时间：2023-09-18 17:02:15
绪论：在寻找写作灵感吗？爱发表网为您精选了8篇工程结构优化设计概述，愿这些内容能够启迪您的思维，激发您的创作热情，欢迎您的阅读与分享！
（河北森柏源建筑工程有限公司 河北 邯郸 056003）
【摘 要】近二十年以来，我国混凝土结构高层住宅迅猛发展，结构优化设计直接影响着结构的安全性和经济性。本文从三方面对高层住宅优化设计进行概述，对设计工作有一定的指导意义。
关键词 高层住宅；优化设计；概述
1. 高层住宅的特点?
（1）近几十年来随着科学技术飞速进步，生产出多种轻质高强的建筑材料，构思出多种新型高效的结构体系，创造出许多先进的施工技术和机械设备，提供了高速电梯、空调、防火、自控等现代化设施，为兴建高层建筑提供了充分必要的技术条件。科技进步的同时导致了设计技术的革新。建筑结构力学由一维平面结构发展为二维或三维立体结构理论，为新的高效抗侧力体系的出现创造了条件。电子计算机的运用，提高了结构分析的速度和精度，为高层建筑在设计过程中进行多方案比较和优选提供了方便。上述设计技术方面的革新增加了高层建筑的使用功能和适用性，并进一步降低了高层建筑的造价。?
（2）我国改革开放以来，经济快速增长，城市进程加快，高层建筑迅速发展，全国已建成的高层建筑超过一亿平方米，尤其是近十年来，每年建成的高层建筑约一千万平方米。高层建筑正在日益成为社会主义现代化建筑领域的主流趋势，其中住宅约占其总量的一半，而在一些大城市所占的比重更高。?
（3）高层住宅是城市人多地少的产物，是高地价的产物，其兴衰受市场经济的调整。我国从二十世纪七十年代开始发展高层住宅，到二十世纪九十年代，高层建筑得到大量兴建。近几年来我国高层住宅每年以百分之十的速度增长。显然，目前仍有较大的市场需求，高层住宅在大城市比多层住宅更受较为富裕的市民青睐。高层住宅得以发展的最重要原因是节约土地，同时可一定程度的控制城市的蔓延，而且光线充足，视野开阔，上下交通方便，节约室外设施和交通费用，节省交通时间，可有较大的空地以布置绿化、活动、停车等场地。?
（4）伴随着社会经济的腾飞，城市化的快速发展以及城市土地、住宅等制度改革的逐步深化，我国城市住宅建设已进入一个快速发展的崭新阶段。城市化的飞速发展是推动大城市住宅层数增加的动力。然而，面对人口、土地资源、生态环境等背景的挑战，对于与这一背景密切相关的住宅层数发展，不难得出不断增加住宅层数是当前乃至今后相当长一段时间内，我国城市住宅持续发展的必然选择。可以预言，中国城市住宅层数发展出现持续增加的趋势将不可避免，将成为二十一世纪中国城市住宅发展的主流，将成为未来我国城市发展前景广阔的居住形式。
2. 结构分析优化的发展及现状?
2.1 设计要优化，这是长期以来工程师们的愿望。“设计”一词，本身就包含了优化的概念。随着各个历史时期科学技术、计算技术和手段的发展，“设计”的含义也一直演变，不断地得到充实。?
2.2 结构设计的发展过程分为艺术创造、分析结构和设计结构三个阶段。古代的建筑结构是艺术的创造，当然艺术中蕴藏着一定科学原理。长期以来流传的结构设计也只能认为是分析结构。只有当今的结构优化设计才能称得上设计结构。?
2.3 早在1300多年前，我国隋朝工匠李春设计并建造的安济桥（又名赵州桥）就体现了许多“结构优化设计”的思想。在近代欧洲，1869年由Maxwell及1900年由Cilley等人提出同时破坏设计，1904年米歇尔又提出最小体积桁架的设计问题，才使优化思想应用于土建结构有了一定的理论依据。但这些方法的意义只有在计算机出现后（1950年）才被认识。优化设计是用系统的、目的定向和良好标准的设计过程来取代传统的实验纠错方式。优化设计通过对问题的识别、定义、模型化、寻优求解和对解的评价形成一种概念框架和模式。?
2.4 结构优化设计是将优化技术与有限元分析技术结合起来，设计满足给定的各种要求最佳结构尺寸、形状等的设计手段。结构优化设计突破了传统的结构设计范畴，克服了传统设计经验类比或采用许多假设和简化导出的计算公式进行结构设计再校核的诸多局限。?
2.5 从广义角度看，结构优化设计包括结构尺寸优化、形状优化、拓扑优化和布局优化；从优化性能角度，结构优化设计包括结构可靠性指标的结构优化、材料性能的结构优化、动力学性能的结构优化和控制结构优化等众多分支。从优化算法方面可以将结构优化方法分为四大类，即优化准则法、数学规划法、优化准则与数学规划结合的混合法及近若干年出现的模拟自然界生物生长和进化的优化算法（如自适应生成法、遗传算法等）。?
