建筑结构设计的优化方法及应用分析 在建筑造价中，结构造价的比例非常大。因此，研究建筑结构设计的优化方法并将其应用于实践具有非常积极的现实意义。文章分析了建筑结构设计的优化方法和应用。 标签：建筑结构设计；优化；方法；应用 引言：伴随我国建筑业的快速发展，对建筑设计进行优化也是设计者的一个重要研究课题。为了解决建筑面积与土地面积的矛盾，建筑本身的性质与理论知识与实际情况之间的矛盾，优化了建筑结构。 1、建筑结构设计优化的内容及意义 建筑结构的优化主要体现在两个方面。一是建筑工程整体结构的优化设计；二是建筑工程局部结构的优化设计。其中，局部结构优化设计的目标主要包括以下几个方面：基本结构方案、屋面系统方案、围护结构方案、结构细节等。当对上述目标进行优化时，往往涉及到选择、受力分析和成本分析。总之，在优化建筑结构设计过程中，不仅要严格执行设计规范，而且要充分结合施工项目的具体情况，从而最终提高建筑工程的综合经济效益。建筑结构优化的重要性主要是两点，一是提高建筑工程的安全性和可靠性，二是降低建筑工程的总造价。通过对比分析发现，在适当的应用下，建筑结构设计优化方法能最大限度地降低建筑工程总造价30%。通过优化方法的有效应用，一方面可以最大限度地提高材料的性能，另一方面可以为实际的规划执行提供一系列有用的工作。 2、建筑结构设计的优化方法 2.1概念设计优化 建筑结构的概念设计是设计者将自己的理论知识和设计要求和建筑环境结合起来设计建筑结构。在设计时，应考虑许多非唯一的数值和不可预测的不可抗拒因素。例如，在设计建筑物时，需要考虑其抗震性能。地震不能通过预测和针对性的设计发生，所以在设计中，应加强地震多发区域内每一栋建筑物的抗震性能，尤其要注意建筑物的抗震性能，是设计优化的这些因素的设计优化的概念。 2.2模型设计优化 在优化设计概念后，还应优化模型的结构。首先，在设计变量的选择中，需要选择的变化内容越来越少，但作为参考标准的基本价值，减少了优化设计的难度，提高了设计的可靠性；其次，针对较大的接触因素，建立相应的功能结构设计和分析，降低建筑成本，减少错误概率的设计，加强建筑整体性优化，减少设计和施工工作的工作量；第三是衡量建筑结构的工作条件，工作环境通常是复杂多变的，具体的建设需要考虑的各个部分稳定、结构应力极限，整体结构刚性和
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。
关于建筑结构优化设计探讨 摘要：随着我国社会经济的高速增长，促进了城市化进程步伐，高层建筑目前在我们的城市建设当中所占的比例是越来越大，而建筑结构设计方面的变化也越来越多，很多新兴的结构设计方案以迅猛的速度呈现在我们的城市建设中。建筑结构优化设计是节约工程造价的一个重要手段，同时也关系着建筑物的安全性以及投资效益最大化的实现。本文通过对结构方案、结构材料、结构计算以及与其他专业的协调等四个方面，简要对建筑结构优化设计进行了探讨，以供参考。 关键词：优化设计建筑结构材料方案 abstract: with the rapid growth of the economy, promote the pace of urbanization, high-rise buildings at present in our city of construction of proportion of is more and more big, but the building structure design changes more and more, many new structure design scheme of the fast speed to present in our city construction. building structure optimization design of project cost is to save one of the important means, and at the same time, the relationship between the safety of buildings and to maximize the benefit of investment. this article through to structure scheme, construction materials, structural calculation and with other professional coordination and so on four aspects, briefly the structure
