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容许应力法和概率(极限状态)设计法在钢结构设计中的应用中铁五局集团公司经营开发部肖炳忠内容提要本文简要介绍了容许应力法、破坏阶段法、极限状态法、概率（极限状态）设计法四个结构设计理论，并且列出了我们经常用的容许应力法和概率（极限状态）设计法的实用表达式和参数选用，通过对上述两种方法参数的比较，总结出我们在工程施工中临时结构设计的实用办法和注意事项，以期望提高广大现场施工技术人员的设计水平的目的。
1、前言我们在钢结构设计中经常用到容许应力法和概率（极限状态）设计法，有些没有经验的技术人员在设计计算中经常将二者混淆，因此有必要将两种设计计算方法进行介绍和比较，供广大技术人员参考。
2、四种结构设计理论简述2.1、容许应力法容许应力法将材料视为理想弹性体，用线弹性理论方法，算出结构在标准荷载下的应力，要求任一点的应力，不超过材料的容许应力。
材料的容许应力，是由材料的屈服强度，或极限强度除以安全系数而得。
容许应力法的特点是：简洁实用，K值逐步减小；对具有塑性性质的材料，无法考虑其塑性阶段继续承载的能力，设计偏于保守；用K使构件强度有一定的安全储备，但K的取值是经验性的，且对不同材料，K值大并不一定说明安全度就高；单一K可能还包含了对其它因素（如荷载）的考虑，但其形式不便于对不同的情况分别处理（如恒载、活载）。
2.2、破坏阶段法设计原则是：结构构件达到破坏阶段时的设计承载力不低于标准荷载产生的构件内力乘以安全系数K。
破坏阶段法的特点是：以截面内力（而不是应力）为考察对象，考虑了材料的塑性性质及其极限强度；内力计算多数仍采用线弹性方法，少数采用弹性方法；仍采用单一的、经验的安全系数。
2.3、极限状态法极限状态法中将单一的安全系数转化成多个（一般为3个）系数，分别用于考虑荷载、荷载组合和材料等的不定性影响，还在设计参数的取值上引入概率和统计数学的方法（半概率方法）。
极限状态法的特点是：在可靠度问题的处理上有质的变化。
自立式铁塔满应力分析系统操作说明目录第一章系统概述 (1)一、系统简介 (1)二、系统需求 (2)三、注意事项 (3)第二章操作流程 (4)第三章操作步骤 (5)一、建立新文件 (5)二、导入建塔文件 (6)三、计算荷载 (8)3.1 添加导地线荷载挂点 (8)3.2 计算荷载 (8)3.3 导入荷载 (9)四、有限元计算 (10)五、成果输出 (12)5.1 读入计算结果 (12)5.2 输出铁塔司令图和材料汇总表 (13)第四章界面和菜单说明 (15)一、界面 (15)1.1 数据表窗口 (15)1.2 荷载窗口 (15)1.3 计算窗口 (16)1.4 交互编辑窗口 (16)1.5 节点平衡法窗口 (17)1.6 设计基础窗口 (17)1.7 连接法兰窗口 (18)1.8 建模窗口 (19)二、菜单 (20)2.1 文件 (20)2.2 操作 (21)2.3 调整 (31)2.4 计算 (34)2.5 计算结果 (40)2.6 接口文件 (42)2.8 编辑 (43)2.9 视图 (44)2.10 设置 (44)2.11 帮助 (49)附录A 导入良乡试验加荷表 (50)附录B 交互编辑界面的使用 (52)附录C 受力材参数说明 (59)附录D 塔身风压分段数据标准段号的填写 (67)附录E 基础作用力数据处理程序 (72)附录F 规程参数配置文件DATA.INI说明 (74)附录G 材质参数配置文件Q460Q235.INI (78)附录H 拆分地线荷载 (81)附录I 拆分V串、悬垂挂架、拆分U串、拆分Ψ串 (85)附录J 补助材计算说明 (92)附录K 原始数据中使杆件排序的操作说明 (97)附录L 使用非线性矩阵分析程序 (106)附录M 混合构件选材 (108)附录N 鸭嘴角钢计算使用说明 (109)附录O 高强钢计算操作流程 (111)附录P 快速输入智能继承功能 (114)附录Q 验算螺栓功能 (115)附录R 杆件调整模式 (116)附录S 预设单线图和司令图格式 (117)附录T ANSYS接口文件格式及使用说明 (120)附录U 使用设计向导 (124)附录Z 其他功能说明 (125)第一章系统概述一、系统简介本系统是适用于各式自立式角钢铁塔和钢管杆铁塔线性空间桁架的受力分析和自动选材设计，也可用于逐工况验算用户指定的杆件。
