的理论和技术。 目前，结构优化设计的应用领域已从航空航天扩展到船舶、桥梁、汽车、机械、水利、建筑等更广泛的工程领域，解决的问题从减轻结构重量扩展到降低应力水平、改进结构性能和提高安全寿命等更多方面。 由于结构优化设计给工程界带来了经济效益及近年来有限元研究和应用的相对成熟，计算机条件的进一步改善和普及，人们对结构优化设计的研究和应用的呼声更高了。无论国内还是国外，对这一现代技术的需求都有增长的趋势。随着设计技术的更新和产品竞争的加剧，结构优化设计将会有更大的发展。
浅谈结构优化设计 【摘要】在建筑结构领域开展优化设计，符合我国可持续发展的综合国策。结构优化设计应是在保证建筑安全、抗震性能较好、合理可行同时满足建筑设计的前提下进行，在这里 我结合自己做过的一些工程简单谈谈在结构设计中的一些优化体会，以供工程设计参考。 【关键词】结构设计；优化 结构优化设计是个系统的工程，它涉及的方面很多，不能片面的从某一方面来进行优化，要综合考虑各种不同因素的影响，本文主要从基础及上部设计两个方面来简单谈谈一些优化 的小技巧。 一、地基基础优化设计 当上部结构荷载不大，且地基土承载力较高时，优先选用天然地基。当土层的地基承载 力不是很大且压缩性很大而不能满足设计承载力或变形等要求时，在基础设计时选用深基础（桩基础）。在满足地基稳定和变形要求的前提下，基础尽量浅埋，以节省挖土工程量且便 于施工，特别是对于上海的地基土，一般二层为粘性土，这一层都相对比较薄，且在其下面 一般就是淤泥质土，承载力很小且压缩性较大，基础就更应该浅埋。基础设计中桩基常常是 比较常采用的方案，它对工程造价和施工工期会产生较大的影响，因此需要进行深入的优化 分析，针对不同地方项目对各种桩型受力机理的特点进行分析研究。从另一方面来说地基基 础设计也一直是建筑结构设计的难点，因为建筑的基础形式可以是相同的，但完全相同的地 基条件是很少碰到的，所以对岩土工程勘察报告内容的理解分析就很重要，同时了解各种地 基的变形特性，结合当地工程经验，选择合理的地基基础方案也是十分重要的。对于特定地 区的场地，我们应该结合地勘考虑最合理的工程方案，不要因为当地使用的较少就退。一般 来说不同地区都有常用的桩基类型，像河南郑州的项目那里比较常选用CFG桩地基处理，有 些32层接近100m的高层住宅也常常采用CFG桩，对于双甲（基础设计甲级、勘察设计甲级）还要经过省里专家进行CFG桩复合地基专项论证审查等。但从另一方面讲业主往往对新工艺、新桩基形式等在当地的可行性、经济性没有信心，施工单位有时也会因为采用不熟悉的工艺 而加以抵触和阻挠，所以作为工程设计人员，就要详细周密的进行考虑，同时一个合理的试 桩方案也是不可缺少的，一方面，试桩可以验证桩基施工工艺是否可行，使我们得到承载力、沉降等情况，一方面我们也可以初步估计出该种桩基的造价等，从而来比较此方案是否合理。如工程确需采用桩基时，需进行桩型、桩径、桩长多方案经济分析与比较，不同单体、不同 地质可选用不同桩型，地基土对桩的支承能力尽量接近桩身结构强度，另外应尽可能采取设 计前试桩，为施工图设计提供依据，提高单桩竖向承载力，以减少桩根数。若条件允许，优 先采用预制桩，如需采用灌注桩，可采用后注浆技术提高单桩竖向承载力。对于设置地下室 的建筑，可考虑场地较低水位时水浮力的有利作用，以减少抗压桩根数。布桩时，应优先考 虑沿轴线墙下或柱下布桩，以减少筏板厚度及配筋，筏板局部配筋较大时，也可另附加短钢筋。 二、上部结构优化设计 结构体系选择上应综合考虑各方面因素，结合当地实际情况，进行全方位技术经济分析 与比较，选择功能完善、技术先进、经济合理的结构体系。