复合材料结构稳定性约束优化设计 纤维增强复合材料结构, 以高的比强度和比刚度, 在航空航天领 域得到了广泛的应用。许多空天结构的设计, 均利用复合材料结构特殊的屈曲特性, 以达到提高稳定性和降低结构重量的目的, 如机身、航天器的承力筒、直升机地板等。复合材料具有较强的可设计性, 可通过优化铺层参数, 如层数和纤维铺设角, 提高结构的临界屈曲载荷, 在满足稳定性要求的前提下减轻结构重量。有关复合材料结构稳定性优化以及稳定性约束优化的研究不断发展, 如文献[ 1] 研究了层合板临界屈曲载荷的优化方法及灵敏度分析方法, 文献[ 2] 通过引入层合板刚度矩阵求解过程的中间变量,对屈曲载荷进行了优化; 近年来遗传算法也逐渐被应用于该问题, 扩大了研究对象的结构形式范围,提高了优化设计的效率。但是, 多数复合材料稳定性方面的优化工作采用的是确定性的优化设计方法, 即不考虑材料及载荷的不确定性, 得到的优化结果濒临失效边界, 难以满足结构的可靠性要求。纤维增强复合材料, 材料性能离散度大, 工作环境复杂, 各向异性的特点使其对载荷相当敏感。20 世纪90 年代, 设计者们逐渐意识到不确定性因素给复合材料结构带来的影响[ 3], 因此复合材料结构的可靠性优化设计越来越多地受到工程界的重视, 并开展了相关研究。文献[ 4, 5] 基于层合板临界屈曲载荷的解析表达式, 构建极限状态方程, 计算结构的失效概率。但是, 工程实际中的结构通常需要使用有限元等方法进行结构分析, 缺少显式的极限状态函数, 造成可靠度计算困难。对此, 一些学者提出了结构可靠性分析的响应面 法, 使 可靠度计算得以简化，并且一般能够满足工程精度
机械结构优化设计 ——周江琛2013301390008 摘要：机械优化设计是一门综合性的学科，非常有发展潜力的研究方向，是解决复杂设计问题的一种有效工具。本文重点介绍机械优化设计方法的同时，对其原理、优缺点及适用范围进行了总结，并分析了优化方法的最新研究进展。关键词：优化方法约束特点函数 优化设计是一门新兴学科,它建立在数学规划理论和计算机程序设计基础上,通过计算机的数值计算,能从众多的设计方案中寻到尽可能完善的或最适宜的设计方案,使期望的经济指标达到最优,它可以成功地解决解析等其它方法难以解决的复杂问题,优化设计为工程设计提供了一种重要的科学设计方法,因而采用这种设计方法能大大提高设计效率和设计质量。优化设计主要包括两个方面:一是如何将设计问题转化为确切反映问题实质并适合于优化计算的数学模型,建立数学模型包括:选取适当的设计变量,建立优化问题的目标函数和约束条件。目标函数是设计问题所要求的最优指标与设计变量之间的函数关系式,约束条件反映的是设计变量取得范围和相互之间的关系;二是如何求得该数学模型的最优解:可归结为在给定的条件下求目标函数的极值或最优值的问题。机械优化设计就是在给定的载荷或环境条件下,在机械产品的形态、几何尺寸关系或其它因素的限制范围内,以机械系统的功能、强度和经济性等为优化对象,选取设计变量,建立
目标函数和约束条件,并使目标函数获得最优值一种现代设计方法,目前机械优化设计已广泛应用于航天、航空和国防等各部门。优化设计是20世纪60年代初发展起来的，它是将最优化原理和计算机技术应用于设计领域，为工程设计提供一种重要的科学设计方法。利用这种新方法，就可以寻找出最佳设计方案，从而大大提高设计效率和质量。因此优化设计是现代设计理论和方法的一个重要领域，它已广泛应用于各个工业部门。优化方法的发展经历了数值法、数值分析法和非数值分析法三个阶段。20世纪50年代发展起来的数学规划理论形成了应用数学的一个分支，为优化设计奠定了理论基础。20世纪60年代电子计算机和计算机技术的发展为优化设计提供了强有力的手段，使工程技术人员把主要精力转到优化方案的选择上。最优化技术成功地运用于机械设计还是在20世纪60年代后期开始，近年来发展起来的计算机辅助设计（CAD），在引入优化设计方法后，使得在设计工程中既能够不断选择设计参数并评选出最优设计方案，又可加快设计速度，缩短设计周期。在科学技术发展要求机械产品更新日益所以今天，把优化设计方法与计算机辅助设计结合起来，使设计工程完全自动化，已成为设计方法的一个重要发展趋势。 优化设计方法多种多样，主要有以下几种：1无约束优化设计法；无约束优化设计是没有约束函数的优化设计，无约束可以分为两类，一类是利用目标函数的一阶或二阶导数的无约束优化方法，如最速下降法、共轭梯度法、牛顿法及变尺度法等。另一类是只利用目标函数值的无约束优化方法，如坐标轮换法、单形替换法及鲍威尔法等。此法具有计算
浅谈建筑结构设计中优化技术的应用冯莹 摘要：传统民居及其建筑文化在建筑领域中占有极为重要非得位置，该种类型 的建筑是传统文化精髓的一种集中体现，见证了每个时代的人类与大自然之间的 和谐发展历程。因而当代建筑设计师，必须要有针对性的对我国传统民居建筑文 化中所蕴含的文化精髓及优势特点，展开全面详细的研究，才能有效推进传统民 居及其建筑文化基因与现代建筑能够共同发展。 关键词：建筑结构；设计；问题；应用 中图分类号：TU318 文献标识码：A 前言：在如今的建筑结构当中使用优化设计是非常常见的。同时，其也是能 够让建筑结构进行更新改造的一种方法，符合现在的发展水平和人们的需要的。 但是，在使用的过程当中，对于一些施工要点需要去引起注意。希望通过本文的 研究和分析，可以帮助相关人员对建筑结构优化设计有一个基础的了解。同时， 也希望能够促进我国建筑行业在未来能够持续健康发展。 1建筑结构设计方法的概述 对整体建筑设计进行完善的优化可以主要从两个方面进行：理论方面以及经 验方面。结构设计师通过对结构优化方法的学习，并且将其作为在实际的优化工 程中的理论基础，使得整体建筑得到优化，并且进一步完善建筑结构的细部设计。