2.6 现代结构优化设计的全过程一般可概括为：建立优化设计的数学模型，选择适合的优化方法；确定目标函数、约束函数、设计变量；确定必要的数据和设计初始点，编写计算机语言程序；通过计算机求解并输出计算结果；最后对数据进行必要的分析。简单概括为两方面：一是如何将设计问题确切的转化为反映问题实质并适合于优化计算的数学模型；二是如何选择适用的优化方法，求得该数学模型的最优解。?
2.7 目前结构优化的应用落后于理论发展，特别是土木建筑结构的优化设计应用不普遍，其主要原因有：?
（1）现行规范和规程还没有明确要求采用优化设计。?
（2）优化的目标还不能完全符合工程需要。由于实际结构问题往往十分复杂，多因素甚至不确定因素使得目标函数在建立后只能得到相对合理的解答。?
（3）土木工程界的管理体制和设计取费标准（按造价或面积取费）使人们缺乏追求优化设计的动力。?
（4）〖JP3离散变量优化问题。建筑尺寸以及钢筋，型钢的规格、型号等都不是连续变化的，因此传统的优化方法如各种梯度算法、对偶算法等解析算法均无法胜任。由于问题规模较大，随之带来计算量急剧增加的“组合爆炸”问题也会使计算量急剧增加。
（5）工程结构问题要综合考虑使用、设计、构造、施工、美观等各方面的要求，因此，工程结构的优化设计所追求的是适合工程上应用的较为合理的设计方案，而不是数学上单纯的理论极值点，这就要求必须结合工程实际进行优化设计。
3. 研究的目的和意义?
（1）近几年来，“低碳经济”，“绿色建筑”日益成为公众耳熟能详的热门词汇，提出的大背景是全球气候变暖对人类生存和发展的严峻挑战。随着全球人口规模的不断增长，能源使用带来的环境问题及其诱因不断为人们所认识。“绿色建筑”是指在建筑的全寿命时期，最大限度的节约能源，保护环境和减少污染，为人们提供健康，适用和高效的使用空间，与自然和谐共生的建筑。它代表一种概念或象征，指建筑对环境无害，能充分利用环境自然资源，并且在不破坏环境基本生态平衡条件下建造的一种建筑，又可称为可持续发展建筑、生态建筑、回归大自然建筑、节能环保建筑等。结构设计优化同样在这方面能有所作为，经过优化的建筑结构，降低了钢筋和混凝土等高耗能产品和不可再生资源的用量。保护环境也就是保护我们自己的生存家园，也是结构设计师义不容辞的责任。?
（2）在没有一个明确的优化设计方法的情况下，工程师出于结构安全、方便设计、缩短设计周期等原因考虑，常常把结构设计的偏于保守，没有充分发挥材料的性能，造成了一定的浪费，这样处理既不经济也不一定真正保证安全。所以，深入开展结构的优化设计研究具有重要的工程意义。?
（3）随着全球资源日益短缺，环境污染日趋严重、以及对生活质量要求的提高，人们在社会经济活动、工程建设、企业生产等方面，既要求安全可靠、效益显著，有要求降低能源材料等消耗和保护环境。优化设计与技术成为人们改进工作、提高效率的必不可少的手段，必将会得到更多关注和广泛的应用。
参考文献
［1］ 高层建筑混凝土结构技术规程（JGJ3-2010）［S］.中国建筑工业出版社.2011.
［2］ 建筑抗震设计规范（GB50011-2010）［S］.中国建筑工业出版社.2010.
【关键词】结构优化设计；房屋建筑；应用；分析
1 房屋建筑工程结构设计优化的方法理念及意义的概述
随着我国社会经济的不断发展，人们不仅对自身物质方面的要求有所提高，精神文明建设也逐步成为一种标准与时尚。对于人居环境方面的改善主要体现在于建筑的结构设计与美观设计之间相互协调、密切配合的表现。建筑工程结构设计的基本要求在于建筑结构应具有适用性、安全性、经济性、美观性和便于施工等几个方面的特点和作用，而本文所讲的建筑结构优化设计是基于以上基本要求作更进一步、更深层次、更为合理地建筑结构设计，使建筑工程既能够满足美观造型、结构安全和经济规划等方面的实际意义，还能够归根结底地提供服务于人民一个良好的生活居用环境。
房屋建筑工程的结构优化设计内容主要是通过对建筑基础结构、屋盖系统结构方案、围护系统结构方案以及一些其他细部结构等方面的综合设计过程，强调一切以从实际出发为基本原则，并结合实际工程情况，以计划成本控制为中心的结构优化设计理念。
具体的建筑结构优化设计首要的工作是要建立起一种关于结构优化设计的模型，我们必须认识到建筑结构设计优化就是在各种不同的影响变量参数中的若干关键参数，利用这些关键参数建立起来的函数模型，然后通过科学的计算手段得到函数模型的最优解，一般建立函数模型的程序有设计变量的选择、目标函数等办法。在得到结构优化设计模型之后的主要工作内容是要制定一套科学合理地计算方案，通常认为建筑结构优化设计应属于一种非线性的优化选择问题，可以通过采取拉氏乘子法等数学统计等方法手段进行优化设计模型最优解的计算，计算得到最优解之后就可以确立最终的建筑工程结构设计的优化结果方案。
