工程結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計概述精選(九篇)

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第1篇：工程結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計概述范文

（長沙市規(guī)劃設(shè)計院，長沙410007）

摘要：建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計對于項目的成本控制起著重要的作用。在建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計中引入價值工程理論，通過功能成本分析，將技術(shù)問題與經(jīng)濟問題緊密結(jié)合，以最低的成本費用，可靠地實現(xiàn)產(chǎn)品的必要功能，從而提高產(chǎn)品的價值，彌補設(shè)計工作的不足。本文通過價值工程在建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計中的使用，說明價值工程在結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計中的意義，確保有效優(yōu)選。

關(guān)鍵詞 ： 建筑結(jié)構(gòu)；優(yōu)化設(shè)計；價值工程

中圖分類號：TU2 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1006-4311（2015）24-0130-02

作者簡介：羅利波（1978-），男，湖南長沙人，高級工程師，研究方向為結(jié)構(gòu)設(shè)計及加固。

1 建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計概述

1.1 傳統(tǒng)的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計方法

傳統(tǒng)的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計方法，過程大致是根據(jù)經(jīng)驗給出一個設(shè)計方案和做法，用力學(xué)方法進行結(jié)構(gòu)分析，檢驗結(jié)構(gòu)及構(gòu)件是否滿足規(guī)范規(guī)定的強度、剛度、穩(wěn)定性、使用等方面的要求，或通過對少數(shù)幾個方案進行比較而選出可用方案。通常的步驟是假設(shè)、分析、校核、重新設(shè)計。

1.2 建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計方法

我國建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化設(shè)計理論研究始于六十年代，1973年錢令希教授發(fā)表《結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計的近展》，將數(shù)學(xué)規(guī)劃法和準(zhǔn)則法結(jié)合在一起，假定結(jié)構(gòu)構(gòu)件處于滿應(yīng)力狀態(tài)，分別對構(gòu)件進行優(yōu)化。由于結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計的重要性，很多學(xué)者對結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計做出大量的研究，使結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計理論研究不斷發(fā)展。1982年，錢令希教授在《我國結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計的現(xiàn)況》中詳細(xì)總結(jié)了這十年的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計研究和應(yīng)用方面的成果，為我國進行優(yōu)化設(shè)計研究指明方向。2001年，大連召開第四屆WCSMO會議，30多個國際200多位學(xué)者參加了會議，會議內(nèi)容包括結(jié)構(gòu)與多學(xué)科問題的靈敏度計算、分析計算、優(yōu)化設(shè)計及其工程應(yīng)用等。

目前，建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計主要指結(jié)構(gòu)綜合與優(yōu)選，過程大致是假設(shè)、分析、修改設(shè)計、最優(yōu)設(shè)計，這種修改設(shè)計是在滿足各種規(guī)范或特定要求的條件下，通過優(yōu)化方法，從管理、技術(shù)、經(jīng)濟各方面綜合考慮，采用結(jié)構(gòu)優(yōu)化程序、應(yīng)用優(yōu)化理論方法，找出最優(yōu)級的方案（材料最省、造價最低、或某些指標(biāo)最佳的方案），以達到最優(yōu)目標(biāo)。

1.3 大師對建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計的看法

中國工程院院士江歡成：“我國優(yōu)化設(shè)計工作方興未艾，大有可為。它符合可持續(xù)發(fā)展和科教興國兩大戰(zhàn)略，它是我國建設(shè)方針的體現(xiàn)，是科學(xué)發(fā)展觀在建筑行業(yè)中的落實。優(yōu)化設(shè)計工作，私企、民企對此態(tài)度積極，國企相對不夠重視。建議政府給予支持”。

中國工程院院士程耿東：“在建筑領(lǐng)域應(yīng)用優(yōu)化設(shè)計，不僅可行而且十分符合節(jié)約能源，保護環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展觀。結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計作為一種基于計算機的快速自動設(shè)計過程，可以在滿足規(guī)范等約束條件下得到優(yōu)化的設(shè)計方案，降低成本造價，提高結(jié)構(gòu)性能。增大使用空間，縮短施工工期，是設(shè)計者追求的終極目標(biāo)，在建筑領(lǐng)域應(yīng)用和推廣結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計更有著不同尋常的意義，對設(shè)計單位、開發(fā)商、百姓都是好消息，它是惠及百姓的環(huán)保設(shè)計理念，具有前瞻性，會帶來多贏”。

2 運用價值工程優(yōu)化建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計

價值工程，是一門技術(shù)與經(jīng)濟相結(jié)合的現(xiàn)代管理科學(xué)，是通過對產(chǎn)品的功能與費用系統(tǒng)分析，使之以最低的壽命周期成本，可靠地實現(xiàn)產(chǎn)品的必要功能的管理方法。運用這種方法，通過功能細(xì)化，去掉多余的功能，對功能實施重點控制，目的是以研究對象的最低壽命周期成本可靠地實現(xiàn)使用者所需功能，以獲取建設(shè)項目經(jīng)濟效益、社會效益以及環(huán)境效益的最佳結(jié)合。

價值工程以功能分析為核心，著眼于建筑產(chǎn)品的壽命周期成本。建設(shè)費用、使用費用與功能水平的變化規(guī)律決定了壽命周期成本（圖1），隨著功能水平提高，建筑產(chǎn)品的使用費用降低，建設(shè)費用卻在增高，反之，使用費用增高，建設(shè)費用降低；建設(shè)費用C1的曲線和使用費用C2的曲線的交點所對應(yīng)的最低壽命周期成本Cmin才是最低的，最低壽命周期成本Cmin所對應(yīng)的功能水平F0是從費用方面考慮的最為適宜的功能水平。

價值工程的目標(biāo)表現(xiàn)為產(chǎn)品價值的提高，是對象所具有的功能與獲得該功能的費用之比，可用公式表示為：價值（V）=功能（F）/成本（C）。

提高產(chǎn)品價值的途徑：

某住宅小區(qū)在基礎(chǔ)設(shè)計前對方案對比優(yōu)化設(shè)計。該工程場地穩(wěn)定，無不良地質(zhì)作用。場地類型為軟弱場地土，建筑場地類別屬II類，擬建場地可不考慮地震液化的影響。場地自上而下各地層為：

①素填土①：平均層厚10.78m，結(jié)構(gòu)松散，未完成自重固結(jié)，局部有建筑垃圾分布，承載力低。

②粉質(zhì)粘土②：分布連續(xù)，埋深大，層厚0.90m~5.00m，可塑~硬塑，稍濕，不宜選擇該層作為擬建多層建筑物基礎(chǔ)持力層，fa=240kPa。

③強風(fēng)化板巖③：厚度較大，巖心呈塊狀，遇水易軟化，失水易干裂，fa=340kPa，qpa=2100kPa（人工挖孔灌注樁），qpa=2500kPa（沉管夯擴灌注樁）。地下水：主要類型為強風(fēng)化板巖③基巖裂隙水，微承壓性，該段地下水水量較少。在勘察期間，穩(wěn)定地下水位埋深為5.32~13.20m，高程為52.77m~59.36m。擬建場地有一層地下室。地下水在直接臨水或強透水層中對混凝土具有中等腐蝕性，在弱透水層中不具腐蝕性；對鋼結(jié)構(gòu)具弱腐蝕性。

可選樁型及優(yōu)缺點：

①沉管夯擴灌注樁，優(yōu)點：在樁端處夯出擴大頭，單樁承載力較高；樁身質(zhì)量高；施工機械輕便；施工速度快、工期短、造價低；無泥漿排放。缺點：遇中間硬夾層，樁管很難沉入；遇承壓水層，成樁困難；振動較大，噪聲較高；屬擠土樁，設(shè)樁時對周邊建筑物和地下管線產(chǎn)生擠土效應(yīng)；擴大頭形狀很難保證與確定。

②預(yù)應(yīng)力管樁，優(yōu)點：單樁承載力高；單樁承載力造價便宜；運輸?shù)跹b方便；施工快、工效快，工期短。缺點：噪音大，擠土量大，會造成一定的環(huán)境污染和影響；打樁時送樁深度受限制，在深基坑開挖后截去余樁較多；在“上軟下硬、軟硬突變”的地質(zhì)條件下，不宜采用錘擊法施工；不適合樁端持力層為遇水易軟化的風(fēng)化巖層。

③長螺旋鉆孔灌注樁，優(yōu)點：不受地下水位的限制，穿透力強，施工過程無噪音，振動小、無排漿、無塌孔，成樁效率高。缺點：樁身強度不足；樁底不能入巖，單樁承載力低。

④人工挖孔樁，優(yōu)點：單樁承載力高；可以極大降低生產(chǎn)成本；適用于大型機械無法作業(yè)的山區(qū)；生產(chǎn)條件要求低，可多孔同時作業(yè)。缺點：機械化低，施工進度慢；成孔質(zhì)量不易控制；現(xiàn)場施工不易控制。人工挖孔樁技術(shù)適合直徑超過800mm并且地下水較少或無水的土質(zhì)，不適合地下水位高、有流沙、大水量沖擊區(qū)域、含水量多的淤泥、淤泥質(zhì)土層等。

⑤旋挖樁，優(yōu)點：鉆進能力強；不易產(chǎn)生泥皮，有利于增加樁的摩阻力，提高樁的質(zhì)量；振動與噪音較低；成孔速度快，尤其在砂質(zhì)土內(nèi)成孔；機械設(shè)備較簡單。缺點：護壁相對較差，容易縮徑、塌孔；設(shè)備價格昂貴，設(shè)備維修費用高、時間長，工成本與其他成孔方式相對較高，卵砂石層中鉆進存在成孔困難。

以上5種方案，各有優(yōu)缺點。利用價值工程理論，①、④兩種方案更具經(jīng)濟性，滿足功能不變化同時降低造價，以此來提高產(chǎn)品價值。本工程多為墻下線荷載及柱下集中荷載，其墻柱荷載為5000kN~8000kN，2600kN~5600kN（純地下室的框架柱），依據(jù)價值工程理論綜合比較采用人工挖孔樁基礎(chǔ)，以強風(fēng)化板巖③為持力層，該持力層的樁的端阻力特征值為qpa=2100kPa，樁端進入持力層的深度大于等于≥1.0m，相鄰樁端底標(biāo)高應(yīng)按規(guī)范進行控制，平均樁徑為0.9~1.5不等（主樓部分），0.9~1.0不等（純地下室部分）；擴底直徑分別為1.3~2.4m（主樓部分），1.3~1.6m（純地下室）。施工完成后經(jīng)濟效果良好。

3 結(jié)語

價值工程著重產(chǎn)品功能的分析，以最低的成本費用，可靠地實現(xiàn)產(chǎn)品的必要功能，提高產(chǎn)品價值，而這可以彌補結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化的不足。所以，價值工程在結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化中的運用，能夠很好地解決工程成本的控制，優(yōu)選出最佳的設(shè)計方案。價值工程存在于項目進行的方方面面，設(shè)計、施工以及管理等等，不能只靠個別人員、部門，而要通過有組織的活動，發(fā)揮集體智慧，經(jīng)過多個部門的配合，才能收到良好的效果，達到項目的利益最大化。

參考文獻：

[1]錢令希.我國結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計的現(xiàn)況[J].大連工學(xué)院學(xué)報，1982（03）:1-5.

[2]張炳華，侯昶.土建結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計[M].上海:同濟大學(xué)出版社，1998.

[3]蔡新，郭興文，張旭明.工程結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計[M].北京:中國水利水電出版社，2003.