在进行实际的建筑设计优化过程中，应该以更加重视的态度进行实际的工作，并 且需要抓住整个建筑结构设计中的重点，对其重要的环节进行控制。以一个结构 设计优化的例子来说明，在进行实际的设计过程中，应该尽可能的使得其质量中 心和刚度中心重合，并且设计建筑图时，尽量使得其平面布置更加规整，从理论 上进行分析，所有合格的建筑结构都应该尽可能的满足这些要求。同时，为了使 整个结构的稳定性得到保障，需要对其承受荷载过程中的变形进行控制，保证其 水平荷载作用下的位移符合相关的设计标准。在进行竖向承重结构的布置过程中，应该尽可能的使得其竖向承重结构在一定程度上贯通。同时在进行实际的建筑结 构设计过程中，不仅需要对其结构的安全性以及稳定性进行考虑，同时还需要加 强对其经济性的考虑。因此为了使整个建筑的经济性得到保证，就需要尽可能的 减少对转换层的使用，减少刚度突变的部位，使整个建筑的变形协调一致. 2建筑结构优化设计的重要性 为了使结构在承受荷载以及正常使用的过程中表现更加优异，就需要对其结 构进行一定的优化。并且经过有效的结构优化之后，实用性以及美观性都能在一 定程度上得到较大的提升，建筑结构的工程造价也能更加准确的被估计。而建筑 设计不仅需要考虑到质量以及后期的业主的使用，还需要从开发商的角度进行考虑，开发商希望在实际的建设过程中利用最少的资金做到最多的事情，同时还需 要使其建筑本身的科学性以及安全性得到保障。 3优化设计的原则 1）安全性，城市的发展和科技的进步推动了房屋建筑技术的不断提升，并对结构设计提出了更多的要求。结构优化设计不仅可以降低工程投入，节约建设成本，更重要的是可以保证结构的安全性能。如果仅以节约资金投入作为结构优化 的判别依据，而不考虑结构的安全性，那么结构的优化将无任何价值和作用，并 且不能保证结构安全的优化设计也是行不通的，因此，安全性是设计人员结构优 化的根本原则和基础条件。 2）经济性，对建筑材料的优化使用是房屋设计经济性原则的主要方法，建筑
浅谈房屋建筑的结构设计优化技术李兵仁 摘要：目前我国的经济发展已经达到了一定的水平，人们对于居住环境的要求 也随之不断增加。在保证了房屋建筑所有的功能特点之后，应尽可能地控制施工 成本，这就需要在进行房屋建筑设计时尽可能使用结构设计的优化技术。将从房 屋建筑结构的优化技术的内容、房屋建筑的结构设计与经济性的关系以及优化技 术在房屋建筑结构设计中的应用3个方面进行论述与分析，进而详细地对我国的 建筑结构优化技术进行探讨。 关键词：房屋建筑；结构设计；优化技术；应用 引言 如何实现结构的最优化设计，保证结构的功能性以及安全耐久性，同时最大 限度节省建筑的占地面积以及追求经济性，是优化设计的主要目标。进行房屋建 筑的结构优化包括进行整体房屋结构的优化设计以及细部结构的优化设计。计算 机时代的降临，以及计算机结合相关设计理论，实现了工程设计问题向数学计算 问题的一种转换。因此，对于相关计算机技术的掌握，也是实现最优化设计的一 种前提条件。 1 房屋建筑结构的优化技术的内容 要使用房屋建筑结构优化技术，就需要首先了解房屋建筑结构优化设计的主 要内容，通常情况下，房屋建筑结构可以进行以下的优化技术。在考虑房屋建筑 的结构使用功能以及安全设计要求的前提之下，应对于房屋结构设计过程中可能 存在的问题进行考虑，通过最经济合理的方式来完成该结构设计的内容。这个过 程就是房屋建筑的结构优化设计过程。其主要内容有：1）认真分析房屋建筑结构，对于整体设计过程进行最优化分析并进行相关的设计改进；2）对于房屋建 筑结构设计的子结构作为单独对象进行最优化分析以及相关的设计改进。对于子 结构的最优化分析与改进时，通常可以对于子结构进行进一步的细分，子结构主 要包含细部构造、主体结构、屋盖结构、围护结构以及下部的基础结构部分。 2 房屋建筑与经济性的关系 1）如何处理房屋建筑结构设计的层数与用地面积之间的关系。我们知道多层建筑与高层建筑，随着层数的不断增加，由于其使用的土地面积一定，因此，使 得单位层数所使用的土地面积就会减小。但是实际的设计中并非如此，随着建筑 物层数的增加，建筑物的高度随之增加，然而为了确保建筑物内部的光线质量， 需要适当地增加建筑物之间的间距，如此就会增加建筑物的用地面积。由此可见，建筑物的总建筑面积所使用的土地面积与建筑物层数之间的联系不是一种必然性。因此就需要使用房屋建筑结构优化设计来实现建筑物层数与建筑物的占地面积之 间的关系进行协调。通常情况下，高层建筑物的优化设计方法是通过减小上部的 面积来实现建筑物整体光照的效果，这样可以尽可能达到减小占地面积的效果， 然而上部的建筑面积也会随之相对减小。如何寻找两者之间的相互协调点来实现 这种平衡，是需要通过相关的优化设计技术来实现的。 2）如何处理房屋建筑的结构分部部分与建筑物层数之间的关系。由于同一个建筑物只需要一个公用屋盖，因此，建筑物的屋盖部分的单位设计成本会随着建 筑物层数增加而降低。但是对于建筑物的基础部分则又有所不同，我们知道同一 个建筑物的基础部分是属于共同的，随着建筑物层数的增加，基础部分承受的上 部荷载也会随之增加，那么，设计中就需要提高基础构件的承载力，这样就会增