房屋建筑结构优化设计的意义在于可以有效降低建筑工程的总成本造价和提高建筑工程结构的经济性两方面。相对于传统的建筑结构设计方法，采用建筑工程结构设计优化技术方法可以有效降低工程成本造价25%左右。如对多层或高层建筑物进行结构设计优化，由于层数越多单位建筑面积自然就会越少，从一定程度上还是可以做到节约土地占用的成本费用就是一例。结构优化设计技术的实现可以对施工材料的性能利用更为合理化，使得建筑工程结构内部各个不同单元之间的相互协调更为充分，从而提高了建筑工程结构设计的经济性。
2 结构优化设计技术在房屋建筑中的应用
结构设计优化技术应用于实践应用是目前一个比较重点的课题之一。主要是利用结构优化设计技术是在不改变房屋建筑的使用性能的前提下能够达到降低工程成本造价和提高经济性的目的。结构优化设计技术在一个建设项目中的应用还是比较广泛的，一般应用于项目的整体设计、前期设计以及抗震设计等各个分部阶段过程，通常都可以发挥一定的效益。但是，在应用结构优化设计技术的同时，我们还需要对一些在实践过程中的问题进行重点关注：
2.1 结构设计优化技术的应用需注意到前期的参与
房屋建筑项目的投资计划在实际工程中的影响因素非常复杂繁多，前期方案确定的质量好坏会直接影响建筑项目的总投资成本，而就目前普遍存在的前期方案的确立问题就是在前期方案阶段结构优化设计技术并不参与其中，相关设计人员在进行房屋建筑结构设计时往往会忽略或不考虑建筑结构的合理性和可行性，这样的建筑结构设计结果会对结构设计造成直接的影响，在后续的结构设计工作中往往被增加了结构设计的困难度且在建筑项目总投资上增加了一定的成本。想象一下，如果在房屋建筑结构设计方案确定的初期，结构优化设计就能完全地参与其中，那么我们就能从容地针对不同的建筑类别要求，优化选择合理地结构形式和设计方案，一定可以避免以上情况的发生。
2.2 结构设计优化技术与建筑工程结构设计针对于同一建筑工程结构设计方案都均匀许多种不同的结构设计布置情况。如果已经确定了建筑结构设计布置的建筑工程，也有在同种荷载情况下存在不同的分析办法。在一般的分析过程中，对于设计的参数、设计的材料以及设计试验承载能力的取值都不是只有一种取值情况。尤其是在处理一些建筑工程细部结构的设计问题时，还须面对计算机无法解决等情况，作为设计工作人员就不得不通过自身的判断能力根据结构设计规范的规定内容与指导展开设计。因此可以看出，结构设计优化技术主要应用于没有具体的数值量化的情况中，一般在采用概念设计方法的实际情况是可以通过有效数值作为一种辅和参考性的设计依据，以避免在设计过程中出现较大的误差或偏差，并利于设计结果能够达到最佳的效果。
2.3 概念设计能够处理的实际建筑工程结构设计问题是非常广泛的，我们所期望的是能够通过概念设计，房屋建筑工程结构能够在遭遇各种不同外部荷载作用下不会受到严重破坏或能够将破坏程度降到最低。因此，在分析如何能够应对建筑工程在一定期间内所有可能遭遇的各宗不确定的破坏因素应该成为概念设计的一项重要内容。尤其是在拟建工程项目地区内的地震活动作用最难以捉摸清楚，且地震的破坏作用通常也非常大，所以在对房屋建筑结构设计工程中必须要了解到拟建工程所在地区内在一定历史年限内的地震活动等一系列自然灾害的发生情况，然后充分考虑到建筑工程结构设计一些有助于提高建筑整体结构抗震能力的措施办法，而且应主要避免设计不利于抗震效果的结构做法。因此，在房屋建筑工程结构设计工程中必须要在整个设计过程中贯穿一种抗震设防的思想且以概念设计作为重点指导设计。
2.4 房屋建筑下部地基基础结构设计优化首先任务是要选择一套合适的优化方案，如果是深基础，那么就需要先对拟建工程施工现场的地质勘察情况全面了解到，然后再综合其他现场场地的条件因素进行基础选型及埋深等设计，这样做可以有效节约造价成本。
3 结束语
结构优化设计技术在房屋建筑中的应用，随着社会经济的发展、生产技术水平的提高以及人们对于居用建筑功能要求的不断改变，目前已经得到了极大的推广与发展。结构优化设计工作同样是一项事无巨细的工作，只有在今后更多的实践中不断积累经验，发现问题和解决问题才能够在未来的房屋建筑工程结构设计竞争中占得先机。对于专业设计人员来说要把提高设计质量作为终身奋斗的目标，为国家建设行业贡献自己的力量。
参考文献