[4]李芳，凌道盛.工程結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計的現(xiàn)況[J].工程設(shè)計學(xué)報，2002（12）:229-235.

[5]江歡成.優(yōu)化設(shè)計的探索和實踐[J].建筑結(jié)構(gòu)，2006（06）:1-24.

[6]程耿東，李剛.基于功能的結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計中一些問題的探討[J].建筑結(jié)構(gòu)學(xué)報，2000（01）:5-11.

第2篇：工程結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計概述范文

關(guān)鍵詞：拓?fù)鋬?yōu)化技術(shù)；汽車設(shè)計；應(yīng)用

DOI：10.16640/ki.37-1222/t.2016.06.236

0 前言

作為結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計的一門新技術(shù)，拓?fù)鋬?yōu)化技術(shù)在汽車、機床、電子機械等領(lǐng)域中已經(jīng)得到了廣泛地應(yīng)用。傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計具有一定的盲目性，完全依賴于工程師的經(jīng)驗，并且需要做大量的實驗，周期較長且成本較高?，F(xiàn)階段，通過在結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計的初始階段引入拓?fù)鋬?yōu)化技術(shù)，大大提高了結(jié)構(gòu)設(shè)計的合理性，改變了傳統(tǒng)的僅憑經(jīng)驗來設(shè)計的理念。

拓?fù)鋬?yōu)化技術(shù)是指在指定的設(shè)計空間內(nèi)，重新規(guī)劃材料分布，使得部件的某種性能滿足設(shè)計者的要求。拓?fù)鋬?yōu)化技術(shù)主要探討結(jié)構(gòu)材料的分布形式和構(gòu)件的聯(lián)結(jié)方式，運用去除材料、增加孔洞數(shù)量等拓?fù)鋬?yōu)化形式，旨在使結(jié)構(gòu)在滿足應(yīng)力、位移等約束條件下，其強度或固有特性等指標(biāo)達到最優(yōu)。

1 拓?fù)鋬?yōu)化技術(shù)概述

結(jié)構(gòu)拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計的主要思想是將結(jié)構(gòu)優(yōu)化問題轉(zhuǎn)化為材料優(yōu)化問題，并在給定的設(shè)計區(qū)域內(nèi)進行優(yōu)化計算。拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計的思路首先需給定材料類型和設(shè)計方法，在此基礎(chǔ)上得到既滿足約束條件又能使目標(biāo)函數(shù)最優(yōu)的結(jié)構(gòu)布置形式。由于拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計初始約束條件較少，工程師僅需給定設(shè)計域而不必清楚具體的結(jié)構(gòu)拓?fù)湫问健?/p>

拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計是在指定的設(shè)計區(qū)域內(nèi)，通過迭代過程計算求解材料最優(yōu)分布的一種優(yōu)化手段。以某種材料為例進行說明，首先需定義材料分布形式，再以靈敏度計算、結(jié)構(gòu)分析、修改材料分布等方式進行迭代計算。經(jīng)過多輪迭代優(yōu)化后，材料分布逐漸趨于穩(wěn)定，優(yōu)化過程結(jié)束。對于連續(xù)體優(yōu)化問題，通過計算通?？傻玫阶顑?yōu)的材料分布形式，使設(shè)計結(jié)構(gòu)達到最優(yōu)。

在進行優(yōu)化設(shè)計之前需明確設(shè)計區(qū)域、目標(biāo)約束及分析類型模型等因素，用戶可直接監(jiān)視優(yōu)化過程，在優(yōu)化結(jié)束后需對結(jié)果進行后處理。因拓?fù)鋬?yōu)化后盡管結(jié)構(gòu)最優(yōu)，但局部區(qū)域仍不太完善，常需進行局部優(yōu)化，如形狀優(yōu)化等。局部完善后需根據(jù)結(jié)果對結(jié)構(gòu)進行三維建模從而完成結(jié)構(gòu)的拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計。由于需要修改參數(shù)等原因，常需對某一步或整個過程進行反復(fù)迭代。

2 拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計的研究方法

目前拓?fù)鋬?yōu)化方法主要有以下三種，分別為變密度法、均勻化方法以及漸進結(jié)構(gòu)優(yōu)化方法[2]。

（1）變密度法就是將材料密度與特性之間建立某種聯(lián)系，假設(shè)材料的密度是可變的，其屈服極限、抗拉強度等物理參數(shù)與密度之間的聯(lián)系也是人為假定的。在進行拓?fù)鋬?yōu)化時，以材料密度為設(shè)計變量，這樣結(jié)構(gòu)的拓?fù)鋬?yōu)化問題即轉(zhuǎn)換為材料的最優(yōu)分布問題。

（2）均勻化方法是建立在均勻化理論基礎(chǔ)之上的，通過在拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)材料中引入帶有孔洞的單胞結(jié)構(gòu)，并將設(shè)計區(qū)域離散成多個微結(jié)構(gòu)單胞集合體，經(jīng)計算可實現(xiàn)對連續(xù)體的拓?fù)鋬?yōu)化。通過均勻化方法計算，可確定結(jié)構(gòu)材料密度呈 0～1 分布，最終得出最優(yōu)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。目前廣泛應(yīng)用于三維連續(xù)體、振動、熱彈性、屈曲及復(fù)合材料的拓?fù)鋬?yōu)化分析。

（3）漸進結(jié)構(gòu)優(yōu)化方法（Evolutionary Structure Optimization，ESO）的基本原理是將結(jié)構(gòu)中多余或低效的材料逐漸去除，從而使剩余的結(jié)構(gòu)趨于合理。該方法物理概念簡單、明確、通用性好，易于被工程技術(shù)人員接受和理解，因此應(yīng)用范圍較廣。ESO方法自提出以來，廣泛應(yīng)用于各類結(jié)構(gòu)的尺寸、形狀和拓?fù)鋬?yōu)化，如應(yīng)力、剛度、位移、振動頻率、響應(yīng)等穩(wěn)定性約束的連續(xù)體結(jié)構(gòu)拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計問題。

3 拓?fù)鋬?yōu)化技術(shù)的應(yīng)用

隨著計算機技術(shù)和數(shù)學(xué)優(yōu)化算法的發(fā)展，拓?fù)鋬?yōu)化技術(shù)取得了重大的成就，目前廣泛應(yīng)用于汽車工業(yè)、航空航天、機械制造、機車和復(fù)合材料等設(shè)計領(lǐng)域。拓?fù)鋬?yōu)化技術(shù)在汽車工業(yè)上的運用，國外起步較早且應(yīng)用較廣泛，國內(nèi)則相對較晚。汽車拓?fù)鋬?yōu)化技術(shù)對象主要為車身本體構(gòu)件、底盤和動力總成支架等；優(yōu)化目標(biāo)一般包括質(zhì)量最小、能量吸收最優(yōu)、柔順度最好等；約束通常涵蓋固有頻率、應(yīng)力和最大位移等[3]。

在對某車身整體結(jié)構(gòu)進行拓?fù)鋬?yōu)化時，以質(zhì)量最小化為目標(biāo)，首先獲取整車的初始設(shè)計空間，以車身在實際工作過程中所承受的載荷為約束，并根據(jù)各種約束的重要程度分配不同的權(quán)重因子，在此基礎(chǔ)上對該車身結(jié)構(gòu)進行拓?fù)鋬?yōu)化。優(yōu)化結(jié)果表明：車身結(jié)構(gòu)在質(zhì)量、設(shè)計成本、乘員艙空間及能耗指標(biāo)均得到了很大程度的優(yōu)化。

汽車底盤系統(tǒng)的許多零部件均是實心結(jié)構(gòu)，如控制臂、轉(zhuǎn)向節(jié)、副車架等。因經(jīng)驗設(shè)計往往存在多余，從而造成整個結(jié)構(gòu)重量加大。因此，在對該類零部件進行設(shè)計優(yōu)化時，常以質(zhì)量最小為優(yōu)化目標(biāo)?？刂票垡再|(zhì)量最小化作為目標(biāo)，以結(jié)構(gòu)的最大應(yīng)力作為約束，通過對該結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化減重效果明顯，比例達到 14%，結(jié)構(gòu)應(yīng)力控制在材料的屈服極限內(nèi)。同樣，在對轉(zhuǎn)向節(jié)進行拓?fù)鋬?yōu)化時，其目標(biāo)設(shè)置為質(zhì)量最小，約束為結(jié)構(gòu)的應(yīng)力和連接點位移。經(jīng)過優(yōu)化，轉(zhuǎn)向節(jié)強度大幅度提高。但在局部位置出現(xiàn)高應(yīng)力集中現(xiàn)象，可通過后續(xù)設(shè)計，降低這些部位的應(yīng)力水平，增強連接點的剛度。

對于支架結(jié)構(gòu)，頻率和剛度是其關(guān)鍵指標(biāo)。對某支架進行拓?fù)鋬?yōu)化時，目標(biāo)通常為質(zhì)量最小，并將支架的一階頻率和載荷施加點位移控制在一定范圍內(nèi)。經(jīng)過優(yōu)化，質(zhì)量減少了 42%，應(yīng)力也控制在材料屈服極限內(nèi)。

4 結(jié)論

隨著環(huán)境問題和能源問題的日益凸顯，如何快速地研發(fā)出產(chǎn)品，對各汽車制造商都尤為重要。拓?fù)鋬?yōu)化技術(shù)可在前期設(shè)計階段大幅度縮短項目的開發(fā)周期，并在滿足性能目標(biāo)的前提下使得結(jié)構(gòu)設(shè)計最優(yōu)。通過該技術(shù)，可以為工程師在設(shè)計企劃階段提供大量的優(yōu)化方案，對后期整車輕量化具有重要的意義。

參考文獻：

[1]范文杰，范子杰，桂良進.多工況下客車車架結(jié)構(gòu)多剛度拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計研究[J].汽車工程，2008，30（06）：531-533.

[2]劉林華，辛勇，汪偉.基于折衷規(guī)劃的車架結(jié)構(gòu)多目標(biāo)拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計[J].機械科學(xué)與技術(shù)，2011，30（03）：382-385.