浅谈建筑结构设计的优化设计和现实意义摘要：在建筑物的结构设计中，选择不同的设计方案以及选择不同种类的建筑材料都会对工程的造价产生较大的影响，因此建筑物结构的优化设计方案尤为重要，本文主要阐述了建筑物结构优化设计的方法，以及对需要进行优化设计的主要部分进行了分析，同时也提出了结构设计优化的现实意义。 关键词：结构优化设计的方法、基础优化设计，现实意义abstract: in the building structure design, the choice of different design, and choose different kinds of building materials of engineering cost will be produced great influence, so the structure optimization design scheme is particularly important, this paper mainly expounds the structure optimization design method, as well as to the need for the main part of the optimization design was analyzed, and puts forward the structure optimization design of practical significance. key words: the structure optimization design method, on the basis of the optimization design, the practical significance 中图分类号：tu318文献标识码：a文章编号： 近年来，由于土地价格不断上涨，使得开发商的建筑总成本在不断地增加，这就给开发商的成本控制带来了极大压力；同时，由于
结构优化设计在房屋结构设计中的运用 发表时间：2019-04-04T09:06:49.333Z 来源：《建筑学研究前沿》2018年第34期作者：严明煜 [导读] 建筑行业的发展机遇与挑战共存，并且随着越来越多的建筑企业参与到市场竞争中，使得建筑行业的竞争也越发激烈。因此，如果建筑企业想要在暗流涌动的市场格局中争得一席之地，就必须要改进原有的建筑结构设计，优化设计技术水平。因此，当前对建筑结构设计中优化技术的研究是必不可少的。 严明煜 浙江东南建筑设计有限公司浙江杭州 310000 摘要：建筑行业的发展机遇与挑战共存，并且随着越来越多的建筑企业参与到市场竞争中，使得建筑行业的竞争也越发激烈。因此，如果建筑企业想要在暗流涌动的市场格局中争得一席之地，就必须要改进原有的建筑结构设计，优化设计技术水平。因此，当前对建筑结构设计中优化技术的研究是必不可少的。 关键词：建筑结构设计；优化技术；应用探讨 1建筑结构设计优化的概念、特点以及重要意义 所谓建筑结构设计优化，主要是指建筑在最初的设计之时，除了要保障房屋建筑等的施工安全性以及实用性，还要能够在基本满足人们最基本生活要求的同时，尽量保证房屋结构不仅美观，还要合理、舒适，使得房屋建筑具有安全性、适用性、经济性、科学性、美观等的综合性设计方案。一般建筑结构设计优化方法普遍具有以下几个特点：（1）建筑结构优化设计方法具有多样性和综合性的特点。（2）建筑结构优化设计方法是与艺术等审美标准相融合的设计，直观效果比较强。（3）建筑结构优化設计的安全系数得到了整体的提高。（4）建筑结构优化设计的适用性增强。（5）建筑结构优化设计能够体现当今时代的低碳要素，具有节能性和环保性。（6）建筑结构优化设计的经济化趋向愈来愈明显。（7）建筑结构优化设计在管理中更加简易、方便、快捷。（8）建筑结构优化设计具有科学性（9）建筑结构优化设计具有明显的创新意识、突破了传统的设计形式。建筑结构设计优化方法在房屋结构设计中的应用具有以下重要意义：建筑结构优化设计方法在房屋结构设计的应用中，是以优化房屋的结构、保障房屋建筑的质量及其安全为目的的。根据近年来我国城市建筑的发展趋势以及科学技术的发展情况来看，与传统的房屋设计相比，经过优化设计的建筑所采取的设计理念以及设计技术更为先进和科学，能够充分发挥房屋建筑建材的性能以及其设备的性能的优势，成本支出也更为低廉，从而实现企业利益的最大化。除此之外，建筑结构优化设计方法应用于房屋结构设计中，能够实现房屋建筑内部结构的协调和整合，有效提高房屋建筑的质量以及安全性。现代的建设结构优化设计方案和传统的建设房屋比较，运用设计方法后的建筑可以降低工程的建设投入成本和投资，提高建筑结构的优化方法，可以节省建设材料的使用，充分利用建设材料。 2结构设计优化技术在建筑结构设计中的步骤 2.1结构优化模型 房屋结构整体优化设计方法分以按3个步骤进行。首先，选择设计变量。一般把对设计要求起主要影响作用的参数作为设计变量，如目标控制参数（结构造价C1和损失期望C2）和约束控制参数（结构的可靠度PS）；而将那些对设计要求来讲，变化范围不大或是根据结构要求或局部性的设计考虑就能满足设计要求的参数等作为预定参数，这可以大大减少设计、计算和编制程序的工作量；其次，确定目标函数。寻求一组满足预定条件的截面几何尺寸和钢筋截面积以及失效概率，从而使总费用最小；第三，确定约束条件。