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[2] 张友鸿；优化结构设计减少建筑投资成本[J]；陕西建筑；2008，09（11）：12 - 13
[3] 王鹏远，林振国；工程结构与系统抗震优化设计的实用方法[M]；北京：中国建筑工业出版社；2007，13（11）：35 - 37
[4] 卢晓菲，黄淼，唐宏；房屋加层外框架结构方案的优化设计[J]；哈尔滨工业大学学报；2009，07（04）：102 - 104
作者简介：
（长沙市规划设计院，长沙410007）
摘要：建筑结构优化设计对于项目的成本控制起着重要的作用。在建筑结构优化设计中引入价值工程理论，通过功能成本分析，将技术问题与经济问题紧密结合，以最低的成本费用，可靠地实现产品的必要功能，从而提高产品的价值，弥补设计工作的不足。本文通过价值工程在建筑结构优化设计中的使用，说明价值工程在结构优化设计中的意义，确保有效优选。
关键词 ： 建筑结构；优化设计；价值工程
中图分类号：TU2 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2015）24-0130-02
作者简介：罗利波（1978-），男，湖南长沙人，高级工程师，研究方向为结构设计及加固。
1 建筑结构优化设计概述
1.1 传统的建筑结构设计方法
传统的建筑结构设计方法，过程大致是根据经验给出一个设计方案和做法，用力学方法进行结构分析，检验结构及构件是否满足规范规定的强度、刚度、稳定性、使用等方面的要求，或通过对少数几个方案进行比较而选出可用方案。通常的步骤是假设、分析、校核、重新设计。
1.2 建筑结构优化设计方法
我国建筑结构设计优化设计理论研究始于六十年代，1973年钱令希教授发表《结构优化设计的近展》，将数学规划法和准则法结合在一起，假定结构构件处于满应力状态，分别对构件进行优化。由于结构优化设计的重要性，很多学者对结构优化设计做出大量的研究，使结构优化设计理论研究不断发展。1982年，钱令希教授在《我国结构优化设计的现况》中详细总结了这十年的结构优化设计研究和应用方面的成果，为我国进行优化设计研究指明方向。2001年，大连召开第四届WCSMO会议，30多个国际200多位学者参加了会议，会议内容包括结构与多学科问题的灵敏度计算、分析计算、优化设计及其工程应用等。
目前，建筑结构优化设计主要指结构综合与优选，过程大致是假设、分析、修改设计、最优设计，这种修改设计是在满足各种规范或特定要求的条件下，通过优化方法，从管理、技术、经济各方面综合考虑，采用结构优化程序、应用优化理论方法，找出最优级的方案（材料最省、造价最低、或某些指标最佳的方案），以达到最优目标。
1.3 大师对建筑结构优化设计的看法
中国工程院院士江欢成：“我国优化设计工作方兴未艾，大有可为。它符合可持续发展和科教兴国两大战略，它是我国建设方针的体现，是科学发展观在建筑行业中的落实。优化设计工作，私企、民企对此态度积极，国企相对不够重视。建议政府给予支持”。
中国工程院院士程耿东：“在建筑领域应用优化设计，不仅可行而且十分符合节约能源，保护环境的可持续发展观。结构优化设计作为一种基于计算机的快速自动设计过程，可以在满足规范等约束条件下得到优化的设计方案，降低成本造价，提高结构性能。增大使用空间，缩短施工工期，是设计者追求的终极目标，在建筑领域应用和推广结构优化设计更有着不同寻常的意义，对设计单位、开发商、百姓都是好消息，它是惠及百姓的环保设计理念，具有前瞻性，会带来多赢”。
2 运用价值工程优化建筑结构设计
价值工程，是一门技术与经济相结合的现代管理科学，是通过对产品的功能与费用系统分析，使之以最低的寿命周期成本，可靠地实现产品的必要功能的管理方法。运用这种方法，通过功能细化，去掉多余的功能，对功能实施重点控制，目的是以研究对象的最低寿命周期成本可靠地实现使用者所需功能，以获取建设项目经济效益、社会效益以及环境效益的最佳结合。
价值工程以功能分析为核心，着眼于建筑产品的寿命周期成本。建设费用、使用费用与功能水平的变化规律决定了寿命周期成本（图1），随着功能水平提高，建筑产品的使用费用降低，建设费用却在增高，反之，使用费用增高，建设费用降低；建设费用C1的曲线和使用费用C2的曲线的交点所对应的最低寿命周期成本Cmin才是最低的，最低寿命周期成本Cmin所对应的功能水平F0是从费用方面考虑的最为适宜的功能水平。
价值工程的目标表现为产品价值的提高，是对象所具有的功能与获得该功能的费用之比，可用公式表示为：价值（V）=功能（F）/成本（C）。