在结构设计中尽量遵循以下优化 设计原则： 1.按照几个高度分界点控制建筑物高度设计。建筑高度、风荷载大小、地震设防烈度对 结构成本会有较大影响。当建筑物高度超过且接近分界点时，应尽量通过优化层高和楼层数 等使建筑物高度控制在分界点内，对于高层建筑60米是50年一遇和100年一遇基本风压的 分界点；24米是框架结构抗震等级的分界点；60米是框架-剪力墙结构抗震等级的分界点； 80米是剪力墙结构、部分框支剪力墙结构抗震等级的分界点。抗震等级每提高一级，内力放 大系数、抗震构造措施均会提高一级；
9911839隔框的装配型架设计 学院：航空航天工程学部 专业：飞行器制造工程 班级： 1434030302 学号： 143403030226 姓名：高越 指导教师：王巍 沈阳航空航天大学 2018年1月
摘要 飞机装配型架主要由：骨架、定位件、夹紧件和辅助设备组成。其主要功用是保证产品准确度和互换性，改善劳动条件、提高装配工作生产效率，降低生产成本。型架设计的主要内容有：型架设计基准选择；装配对象在型架中的放置状态；选择工件的定位基准，确定主要定位件的形式及其布置，尺寸公差的选择；工件的出架方式；型架的安装方法；型架结构形式的确定；骨架刚度验算；骨架支撑与地基估算；考虑温度对型架准确度的影响。本文针对9911839隔框的相关结构特点，进行工艺分析，结合装配使用要求对该隔框进行了装配型架的设计，主要包括对两种形式加强筋的定位与夹紧，对缘条与腹板的定位与夹紧等，并对所设计型架的工艺特性进行简要的阐述与分析。 关键词： CATIA、型架、定位件、夹紧件、骨架
目录 第1章引言 (1) 第2章装配件工艺分析 (3) 2.1 工艺分离面的选择 (3) 2.2 9911839隔框结构分析 (5) 第3章装配型架及其零件设计 (6) 3.1 装配型架的功用及技术要求 (6) 3.2 产品的放置状态 (7) 3.3 产品的出架方式 (7) 3.4 骨架的设计 (7) 3.5 定位件与夹紧件的设计 (9) 3.6 温度对型架准确度的影响 (12) 第4章型架的安装 (14) 4.1 安装方法的选择 (14) 4.2 标准样件安装方法优缺点 (14) 4.3 型架的安装过程 (14) 4.4 型架总装图 (15) 第5章创建二维工程图 (16) 总结 (17) 参考文献 (18)
学院名称 《数据结构》课程设计报告题目——航班信息查询与检索 班级： 姓名： 时间：2012/12/29---2013/1/5
二○一二年十二月二十九日 课程设计任务书及成绩评定 航班信息查询与检索 课题 名称 Ⅰ、题目的目的和要求： 1、设计目的 巩固和加深对数据结构的理解，通过上机实验、调试程序，加深对课本知识的理解，最终使学生能够熟练应用数据结构的知识写程序。 （1）通过本课程的学习，能熟练掌握几种基本数据结构的基本操作。 （2）能针对给定题目，选择相应的数据结构，分析并设计算法，进而给出问题的正确求解过程并编写代码实现。 2、设计题目要求： 问题描述:该设计要求对飞机航班信息进行排序和查找。可按航班的航班号、起点站、到达站、起飞时间以及到达时间等信息进行查询。 任务要求:对于本设计，可采用基数排序法对一组具有结构特点的飞机航班号进行排序，利用二分查找法对排好序的航班记录按航班号实现快速查找，按其他次关键字的查找可采用最简单的顺序查找方法进行，因此他们用得较少。每个航班记录包括八项，分别是：航班号、起点站、终点站、班期、起飞时间、到达时间、飞机型号以及票价等，