第3篇：工程結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計概述范文

【關(guān)鍵詞】房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計 建筑結(jié)構(gòu) 設(shè)計 優(yōu)化

一、引言

針對建筑進行評價的指標(biāo)比較多，同樣的，針對建筑性能評價的指標(biāo)也多種多樣。一般的來講合格的、高質(zhì)量的建筑，外觀應(yīng)當(dāng)是美觀且大氣，同時整個房屋建筑的基本結(jié)構(gòu)完整、質(zhì)量上乘，所使用的材料也相當(dāng)考究。針對房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計的質(zhì)量好壞、水平高低進行評價，對于整個建筑功能性的發(fā)揮以及整個建筑的后期使用均有著巨大的意義。所以，有必要針對房屋建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計理念進行分析，對傳統(tǒng)的設(shè)計理論進行優(yōu)化和改良，以現(xiàn)代化的審美標(biāo)準(zhǔn)來提高房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計的水準(zhǔn)，促進我國建筑事業(yè)和相關(guān)設(shè)計行業(yè)的不斷發(fā)展。

二、建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化的基本理論

房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計，是一項技術(shù)含量很高的專業(yè)性活動。設(shè)計人員在進行具體房屋結(jié)構(gòu)的設(shè)計時，應(yīng)當(dāng)兼顧建筑物的各種性能指標(biāo)，包括使用價值指標(biāo)、美學(xué)價值指標(biāo)等。建筑物的功能價值，指的是建筑物作為人們的日常住所必須具有的遮擋風(fēng)雨、抗溫度變化等基本功能；建筑物的審美價值，指的是建筑物的外形要美觀、結(jié)構(gòu)搭配要協(xié)調(diào)，從而給人以美的享受。設(shè)計者不僅要考慮到房屋的基本性能，還要考慮到房屋的結(jié)構(gòu)搭配以及美學(xué)價值的大小。在這樣的設(shè)計理念指引下，設(shè)計者就要從擬定的多種方案中選擇一種最佳方案，以實現(xiàn)房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計的綜合目標(biāo)。我們可以將這個方案篩選過程用科學(xué)化方式加以表達，運用建筑學(xué)和相關(guān)的數(shù)學(xué)知識，在許多種設(shè)計方案中，選擇一種與設(shè)計目標(biāo)最相符的、最能體現(xiàn)居住著需要的設(shè)計方案。

建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化，指的是在設(shè)計建筑結(jié)構(gòu)時，要改革設(shè)計理念，應(yīng)用科學(xué)、先進的設(shè)計方案篩選方式，選擇出在各方面都能達到最佳效果的設(shè)計方法。建筑物內(nèi)部的結(jié)構(gòu)十分復(fù)雜，要將建筑物的各個部分完美組合在一起，使建筑物發(fā)揮最佳的功能，并不是一件容易的事情。建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化，具體包括建筑區(qū)中各個部分結(jié)構(gòu)設(shè)計的優(yōu)化，以及建筑物整體設(shè)計結(jié)構(gòu)的優(yōu)化。在這兩個部分中，建筑區(qū)整體結(jié)構(gòu)的優(yōu)化顯得更為重要，因為整體是各個部分的綜合，在完善房屋高性能方面發(fā)揮著更大的作用。具體來說，建筑物整體結(jié)構(gòu)的優(yōu)化包括房屋頂部設(shè)計的優(yōu)化、房屋設(shè)計的優(yōu)化，以及房屋細(xì)節(jié)結(jié)構(gòu)設(shè)計的優(yōu)化。在這三個大部分中，還可以細(xì)分出型號選擇、布局設(shè)置、受力研究、價格衡量等較小的設(shè)計項目。在實際的結(jié)構(gòu)設(shè)計中，設(shè)計者還要緊密結(jié)合建筑工程的實際情況，努力實現(xiàn)房屋建造的經(jīng)濟效益、社會效益和環(huán)境效益。

在確保房屋結(jié)構(gòu)性能穩(wěn)定的前提下，設(shè)計者要大膽創(chuàng)新，敢于探索新型的結(jié)構(gòu)優(yōu)化方案。在進行建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的過程中，設(shè)計者要平衡房屋使用者和建造者的利益，充分考慮房屋建筑工作者的意見；在滿足建筑物建造者需求的基礎(chǔ)上，尋求新式的房屋結(jié)構(gòu)布局方法。

具體而言，房屋的平面結(jié)構(gòu)應(yīng)當(dāng)憑證，體現(xiàn)出建筑物的對稱美，并盡量減小平面建造質(zhì)量與房屋剛性結(jié)構(gòu)要求之間的差異，使得房屋在承受較大的水平方向作用力時，不至于發(fā)生結(jié)構(gòu)性的扭曲；在滿足居住著使用要求的基礎(chǔ)上，設(shè)計者應(yīng)將房屋的承重結(jié)構(gòu)設(shè)計成豎直貫通的形式，以便增強房屋對豎直方向壓力的承受能力；盡量不更換房屋原有的轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)。因為一旦更換這些結(jié)構(gòu)，就會消耗大量的建筑原料，不符合房屋建設(shè)的經(jīng)濟性的要求，還不比較容易造成外來壓力集中于某一個承受點上的現(xiàn)象；豎直方向的剛性程度設(shè)計要遵循漸變規(guī)律，避免剛性結(jié)構(gòu)角度的突然改變。否則，角度突變的部位在受到強烈的水平壓力時，不容易轉(zhuǎn)移壓力，這對于房屋整體抗壓性能的提升是很不利的。

三、房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化方法概述

在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計工作中，造價是極為關(guān)鍵的一個環(huán)節(jié)，也是整個工程中比例極為重大的問題。結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化技術(shù)的選用對于造價控制極為關(guān)鍵，可以產(chǎn)生客觀的經(jīng)濟效益。為此，建筑設(shè)計部門和有關(guān)工作人員在工作中必須要遵守經(jīng)濟、適用、合理、科學(xué)的設(shè)計原則，精心設(shè)計，采取科學(xué)的現(xiàn)代化技術(shù)手段制定出能夠滿足建設(shè)設(shè)計、工作要求的設(shè)計方案，從而實現(xiàn)降低工程造價、取得工程最大經(jīng)濟效益的目的。

1.結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化技術(shù)分析

在剛從事建筑工程項目結(jié)構(gòu)設(shè)計的時候，除了考慮到設(shè)計對象的基本使用功能以及安全可靠性之外，還應(yīng)當(dāng)在工作中考慮到將它作為設(shè)計對象來進行分析，使得其盡可能的達到完美。這就是工程和結(jié)構(gòu)的最優(yōu)化問題，是一個用科學(xué)的語言來描述的問題。對于利用確定的數(shù)學(xué)方法，在所能的設(shè)計方案的集合中搜索出可以讓人滿足、達到預(yù)計標(biāo)準(zhǔn)的方案。

結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化方法從建筑理論上進行分析，主要是體現(xiàn)房屋工程分布結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計和整體結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計兩個不同的方面。其中房屋結(jié)構(gòu)整體優(yōu)化設(shè)計則是一個涵蓋了房屋系統(tǒng)的設(shè)計、房屋圍護結(jié)構(gòu)設(shè)計、房屋選型設(shè)計、房屋布置、房屋受力分析以及地面工程等多個環(huán)節(jié)的復(fù)雜工作。而局部設(shè)計主要是指對房屋某一部位和分項工程進行優(yōu)化和改進的結(jié)果。

2.房屋結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計的意義

就一個建筑工程項目而言，結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化技術(shù)的應(yīng)用不僅可以達到降低工程造價、提高工程效率的效果，而且對于實現(xiàn)房屋的美觀性、實用性以及室內(nèi)空間的個性化布置有著重要的意義。在建筑市場上，每一個單位和企業(yè)都希望工程在滿足建筑結(jié)構(gòu)長遠效益的基礎(chǔ)上，最大限度的減少和降低建筑結(jié)構(gòu)的近期投資，同時保證建筑物的節(jié)后可靠性、科學(xué)性，也只有這樣，才能夠在工作中實現(xiàn)持續(xù)發(fā)展、可持續(xù)發(fā)展以及更多的市場經(jīng)濟效益。

四、結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化技術(shù)在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中的應(yīng)用

結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化方法和技術(shù)使用于實踐之中的一個廣泛課題，是建筑工程項目的整體設(shè)計、前期設(shè)計、抗震設(shè)計等多個部分環(huán)節(jié)組成，利用結(jié)構(gòu)優(yōu)化的方法不改變使用性能的前提降低工程造價，已取得巨大的經(jīng)濟效益。

1.結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化前注重事項

結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中，前提方案時明確設(shè)計方案目標(biāo)的前提，前期方案的確定直接影響建筑的總投資，而現(xiàn)在存在的普遍問題就是前期方案階段機構(gòu)設(shè)計并不進行參與，設(shè)計者進行建筑設(shè)計時大多不考慮結(jié)構(gòu)的合理性以及它的可行性，但是建筑設(shè)計的結(jié)果卻直接對結(jié)構(gòu)設(shè)計造成影響，某些方案可能會增加結(jié)構(gòu)設(shè)計的難度，并使得建筑的總投資提高。如果在方案的初期，結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計就能參與進來，那么我們就能針對不同的建筑類別，選擇合理的結(jié)構(gòu)形式，合理的設(shè)計方案，獲得一個良好的開端。

2.直覺優(yōu)化（概念設(shè)計優(yōu)化）技術(shù)與建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計

直覺設(shè)計用于沒有具體數(shù)量的情況下，由于不確定性和計算難度大等差異，在對于統(tǒng)一建筑方案，可以有許多不同的結(jié)構(gòu)布置設(shè)計；確定了結(jié)構(gòu)布置的建筑物，即使在同種荷載情況下也存在不同的分析方法；分析過程中設(shè)計參數(shù)、材料、荷載的取值也不是唯一的；建筑物細(xì)部的處理更是不盡相同，這些問題是計算機無法完全解決的，都需要設(shè)計人員自己作出判斷。而判斷只能在結(jié)構(gòu)設(shè)計的一半規(guī)律指導(dǎo)下，根據(jù)工程實踐經(jīng)驗進行，這便是前面所說的概念設(shè)計。因此，概念設(shè)計存在于設(shè)計師對多種備選方案進行選擇的過程中。

3.概念設(shè)計處理的實際建筑設(shè)計問題

概念設(shè)計所要處理的問題是不確定的，多種多樣的，例如一些抗震能力。但可以肯定的是希望通過概念設(shè)計，建筑結(jié)構(gòu)能在各種不期而遇的外部作用下不受破壞，或是破壞程度降至最低。因此，分析如何應(yīng)付建筑物可能遭遇的各種不確定因素成為概念設(shè)計的重要內(nèi)容。其中，地震作用最為難以琢磨，破壞性也最大。故而，建筑設(shè)計過程中就應(yīng)該未雨綢繆，從計算及構(gòu)造等各個方面都要采取一些有助于提高抗震能力的措施，不利于抗震的做法則應(yīng)盡量避免。剛度均勻、對稱是減小地震在結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生不利影響的重要手段；延性設(shè)計則能有效地防止結(jié)構(gòu)在地震作用下發(fā)生脆性破壞。

五、結(jié)束語

綜上所述，只有合理地選擇建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計方案，不但可以滿足相應(yīng)的技術(shù)要求，還能節(jié)約工程成本，因此在建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計時，合理的設(shè)計方案極其重要。但是建筑的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計非常復(fù)雜，且具有很強的綜合性，因此必須深入研究對建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的優(yōu)化方法。

參考文獻：

[1]周宏偉 芻議房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計中建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化方法的應(yīng)用[J] 四川水泥 2014（12）

第4篇：工程結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計概述范文

關(guān)鍵詞：高層建筑； 結(jié)構(gòu)； 設(shè)計； 優(yōu)化

1 工程概況

某高層建筑屬綜合建筑。主樓占地面積9383 m2， 總建筑面積19537 m2，主樓高74.8 m， 地面以上19 層、地下1 層， 主樓建筑面積為12091 m2； 裙樓高3 層， 建筑面積為7 646 m2。建筑平面如圖l 所示。

圖1 建筑總平面圖

1.1 結(jié)構(gòu)承重體系設(shè)計

綜合考慮裙樓部分大空間的設(shè)計使用要求，以及主樓部分的抗側(cè)移設(shè)計要求， 裙房結(jié)構(gòu)承重體系采用鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)形式， 主樓采用框架―剪力墻承重結(jié)構(gòu)體系。

1.2 建筑縫的處理設(shè)計

本建筑由主樓和裙房兩部分組成， 在二者的連接部位需設(shè)置建筑縫?？紤]到主樓部分高度較高、結(jié)構(gòu)有效重量大， 裙房部分高度較低， 因此二者間需設(shè)置防震縫和沉降縫。對于防震縫， 為避免主樓和裙房間連接部位留出較大的寬縫， 給裙房屋頂防水處理帶來困難， 本建筑采用“抗” 的方法。在結(jié)構(gòu)分析時， 將主樓和裙房視為一個整體進行抗側(cè)力設(shè)計計算； 對于沉降縫， 結(jié)合主樓需設(shè)一層地下室的建筑要求， 設(shè)計中將主樓基礎(chǔ)設(shè)計成樁基礎(chǔ)， 而將裙房基礎(chǔ)設(shè)計成柱下條形基礎(chǔ)。