房屋结构基于可靠度优化设计的约束条件，则包括尺寸约束、结构强度约束、应力约束、变形约束、裂缝宽度约束、构件单元约束、结构体系约束、从正常使用极限状态下的弹性约束到最终极限状态的弹塑性约束、从可靠指标约束到确定性约束条件等。在设计中，要使结构优化设计应用于实际房屋结构工程，则是路房屋结构设计中实际的约束条件与目标约束条件相比较，保证各约束条件都符合现行规范的要求，以实现最优设计。 2.2设定优化设计计算方案 房屋结构基于可靠度的优化设计问题属于比较复杂的多变量、多约束非线性优化问题，一般情况下，在计算过程中，应转化问题求解，即将有约束优化问题转化为无约束问题。可以利用起来的优化设计计算方法有复合形法、拉氏乘子法、Powell法等。 2.3进行程序设计 根据基于可靠度的结构优化模型和选择的优化设计计算方法，编制功能齐全、运算速度快的综合程序。 2.4结果分析 对计算结果进行分析，确定最优设计方案。 在上述步骤的执行过程中，涉及的问题包括多个方面，所以要全方位、多角度地考虑。这主要是因为建设投资这项工程的耗资非常大，涉及到的情况非常多，所以，总法则和考虑必须综合进行，不能片面地追求资金的节约而不顾设计的优化作用。技术与经济之间存在一对矛盾，要能够正确处理，因为它是控制投资中至关重要的环节。因此，在设计中片面强调经济节约是不正确的，应满足技术上的相应要求，使项目达到相应的功能倾向，与此同时，要反对重视技术，轻经济、设计保守浪费的现象。 3建筑结构设计优化在房屋设计中的具体运用 3.1整体和布局的统一性 以湖南省某处建筑设计为例，建筑平面图如图1所示，在建筑设计过程当中，经常会运用到艺术建筑设计理念，在项目的整体性工程设计方面，需要对建筑设计和艺术性设计实施完美的结合。因此，在建设过程中需要充分地考虑到整体建筑项目风格以及对建筑环境的和谐统一。从另外一个角度上来进行分析，建筑的局部美和整体性设计上都需要进行和谐统一，不管是在走线的方式还是建筑给排水管道的铺设上，都需要以整体性和安全性为主要的设计原则，在充分的保证建筑安全性的前提下来进行美观性设计。 3.2建筑结构的优化设计 在建筑结构设计优化工作当中，需要充分考虑到建筑剪力墙的优化设计，在建筑优化设计过程中主要表现在对建筑的安全性能的保障方面。充分结合建筑设计的中心位置以及剪力墙的整体受力形式，尽可能降低剪力墙的设计指标，在降低建筑受力方面，需要重点考虑建
建筑结构设计优化方法的研究应用 发表时间：2017-06-19T16:42:00.213Z 来源：《基层建设》2017年6期作者：郑学毅 [导读] 本文对建筑结构空间利用率的优化进行了重点探讨，对建筑结构优化的理念进行了阐释和延伸。 广东南雅建筑工程设计有限公司广东广州 515000 摘要：一个建筑要达到精美的效果，设计师需要把其美观设计与结构设计紧密结合起来。实现建筑结构设计优化是一个复杂而系统的过程，通常被归入综合决策的范畴。在实际优化环节，既要考虑实用性和安全性，又要考虑经济性，还应考虑整体效果，总之，要平衡各方面的关系。本文对建筑结构空间利用率的优化进行了重点探讨，对建筑结构优化的理念进行了阐释和延伸，希望能对类似工程建设提供一些借鉴和帮助。 关键词：建筑结构设计；优化；方法；应用 1.建筑结构设计优化的内容及意义 建筑结构设计优化主要体现在两个方面，一是对建筑工程总体结构进行优化设计，二是对建筑工程局部结构进行优化设计。其中，建筑工程局部结构的优化设计的对象主要包括以下几点：1）基础结构方案；2）屋盖系统方案；3）围护结构方案；4）结构细部等。对上述对象进行优化设计时，通常还会涉及选型、受力分析以及造价分析等诸多内容。总之，对建筑结构设计进行优化的过程中，不仅要严格依据设计规范执行，还应充分结合建筑工程的具体情况，最终提高建筑工程的综合经济效益。建筑结构设计优化的意义主要在于两点，一是提高建筑工程的安全性及可靠性，二是降低建筑工程的总造价。通过对比分析发现，建筑结构设计优化方法应用得当的情况下，能大幅降低建筑工程的总造价，最高可达30%。通过优化方法的有效应用，一方面能够最大限度体现物质的性能，另一方面能够为规划的实际执行提供一系列有用的参考资料。 2.建筑结构设计优化方法的应用步骤 2.1 建立结构设计优化模型 对建筑整体结构设计进行优化时，一般步骤如下：1）确定设计变量。所谓设计变量指的是可能会对建筑整体效果或者实用性产生影响的一系列参数，如目标控制函数（以整体建筑结构造价控制为代表），又或者约束控制参数（以整体建筑结构的可靠度控制为代表）等。在实际选取过程中，应对参数进行适当的精简，不对那些相关性较小的参数进行研究，如此一来，能够大幅降低模型的计算强度，同时有效减少编程的工作量；2）建立目标函数。目标函数主要包括两大方面，一是建筑的整体效果，二是建筑的整体实用性。寻找一组有效参量。这组参量既要满足建筑使用功能，又要符合既定的结构截面尺寸以及钢筋截面积。从而保证求得的目标函数值达到最优；3）定义约束条件。通常，建筑结构的约束条件涉及诸多内容，既包括建筑的可靠度约束、强度约束，又包括应力变形约束，还包括裂缝宽度约束等。在具体设计环节，应保证加入约束条件的考量之后，实际结构设计满足现行的设计规范，符合最优设计标准的相关要求。 2.2 优化设计方案的选择 通常情况下，有多种建筑结构设计优化方案可供选择。进行选择时，常常将基于可靠度的方案列为重点考虑对象。