这种航班号关键字可分成两段，即字母和数字。其余七项输入内容因为不涉及本设计的核心，因此除了票价为数值型外，均定义为字符串即可。 Ⅱ、设计进度及完成情况 Ⅲ、主要参考文献及资料 [1] 严蔚敏数据结构（C语言版）清华大学出版社 1999 [2] 严蔚敏数据结构题集（C语言版）清华大学出版社 1999
[3] 谭浩强 C语言程序设计清华大学出版社 [4] 与所用编程环境相配套的C语言或C++相关的资料 Ⅳ、成绩评定： 设计成绩：（教师填写） 指导老师：（签字） 二○一三年一月五日
桁架结构优化设计 一般所谓的优化，是指从完成某一任务所有可能方案中按某种标准寻找最佳方案。结构优化设计的基本思想是，使所设计的结构或构件不仅满足强度、刚度与稳定性等方面的要求，同时又在追求某种或某些目标方面（质量最轻，承载最高，价格最低，体积最小）达到最佳程度。 对于图1-1的结构，已知L=2m，x b=1m，载荷P=100kN，桁架材料的密度r=7.7x10-5N/mm3，[δt]=150Mpa，[δc]=100Mpa，y b的范围：0.5m≦y b≦1.5m。 图1-1 桁架结构 设计变量与目标函数（质量最小）
预定参数（设计中已确定，设计者不能任意修改的量）：L ， x b ，P ，r ，[δt ] ，[δc ] 设计变量（可由设计者调整的量）y b ，A 1，A 2 约束条件（对设计变量的约束条件） （1） 强度条件约束（截面、杆件的强度） （2） 几何条件约束（B 点的高度范围） 目标函数：桁架的质量W （最小） 解：1. 应力分析 0sin sin 02112=--=∑θθN N F x 0cos cos 02112=---=∑P N N F y θθ 由此得： )sin(sin 2111θθθ+= p N ) sin(sin 212 2θθθ+- =p N 由正弦定理得： l y l x p N B B 2 1) (2 -+=
l y x p N B B 2 22 += 由此得杆1和2横截面上的正应力 1 2 1) (2 lA y l x p B B -+= σ 2 2 22 lA y x p B B += σ 2.最轻质量设计 目标函数（桁架的质量） ))((2 2 2 1 2 2 B B y x A y l x A W B B ++-+=γ （1-1） 约束条件 [][]? ? ? ?? ????? ????≤+≤-+c B t B lA y x p lA y l x p B B σσ2 2 1 2 22 ) ( （1-2） 0.5≦y b ≦1.5（m ） （1-3） （于是问题归结为：在满足上述约束条件下，确定设计变量y b ，A 1，A 2，使目标函数W 最小。） 3．最优解搜索 采用直接实验法搜索。首先在条件（1-3）所述范围内选取一系列y b 值，由强度条件（1-2）确定A 1与A 2，最后根据式（1-2）计算相应W ，在y b -W 曲线中选取使W 最小的y b 与相应的A 1与A 2，即为本问题的最优解。 4．利用MA TLAB 编程 （1）分析目标函数和约束条件
第一章 第章基础 1、基础类型： ? 天然地基基础 ?复合地基→天然地基+增加体（柔性桩、刚性桩）? 桩基：常规桩基 后处理加强的后注浆钻孔灌注桩 先处理加强的劲性复合予制静压桩