1.3 基礎(chǔ)設(shè)計

根據(jù)《工程地質(zhì)勘察報告》提供的場地工程地質(zhì)條件， 并考慮主樓和裙房間荷載分布的不均勻性特點， 主樓部分結(jié)合地下室的設(shè)計采用深樁筏板基礎(chǔ)， 以提高主樓結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性， 降低主樓部分的沉降變形。

裙房部分采用柱下條形基礎(chǔ)， 通過修工條形基礎(chǔ)的寬度來調(diào)整基底反力， 進一步控制裙房部分的基礎(chǔ)沉降變形， 使主樓結(jié)構(gòu)和裙房結(jié)構(gòu)在各自使用荷載作用下， 能產(chǎn)生基本上一致的基礎(chǔ)沉降變形量。

2 結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計策略

鋼筋混凝土框架―剪力墻結(jié)構(gòu)是高層建筑結(jié)構(gòu)中最常采用的承載體系之一， 它具有框架結(jié)構(gòu)建筑平面布置靈活， 能獲得大空間， 建筑立面易于處理， 以及剪力墻結(jié)構(gòu)抗側(cè)移剛度大、整體性好、抗震能力強的優(yōu)點。在水平荷載作用下， 具有較純框架和純剪力墻結(jié)構(gòu)更為有利的水平變形曲線。但鋼筋混凝土框― 剪結(jié)構(gòu)是一個具有雙重承載體系的非常復(fù)雜的空間受力體系， 力學(xué)分析難度較大， 其優(yōu)化設(shè)計就更為復(fù)雜和難以實現(xiàn)。

2.1 框架結(jié)構(gòu)的分部優(yōu)化設(shè)計技術(shù)

鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)屬于具有多個多余約束的超靜定結(jié)構(gòu)， 其荷載效應(yīng)不僅與外荷載大小有關(guān)，還與結(jié)構(gòu)構(gòu)件的材料特征、幾何構(gòu)造特征有關(guān)。鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)的分部優(yōu)化設(shè)計， 即是在結(jié)構(gòu)整體內(nèi)力分析完成后， 根據(jù)梁柱各構(gòu)件的控制內(nèi)力進行截面優(yōu)化設(shè)計， 確定滿足荷載效應(yīng)水平要求的各結(jié)構(gòu)構(gòu)件的幾何特征和配筋量的優(yōu)化結(jié)果， 由此導(dǎo)致原結(jié)構(gòu)的幾何特征和荷載特征發(fā)生變化。優(yōu)化結(jié)構(gòu)在現(xiàn)荷載作用下內(nèi)力分布特征發(fā)生變化， 各構(gòu)件控制截面上的控制內(nèi)力也發(fā)生相應(yīng)變化， 據(jù)此再進行新一輪的優(yōu)化設(shè)計。鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)的分部優(yōu)化設(shè)計方法的具體步驟為：

a ） 初始選型： 根據(jù)結(jié)構(gòu)平面、立面布置及建筑物設(shè)計使用功能， 分析結(jié)構(gòu)所受的豎向荷載和水平荷載及其傳力路線， 并考慮施工因素， 歸并框架梁、柱的類型， 初選梁柱的幾何尺寸。

b ） 結(jié)構(gòu)分析： 按照結(jié)構(gòu)的實際幾何構(gòu)造特征，計算結(jié)構(gòu)所受豎向荷載及水平荷載， 對鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)進行空間內(nèi)力分析。根據(jù)結(jié)構(gòu)分析結(jié)果， 將截面尺寸相同的構(gòu)件來控制截面內(nèi)力， 根據(jù)其大小進行分類， 并確定每一類構(gòu)件的設(shè)計控制內(nèi)力。

c ） 截面優(yōu)化設(shè)計： 針對每一種梁柱構(gòu)件的控制內(nèi)力進行優(yōu)化設(shè)計， 得出優(yōu)化約束條件下的結(jié)構(gòu)幾何構(gòu)造特征和配筋特征的優(yōu)化設(shè)計結(jié)果， 從而構(gòu)成新的優(yōu)化意義上的設(shè)計結(jié)構(gòu)。

d ） 收斂性判斷： 在工程精度意義上選取一個較小的數(shù)值， 作為檢驗結(jié)構(gòu)收斂性的條件， 進行收斂性判斷， 若優(yōu)化結(jié)構(gòu)與原結(jié)構(gòu)基本一致， 則認(rèn)為優(yōu)化結(jié)構(gòu)是收斂的， 可以轉(zhuǎn)入下一步的可行性判斷， 否則轉(zhuǎn)回第b ） 步重新進行結(jié)構(gòu)分析、優(yōu)化設(shè)計。

2.2 框― 剪結(jié)構(gòu)的三階段優(yōu)化設(shè)計策略

框―剪結(jié)構(gòu)的設(shè)計主要涉及3個方面的優(yōu)化問題：①結(jié)構(gòu)最優(yōu)設(shè)防水平的決策；②框架與剪力墻結(jié)構(gòu)協(xié)同工作，以及承載力、剛度與延性變形能力間的最佳匹配設(shè)計；③框架―剪力墻結(jié)構(gòu)構(gòu)件的優(yōu)化設(shè)計。

2.2.1 第一階段： 最優(yōu)設(shè)防水平的優(yōu)化決策

根據(jù)地震危險性分析結(jié)果或地震區(qū)劃規(guī)定， 在預(yù)測地震烈度概率分析基礎(chǔ)上， 用模糊綜合評判法計算結(jié)構(gòu)的模糊延性向量和模糊抗震強度、損傷等級概率和震害損失的預(yù)估期望值E（Id），在滿足最大投資約束和最大損失約束條件下，使k1C（Id）+K2K3E（Id）達到最小，求出最優(yōu)抗震設(shè)防烈度Id。

2.2.2 第二階段： 剪力墻構(gòu)件的優(yōu)化設(shè)計

剪力墻結(jié)構(gòu)構(gòu)件的優(yōu)化設(shè)計主要是結(jié)構(gòu)剛度與延性指標(biāo)的最佳組合， 可用力學(xué)準(zhǔn)則進行優(yōu)化。結(jié)構(gòu)剛度對結(jié)構(gòu)的影響主要為結(jié)構(gòu)的自振周期和側(cè)向位移， 結(jié)構(gòu)延性對結(jié)構(gòu)的影響主要為保持承載力前提下的變形能力。因此， 可用結(jié)構(gòu)整體的側(cè)向位移量來協(xié)調(diào)結(jié)構(gòu)的剛度和延性。根據(jù)高層結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范對結(jié)構(gòu)層間位移和頂點總側(cè)移的限值來控制結(jié)構(gòu)的剛度設(shè)計和延性設(shè)計。

2.2.3 第三階段： 框架結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計

框架結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計準(zhǔn)則是一個結(jié)構(gòu)準(zhǔn)則， 在一次整體分析完成之后， 可按照前述方法對框― 剪結(jié)構(gòu)中的框架部分進行優(yōu)化設(shè)計。

2.2.4 框― 剪結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計步驟

a ） 分析結(jié)構(gòu)平面、立面布置特點， 根據(jù)工程經(jīng)驗選定剪力墻抗側(cè)力構(gòu)件的布置位置及幾何厚度；

b ） 根據(jù)結(jié)構(gòu)使用荷載特點， 根據(jù)經(jīng)驗歸并框架結(jié)構(gòu)類型， 并初步選定每一類型框架結(jié)構(gòu)梁柱構(gòu)件的幾何尺寸；

c ） 進行整體結(jié)構(gòu)的空間內(nèi)力分析；

d ） 根據(jù)結(jié)構(gòu)分析計算結(jié)果， 檢查結(jié)構(gòu)的層間位移及頂點總位移是否滿足規(guī)范要求， 若滿足規(guī)范要求， 則轉(zhuǎn)入第e ） 步進行判斷； 若不滿足規(guī)范要求， 則直接返回第a ） 步， 進行剪力墻水平截面面積的修正；

e ） 剛度最優(yōu)化判斷： 比較結(jié)構(gòu)實際側(cè)移值和規(guī)范限值， 若max（δ/h）-[δ/h] / [δ/h]≤ε1且max（Δ/H）-[Δ/H]/[Δ/H]≤ε2，則轉(zhuǎn)入第f） 步進行計算； 否則轉(zhuǎn)入第a ） 步， 并用原剪力墻厚度乘以修正系數(shù)，來修正剪力墻幾何尺寸， 重新進行結(jié)構(gòu)分析；

f ） 分別進行剪力墻和框架結(jié)構(gòu)構(gòu)件的截面優(yōu)化設(shè)計；

g ） 收斂性判斷： 比較優(yōu)化結(jié)構(gòu)與原結(jié)構(gòu)的接近程度， 若優(yōu)化結(jié)構(gòu)與原結(jié)構(gòu)基本一致， 則認(rèn)為優(yōu)化結(jié)構(gòu)是收斂的， 可以轉(zhuǎn)入下一步進行可行性判斷， 否則將優(yōu)化結(jié)構(gòu)作為原結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)回第c ） 步重新進行結(jié)構(gòu)分析、優(yōu)化設(shè)計。

第5篇：工程結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計概述范文

關(guān)鍵詞:房屋建筑結(jié)構(gòu);設(shè)計;優(yōu)化技術(shù)

1房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中的優(yōu)化技術(shù)概述

房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中的優(yōu)化技術(shù)主要是指在保證房屋建筑質(zhì)量的條件下，在盡量降低成本的條件下，通過優(yōu)化設(shè)計方案，完成房屋建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計。對房屋建筑結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化設(shè)計，一般分為主體結(jié)構(gòu)的優(yōu)化和子結(jié)構(gòu)的優(yōu)化。從部分結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化方面來分，又分為上部屋頂結(jié)構(gòu)設(shè)計、中部主體結(jié)構(gòu)設(shè)計和下部基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)設(shè)計。此外還包括建筑結(jié)構(gòu)選型、建筑結(jié)構(gòu)受力設(shè)計、建筑結(jié)構(gòu)的布置設(shè)計等內(nèi)容?？傊苑课萁ㄖ闹黧w性結(jié)構(gòu)為主，在保證設(shè)計滿足房屋建筑質(zhì)量與安全的基礎(chǔ)上進行優(yōu)化。同時，要注重工程造價，這對建筑企業(yè)的經(jīng)濟效益具有重要作用。不能盲目追求結(jié)構(gòu)設(shè)計的優(yōu)化，要在合理的資金投入范圍內(nèi)，既滿足房屋建筑的實際居住需求，又兼顧房屋的美觀程度。在優(yōu)化過程中，要對房屋建筑結(jié)構(gòu)進行科學(xué)分析，有針對性地進行。

2房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中優(yōu)化技術(shù)的意義

在房屋建筑工程結(jié)構(gòu)設(shè)計中，保證建筑工程的質(zhì)量是關(guān)鍵。在保證安全與質(zhì)量的基礎(chǔ)上，對建筑結(jié)構(gòu)進行整體分析、考量，對相關(guān)數(shù)據(jù)信息進行綜合評價，找出結(jié)構(gòu)設(shè)計上的不合理之處，或者在結(jié)構(gòu)設(shè)計上尋求創(chuàng)新，采取有效、有針對性的優(yōu)化措施，不僅能夠使房屋建筑的結(jié)構(gòu)更加科學(xué)、合理，在一定程度上還會降低施工成本，降低了整個工程的造價，有利于提高建筑企業(yè)的經(jīng)濟效益，促進建筑工程的不斷發(fā)展。