提高产品价值的途径：
某住宅小区在基础设计前对方案对比优化设计。该工程场地稳定，无不良地质作用。场地类型为软弱场地土，建筑场地类别属II类，拟建场地可不考虑地震液化的影响。场地自上而下各地层为：
①素填土①：平均层厚10.78m，结构松散，未完成自重固结，局部有建筑垃圾分布，承载力低。
②粉质粘土②：分布连续，埋深大，层厚0.90m~5.00m，可塑~硬塑，稍湿，不宜选择该层作为拟建多层建筑物基础持力层，fa=240kPa。
③强风化板岩③：厚度较大，岩心呈块状，遇水易软化，失水易干裂，fa=340kPa，qpa=2100kPa（人工挖孔灌注桩），qpa=2500kPa（沉管夯扩灌注桩）。地下水：主要类型为强风化板岩③基岩裂隙水，微承压性，该段地下水水量较少。在勘察期间，稳定地下水位埋深为5.32~13.20m，高程为52.77m~59.36m。拟建场地有一层地下室。地下水在直接临水或强透水层中对混凝土具有中等腐蚀性，在弱透水层中不具腐蚀性；对钢结构具弱腐蚀性。
可选桩型及优缺点：
①沉管夯扩灌注桩，优点：在桩端处夯出扩大头，单桩承载力较高；桩身质量高；施工机械轻便；施工速度快、工期短、造价低；无泥浆排放。缺点：遇中间硬夹层，桩管很难沉入；遇承压水层，成桩困难；振动较大，噪声较高；属挤土桩，设桩时对周边建筑物和地下管线产生挤土效应；扩大头形状很难保证与确定。
②预应力管桩，优点：单桩承载力高；单桩承载力造价便宜；运输吊装方便；施工快、工效快，工期短。缺点：噪音大，挤土量大，会造成一定的环境污染和影响；打桩时送桩深度受限制，在深基坑开挖后截去余桩较多；在“上软下硬、软硬突变”的地质条件下，不宜采用锤击法施工；不适合桩端持力层为遇水易软化的风化岩层。
③长螺旋钻孔灌注桩，优点：不受地下水位的限制，穿透力强，施工过程无噪音，振动小、无排浆、无塌孔，成桩效率高。缺点：桩身强度不足；桩底不能入岩，单桩承载力低。
④人工挖孔桩，优点：单桩承载力高；可以极大降低生产成本；适用于大型机械无法作业的山区；生产条件要求低，可多孔同时作业。缺点：机械化低，施工进度慢；成孔质量不易控制；现场施工不易控制。人工挖孔桩技术适合直径超过800mm并且地下水较少或无水的土质，不适合地下水位高、有流沙、大水量冲击区域、含水量多的淤泥、淤泥质土层等。
⑤旋挖桩，优点：钻进能力强；不易产生泥皮，有利于增加桩的摩阻力，提高桩的质量；振动与噪音较低；成孔速度快，尤其在砂质土内成孔；机械设备较简单。缺点：护壁相对较差，容易缩径、塌孔；设备价格昂贵，设备维修费用高、时间长，工成本与其他成孔方式相对较高，卵砂石层中钻进存在成孔困难。
以上5种方案，各有优缺点。利用价值工程理论，①、④两种方案更具经济性，满足功能不变化同时降低造价，以此来提高产品价值。本工程多为墙下线荷载及柱下集中荷载，其墙柱荷载为5000kN~8000kN，2600kN~5600kN（纯地下室的框架柱），依据价值工程理论综合比较采用人工挖孔桩基础，以强风化板岩③为持力层，该持力层的桩的端阻力特征值为qpa=2100kPa，桩端进入持力层的深度大于等于≥1.0m，相邻桩端底标高应按规范进行控制，平均桩径为0.9~1.5不等（主楼部分），0.9~1.0不等（纯地下室部分）；扩底直径分别为1.3~2.4m（主楼部分），1.3~1.6m（纯地下室）。施工完成后经济效果良好。
3 结语
价值工程着重产品功能的分析，以最低的成本费用，可靠地实现产品的必要功能，提高产品价值，而这可以弥补结构设计优化的不足。所以，价值工程在结构设计优化中的运用，能够很好地解决工程成本的控制，优选出最佳的设计方案。价值工程存在于项目进行的方方面面，设计、施工以及管理等等，不能只靠个别人员、部门，而要通过有组织的活动，发挥集体智慧，经过多个部门的配合，才能收到良好的效果，达到项目的利益最大化。
参考文献：
[1]钱令希.我国结构优化设计的现况[J].大连工学院学报，1982（03）:1-5.
[2]张炳华，侯昶.土建结构优化设计[M].上海:同济大学出版社，1998.
[3]蔡新，郭兴文，张旭明.工程结构优化设计[M].北京:中国水利水电出版社，2003.
[4]李芳，凌道盛.工程结构优化设计的现况[J].工程设计学报，2002（12）:229-235.
[5]江欢成.优化设计的探索和实践[J].建筑结构，2006（06）:1-24.
[6]程耿东，李刚.基于功能的结构抗震设计中一些问题的探讨[J].建筑结构学报，2000（01）:5-11.