第一章第章基础 ? 天然地基承载力不宜低于预期复合地基承载力的百分之四 十软土地基上采用复合地基要慎重组成复合地基的增采用复合地基应注意： 十，软土地基上采用复合地基要慎重。组成复合地基的增强体桩基，应具备一定刚度，并且不能是端承桩；随着复合地基承载力需求增大增强体桩基的支承刚度与 ? 随着复合地基承载力需求增大，增强体桩基的支承刚度与桩身强度，要求也需相应提高，对于20层~30层的高层建筑不宜采用单纯摩阻桩桩端进入较好的持力层但持筑，不宜采用单纯摩阻桩，桩端进入较好的持力层。但持力层不宜是强风化以上的岩层，桩身强度承载力要满足计算底板与桩基持力层选择需慎重 算，底板与桩基持力层选择需慎重。
第一章南京某小区复合地基事故第章基础 南京某小区复合地基事故： 该小区位于河西，七层砖混住宅，场地内有深厚的淤泥质软土层，增强体刚性桩未穿过软土层，施工也存在质量问题，建造过程中一直到结构封顶，沉降持续发展，最后采用锚杆静桩较好的才控制住降静压桩，压入深层较好的土层，才控制住沉降。最近几年，我们做了一批20层~30层100米以内的高层剪力墙住宅，采用刚性桩复合地基都取得成功。例如：淮安恒大、淮安中南、合肥融侨等都是20万~30万㎡的高层住宅小区，天然地基承载力约在200k 左右采用予应力管桩作为增加体然地基承载力约在200kpa左右，采用予应力管桩作为增加体， 复合地基承载力可达到500Kpa左右
结构形式的合理优化方法 1、推敲地下室布置 地下室结构在结构成本中所占的比重很大，而且地下室的结构离散性比较大，对其他部分的影响和关联不明显，做好地下室结构的优化设计对于控制整个结构成本至关重要。 首先，要注意公共大地下室的面积的充分利用，做好单层地下室和多层地下室的方案比较。其次，要把握好支护成本的降低，尽量抬高整个±0.000的标高，因为这不仅降低了支护的成本还节约了土方的开挖和外运，减少了地下水丰富区域的水压力的影响，对地下室的底板和抗拔桩的设计都起到了有利影响。对地下室的结构成本控制还要把握好地下室顶部覆土厚度的控制和顶部活荷载的控制，地下室顶部覆土的厚度一般与景观布置和地下管线的埋设要求有关系，这就要求在设计管理过程中把景观设计和管网设计提前介入，做好精细化设计和专业配合工作，严格控制好地下室顶部覆土的厚度。最后，要把握好地下室顶板和底板的布置方案，对这些结构布置方案要做好多方案成本比较，要全方位的把握方案的可行性，对方案的取舍要慎之又慎。 2、控制层高 在满足建筑立面和使用净高的前提下，减少层高不仅可以减少竖向构件的长度和体积，同时还可以减少基础等土建成本和外装、设备及运营成本。对于一般中档房屋来讲，层高每减少100mm，成本可减少30～40元/㎡，地下室还会更高些。减少层高可以通过结构专业控制梁高、设备专业每层综合布线来实现。某些部位还可以采用变截面梁或在梁中预埋套管等措施来保证楼层净高的要求。 3、控制宽高比（即结构高度和结构有效宽度的比值） 建筑高宽比越大，主体结构抗倾覆力矩也越大，安全所需抗侧力构件（剪力墙）便越长，由此便会增加结构成本。控制高宽比成为了结构优化设计的显著环节。 4、优化剪力墙设置 底部商业、底层复式住宅或架空层层高一般较高，为满足规范要求，剪力墙墙厚必须增加较多，同时因变成了短肢剪力墙，配筋也将进一步增加，此时可以通过验算超限墙体的稳定性来减小墙厚，由此一来，墙厚变小，成本也将大大降低。
国内使用的喷气式公务机设计 班级： 0111107 学号： 011110728 姓名：于茂林