对该种方案进行实际计算时，既要面对关系错综复杂的多种变量，又要面对数量众多的约束条件，再加上它们都属于非线性问题，所以，在计算过程中，通常先要将其转化为无约束条件的线性问题，然后求解。在上述一系列计算过程中，通常可以采用如下两种优化计算方法：1）拉普拉斯算子法；2）复合形法。在选取具体算法的过程中，一方面要考虑算法的精度，另一方面要考虑算法的计算速率，总之，要对算法进行综合而全面的考虑，从而选定一个最佳的算法。 2.3 具体的程序设计 当确定具体的建筑结构设计优化方案之后，便会进入到具体的程序设计环节，即编制一个功能完备、运算速率良好、综合效果优异的计算程序。程序设计将会涉及诸多内容，其中最为主要的包括两大方面，一是工程指标的选取，二是建筑的功能需要。由于编程涉及广泛且内容繁复，本文不对其进行详细论述[6]。 2.4 结果分析 对计算结果进行分析是一个十分关键的过程，关系到整个设计优化的成与败，所以，在分析的过程中应保证考虑的全面性，主要包括以下几个方面：1）建筑结构的成本；2）建筑结构的实用性；3）建筑结构的整体空间效果。建筑结构是一项复杂而系统的工程，再加上耗资较大，所以，在设计优化的过程中，应站在整体的角度进行分析，无论是片面追求资金的节省，还是片面追求建筑实用性的增加都是不对的。总而言之，就是协调好技术和经济之间的关系，寻求二者之间的平衡，进而展开合理的优化[7]。 3.优化结构设计技术在实践中的应用方法 在设计好优化结构设计方案后，就可以将该理论方法应用于实践之中。结构设计的优化，是目前一个比较普遍的课题，要达到利用结构优化的方法在不改变适用性能的前提下达到降低工程造价的目的，将结构设计优化方法应用于实践之中，这是我们建筑工程设计人员所追求的目标。结构设计优化设计应用于项目的整体设计、前期设计，抗震设计等设计的各分部环节，发挥着巨大的效益。在按照结构设计优化的方法及模型进行实践的过程中，下面就这几个方面进行详细描述。 3.1 参与结构设计优化的前期工作 因为前期方案的确定直接影响建筑的总投资，而现在存在的普遍问题就是前期方案阶段结构设计并不进行参与，建筑师进行建筑设计时大多并不考虑结构的合理性以及它的可行性，但是建筑设计的结果却直接对结构设计造成影响，某些方案可能会增加结构设计的难度，并使得建筑的总投资提高。如果在方案的初期，结构优化设计就能参与进来，那么我们就能针对不同的建筑类别，选择合理的结构形式，合理的设计方案，获得一个良好的开端。 3.2 将概念设计和细部结构设计进行优化 概念设计应用于没有具体数值量化的情况，例如地震设防烈度，因为它的不确定性，计算式难免与现实有较大的差异，在进行设计的时候就要采用概念设计的方法，把数值作为辅助和参考的依据。设计过程中需要设计人员灵活的运用结构设计优化的方法，达到最佳的效果。 3.3 优化下部的地基基础结构设计 地基基础的结构设计优化首先要选择合适的方案，如果为桩基础，那么要根据现场地质条件选择桩基类型，尽量节省造价。桩端持力
浅谈装配式建筑的结构设计优化 装配式建筑的主要构件为预制构件，即将建筑的全部构件或者是部分构件分割为若干个单元，在工厂内预制完成后，运输到现场，将这些预制构件采取可靠连接方式搭建起来。与传统建筑相比，装配式建筑结构、装配式建筑物的制作工艺有着很大的不同，且装配式建筑结构设计过程中缺乏综合考虑，建设成本较高，导致装配式建筑的应用范围十分有限，无法得到更为广泛的应用。面对这样的问题，装配式建筑的结构设计优化，显得十分重要，也十分必要。本研究主要对装配式建筑的结构设计要点进行了分析，并探讨了装配式建筑的结构设计优化措施，以供参考。 标签：装配式建筑；结构设计；优化 相比较于传统建筑，装配式建筑的建造速度快、受气候影响较小，可以减少建筑垃圾的产生与建筑污水的排放，也能减少粉尘、噪声及有害气体，符合节能减排、绿色环保的现代化建筑理念的要求，因此，装配式建筑近年来得到了越来越多的关注与重视。 1、装配式建筑的结构优化设计要点 装配式建筑的结构设计中，为确保结构设计的可操作性与可行性，必须明确掌握装配式建筑的结构设计要点。装配式建筑结构优化设计指的是，在确保装配式建筑功能性、安全性的基础上，应尽可能地降低能源消耗，采取精细化、标准化、专业化的结构设计，通过多专业协作、多方案比较、精细化设计、标准化管理，实现土建成本、建筑功能以及结构安全的有机结合，实现装配式建筑的效益最大化[1]。 装配式建筑的结构设计中，首先，要充分考虑装配式建筑的功能需求，深入分析装配式建筑的立面造型、户型、柱网布置以及分缝等方面的内容，提出可行性建议，将建筑的不规则度、高度以及复杂度控制在合理的范围之内。其次，初步设计阶段，必须综合考虑建筑的结构布置、结构体系、建筑材料、基础型式以及各项参数，对多种方案进行可行性、经济性分析，从中选出最优方案，实现对土建造价的有效控制[2]。最后，施工图阶段，通过标准化配筋方法、精确的计算把控、科学的模型调整，并对施工图进行精细化内审、优化，实现对土建造价的进一步控制。 2、装配式建筑的结构设计优化措施 2.1有效利用相关政策 相比较于传统建筑，装配式建筑的建设成本相对较高，现阶段，我国为促进装配式建筑的发展，国家及各地区纷纷出台相关优惠政策，为装配式建筑的发展提供了良好的驱动力。在装配式建筑结构设计中有效利用相关政策，便可以在很