3房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中的優(yōu)化技術(shù)應(yīng)用具體分析

3．1房屋建筑基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計

在房屋建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計中，首先就是地基的優(yōu)化設(shè)計。地基結(jié)構(gòu)設(shè)計是整個結(jié)構(gòu)設(shè)計的基礎(chǔ)，這是保證建筑工程順利進行設(shè)計與施工的關(guān)鍵。特別是在建筑行業(yè)發(fā)展迅速的背景下，市場競爭越來越激烈，相關(guān)政策制度對地基結(jié)構(gòu)設(shè)計的要求也越來越高，為了保證建筑工程的性能，滿足人們的實際需求，需要相關(guān)設(shè)計人員認(rèn)真考察建筑區(qū)域的實際情況，同時結(jié)合建筑物的實際情況，科學(xué)、合理地制定地基結(jié)構(gòu)設(shè)計方法，對此進行優(yōu)化設(shè)計，力求選擇造價最低、性能最好、結(jié)構(gòu)設(shè)計最優(yōu)的方案進行施工。

3.2案例分析

對于地基基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計，首先，要科學(xué)地選擇合理的設(shè)計方案，如果是樁基礎(chǔ)，樁基類型要根據(jù)施工場地的具體地質(zhì)條件來選擇，在保證設(shè)計質(zhì)量的同時，盡量降低造價。對于樁端持力層進行仔細(xì)分析、比較，最后確定最佳的方案。3.2．1案例1某工程位于福州市晉安區(qū)鼓山鎮(zhèn)化工路北側(cè)、東山路西側(cè)，方位示意見圖1，根據(jù)相鄰地塊已施工完基礎(chǔ)項目的判斷，采用管樁的造價比沖孔樁的造價高。因此，前期慎重樁基選型極為重要，可以從以下幾方面綜合考慮。1)根據(jù)地質(zhì)提供的資料初步計算，判斷管樁和沖孔樁的經(jīng)濟性。地質(zhì)土層分別為:①雜填土，厚度1.5～3.60m;②粉質(zhì)黏土，厚度0.60～6.50m;③淤泥，厚度4.50～10.20m;④含碎石粉質(zhì)黏土，厚度0.80～5．10m;⑤粉質(zhì)黏土，厚度1.20～14.40m;⑥淤泥質(zhì)土，厚度2.20～7.80m;⑦卵石，厚度0.90～6.10m;⑧全風(fēng)化花崗巖，厚度1.30～8.30m;⑨砂土狀強風(fēng)化花崗巖，厚度1.90～29.60m;⑩以下為碎塊狀強風(fēng)化巖及中風(fēng)化巖。2)采用PHC500－125AB管樁(承載力特征值2400)，根據(jù)項目部提供的造價大概為145元/m，由于存在卵石層，管樁無法穿透，后期補樁30根，而且淤泥層厚度超8m，違反省標(biāo)規(guī)定，因此，必須采用水泥土攪拌樁固化土層。見表1。2)采用800灌注樁(施工方式不討論)，持力層為中風(fēng)化層，并使用后注漿工藝，且參考其他項目承載力特征值取5000，見表2～3。4)由于現(xiàn)場地面有較多的雜填土，地面上存在較厚的淤泥，管樁走機需采用地面處理，按工程部提供的數(shù)據(jù)，現(xiàn)場換土的平均深度為2.5m，挖方的價格為70元/m3，磚碴回填為40元/m3，以5#的施工范圍(1500m2)計算，總費用為42萬元。5)從工期考慮，管樁施工日期為8月17日～11月12日，將近90天，灌注樁按照平均3天一根，5臺機，大概需要70天，時間也相近。綜上所述，152－65－27.4－42=17.6萬元，雖然管樁比灌注樁便宜，但是管樁在施工前，需要對場地進行處理，施工工期反而比灌注樁長了，考慮整個工程的貸款利息，采用灌注樁反而節(jié)約成本。3.2.2案例2天津市某項目對于高層地庫頂板結(jié)構(gòu)方案問題進行了優(yōu)化處理，減少地庫土建投資約15元/m2，造價經(jīng)濟，施工方便，效果美觀。1)天津地區(qū)一般做法。目前地下車庫設(shè)計中一般選用兩種樓蓋形式:梁板樓蓋和無梁樓蓋。梁板樓蓋體系簡單，計算軟件模擬度高，天津地區(qū)建筑結(jié)構(gòu)樓面采用梁板結(jié)構(gòu)較多。2)本項目結(jié)構(gòu)優(yōu)化做法。地下車庫一般頂板荷載較大，抗側(cè)力要求較低，設(shè)備管道較多，無梁樓蓋較之傳統(tǒng)的梁板結(jié)構(gòu)體系具有建筑效果好、有效降低地下室層高、方便設(shè)備安裝等優(yōu)點，非常適合采用無梁樓蓋作為地下車庫頂板。本項目施工圖開始前，選取標(biāo)準(zhǔn)5跨8．1×8．1(m)網(wǎng)格進行計算，我們對采用兩種結(jié)構(gòu)方案的地庫頂板結(jié)構(gòu)做了詳盡對比，見表4。3)成果。通過以上對比可以看出，若采用無梁樓蓋方案，則采用350mm板厚+700mm柱帽的無梁樓蓋結(jié)構(gòu)最為經(jīng)濟。在有消防車荷載作用下，梁板結(jié)構(gòu)較無梁樓蓋結(jié)構(gòu)節(jié)省10元/m2，在無消防車荷載作用下，梁板結(jié)構(gòu)較無梁樓蓋結(jié)構(gòu)造價高出10元/m2。但有消防車荷載的地庫所占面積比例較小，且采用無梁樓蓋方案，地庫層高可由3700減至3500，可減少土方開挖、降低豎向構(gòu)件等成本，根據(jù)以往的經(jīng)驗數(shù)據(jù)分析，如果地庫層高減少200mm，則可減少地庫土建投資約15元/m2。天津地區(qū)由于地下車庫內(nèi)采暖與通風(fēng)排煙管道較多，且因嚴(yán)寒天氣給水、中水及采暖管路均需做保溫，管路較多及保溫厚度等因素對車庫的層高影響較大，通常天津地區(qū)地下車庫層高在3600mm以上，本項目無梁樓蓋方案層高為3500mm，在天津地區(qū)已達到較高水平。采用350mm板厚+350mm柱帽的無梁樓蓋方案，造價上較經(jīng)濟，施工也較方便。施工完工后建筑效果較為美觀。

4結(jié)論

綜上所述，房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中應(yīng)用優(yōu)化技術(shù)，是我國建筑行業(yè)快速發(fā)展的實際需要與具體要求。建筑設(shè)計人員要不斷提升自身的專業(yè)設(shè)計能力，根據(jù)建筑工程的實際情況，有針對性地采用合理的優(yōu)化技術(shù)，對建筑結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化設(shè)計，不斷提高設(shè)計水平，促進建筑行業(yè)健康、穩(wěn)定發(fā)展。

參考文獻

［1］徐凌云．探討房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中優(yōu)化技術(shù)的應(yīng)用［J］．中國房地產(chǎn)業(yè)，2016，31(15):91－92．

第6篇：工程結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計概述范文

關(guān)鍵詞：高層建筑； 結(jié)構(gòu)； 設(shè)計； 優(yōu)化

1 工程概況

某高層建筑屬綜合建筑。主樓占地面積9383 m2，總建筑面積19537 m2，主樓高74.8 m， 地面以上19 層、地下1 層，主樓建筑面積為12091 m2；裙樓高3 層， 建筑面積為7 646 m2。

1.1 結(jié)構(gòu)承重體系設(shè)計

綜合考慮裙樓部分大空間的設(shè)計使用要求，以及主樓部分的抗側(cè)移設(shè)計要求， 裙房結(jié)構(gòu)承重體系采用鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)形式， 主樓采用框架―剪力墻承重結(jié)構(gòu)體系。

本建筑結(jié)構(gòu)在主樓抗側(cè)力構(gòu)件設(shè)計中，剪力墻主要承擔(dān)水平作用， 框架承擔(dān)少部分水平荷載作用和大部分豎向荷載作用。主樓平面形狀基本上為正方形， 樓梯均設(shè)置在角部位置。為提高主樓結(jié)構(gòu)的抗扭能力，剪力墻結(jié)合樓電梯間設(shè)在主樓結(jié)構(gòu)的兩個對角位置， 具體厚度根據(jù)高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的變形限值， 由剛度、承載力和延性三者間的最佳匹配決定。

1.2 基礎(chǔ)設(shè)計

根據(jù)《工程地質(zhì)勘察報告》提供的場地工程地質(zhì)條件， 并考慮主樓和裙房間荷載分布的不均勻性特點，主樓部分結(jié)合地下室的設(shè)計采用深樁筏板基礎(chǔ)， 以提高主樓結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性，降低主樓部分的沉降變形。

裙房部分采用柱下條形基礎(chǔ)，通過修工條形基礎(chǔ)的寬度來調(diào)整基底反力，進一步控制裙房部分的基礎(chǔ)沉降變形，使主樓結(jié)構(gòu)和裙房結(jié)構(gòu)在各自使用荷載作用下， 能產(chǎn)生基本上一致的基礎(chǔ)沉降變形量。

2 結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計策略

鋼筋混凝土框架―剪力墻結(jié)構(gòu)是高層建筑結(jié)構(gòu)中最常采用的承載體系之一， 它具有框架結(jié)構(gòu)建筑平面布置靈活， 能獲得大空間， 建筑立面易于處理， 以及剪力墻結(jié)構(gòu)抗側(cè)移剛度大、整體性好、抗震能力強的優(yōu)點。在水平荷載作用下， 具有較純框架和純剪力墻結(jié)構(gòu)更為有利的水平變形曲線。但鋼筋混凝土框― 剪結(jié)構(gòu)是一個具有雙重承載體系的非常復(fù)雜的空間受力體系， 力學(xué)分析難度較大， 其優(yōu)化設(shè)計就更為復(fù)雜和難以實現(xiàn)。所以， 盡管國內(nèi)外學(xué)者對此做過許多有益的嘗試， 但框― 剪結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計還存在很多具有重大工程意義和科學(xué)意義的課題。

2.1 框架結(jié)構(gòu)的分部優(yōu)化設(shè)計技術(shù)

鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)屬于具有多個多余約束的超靜定結(jié)構(gòu)， 其荷載效應(yīng)不僅與外荷載大小有關(guān)，還與結(jié)構(gòu)構(gòu)件的材料特征、幾何構(gòu)造特征有關(guān)。鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)的分部優(yōu)化設(shè)計， 即是在結(jié)構(gòu)整體內(nèi)力分析完成后， 根據(jù)梁柱各構(gòu)件的控制內(nèi)力進行截面優(yōu)化設(shè)計， 確定滿足荷載效應(yīng)水平要求的各結(jié)構(gòu)構(gòu)件的幾何特征和配筋量的優(yōu)化結(jié)果， 由此導(dǎo)致原結(jié)構(gòu)的幾何特征和荷載特征發(fā)生變化。優(yōu)化結(jié)構(gòu)在現(xiàn)荷載作用下內(nèi)力分布特征發(fā)生變化， 各構(gòu)件控制截面上的控制內(nèi)力也發(fā)生相應(yīng)變化， 據(jù)此再進行新一輪的優(yōu)化設(shè)計。因此框架結(jié)構(gòu)的分部優(yōu)化設(shè)計實際上是一個迭代、漸進的尋優(yōu)過程， 計算結(jié)果雖不能總等價于整體優(yōu)化設(shè)計結(jié)果， 但通常能給出工程實用的滿意結(jié)果。

鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)的分部優(yōu)化設(shè)計方法的具體步驟為：

a ） 初始選型： 根據(jù)結(jié)構(gòu)平面、立面布置及建筑物設(shè)計使用功能， 分析結(jié)構(gòu)所受的豎向荷載和水平荷載及其傳力路線， 并考慮施工因素， 歸并框架梁、柱的類型， 初選梁柱的幾何尺寸。

b ） 結(jié)構(gòu)分析： 按照結(jié)構(gòu)的實際幾何構(gòu)造特征，計算結(jié)構(gòu)所受豎向荷載及水平荷載， 對鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)進行空間內(nèi)力分析。根據(jù)結(jié)構(gòu)分析結(jié)果， 將截面尺寸相同的構(gòu)件來控制截面內(nèi)力， 根據(jù)其大小進行分類， 并確定每一類構(gòu)件的設(shè)計控制內(nèi)力。

c ） 截面優(yōu)化設(shè)計： 針對每一種梁柱構(gòu)件的控制內(nèi)力進行優(yōu)化設(shè)計， 得出優(yōu)化約束條件下的結(jié)構(gòu)幾何構(gòu)造特征和配筋特征的優(yōu)化設(shè)計結(jié)果， 從而構(gòu)成新的優(yōu)化意義上的設(shè)計結(jié)構(gòu)。

d ） 收斂性判斷： 在工程精度意義上選取一個較小的數(shù)值， 作為檢驗結(jié)構(gòu)收斂性的條件， 進行收斂性判斷， 若優(yōu)化結(jié)構(gòu)與原結(jié)構(gòu)基本一致， 則認(rèn)為優(yōu)化結(jié)構(gòu)是收斂的， 可以轉(zhuǎn)入下一步的可行性判斷， 否則轉(zhuǎn)回第b ） 步重新進行結(jié)構(gòu)分析、優(yōu)化設(shè)計。

e ） 可行性判斷： 對優(yōu)化設(shè)計結(jié)果進行一次內(nèi)力分析， 檢驗其可用性， 若整體分析能夠滿足工程設(shè)計要求， 則可按此方案進行配筋和構(gòu)造處理，作為最終的優(yōu)化設(shè)計結(jié)果。否則需根據(jù)工程經(jīng)驗和結(jié)構(gòu)內(nèi)力分析結(jié)果進行局部調(diào)整， 直到方案可用為止。

2.2 框― 剪結(jié)構(gòu)的三階段優(yōu)化設(shè)計策略

框―剪結(jié)構(gòu)的設(shè)計主要涉及3個方面的優(yōu)化問題：①結(jié)構(gòu)最優(yōu)設(shè)防水平的決策；②框架與剪力墻結(jié)構(gòu)協(xié)同工作，以及承載力、剛度與延性變形能力間的最佳匹配設(shè)計；③框架―剪力墻結(jié)構(gòu)構(gòu)件的優(yōu)化設(shè)計。

2.2.1 第一階段： 最優(yōu)設(shè)防水平的優(yōu)化決策

根據(jù)地震危險性分析結(jié)果或地震區(qū)劃規(guī)定， 在預(yù)測地震烈度概率分析基礎(chǔ)上， 用模糊綜合評判法計算結(jié)構(gòu)的模糊延性向量和模糊抗震強度、損傷等級概率和震害損失的預(yù)估期望值E（Id），在滿足最大投資約束和最大損失約束條件下，使k1C（Id）+K2K3E（Id）達到最小，求出最優(yōu)抗震設(shè)防烈度Id。

2.2.2 第二階段： 剪力墻構(gòu)件的優(yōu)化設(shè)計

剪力墻結(jié)構(gòu)構(gòu)件的優(yōu)化設(shè)計主要是結(jié)構(gòu)剛度與延性指標(biāo)的最佳組合，可用力學(xué)準(zhǔn)則進行優(yōu)化。結(jié)構(gòu)剛度對結(jié)構(gòu)的影響主要為結(jié)構(gòu)的自振周期和側(cè)向位移， 結(jié)構(gòu)延性對結(jié)構(gòu)的影響主要為保持承載力前提下的變形能力。因此，可用結(jié)構(gòu)整體的側(cè)向位移量來協(xié)調(diào)結(jié)構(gòu)的剛度和延性。根據(jù)高層結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范對結(jié)構(gòu)層間位移和頂點總側(cè)移的限值來控制結(jié)構(gòu)的剛度設(shè)計和延性設(shè)計。

2.2.3 第三階段：框架結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計

框架結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計準(zhǔn)則是一個結(jié)構(gòu)準(zhǔn)則，在一次整體分析完成之后，可按照前述方法對框― 剪結(jié)構(gòu)中的框架部分進行優(yōu)化設(shè)計。

2.2.4 框― 剪結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計步驟

a ） 分析結(jié)構(gòu)平面、立面布置特點，根據(jù)工程經(jīng)驗選定剪力墻抗側(cè)力構(gòu)件的布置位置及幾何厚度；

b ） 根據(jù)結(jié)構(gòu)使用荷載特點，根據(jù)經(jīng)驗歸并框架結(jié)構(gòu)類型，并初步選定每一類型框架結(jié)構(gòu)梁柱構(gòu)件的幾何尺寸；

c ） 進行整體結(jié)構(gòu)的空間內(nèi)力分析；

d ） 根據(jù)結(jié)構(gòu)分析計算結(jié)果，檢查結(jié)構(gòu)的層間位移及頂點總位移是否滿足規(guī)范要求，若滿足規(guī)范要求，則轉(zhuǎn)入第e ）步進行判斷；若不滿足規(guī)范要求， 則直接返回第a ）步，進行剪力墻水平截面面積的修正；

e ） 剛度最優(yōu)化判斷： 比較結(jié)構(gòu)實際側(cè)移值和規(guī)范限值，若max（δ/h）-[δ/h] / [δ/h]≤ε1且max（Δ/H）-[Δ/H]/[Δ/H]≤ε2，則轉(zhuǎn)入第f） 步進行計算； 否則轉(zhuǎn)入第a）步，并用原剪力墻厚度乘以修正系數(shù)，來修正剪力墻幾何尺寸， 重新進行結(jié)構(gòu)分析；

f ） 分別進行剪力墻和框架結(jié)構(gòu)構(gòu)件的截面優(yōu)化設(shè)計；

g ） 收斂性判斷：比較優(yōu)化結(jié)構(gòu)與原結(jié)構(gòu)的接近程度，若優(yōu)化結(jié)構(gòu)與原結(jié)構(gòu)基本一致， 則認(rèn)為優(yōu)化結(jié)構(gòu)是收斂的，可以轉(zhuǎn)入下一步進行可行性判斷，否則將優(yōu)化結(jié)構(gòu)作為原結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)回第c）步重新進行結(jié)構(gòu)分析、優(yōu)化設(shè)計；

h ） 可行性判斷：對優(yōu)化設(shè)計結(jié)果進行一次內(nèi)力分析，檢驗其可用性，若整體分析能夠滿足工程設(shè)計要求， 則可按此方案進行配筋和構(gòu)造處理，作為最終的優(yōu)化設(shè)計結(jié)果；否則需根據(jù)工程經(jīng)驗和結(jié)構(gòu)內(nèi)力分析結(jié)果進行局部調(diào)整，直到方案可用為止。

第7篇：工程結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計概述范文

關(guān)鍵詞：方程式賽車；拓?fù)鋬?yōu)化；hypermesh

引言

方程式賽車車架是賽車的重要的組成部分，它需要承載駕駛員與各種總成的重量，以及來自賽道的全部力。因此車架的強度、剛度直接決定整車的安全與性能。根據(jù)往屆大賽比賽成績來看，排名靠前的車隊都有性能優(yōu)異、質(zhì)量較輕的車架，這是因為車架占整車質(zhì)量的比重較大，車架的性能直接影響整車動力性、經(jīng)濟性。而賽車的各個組成部分大部分是直接選擇成品，并沒有多大設(shè)計空間，因此設(shè)計一個既輕又擁有較好力學(xué)性能的車架顯得尤為重要。

文章基于連續(xù)體拓?fù)鋬?yōu)化理論，利用hypermesh中的OptiStruct模塊并結(jié)合FSC大賽規(guī)則以及賽車四種工況對車架進行拓?fù)鋬?yōu)化，初步設(shè)計出賽車車架的雛形，為車架方案的優(yōu)化與最終確定指明方向。使得車架在符合大賽安全要求的前提下，獲得更合理的結(jié)構(gòu)、更輕的質(zhì)量，從而獲改善整車的經(jīng)濟性與動力性。

1 理論概述

1.1 拓?fù)鋬?yōu)化方法介紹

拓?fù)鋬?yōu)化包括變密度法、變厚度法、漸進結(jié)構(gòu)優(yōu)化法和水平集方法等[1]。

變密度法是根據(jù)均勾化方法得到的一種有效的結(jié)構(gòu)優(yōu)化方法，變密度法不引入微結(jié)構(gòu)，而是賦予有限元單元0-1的假想密度，設(shè)計變量為假想密度，目標(biāo)函數(shù)為結(jié)構(gòu)柔順性，之后設(shè)置材料彈性模量、泊松比等材料參數(shù)，將位移和載荷設(shè)置為約束條件對設(shè)計變量進行優(yōu)化，并對有限單元的假設(shè)密度賦予一個闊值，隨著迭代過程的進行，密度大于闊值的單元被保留，密度小于闊值的單元被刪除，因而優(yōu)化區(qū)域的體積不斷減小，最后留下的區(qū)域便是最終的拓?fù)鋬?yōu)化結(jié)果。變密度法的數(shù)學(xué)模型為：

1.2 拓?fù)鋬?yōu)化流程

拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計流程如圖1所示。

2 拓?fù)鋬?yōu)化

2.1 模型建立

根據(jù)FSC大賽規(guī)則，參賽大學(xué)生方程式賽車車架必須包含：（1）主環(huán)、（2）前環(huán)、（3）防滾架斜撐、（4）側(cè)邊防撞結(jié)構(gòu)前隔板、（5）前隔板、（6）前隔板支撐系統(tǒng)等結(jié)構(gòu)[2]。

車架所使用的材料使用用高強度4130鉻鉬鋼圓管，材料的抗拉強度σb（MPa）：930、屈服強度σs（MPa）：785，并初步設(shè)計采用直徑25.4mm壁厚3mm的鋼管。

由于賽車車架前環(huán)和主環(huán)結(jié)構(gòu)有大賽規(guī)則有特殊要求，所以在拓?fù)鋬?yōu)化中作為非設(shè)計區(qū)域單獨設(shè)計出來。并且車架后部由于發(fā)動機等總成的限制，優(yōu)化設(shè)計空間比較小，所以文章只對車架前部駕駛艙做拓?fù)鋬?yōu)化研究。

在CATIA軟件中，根據(jù)上幾代車型車架結(jié)構(gòu)、造型，設(shè)計出前環(huán)主環(huán)的位置，及前防撞支架的形狀位置，并用單體殼模型包絡(luò)出新車架的大體輪廓，為拓?fù)鋬?yōu)化做準(zhǔn)備。