钢筋混凝土结构优化设计概述摘要：在满足建筑结构长远效益的前提下，应尽量减少建筑结构的近期投资并提高建筑结构的可靠度和合理性。
与传统设计相比，采用优化设计可以使建筑工程造价降低。
优化设计的实现，可以最合理的利用材料的性能，使建筑结构内部各单元得到最好的协调，并具有建筑规范所规定的安全度。
通过介绍钢筋混凝土结构优化设计的几种方法，结合工程实例，证明了在满足规范要求的前提下，结构优化设计是一种能提高经济性、使结构变得更加合理的有效途径。
关键词：钢筋混凝土结构优化设计前言在21世纪钢筋混凝土结构得到了前所未有的发展，建筑物的高度越来越高，但与之共同而来的是结构越来越复杂，土建成本所占的比重也越来越大。
设计过程中，考虑结构的优化，能够保证结构的合理性，而且有时能够通过结构优化得到更好的品质和更大的安全度，同时也是建筑节材的重要手段。
因此，结构优化应当在以后的设计中引起足够的重视。
钢筋混凝土结构优化设计的意义一个项目建设的全过程需要经历策划、设计和施工等三个阶段[1]，在这三个阶段中，虽然设计所花费的费用只占整个工程费用1%~2%，但设计对整个项目经济性指标的影响最大，其影响程度能够达到近七成，因此在制定建筑方案的阶段就应开始优化。
但是由于在设计过程中，设计人员没有结构优化的意识，或者是因为工程量大、设计任务重、时间紧迫的原因，选择结构方案时按照个人经验选取，不注重概念设计，导致方案达不到经济性的要求，发生结构选取不合理等情况。
到目前为止，国内还没有一个适用于大多数结构优化的数学模型，往往都是根据具体情况酌情处理，最终都要使所有的结构构件达到极限承载能力时，此时即为最优解，这也是结构优化的核心思想。
钢筋混凝土结构优化设计方法2.1设计方案的优化按照传统的结构优化设计理论，结构优化的方法可以分为截面优化、形状优化、拓扑优化、布局优化 [2] 以及满应力优化。
2.1．1截面优化截面优化是将结构的尺寸当作在优化过程中的变量，通过数学方法达到优化目的。
论高层建筑结构的优化设计摘要：本文就高层建筑结构和工程优化设计理论的发展趋势，分析了高层建筑结构优化设计中存在的问题，并探讨了利用满应力设计法进行高层建筑的结构优化设计的可行性。
关键词：建筑：高层建筑；结构设计；优化设计在工程建设过程中，建筑功能的实现与工程投资的控制是工程建设的两大目标。
实现投资效益的最大化，是每个投资者追求的投资目标。
通过对建筑结构的优化设计，不仅能够提高建筑物的安全度，并且能够有效降低工程造价，使建筑产品具有更高的性价比。
而进行工程投资控制的关键在项目决策和设计阶段，在项目做出投资决策后，其关键就在于设计阶段。
在建筑工程的设计阶段，当满足建筑的诸多功能后，工程造价的控制是每个投资者最为关注的主要内容，也自然成为投资者评价设计质量优劣、衡量设计水平、选择设计单位的重要标准。
为了在日益激烈的设计市场竞争中求得生存与发展，为业主提供优质的设计产品，提高设计产品的经济性，已成为每一个设计单位努力追求的目标。
一、高层建筑结构的发展(1)新型结构形式的应用不断增加。
框架体系、剪力墙体系和框架一剪力墙(支撑)体系是高层建筑的传统结构体系。
根据筒体的不同组成方式，分为框简体系、筒中筒体系和多束筒体系3种类型。
筒体最主要的受力特点是它的空间受力性能。
无论哪一种筒体，在水平力作用下都可以看成固定于基础上的箱形悬臂构件，它比单片平面结构具有更大的抗侧刚度和承载力，并具有很好的抗扭刚度。
因此，该种体系广泛应用于多功能、多用途、层数较多的高层建筑中。
而20世纪80年代发展起来的巨形结构(巨形桁架、巨形框架)、应力蒙皮结构、隔震结构等也都已经开始了广泛的应用。
(2)组合结构的高层建筑发展迅速。
采用组合结构可建造比混凝土结构更高的建筑，不但具有优异的静、动力工作性能，而且能大量节约钢材、降低工程造价和加快施工进度。
在不同的情况下，可以取代钢筋混凝土结构和钢结构，科技含量也较高，对环境污染也较少，已广泛应用于冶金、造船、电力、交通等部门的建筑中，并以迅猛的势头进入了桥梁工程和高层与超高层建筑中。