房屋建筑结构设计论文优化技术论文 摘要：现代化建设对于建筑的要求越来越多样化，房屋建筑结构设计优化技术的应用可以使建筑在安全、实用、美观、经济上更能适应新时代发展的要求。建筑结构技术的优化推进建筑方式和建筑材料的创新与发展，促进新的建筑材料更环保，更符合可持续发展的要求。技术的优化可以带动整个行业的发展，也可以有效的降低建造成本，使建筑业可以更健康持续的发展。 关键词：房屋建筑；结构设计；优化技术 引言 自21世纪以来，中国经济和文化都得到了快速的发展，各种新兴产业在政府的推动下快速崛起，对原有的市场经济形成了猛烈的冲击。建筑企业要想在这种新的市场环境下依然保证其优势的发展地位，在确保工程质量的大前提下，必须要继续优化建筑的结构设计，使房屋建筑更经济化、高效化。 1 民用建筑结构设计与经济性的关系及作用分析 1.1 结构设计与用地的关系 改革开放以来，我国的建筑施工材料和技术也得到了有效的发展，建筑物的层数和高度也不断的在刷新。但是，为了建筑空间的采光、通风和地面交通的要求，相邻建筑之间的距离也越来越大。地区发展差异较大导致人员的过度集中，造成的建筑用地缺乏等问题并没有得到有效的解决。 1.2 结构设计与造价的关系 社会发展对于建筑物的功能要求越来越高，造价也有了相应的增加。尤其是高层建筑甚至于超高层建筑的发展，在缓解了用地紧张的同时，却极大程度的增加了整个工程造价。对于楼板部分，不承担上部结构荷载，建筑物高度的增加对其造价的影响不大。但是对于建筑基础部分，建筑物高度的增加会极大的增加底部构件所需要承受的荷载，为了保证整个建筑的稳定性和安全性，就必须增加地基的承载能力，增大承载强度。柱、剪力墙等承重构件，为整个建筑的支撑起着至关重要的作用，也会因为高度的增加而对抗震能力、抗风荷载等有着比较高的要求，都会增加整个建筑工程的造价。 1.3 房屋建筑结构优化设计的主要作用分析 房屋建筑结构设计的优化技术在现实生活中的应用，会给施工过程带来极大的便利和成本的节约。首先，技术的优化可以使建筑主体的受力与传递更加科学，能有效的提高建筑结构的承载能力，较小的成本得到更安全的性能。而且，优化技术可以对以往施工过程中存在的不足之处和难以突破的点进行新技术的尝试，结合实践数据研究、创新出一些更优良的方案，使建造过程和建筑物可能存在的安全隐患都能得到很好的解决。优化技术的应用在整个建筑过程中都有着非常重要的意义，在保证建筑结构本身的安全性和稳定性的同时，对设计过程的简化，建筑材料的节省甚至新型材料的应用，施工过程中人力物力的节省等都有很大的改观，能有效的降低建筑物造价，使建筑业的发展更科学，更经济。 2 房屋建筑结构设计中应用优化技术的思路
结构优化设计的几点应用 摘要：提出结构优化设计的概念，重点分析和推导了钢筋混凝土受弯构件造价最省的条件，可以为设计人员判断受弯构件的截面是否优化提供参考。 关键词：结构优化设计；钢筋混凝土受弯构件；造价 1. 引言 一般结构设计的流程按图一进行，结构选型、布置和截面等是设计师根据设计要求和实践经验，参考类似的工程设计确定的。设计中大量的工作都是对初步选定的设计方案进行校核，现行设计规范的表述模式一般是不等式，如，因此满足不等式的结构方案必定是无限多种的。在满足设计规范和使用要求的前提下，另外确定一个特定指标使其达到极大或极小（如造价最省、工期最短、自重最轻、梁高最小等），就是结构优化设计。
优化设计用数学的方法描述就是目标函数的极值问题。一个结构的设计方案是由若干个变量来描述的，这些变量可以是构件的截面尺寸，也可以是结构的形状布置，还可以是材料的力学或物理参数。结构设计的所有变量计为[X]，结构设计必须满足建筑功能和设计规范的要求，也就
是所有的变量必须满足一定的约束条件： H(X)=0 G(X)≥0 设定的优化目标必定是[X]的函数F（X）,F(X)→min(或max)所求的一组解[X0]就是最优化设计的解。 [X]的维数决定了优化设计的过程离开计算机是无法实现的，遗憾的是现阶段的结构设计软件除少数钢结构软件有构件截面的自动优选外，一般都没有引入优化设计的概念。因此现阶段可以操作的优化设计依然是电脑与人脑的结合，即所谓的概念设计，根据一定的经验指标判断计算结果是否已达优化，也就是如图二所示，在一般设计的流程中加入最优化的判断。 2. 结构优化设计的分类： 根据结构设计的流程，优化设计可以分为宏观优化和微观优化，宏观优化包括结构选型和结构布置的优化，微观优化主要是指杆件截面的优化。 结构选型的优化包括基础方案和上部结构的优化，结构选型的优劣直接决定了结构设计的质量，更多的依靠设计人的经验和能力，当复杂的问题超出经验的范围时，对不同的结构方案进行试算不失为一种可行的方法，这时忽略一些微观的因素，相当于大大降低了自变量[X]的维数，少量的计算比较就可以找到比较优化的结构选型。比如框架-筒体的超高层建筑，外框架可采用钢筋混凝土、钢管混凝土、型钢混凝土，可以加斜撑，也可以做加强层，在不能准确判断采用哪种方案的时候，逐一试算，比较钢材和混凝土的用量或其他目标函数，可以在较短的时间内