关键词：房屋建筑；建筑结构；优化设计；设计研究
中图分类号： TU3 文献标识码： A
引言
随着我国社会经济的发展，人们的生活水平不断提高，对于自身的生活和居住环境也提出了更高的要求。房屋建筑的结构设计中，不仅需要考虑结构的合理性、可行性和安全性，还必须充分满足舒适性、经济性的要求。在市场经济环境下，市场竞争的日益激烈，使得建筑企业为了保证自身的利益，在保证建筑使用质量的前提下尽可能的降低成本，展开了对于结构优化设计方法的有益探索，从而推动了建筑结构设计优化技术的发展，不仅可以使得房屋建筑的设计效果更佳，而且能够取得最大的经济效益，具有十分重要的现实意义。
一、建筑结构优化设计综述
建筑工程包含的方面很多，所以建筑结构在设计过程中优化所涉及的内容也很丰富。从大的方面可以简单分为两大内容，即房屋总体结构优化和分部结构优化。细化可以进一步分为:房屋内部基本结构优化;房屋的维护方面、细节和总体结构的优化设计;屋顶结构优化设计;房屋造价优化控制设计等。建筑结构设计优化的目的是能够对有限的空间和固定的资源进行合理分配，将建筑材料和设备达到最大使用率，还能使所要建成的房屋安全、舒适、美观。经过优化设计的房屋比一般房屋在造价方面能够节省很多，从长远利益上看，建筑优化设计的理念对建筑工程是一种可持续发展的理论观念，对资源实现充分利用起到了关键作用。
二、结构设计优化技术的作用
（一）提升建筑的安全性
通过对房屋建筑结构的优化设计，可以对原有设计方案中的不足和缺陷进行弥补，从而提升建筑结构的合理性和安全性，在保证建筑整体质量的基础上，节省建筑材料，提升建筑的稳定性和相应的受力性能，确保建筑的使用安全。
（二）减低工程造价
相关数据显示，运用结构优化设计后，与原设计方案相比，建筑工程的成本可以节约10%－30%左右，成本大大降低。同时，通过结构优化设计，还可以充分发挥原材料的性能，确保建筑结构各个单元之间的紧密联系，提升建筑工程的经济性。
三、结构设计优化技术的方法
之前也提到，建筑结构设计所追求的最终效果，是实现结构的安全性、经济性、美观性、实用性以及施工的便利性。在房屋建筑中应用结构设计优化技术，主要体现在建筑结构总体的优化设计以及建筑的分部结构优化设计。在房屋结构设计中的结构优化设计，主要包括基础结构、屋盖系统、围护结构、结构细部等多个方面，需要从结构受力情况、整体布局、结构造型以及成本造价等方面进行综合分析。结构设计优化技术需要从房屋建筑的实际情况出发，以确保优化设计作用的充分发挥。
（一）建立相应的结构优化模型
结构优化设计的实质，是利用相应的数学知识，对就爱你住结构中的各种参数进行整理和分析，然后依据结构整体，构建相应的数学模型，寻求最优设计的过程实际上就是对最优解的求解过程。因此，在对房屋结构进行优化设计时，需要建立相应的优化模型。首先，对设计变量进行合理选择，设计变量对于房屋结构设计的影响是十分巨大的，设计人员需要按照变量的重要性，对其设计的参数进行分类，将影响较小的变量作为预定参数，从而简化计算流程。其次，要对目标函数进行确定。在这里的目标函数，就是满足建筑实际需求的最优解。然后，明确约束条件。对于房屋结构优化设计而言，其约束条件主要包括强度约束、尺寸约束、应力约束、弹塑性约束时，可以按照现行的房屋建筑设计规范，对优化设计的约束条件进行明确。
（二）确定结构设计优化方案
对于房屋建筑而言，结构设计的优化方案，主要是指结构的布局以及细部的优化。结构布局的合理性直接影响着房屋结构的造价，因此要求其结构尽量简单，传力直接，避免多次传力的情况。而细部优化是一个较为广泛的概念，包含的内容相对较多，根据其对于房屋结构的影响程度分析，最为关键的部分，是对构件截面的合理选择。例如，竖向构件应该在满足实际需求的前提下适当选择轴压比，轴压比过大或过小都会影响配筋的设置。梁的截面设置同样如此，如果截面过大，会影响建筑内部的有效空间，而截面过小，则会导致配筋相对较大，影响造价。
四、探讨房屋结构优化技术的实践应用方式
（一）框剪设计的整体思路
框剪结构集框架结构布局灵活、剪力墙结构刚度较大的优点于一身，使得该种结构体系具有较好的延性和整体性。目前框剪结构已被广泛的应用于公用建筑、住宅等高层建筑中。在这个结构的剪力墙可以单独设置，也可以利用一些其他的墙体，比如电梯井、楼梯间等，此外，这个结构还可以有效的提高侧向刚度。在实际的建筑施工中，主要有刚性、刚柔、柔性等不同的价值计算方法，一般来说选用哪种计算方法会根据抗震质量的不同来进行合理的选择，比如为了改善结构的抗震性能，应该注意场地的土质类别，对不同土质采取不同的加剪力墙等。
（二）复合地基形成法的技术提升
通过对被加固土体填充相应的材料，改变土体的结构，使土体被增强或被置换形成一定的增强体，由增强体和周围地基同承载荷载，形成复合地基的一些地基处理方法。在建筑施工中，根据特殊地质条件对地基承载力的要求，而选用不同的处理方法达到相应要求。比如通过填充砂和石料深入土体，被置换或挤密，从而达到提高承载力的目的等。