一、公务机设计要求 类型 国内使用的喷气式公务机。 有效载重 旅客6－12名，行李20kg/人。 飞行性能： 巡航速度： 0.6 - 0.8 M 最大航程： 3500－4500km 起飞场长：小于1400－1600m 着陆场长：小于1200－1500m 进场速度：小于230km/h 据世界知名的公务机杂志B&CA发布的《2011 Purchase Planning Handbook》，可以将公务机按照价格、航程、客舱容积等数据分为超轻型、轻型、中型、大型、超大型。 根据设计要求，可以确定我们设计的公务机属于轻型公务机：价格在700-1800万美元、航程在3148-5741公里、客舱容积在8.5-19.8立方米的公务机。与其他公务机相比，轻型公务机主要靠较低的价格、低廉的运营成本、在较短航程内的高效率来取得竞争优势。 由此，从中选出一些较主流机型作为参考 二、确定飞机总体布局 1、参考机型 庞巴迪航空：里尔45xr、里尔60xr 巴西航空：飞鸿300、 塞斯纳航空：奖状cj3 机型座位数巡航速度M 起飞场长m 着陆场长m 航程km 最大起飞重量kg 里尔45XR 9 0.79 1536 811 3647 9752 里尔60XR 9 0.79 1661 1042 4454 10659 飞鸿300 9 0.77 1100 890 3346 8207 奖状CJ3 9 0.72 969 741 3121 6300
2、可能的方案选择： 正常式 前三点起落架 T型平尾 / 高置平尾 + 单垂尾 尾吊双发涡轮喷气发动机 / 翼吊双发喷气发动机 / 尾吊双发喷气发动机 小后掠角梯形翼+下单翼 / 小后掠角T型翼+中单翼 / 直机翼+上单翼 3、最终定型及改进 1）正常式、T型平尾、单垂尾 ①避免机翼下洗气流和螺旋浆滑流的影响：1、减小尾翼振动；2、减小尾翼结构疲劳；3、避免发动机功率突然增加或减小引起的驾驶杆力变化 ②“失速”警告（安全因素） ③外形美观（市场因素） ④由于飞机较小，平尾不需要太大，对垂尾的结构重量影响不大 2）小后掠角梯形翼（带翼梢小翼）、下单翼 ①本次公务机设计续航速度0.6-0.8M，处于跨音速范围，故采用小展弦比后掠翼，后掠角大约30左右，能有效地提高临界M数，延缓激波的产生，避免过早出现波阻。 ②翼梢小翼的功能是抵御飞机高速巡航飞行时翼尖空气涡流对飞机形成的阻力作用，提高机翼的高速巡航效率，同时达到节油的效果。 ③采用下单翼，起落架短、易收放、结构重量轻；发动机和襟翼易于检查和维修；从安全考虑，强迫着陆时，机翼可起缓冲作用；更重要的是，因为公务机下部无货物仓，减轻机翼结构重量。 3）尾吊双发涡轮喷气发动机，稍微偏上 ①主要考虑对飞机的驾驶比较容易，座舱内噪音较小，符合易操纵性和舒适性的要求。 ②机翼升力系数大 ③单发停车时，由于发动机离机身近，配平操纵较容易； ④起落架较短，可以减轻起落架重量。 ⑤由于机翼与客舱地板平齐有点偏高，为了使发动机的进气不受影响，故将发动机安排的稍稍偏上。 4）前三点起落架，主起落架安装在机翼上 ①适用于着陆速度较大的飞机，在着陆过程中操纵驾驶比较容易。 ②具有起飞着陆时滑跑的稳定性。 ③飞行员座舱视界的要求较容易满足。 ④可使用较强烈的刹车，缩短滑跑距离。
结构优化设计是在满足规范要求、保证结构安全和建筑产品品质的前提下，通过合理的结构布置、科学的计算论证、适度的构造措施，充分发挥材料性能、合理节约造价的设计方法。结构优化设计在当前竞争日益激烈的建筑设计市场成为大势所趋。如何在满足建筑功能的前提下，保证结构安全并控制含钢量成为摆在结构设计工程师面前的现实课题。本文总结了以往的设计经验，参考了相关文献，给出了结构优化设计的步骤和一些具体措施，供设计人员参考。 