2.2 網(wǎng)格劃分

網(wǎng)格類型的選擇：文章中使用RBE2和RBE3單元類型對3D模型進行網(wǎng)格劃分。

網(wǎng)格尺寸的選擇：綜合考慮分析結(jié)果的精度和效率，文章選擇網(wǎng)格尺寸為10mm。

網(wǎng)格疏密的調(diào)整：為了保證優(yōu)化計算的效率已經(jīng)分析結(jié)果的精度，在結(jié)構(gòu)簡單規(guī)則處調(diào)整網(wǎng)格密度稀疏一些，在結(jié)構(gòu)復(fù)雜處網(wǎng)格密度適當(dāng)加密。

網(wǎng)格質(zhì)量的檢查：檢查翹曲度、長寬比、扭曲角、雅克比值、最大內(nèi)角、最小內(nèi)角等值均在合理范圍內(nèi)[3]。

賦予材料屬性：此方案所設(shè)計車架所用4130鋼管的彈性模量為EX=2.05e11pa、泊松比PRVX=0.285、密度DENX=7850kg/m3。單體殼的厚度選擇25.4mm與鋼管直徑一致。

2.3 計算載荷的確定與邊界條件的處理

工況設(shè)定：由于FSC方程式賽車大賽中有多個比賽環(huán)節(jié)，賽車需要經(jīng)受多種不同的載荷與賽道激勵，為了使設(shè)計更符合實際需求，文章在優(yōu)化設(shè)計中設(shè)置了四種典型工況來模擬賽車的真實情況。

（1）彎曲工況：約束左右后懸架連接點處的Z方向自由度、左前懸架連接點處的XZ方向自由度、右前懸架的YZ方向自由度，釋放其余自由度。

（2）扭轉(zhuǎn)工況：約束左后懸架連接點處的所有自由度、右后懸架XZ方向自由度、左前懸架YZ方向自由度，釋放其余自由度[4]。

（3）緊急制動工況：僅釋放左右后懸架Y方向自由度，約束其余自由度，并沿X軸正方向給車架施加1.5倍重力加速度。

（4）急速轉(zhuǎn)彎工況：釋放左前懸架的Y方向自由度、后懸架的XY方向自由度，約束其他方向自由度，并沿Y軸正方向給車架施加1.5倍重力加速度。

定義優(yōu)化變量：設(shè)置所包絡(luò)的車架輪廓單體殼模型所有有限元單元密度為？濁i，其中ε

定義響應(yīng)：最小化柔度；優(yōu)化后保留材料體積占初始優(yōu)化區(qū)域的體積百分比。

創(chuàng)建約束：本分析設(shè)定的約束條件為體積比為0.3。

創(chuàng)建目標(biāo)：創(chuàng)建拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計目標(biāo)為最小化柔度。

2.4 優(yōu)化結(jié)果分析

經(jīng)過18次迭代，優(yōu)化結(jié)果趨于收斂，總?cè)岫仁諗壳€如圖5所示：

圖6中淺色部分表示假想密度為1的單元（要保留的部分），深色部分表示假想密度為0的單元（要去除的部分），其他顏色表示假想密度介于0-1之間的單元[5]。

從結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)，拓?fù)鋬?yōu)化單元密度分布圖中，淺色和深色區(qū)域較多，介于淺色、深色之間的部分較少，形成了較為明確的拓?fù)鋬?yōu)化模型。并且模型邊界清晰，結(jié)構(gòu)對稱，符合設(shè)計要求。

參考文獻

[1]姜立 .FSC賽車車架結(jié)構(gòu)動態(tài)特性分析與優(yōu)化設(shè)計[D].北京信息科技大學(xué)，2013.

[2]中國汽車工程協(xié)會.2011中國大學(xué)生方程式汽車大賽規(guī)則[S].

2011.

[3]喬邦.基于有限元分析的大學(xué)生方程式賽車車架結(jié)構(gòu)強度優(yōu)化[D].

河南科技大學(xué)，2012.

第8篇：工程結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計概述范文

關(guān)鍵詞：多層框架；結(jié)構(gòu)設(shè)計；問題對策

我國建筑行業(yè)的發(fā)展完善，對建筑材料的要求越來越高。我國作為鋼材料的使用大國，每年使用的鋼材料位于世界的首位，鋼材料的使用為鋼結(jié)構(gòu)事業(yè)提供了巨大的發(fā)展機遇，也促進了我國鋼結(jié)構(gòu)多層框架的發(fā)展，為鋼結(jié)構(gòu)住宅的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。多層框架結(jié)構(gòu)鋼筋的設(shè)計使用是現(xiàn)在我居民住宅建設(shè)主要使用的方式之一，不僅節(jié)省了工程材料更使建筑更加的美觀，提升了居民的生存環(huán)境，為我國建筑行業(yè)的發(fā)展提供了更加廣闊的空間。下面本文就多層框架結(jié)構(gòu)鋼筋進行進一步的研究分析。結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計是將力學(xué)概念與優(yōu)化技術(shù)結(jié)合起來，以計算機為工具，在滿足各種規(guī)范和規(guī)定的前提下，來研究結(jié)構(gòu)最優(yōu)設(shè)計方案的一種方法。與傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計相比，結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計更科學(xué)，其設(shè)計方案更為合理，能夠達到經(jīng)濟性與安全性的協(xié)調(diào)與統(tǒng)一。進行結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計的應(yīng)用研究，具有很大的現(xiàn)實意義。

1、結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計理論

1.1概述

傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計實際上就是結(jié)構(gòu)的力學(xué)分析與安全校核。它是由設(shè)計者根據(jù)自己的工程經(jīng)驗通過自己的判斷，按設(shè)計要求來擬定出最初的設(shè)計方案然后對此方案進行力學(xué)方面的計算，以確保結(jié)構(gòu)的安全。有時為了達到更合理的設(shè)計方案，往往需要修改初始方案的結(jié)構(gòu)布局、構(gòu)件尺寸和材料選型，再進行計算分析，直到得出各方面都比較滿意的結(jié)果。因此，傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計效率不高，并且設(shè)計方案的好壞很大一部分都取決于設(shè)計者的經(jīng)驗和水平，很有可能并不是最優(yōu)的設(shè)計方案。相對于傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計，結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計把力學(xué)概念與優(yōu)化技術(shù)結(jié)合起來，在滿足各種規(guī)范和規(guī)定的前提下，以變量的形式給出了部分參與結(jié)構(gòu)設(shè)計的量，來完成結(jié)構(gòu)所有可能的設(shè)計方案。然后再借助于數(shù)學(xué)手段，在結(jié)構(gòu)設(shè)計方案域中找出可行的最優(yōu)方案。結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計的出現(xiàn)，使結(jié)構(gòu)的設(shè)計變?yōu)橹鲃樱粌H可以減少設(shè)計的工作量，提高設(shè)計效率，而且還可以提升設(shè)計質(zhì)量和水平，取得了更大的經(jīng)濟效益。

2、鋼結(jié)構(gòu)體系存在的問題

2.1鋼材料浪費的情況嚴(yán)重

隨著鋼材料的應(yīng)用，多層框架結(jié)構(gòu)鋼筋也逐漸應(yīng)用到人們的生活當(dāng)中，雖然體制機制還不完善，但是，多層框架結(jié)構(gòu)鋼筋成為現(xiàn)代居民建筑的主流。據(jù)目前來看，我國是鋼材料使用大國，同時鋼材料量浪費的情況比較嚴(yán)重，這不僅影響資源的浪費，還會阻礙多層框架結(jié)構(gòu)鋼筋的發(fā)展。隨著鋼材料浪費的增多和使用范圍的增大，我國鋼材料也逐漸的減少，由于現(xiàn)在多層框架結(jié)構(gòu)鋼筋技術(shù)還不完善，與發(fā)達國家的發(fā)展還有很大的差距，因此，必須減少鋼材料浪費的情況，加大科技投入，保障多層框架結(jié)構(gòu)鋼筋的進步和完善。

2.2多層框架結(jié)構(gòu)鋼筋體制機制不完善

由于我國多層框架結(jié)構(gòu)鋼筋與發(fā)達國家相比發(fā)展的比較晚，所以其技術(shù)水平不完善，相關(guān)的法律法規(guī)建設(shè)也不全面，體制機制也沒有滿足現(xiàn)代多層框架結(jié)構(gòu)鋼筋的發(fā)展需求，致使，多層框架結(jié)構(gòu)鋼筋的發(fā)展過于自主化、隨意化，沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)進行規(guī)范，這不僅阻礙了多層框架結(jié)構(gòu)鋼筋的發(fā)展，還影響建筑行業(yè)的順利開展和人民生活水平的改善，因此，必須加強多層框架結(jié)構(gòu)鋼筋發(fā)展的體制機制，完善無發(fā)展內(nèi)容，進行統(tǒng)一的管理，卻保其健康有序地發(fā)展。

2.3施工人員自身素質(zhì)低

就目前來看，我國建筑行業(yè)的施工人員整體素質(zhì)還有待提升。多層框架結(jié)構(gòu)鋼筋是我國目前和未來建筑的主流，因此，提升施工人員的技術(shù)和是知識水平，加大對西方先進技術(shù)的吸收，并結(jié)合自身得建筑特色進行有效的結(jié)合，形成自己的發(fā)展方案，對施工人員進行知識技能培訓(xùn)，并且進行考核，對于考核通過的人員實施獎勵，為通過的人員繼續(xù)學(xué)習(xí)，以達到需要的標(biāo)準(zhǔn)為止。

3、多層鋼框架的結(jié)構(gòu)分析與設(shè)計

3.1多層鋼框架結(jié)構(gòu)受力變形特點

鋼框架結(jié)構(gòu)體系'中的每一棍框架在縱、橫兩個方向上均采用剛接，這些剛接框架不僅承受垂直荷載的豎向作用，還要承受水平荷載的側(cè)向作用。水平荷載對結(jié)構(gòu)的作用主要表現(xiàn)在兩個方面水平荷載對整體結(jié)構(gòu)的傾覆力矩和各層結(jié)構(gòu)承受的水平剪力。因此，結(jié)構(gòu)也就產(chǎn)生了由這兩方面作用共同引起的側(cè)移。在結(jié)構(gòu)的傾覆力矩的作用下，框架柱產(chǎn)生底層較小，越往上越大的軸向變形，此時整個結(jié)構(gòu)發(fā)生彎曲型變形在各層結(jié)構(gòu)的水平剪力的作用下，梁、柱均出現(xiàn)反彎點，形成底層層間側(cè)移最大，向上層間變形依次減少的變形，此時整個結(jié)構(gòu)發(fā)生剪切型變形。在框架結(jié)構(gòu)的總側(cè)移變形中，剪切變形是主要的。隨著結(jié)構(gòu)總高度的增加，彎曲變形在總側(cè)移變形中多占的比例會增大。針對多層鋼框架結(jié)構(gòu)，由于層數(shù)不高，彎曲變形所占比例只有一，所以多層框架可以看成剪切型抗側(cè)力體系。

針對這種剪切型抗側(cè)的多層鋼框架結(jié)構(gòu)體系，規(guī)范按結(jié)構(gòu)正常使用極限狀態(tài)的要求，對結(jié)構(gòu)的水平位移進行了限制。規(guī)定在風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值作用下，框架柱柱頂水平位移和層間位移相對值，不宜超過下列數(shù)值（H為自基礎(chǔ)頂面至柱頂?shù)目偢撸琱為結(jié)構(gòu)層高）：