（三）多层钢筋混凝土框剪结构设计
在多层钢筋混凝土框剪结构的设计上，全面把握设计的主要点，分析梁柱以及刚接或者铰接相连促成的承载重量体系，在依据设计图纸和文件的前提下，全面把握设计图纸的客观需要，同时加强规范性施工和管理，读懂并理解设计图纸中的每一项内容，达到按图纸施工、依据图纸设计的目的，作好技术交底。根据建筑结构的实际需求，可以采用现浇式框剪设计，就是通过梁、柱、楼盖的现浇钢筋水泥混凝土结构，增强建筑结构的整体性能，提升抗震能力，在实际建筑设计中可以广泛应用；同时，还可以采用预制装配式设计，就是指梁、柱、楼板均为预制，这样可以减少工程的难度，提高工程的速度，但是，整体建筑质量的性能不是很强，抗震效果、漏水系统等会有一定的偏差，可以结合地质条件进行考虑。
（四）框架梁、柱箍筋间距的优化
对不同抗震等级的框架梁，柱箍筋加密区的最小箍筋直径和最大箍筋间距做了明确的规定。侧重点就是关于质量，比如抗震等级、人防等级、地基处理、承载能力、材料使用等一些相关因素，同时还包括对设计图纸的详细了解和掌握，在钢筋水泥的质量要求、地基基础设计等级、砌体结构施工质量控制等级,基本雪压和基本风压,地面粗糙度等等一些基本建筑结构的类型需要，如混凝土的含碱量不得超过3kg/m3、地下水类型及标高、防水设计水位和抗浮设计水位，地基液化，湿陷及其他不良地质作用，地基土冻结深度、设计活荷载值、混凝土结构的环境类别、材料等级、强度等级、材料性能、施工质量的特别要求等，是在建筑结构设计中要考虑的要素。
结束语
总之，在我国建筑行业飞速发展的带动下，人们对于建筑工程提出了更高的要求，也使得结构设计优化技术在建筑工程领域发挥着日益重要的作用。对于设计人员而言，需要对房屋结构优化设计的复杂性和系统性有一个清晰而明确的认识，不断提升自身的专业能力和设计水平，推动结构设计优化技术的发展，进而促进我国建筑行业的持续稳定发展。
参考文献
[1]段佳琦.浅谈对建筑结构设计的认识[J].中小企业管理与科技（下旬刊），2010（11）.
[2]马雪丽.浅析建筑结构设计[J].黑龙江科技信息，2011（10）.
关键词：建筑结构设计；优化方法；应用
1引言
随着我国人民经济水平的不断提高，对住房质量要求不断增加，人们开始重视房屋建筑的美观性、经济性、实用性。就目前情况来看，在房屋建筑工程建设的过程中，因为施工的机械化，建筑结构构件的工厂预制、加工所占比重不断减小，大部分施工工序以及购件需现场进行施工，这样就导致建筑工程施工周期增长，施工难度不断提高。所以，在建筑结构设计的过程中，可以采用结构优化的方式，不断提升工程施工的便利性，同时采用结构优化设计的方式，增加建筑工程的稳定性与经济性。由此可见，再进入结构设计集中加强优化方式的运用是非常重要的。
2建筑结构设计优化技术概述
建筑结构设计的主要内容是在房屋建筑工程实际施工过程中，有限的利用科学技术，优化建筑结构设计，将空间的利用率不断增加。在建筑结构时候画设计的过程中，必须保证空间布局以及设计之间关系的合理性、科学性、专业性。随着信息技术的不断发展，设计技术的要求不断提升，必须加强对设计技术的创新。就目前情况看，建筑结构设计优化技术，主要是对建筑整体进行优化，在建筑结构设计的过程中优化技术，起到了非常重要的作用。在设计中，建筑结构设计主要是各种建筑设计的依据和基础。为此，建筑结构设计，需要根据建筑工程的实际情况进行。，在结构设计的过程中加入优化技术的应用。着重体现经济效益以与质量效益。在具体的建筑结构设计过程中，需要进行长远的考虑，保证建筑方案整体的合理性。这样在现有的结构设计的过程中可以节省30%的费用。在一定程度上，有效地节省了经济成本，避免经济失衡情况的发生。建筑结构优化设计的进行，还可以协调施工过程中各个部门之间的关系，合理的使用施工资源，提升资源的有效利用率，保证建筑工程结构的整体性、安全性、经济性，有效地提升建筑工程的应用价值。
3建筑结构设计优化方法的必要性
将建筑结构设计优化方法应用到房屋结构设计过程中，可以使建筑工程项目的施工成本得到有效的控制，保证建筑工程的美观性、实用性。对建筑施工企业来讲，希望可以用最少的投资得到最大的经济效益，所以，必须保证建筑结构设计的安全性、科学性、合理性，这样就必须加强对建筑结构设计的优化。与传统的房屋结构设计相比，结果优化设计方法具有以下优点：1.有效地保证了建筑结构的安全性；2.科学合理的协调建筑结构内部的全部单位；3.科学合理地使用建筑施工材料；4.时间煮，施工成本降低6％～35%。在建筑房屋结构优化设计的过程中，合理的使用优化设计方案，能够有效地保证建筑物的使用价值，提高建筑物的经济价值与环保价值。在优化方案过程中，节省建筑单位的资金投入，降低建筑工程施工成本。建筑结构优化设计与传统的房屋结构设计相比，能够增加施工企业的经济效益，为用户提供更好的居住环境。通过优化建筑工程结构施工中的各种资源，比如建筑施工材料、结构布局等，实现结构与施工材料的有效结合，共同发挥建筑结构优化作用。建筑物的面积随着建筑物层数的增加而不断提高，想要保证建筑工程具有良好的实际效果，就必须加强建筑结构的优化设计，采用最佳的优化方案，提高建筑工程结构的质量。