1结构优化设计的步骤 笔者认为，结构优化设计的合理步骤应该是：①在方案阶段，通过与建筑专业的充分沟通，对建筑的平面布置、立面造型、柱网布置等提出合理的建议和要求，使结构的高度、复杂程度、不规则程度均控制在合理范围内，避免抗震审查，为降低含钢量争取主动权；②在初步设计阶段，通过对结构体系、结构布置、建筑材料、设计参数、基础型式等内容的多方案技术经济性比较，选出最优方案，整体控制含钢量；③在具体计算过程中，通过精确的荷载计算、细致的模型调整，使结构达到最优受力状态，进一步降低用钢量；④在施工图阶段通过精细的配筋设计抠出多余钢筋，彻底降低含钢量。 在进行多方案的技术经济性比较时，应综合考虑材料费、模板费、基坑开挖降水支护费用、措施费、施工难易、工期长短等因素，与甲方协商后择优选用。 2结构体系与布置优化 结构体系和布置对造价影响很大，应予重视。 1)应根据建筑布置、高度和使用功能要求选择经济合理的结构体系。比如，异形柱框架比普通框架用钢量大，在可能的情况下尽量采用前者；短肢剪力墙比普通剪力墙含钢量高，在可能的情况下尽量采用后者。 2)应选择比较规则的平面方案和立面方案。尽量避免平面凸凹不规则或楼板开大洞，控制平面长宽比，合理设缝，使结构刚度中心与质量中心尽量靠近。竖向应避免有过大的外挑或内收，同时注意限制薄弱层、跃层、转换层等不利因素，使侧向刚度和水平承载力沿高度尽量均匀平缓变化。 3)应选择合理、均匀的柱网尺寸，使板、梁、柱、墙的受力合理，从而降低构件的用钢量。柱网大则楼盖用钢量大，柱网小则柱子用钢量增大，应根据建筑实际情况和经验合理布置。例如，住宅中小开间结构中墙柱的作用不能得到充分发挥，过多的墙柱还会导致较大的地震作用，可考虑采用大开间结构体系，既节约造价，又便于建筑灵活布置。 4)应选择经济合理的楼盖体系。楼盖质量大，层数多，占整体造价比重高，对楼盖的类型、构件的尺寸、数量、间距等应进行对比分析，选择最优的方案。一般住宅宜采用现浇梁板楼盖，预应力楼盖的预应力钢筋容易被二次装修破坏，井字梁楼盖影响室内美观，均不推荐。办公楼等大空间结构宜采用十字梁、井字梁、预应力梁板方案。双向板比单向板经济，应多做双向板。板的厚度，双向板宜控制在短跨的1／35，单向板宜控制在短跨的1／30，此时板易满足强度和变形要求，经济性好。 5)剪力墙结构的优化空间很大，应下大力气优化。剪力墙的布置宜规则、均匀、对称，以控制结构扭转变形。在满足规范和计算的前提下应尽量减少墙的数量，限制墙肢长度，控制连梁刚度，剪力墙能落地的就全部落地不做框支转换层，平面能布置成大开问的尽量布置成大开间，墙体的厚度满足构造要求和轴压比的要求即可。连梁刚度太大时可通过梁中开水平缝变成双梁、增大跨高比等措施降低连梁刚度。尽量少用短肢剪力墙，限制“一”字墙，少做转换。 6)降低含钢量的小技巧：①楼电梯间不宣布置在房屋端部或转角处。因其空间刚度较小，设在端部对抗扭不利，设在转角处应力集中。②框架结构层刚度较弱时，加大柱尺寸或梁高都可显著增大层刚度，而提高混凝土强度效果不明显。③柱的截面尺寸，多层宜2层～3层
《结构优化设计》 大作业报告 实验名称: 拓扑优化计算与分析 1、引言 大型的复杂结构诸如飞机、汽车中的复杂部件及桥梁等大型工程的设计问题，依靠传统的经验和模拟实验的优化设计方法已难以胜任，拓扑优化方法成为解决该问题的关键手段。近年来拓扑优化的研究的热点集中在其工程应用上，如: 用拓扑优化方法进行微型柔性机构的设计，车门设计，飞机加强框设计，机翼前缘肋设计，卫星结构设计等。在其具体的操作实现上有两种方法，一是采用计算机语言编程计算，该方法的优点是能最大限度的控制优化过程，改善优化过程中出现的诸如棋盘格现象等数值不稳定现象，得到较理想的优化结果，其缺点是计算规模过于庞大，计算效率太低;二是借助于商用有限元软件平台。本文基于matlab软件编程研究了不同边界条件平面薄板结构的在各种受力情况下拓扑优化，给出了几种典型结构的算例，并探讨了在实际优化中优化效果随各参数的变化，有助于初学者初涉拓扑优化的读者对拓扑优化有个基础的认识。