基于OptiStruct的结构优化设计方法 作者：张胜兰 优化设计是以数学规划为理论基础，将设计问题的物理模型转化为数学模型，运用最优化数学理论，以计算机和应用软件为工具，在充分考虑多种设计约束的前提下寻求满足预定目标的最佳设计。有限元法（FEM）被广泛应用于结构分析中，采用这种方法，任意复杂的问题都可以通过它们的结构响应进行研究。最优化技术与有限元法结合产生的结构优化技术逐渐发展成熟并成功地应用于产品设计的各个阶段。 一、OptiStruct结构优化方法简介 OptiStruct是以有限元法为基础的结构优化设计工具。它提供拓扑优化、形貌优化、尺寸优化、形状优化以及自由尺寸和自由形状优化，这些方法被广泛应用于产品开发过程的各个阶段。概念设计优化――用于概念设计阶段，采用拓扑（Topology）、形貌（Topography）和自由尺寸（Free Sizing）优化技术得到结构的基本形状。详细设计优化――用于详细设计阶段，在满足产品性能的前提下采用尺寸（Size）、形状（Shape）和自由形状（Free Shape）优化技术改进结构。拓扑、形貌、自由尺寸优化基于概念设计的思想，作为结果的设计空间需要被反馈给设计人员并做出适当的修改。经过设计人员修改过的设计方案可以再经过更为细致的形状、尺寸以及自由形状优化得到更好的方案。最优的设计往往比概念设计的方案结构更轻，而性能更佳。表1简单介绍各种方法的特点和应用。
OptiStruct提供的优化方法可以对静力、模态、屈曲、频响等分析过程进行优化，其稳健高效的优化算法允许在模型中定义成千上万个设计变量。设计变量可取单元密度、节点坐标、属性（如厚度、形状尺寸、面积、惯性矩等）。此外，用户也可以根据设计要求和优化目标，方便地自定义变量。 在进行结构优化过程中，OptiStruct允许在有限元计算分析时使用多个结构响应，用来定义优化的目标或约束条件。OptiStruct支持常见的结构响应，包括：位移、速度、加速度、应力、应变、特征值、屈曲载荷因子、结构应变能、以及各响应量的组合等。 OptiStruct提供丰富的参数设置，便于用户对整个优化过程及优化结果的实用性进行控制。这些参数包括优化求解参数和制造加工工艺参数等。用户可以设定迭代次数、目标容差、初始步长和惩罚因子等优化求解参数，也可以根据零件的具体制造过程添加工艺约束，从而得到正确的优化结果并方便制造。此外，利用OptiStruct软件包中的OSSmooth工具，可以将拓扑优化结果生成为IGES等格式的文件，然后输入到CAD系统中进行二次设计。
【架构设计】【程序指标】鲁棒性与健壮性的细节区别 一、健壮性 健壮性是指软件对于规范要求以外的输入情况的处理能力。 所谓健壮的系统是指对于规范要求以外的输入能够判断出这个输入不符合规范要求，并能有合理的处理方式。 另外健壮性有时也和容错性，可移植性，正确性有交叉的地方。 比如，一个软件可以从错误的输入推断出正确合理的输入，这属于容错性量度标准，但是也可以认为这个软件是健壮的。 一个软件可以正确地运行在不同环境下，则认为软件可移植性高，也可以叫，软件在不同平台下是健壮的。 一个软件能够检测自己内部的设计或者编码错误，并得到正确的执行结果，这是软件的正确性标准，但是也可以说，软件有内部的保护机制，是模块级健壮的。 软件健壮性是一个比较模糊的概念，但是却是非常重要的软件外部量度标准。软件设计的健壮与否直接反应了分析设计和编码人员的水平。即所谓的高手写的程序不容易死。 （不是硅谷，印度才是全球软件精英向往之地） 为什么印度人的软件业在国际上要比中国的好，除了印度人母语是英语的原因外，更重要的是因为印度人严谨，他们的程序更有健壮性。印度的一个老程序员，月代码量在一千行左右，这一千行代码，算法平实，但都是经过仔细推敲，实战检验的代码，不会轻易崩溃的代码。我们的程序
员，一天就可以写出一千行代码，写的代码简短精干，算法非常有技巧性，但往往是不安全的，不完善的。印度人的程序被称作：傻壮。但程序就得这样。写一段功能性的代码，可能需要一百行代码，但是写一段健壮的程序，至少需要300行代码。例如：房贷计算器的代码，算法异常简单，十多行就完成了，但是，这段程序完全不具备健壮性，很简单，我的输入是不受限制的，这个程序要求从用户界面读取利率，年限，贷款额三个数据，一般同学的写法很简单，一句doubleNum = Double.parseDouble(JOptionPane.showInputDialog(null,"请输入"+StrChars)) ;就万事OK了。但是，真的有这么简单么，开玩笑，这么简单就好了，列举以下事例1，我输入了负数2，我的输入超出了double类型所能涵盖的范围3，我输入了标点符号4，我输入了中文5，我没输入6，我选择了取消或者点了右上角的关闭这一切都是有可能发生的事件，而且超出了你程序的处理范围，这种事情本不该发生，但是程序使用时，一切输入都是有可能的，怎么办，你只能在程序中限制输入。作为一个程序员，你如何让你的代码在执行的时候响应这些事件呢，我用了四十行代码编写了一个方法，用来限定我的输入只能为正实数，否则就报错，用户点击取消或者关闭按钮，则返回一个特殊数值，然后在主方法增加一个循环，在调用输入方法的时候检查返回值，如果为特殊值，就返回上层菜单或者关闭程序。 二、鲁棒性 鲁棒是Robust的音译，也就是健壮和强壮的意思。 鲁棒性（robustness）就是系统的健壮性。它是指一个程序中对可能