第四章 结构优化设计的准则方法始于60年代初，由于数学规划的被引入，把结构优化设计作，为数学规划的一个命题，不仅可以使设计适应多种工况下各种评价设汁方案好坏的目标函数，以及包括强度，刚度，稳定、温度、动力，构造和工艺等方面，各种不同的约束条件，只要这些目标函数与约束条件能够用设计变量函数的方式来表述。
而且数学规划方法理沦完善，方法严密，且具有较好的收敛特性。
在理论上，利用这类方法进行结构的优化设计，可以求解自由度很大的各种问题。
实际上，对于多变量，多约束的大型结构优化设汁问题，由于所要求的结构重分析次数多，计算量浩大，计算时间随变量的增多增加得很快。
数学规划方法的应用受到了一定的局限，到60年代后期，结构优化设计发展中酌困难，促使人们从另一种途径去寻求优化设计，这就是从结构力学的原理出发，建立些可以处理应力，位移，频率和临界力等约束的最优准则，而后通过直观的迭代运算去决定各单元截面的参数，尽管这类准则 z 髓不象数学规划方法那样具有普遍意义，一般只是局限于结构；的最轻设计，解决杆件截面的优化伺题，而且不能保证收敛到最主子由于它能适应各种结构的特性计算方法简单，其结给果塑：是对现有设计的一种改进，而且，在—般情况下；它只要求绪：兰分析次数至多在十次左右，不随结构的复杂程度‘以及设计 '的增加而增加，在大尺度的结构优化设计中得到较好的应用。
“本章仅介绍具有应力，‘位移和频率等约束伪准则方法。
问题的数学提法：求设计变量Tn x x x X ),,,(21 =， 使目标函数：）（或Max Min X f →)( 且满足约束条件 （Subected to ）：J j X g i ，，， 210)(=≤库恩-塔克(Kuhn —Tucker)条件(简称K-T 条件)直接法解单约束问题3．用包络法解多约束问题上面所讨论的解法是针对一个载荷情况和一个位移约束条件的问题进行的。
但在实际工程设计中，结构设计应根据各种载荷情况和多位移约束条件来确定，例如规定了四种载荷情况，且在每一个载荷情况下，要控制某三个节点处的位移值，即有三个位移约束条件，之总共有十二个(载／位)组合，对于这样的多约束问题的较精确的解法，将在以后几节讨论。
基于Fortran 90的满应力设计计算【摘要】利用Fortran 90的接近数学公式的自然描述的特性，可以直接对矩阵和复数进行运算，来完成建筑结构设计中的满应力设计计算。
【关键词】满应力；应力比法；Fortran 90在结构力学计算设计中，满应力计算是比较基本的计算设计，也是确定结构建筑工程最节省方案的重要步骤。
由于现实生活中结构多为超静定结构，满应力设计时采用人工计算工作量较大，历时较长，精度较差。
因此，本文引用Fortran 90，采用应力比法设计迭代进程，从而可极大提高计算速度和精度。
1 满应力计算原理和方法1.1 满应力简介满应力设计（Fully Stressed Design，FSD）是结构优化设计中准则法的一种。
FSD直接从结构力学的基本原理出发，以满应力为准则，保证杆件的材料能够得到充分利用。
所谓满应力是指结构的各个杆件至少在一组确定的荷载组合下承受容许应力或临界力。
满应力设计的思路是在结构几何形状和结构材料已经确定的情况下，通过调整杆件的截面，使其满足满应力准则。
这样得到的设计认为是处于满应力状态。
由于所确定的杆件截面为其下限值，因此，满应力设计所得到的结果通常同时也是重量最轻的。
1.2 应力比法计算原理和方法求解满应力采用应力比法，应力比法是满应力准则法中基本的一种迭代方法，该法的主要原理是：取杆件截面面积A、（各工况）轴力N、各工况最大拉力N■、各工况最大压力N■（>0）、（各工况）应力σ=N/A、各工况最大拉应力σ■=N■/A、轴心压杆的稳定系数φ（强度控制时，φ=1）、各工况最大等效压应力σ■=N■/（φA）（>0）、杆件的拉应力比：σ■/[σ]、杆件的等效压应力比：σ■/[σ]、杆件的应力比r=max{σ■/[σ]，σ■/[σ]}。
满应力法的主要公式：应力比：r■=max{σ■■/[σ]，σ■■/[σ]}。
面积迭代式：A■=r■A■应力比r■>1，表示应力大于容许应力，说明杆件超载，截面小了，故A=r■A■增大截面面积；应力比r■<1，表示应力小于容许应力，说明材料还未被充分利用，采用的截面大了，故A=r■A■减小截面面积。