2、拓扑优化研究现状 结构拓扑优化是近20年来从结构优化研究中派生出来的新分支，它在计算结构力学中已经被认为是最富挑战性的一类研究工作。目前有关结构拓扑优化的工程应用研究还很不成熟，在国外处在发展的初期，尤其在国内尚属于起步阶段。1904 年Michell在桁架理论中首次提出了拓扑优化的概念。自1964 年Dorn等人提出基结构法，将数值方法引入拓扑优化领域，拓扑优化研究开始活跃。20 世纪80 年代初，程耿东和N. Olhoff在弹性板的最优厚度分布研究中首次将最优拓扑问题转化为尺寸优化问题，他们开创性的工作引起了众多学者的研究兴趣。1988年Bendsoe和Kikuchi发表的基于均匀化理论的结构拓扑优化设计，开创了连续体结构拓扑优化设计研究的新局面。1993年Xie.Y.M和Steven.G.P 提出了渐进结构优化法。1999年Bendsoe和Sigmund证实了变密度法物理意义的存在性。2002 年罗鹰等提出三角网格进化法，该方法在优化过程中实现了退化和进化的统一，提高了优化效率。目前常使用的拓扑优化设计方法可以分为两大类：退化法和进化法。结构拓扑优化设计研究，已被广泛应用于建筑、航天航空、机械、海洋工程、生物医学及船舶制造等领域。 3、拓扑优化建模（SIMP） 结构拓扑优化目前的主要研究对象是连续体结构。优化的基本方法是将设计区域划分为有限单元，依据一定的算法删除部分区域，形成带孔的连续体，实现连续体的拓扑优化。连续体结构拓扑优化方法目前比较成熟的是均匀化方法、变密度方法和渐进结构优化方法。 变密度法以连续变量的密度函数形式显式地表达单元相对密度与材料弹性模量之间的对应关系，这种方法基于各向同性材料，不需要引入微结构和附加的均匀化过程，它以每个单元的相对密度作为设计变量，人为假定相对密度和材料弹性模量之间的某种对应关系，程序实现简单，计算效率高。变密度法中常用的插值模型主要有:固体各向同性惩罚微结构模型(solidisotropic microstructures with penalization，简称SIMP)和材料属性的合理近似模型(rational approximation ofmaterial properties，简称RAMP)。而本文所用即为SIMP插值模型。
建筑结构优化设计 摘要：建筑项目投资大，建设周期长，对其进行结构优化设计能够有效的减少投资金额。建筑结构优化设计，是实现建筑本体功能与建筑投资成本的关键手段。因此，结构工程师必须在每一个工程项目的设计中都能做到不断地探求自然法则，不懈地追求相对的最佳最优，要通过反思比较，在经验积累中不断提高自己的判断力和创新力。 一、建筑结构优化设计 1、建筑结构优化设计的基本理论 结构优化设计不应仅仅在结构本身，而应包括建筑的各方面，科学地确定建筑结构优化设计几项基本原则并有效地按照这些基本原则去进行建筑结构设计，是非常重要的。建筑结构的优化设计主要体现在建筑工程的决策阶段、设计阶段、建设阶段。在建筑工程的决策阶段，确定结构优化设计所要达到的总体目标，满足本体功能，最大程度保障安全性，缩减投资成本：在建筑工程的设计阶段，确定每一个子系统及整体结构的优化布局；在建筑工程的建设阶段，以结构优化设计为建设原则，组织建设好每一个子系统从而实现整体结构优化布局。决策阶段结构优化选择是关键，设计阶段结构优化设计是核心，建设阶段结构优化建设是基础，3个阶段互相验证、互为补充、缺一不可。 2、建筑结构优化设计的基本要求 （1）功能性 建筑是人类的基础物质生存环境，建筑结构优化的终极目标就是