（1）多層框梁柱頂位移（H/500）

（2）多層框架層間相對位移（h/400）

本文所研究民用住宅僅為層，由于層數(shù)較低，水平荷載作用的側(cè)移不會很大，一般來說起不到控制的作用。

3.2多層鋼框架結(jié)構(gòu)分析的基本要求與原則

采用的計算模型和基本假定要盡力的與構(gòu)件連接的實際性能相符合。在鋼框架結(jié)構(gòu)中，梁柱的剛性連接應(yīng)符合受力過程中梁柱夾角不變的假定，同時連接應(yīng)具有充分的強度，使它能夠承受交匯構(gòu)件端部所傳遞的所有最不利內(nèi)力。對于框架結(jié)構(gòu)的內(nèi)力分析，可以采取一A彈性分析的方法，也就是以未變形的結(jié)構(gòu)簡圖為分析對象，不考慮結(jié)構(gòu)在荷載作用下的變形對結(jié)構(gòu)內(nèi)力分布的影響。對內(nèi)力的影響不能忽略的結(jié)構(gòu)需要采取二階分析，比如懸索屋蓋結(jié)構(gòu)在重力荷載作用下的位移比較大，如果采用一階分析的方法來計算內(nèi)力會導(dǎo)致可靠度不足。

4、結(jié)束語

多層框架結(jié)構(gòu)鋼筋最為現(xiàn)階段我國建筑行業(yè)主要的形式之一，多層民用的鋼結(jié)構(gòu)房屋具有廣發(fā)的發(fā)展前景，值得進一步投資和發(fā)展，但是多層民用鋼結(jié)構(gòu)的起步相對較晚，多層民用鋼結(jié)構(gòu)的體制機制還不完善，其發(fā)展設(shè)計還沒有成熟，與發(fā)達國家的先進技術(shù)還有一部分差異，這不僅會增加建筑施工的成本，還不利于多層民用鋼結(jié)構(gòu)的完善和發(fā)展，為節(jié)省建筑的成本，促進多層民用鋼結(jié)構(gòu)的完善，優(yōu)化多層民用鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計設(shè)計不可避免的道路，并在實際的應(yīng)用中起到指導(dǎo)作用。

參考文獻：

[1]陳紹蕃，顧強鋼結(jié)構(gòu)，第三版[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2003

[2]郭兵，紀(jì)偉東等.多層民用鋼結(jié)構(gòu)房屋設(shè)計[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2005

第9篇：工程結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計概述范文

關(guān)鍵詞：建筑結(jié)構(gòu);設(shè)計優(yōu)化;重要性;流程;應(yīng)用

1、建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化的重要性

建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化，指的是在設(shè)計期間創(chuàng)新設(shè)計理念，采用科學(xué)的方法對設(shè)計方案進行優(yōu)化和篩選，最終保證設(shè)計方案能滿足各方面需求。房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計工作中，采用設(shè)計優(yōu)化方法的作用如下：第一，在保證建筑質(zhì)量的基礎(chǔ)上，可以提高經(jīng)濟性、美觀性；第二，能夠節(jié)約建筑成本，有效保護建筑周邊的自然環(huán)境。由此可見，應(yīng)用設(shè)計優(yōu)化方法，能夠提高房屋建筑的綜合效益，滿足不同用戶的需求，同時為建筑企業(yè)帶來更大的經(jīng)營利潤。和傳統(tǒng)的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計方法相比，設(shè)計優(yōu)化能夠降低建設(shè)成本，調(diào)查顯示能降低30%左右。具體分析認(rèn)為，通過設(shè)計優(yōu)化，其一能充分利用各種建筑材料和資源，尤其是對內(nèi)部結(jié)構(gòu)單元進行協(xié)調(diào)，提高空間使用率；其二實現(xiàn)設(shè)計上的創(chuàng)新，在保證建筑安全的基礎(chǔ)上，延長使用壽命，保護居民的人身財產(chǎn)安全；其三能幫助設(shè)計人員認(rèn)真選擇設(shè)計方案，提高設(shè)計的科學(xué)性、合理性。

2、建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化方法的流程

2.1結(jié)構(gòu)模型設(shè)計。第一步，選擇變量。從實際設(shè)計工作中來看，重要的數(shù)值、參數(shù)是決定設(shè)計方案的依據(jù)，這些數(shù)據(jù)可以作為變量使用。舉例來說，在建設(shè)目標(biāo)中，包括價格參數(shù)、預(yù)期損失參數(shù)；在工程控制中，包括房屋結(jié)構(gòu)的可靠性參數(shù)。設(shè)計人員應(yīng)該選擇變化小、干擾少的參數(shù)，才能降低結(jié)構(gòu)設(shè)計難度，盡早確定滿足設(shè)計目標(biāo)的數(shù)據(jù)。第二步，確定函數(shù)。在多個類似的函數(shù)中，設(shè)計人員應(yīng)該選擇出最佳的函數(shù)，要求滿足房屋截面尺寸、鋼筋尺寸面積，然后對函數(shù)的性質(zhì)進行分析，以降低建設(shè)成本。第三步，衡量條件。從房屋結(jié)構(gòu)的安全性、耐久性出發(fā)，設(shè)計約束指標(biāo)包括房屋尺寸、架構(gòu)剛度、變形限度、受力特點、單元組件、墻體裂隙、結(jié)構(gòu)可塑性等。而且，還要考慮到房屋結(jié)構(gòu)的實際情況，保證各個條件都滿足規(guī)定要求，實現(xiàn)設(shè)計方案的最優(yōu)化。2.2確定計算方法。房屋結(jié)構(gòu)的設(shè)計伴有大量的計算過程，對結(jié)構(gòu)設(shè)計進行優(yōu)化，就是基于復(fù)雜變量和多種設(shè)計條件下的計算。對于設(shè)計人員而言，計算過程中應(yīng)該演算各種數(shù)據(jù)，將附加約束條件轉(zhuǎn)變?yōu)椴桓郊蛹s束條件，方便得出計算結(jié)果。另外，計算方法的種類較多，而且各自具有優(yōu)點和缺點，應(yīng)該根據(jù)現(xiàn)實條件選擇出最為簡便的計算方法，以節(jié)約計算時間、減輕計算工作量。2.3選擇最優(yōu)程序。確定房屋結(jié)構(gòu)模型，并經(jīng)過計算之后，下一步就要求設(shè)計人員從中選擇最優(yōu)程序。對于最優(yōu)程序的要求，一是具有完整的功能，二是可以高效運轉(zhuǎn)。這種程序是由多個小程序組合而成，在結(jié)構(gòu)設(shè)計中具有重要作用。2.4分析統(tǒng)計結(jié)論。面對最優(yōu)程序和計算結(jié)果，此時設(shè)計人員要對統(tǒng)計結(jié)論進行分析，明確不同設(shè)計方案之間的相同點、不同點，綜合分析后確定最佳設(shè)計方案。由于房屋建設(shè)成本高，會涉及多個當(dāng)事人的利益，因此設(shè)計人員應(yīng)該從多個角度進行思考[3]。例如從宏觀角度分析各種利益關(guān)系，處理好經(jīng)濟效益和技術(shù)含量之間的關(guān)系。值得注意的是，片面追求經(jīng)濟效益、不顧技術(shù)創(chuàng)新的做法是不可取的；應(yīng)該在保證技術(shù)含量的基礎(chǔ)上，盡量降低經(jīng)濟成本。

3、在房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計中的具體應(yīng)用

3.1整體和局部優(yōu)化。縱觀建筑工程設(shè)計的共同特點，主要是復(fù)雜性、層次性兩個方面。具體到復(fù)雜性，指的是原材料、零部件、結(jié)構(gòu)類型的確定；具體到層次性，指的是結(jié)構(gòu)體系、安裝體系、設(shè)計體系等，每個體系又包含著諸多下屬體系。房屋建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計工作，要求設(shè)計人員從每個下屬體系入手，打破不同布局之間的關(guān)聯(lián)性，實現(xiàn)工程疊加的效果。由此可見，房屋建筑結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計，應(yīng)該將落腳點放在整體上，而不是局部上，只有這樣才能滿足設(shè)計要求。3.2基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)優(yōu)化。基礎(chǔ)是房屋建筑結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵部位，基礎(chǔ)質(zhì)量決定了建筑整體的質(zhì)量，因此對基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化具有重要意義。從基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)類型來看，常見如樁基礎(chǔ)、條形基礎(chǔ)、獨立基礎(chǔ)等，優(yōu)化內(nèi)容在于基礎(chǔ)設(shè)計應(yīng)該滿足施工標(biāo)準(zhǔn)，考慮到地質(zhì)條件的差異性。以樁基礎(chǔ)為例，計算抗拔樁的承載力時，首先應(yīng)該從土層參數(shù)入手，確定承載力特征值；然后根據(jù)這一數(shù)值計算出抗拔樁的鋼筋數(shù)量，確保滿足承載力要求；最后實施靜載試驗，從實驗數(shù)據(jù)評價樁基礎(chǔ)設(shè)計的科學(xué)性。3.3上部結(jié)構(gòu)優(yōu)化。建筑工程的上部結(jié)構(gòu)具有多種類型，因此設(shè)計優(yōu)化方案也應(yīng)該具有針對性，具體如下：第一，磚混結(jié)構(gòu)，優(yōu)化設(shè)計時應(yīng)該避免在承重墻上開較大洞口；設(shè)置構(gòu)造柱、墻垛長度、建筑層數(shù)時，嚴(yán)格按照相關(guān)規(guī)范執(zhí)行；結(jié)構(gòu)體系中不要采用混合承重的形式。第二，框架結(jié)構(gòu)，首先合理布置柱網(wǎng)、柱距，確保整體結(jié)構(gòu)的安全性和經(jīng)濟性。其次，單純從平面布局來看，兩側(cè)剛度稍大、中部剛度稍小，能夠避免扭轉(zhuǎn)過大的現(xiàn)象，增強結(jié)構(gòu)的抗震性能。最后，梁截面、柱截面應(yīng)該合理設(shè)計，避免過大或過小，不僅影響美觀性，還會浪費材料，而且要保證梁和柱的中線相互重合。第三，剪力墻結(jié)構(gòu)，一方面應(yīng)該確保結(jié)構(gòu)重心、建筑平面形心相吻合，從而提高建筑剛度，避免出現(xiàn)分布不均的情況。另一方面，在保證結(jié)構(gòu)計算安全的前提下，剪力墻和建筑隔墻應(yīng)該相互重合，如此有利于提高空間利用效率，增強舒適程度。

綜上所述，隨著生活水平的提升，人們對于房屋建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計需求也在不斷增加，實現(xiàn)結(jié)構(gòu)設(shè)計的綜合效益，成為人們追求的目標(biāo)。在設(shè)計優(yōu)化方法中，包括結(jié)構(gòu)模型設(shè)計、確定計算方法、選擇最優(yōu)程序、分析統(tǒng)計結(jié)論四個步驟，能夠?qū)Ψ课萁ㄖ恼w和局部、基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)、上部結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化，以促進建筑質(zhì)量的提升。

作者:周福林 單位:四川省冶金設(shè)計研究院

參考文獻：

[1]黃云.簡論建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化思路與應(yīng)用[J].建筑•建材•裝飾,2014,(13):238-239.

[2]張振興,劉寧波,何偉等.復(fù)雜造型建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化與施工[J].施工技術(shù),2014,(9):11-15,27.

[3]林可勃.試論建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化及造價成本控制[J].中國新技術(shù)新產(chǎn)品,2014,(12):145-146.