为了满足人类对物质生存环境的最大化需求。对功能性的满足也不再局限于传统的实用性功能，而是增添了舒适性、美观性、协调性等多种新元素，满足人类对基础物质生存环境的更高要求。 （2）安全性 建筑作为人类生存的基础生存环境，与人类的生产、生活紧密相关，安全性成为建筑结构优化设计的必然考虑因素。一味追求建筑结构的优化设计，忽略决策阶段、设计阶段、建设阶段的安全性，其作为建筑不但没有任何实际意义，反而会给人类正常生产和生活带来致命的危害。因此，安全性是结构优化设计中的必然考虑因素。 （3）经济性 建筑结构优化设计的经济性是市场经济条件下对资源配置提出的新要求。经济性是指通过建筑结构的优化设计，最大化的节约各种材料资源，达到减少建设成本的目标。另外，各种材料资源都存在一定的稀缺特性，建筑结构的优化设计能科学合理的减少材料的使用量，节省建设材料使用成本。 二、建筑结构优化设计基本原则 1、提高建筑舒适度原则 所谓好的建筑，应是从建筑、结构、装饰装修到给排水、暖通、空调、燃气、电气安装等各专业的优化设计组合，是整体优化设计，如果仅仅是某个专业设计得好，是不可能被称作是一个好建筑的，结构设计也不能例外的；建筑结构设计要能最大程度地满足建筑平面布置、内部空间高度和建筑立面等使用功能和外形观感的要求，投入使
摘要 随着时代的进步社会分工的不断细化，各个行业联系的不断密切，人们出行越来越多，出行的方式也是百花齐放，作为空中重要的交通工具，飞机航空系统也在不断地得到优化， 其中重要的一项就是航空飞机订票系统，因此好的订票系统关系着人们的日常出行方便与否，设计并编制出符合人们需要的航空订票系统是一项繁重而艰巨的任务。 本文Microsoft Visual C 6.0作为程序代码的实现软件，进行飞机订票系统的数据结构课程设计。首先，根据课程设计内容进行需求分析，确定主要的功能模块，。然后进行数据结构、各功能模块算法以及它们之间的调用关系的概要设计，做出各信息模块的数据结构表，并给出所用的结构体和结点类型。在此基础上，进行各功能模块的详细算法设计，做出各算法的流程图。最后，对系统进行测试，分为合法数据测试和非法数据测试，并对测试结果截图保存。本系统包含录入航班信息、订票、退票、查询航班信息、查询订票信息、修改航班信息和退出系统7个基本功能，经测试后健壮性良好。 关键词飞机订票系统；数据结构；C语言；单链表
目录 1 问题背景 (1) 2 问题分析 (1) 3 需求分析 (2) 3.1 用户需求分析 (2) 3.2 功能需求分析 (2) 3.3 系统需求分析 (3) 4 逻辑设计 (3) 4.1 数据结构 (3) 4.2 各功能模块间函数调用关系 (5) 4.3 函数说明 (5) 5 详细设计 (7) 5.1 录入航班信息 (7) 5.2 顾客订票模块 (8) 5.3 顾客退票模块 (8) 5.4 查询航班模块 (9) 5.5 查询订单模块 (9) 5.6 修改航班模块 (9) 6 程序调试与测试 (11) 6.1 合法数据测试结果 (11) 6.2 非法数据测试结果 (13) 7 结果分析 (15) 7.1 输入 (15) 7.2 输出 (15) 总结 (16) 参考文献 (16)