4建筑结构优化步骤分析
4.1构建优化模型
首先，科学的选择建筑结构设计变量。在变量选择的过程中，应该将影响建筑结构设计的参数作为变量。比如，建筑物的损失期望值、建筑结构造价值、建筑结构设计的可靠性等进行严格的控制，这些技术相关的目标参数，又是建筑约束控制的参数值。对于建筑结构设计中影响范围较小、变化面积较小的因素，可以将其视为部分设计参数值；在具体的实践过程中，可以采用用预定是参数来表示，并将其作为依据来减小设计，计算变量，减小建筑结构设计方案编制过程中的工作量，有效地提升设计工作效率。其次，目标函数的确定。在进行建筑结构设计优化时，应该找到符合相关规定的尺寸和条件的钢筋截面面积、已经失效的概率函数，通过这种方法可以有效地减少建筑施工成本的浪费。最后，科学地确定约束条件。在建筑结构优化设计过程中，应该有效地保证建筑结构的安全性、整体性、科学性，合理地确定建筑结构约束条件。在建筑结构设计中，应该对目标的性质、实际应用性质等约束条件科学化的进行对比与分析，保证相关约束条件能够有效地满足建筑施工的整体要求，以保证建筑结构设计的最优化。
4.2结果分析
建筑结构设计优化过程中最重要的一步就是结果分析，对计算机中获得的各种数据进行详细的分析，根据分析的结果制定优化设计方案。在建筑结构设计优化的过程中，需要对各种因素进行综合的考虑，努力的完成建筑结构优化设计工作。在建筑施工的过程中，会应用到大量的资金、劳动力，优化建筑结构的主要目的是在最大程度上讲的上述指标，并且保证建筑工程施工的质量。所以，在建筑结构优化设计的过程中应该加强对以下几方面的重视：第一，明确建筑涉及与经济之间的平衡点，有效的降低两者之间的矛盾，在高新技术的应用下降低经济费用的支出；第二，要加强理解高新技术对经济效益带来的影响，必须认识他技术的进步与发展，有效的降低了不必要经济的支出，所以，必须加强对技术发展的重视。
5建筑结构设计优化方法在房屋结构设计中的应用
房屋建筑工程施工过程中，特别是结构优化设计时，其主要目标就是加强建筑结构设计的功能与建筑施工的质量，并在此基础上加强建筑工程建设的经济效益，为此，应该在建筑结构设计中不断提高专业技术的能力，采用先进的设计技术，合理的选择设计方案，并对建筑结构进行优化设计，以此来保证建筑结构的安全性、使用性、经济性。
5.1对建筑结构整体与局部的优化
在进行房屋的建筑设计过程中存在着复杂性、层次性这两个特点。首先，从房屋建筑结构的复杂性来说，要注意选择建筑材料，材料必须符合使用标准，还要结合具体情况，选择建筑结构类型；其次，从建筑结构设计的层次性来说，要对建筑内部做出整体优化，可从建筑局部的结构设计、建筑使用设备、电气设计、安装体系等方面着手。除此之外，可将整体结构设计与局部结构设计同时进行优化，由此形成一个综合性的结构体系，这样一来能够使房屋的安全性与合理性得到提升，而且能够减少不必要的浪费，另外，要尽力保证建筑结构整体的协调优化，保证建筑的截面面积与建筑高度相协调，避免出现墙位错误的现象，在设计过程中，还可以适当运用几何结构，从而使建筑达到简洁、美观的视觉效果。在电梯和楼梯的设计过程中，要保证其稳固性，可以在减轻其自身重力的同时注意对材料的选择（选择承重能力较强的材料）。无论是进行整体结构优化还是局部结构优化都需要制定出合理的结构方案，另外，“部分决定整体”，设计人员可通过先做好局部设计方案，经过整合之后再完成整体设计，达到局部带动整体的效果。
5.2柱网布局和平面布置的优化设计
在建筑结构优化设计过程中采用柱网布局，柱网布局决定了柱子之间的跨度（纵向或者横向相邻的两个柱子之间的间距），柱网的尺寸通常在5.4米到10.5米之间，如果柱子之间的相邻距离较小那么其传力途径就会变短，殇，不说要复合的面积就会变小，跨中弯距变小，梁高度变低，但是这样会导致柱子的数量变多，建筑内部空间变小，停车场车位配置效率降低。所以，柱网布局是否合理，对建筑工程的综合造价及建筑上部结构有很大的影响。此外，柱子的截面形状与尺寸对工程造假也有着非常大的影响，所以合理的使用柱网布局、柱子截面的形状以及梁系的布置对工程造价的影响是非常明显的。下面我们将结合某工程地下室的布置情况进行分析。首先，以地下室顶板为例，当顶板的厚度、荷载、柱子间距离相同时，次梁截面积及布置方式也相同的情况下。方案一采用的是400x800的主梁，方案二采用的是400x900的主梁。在方案一中混凝土的使用量是0.38，方案二的混凝土使用量是0.39，相对比方案一的混凝土使用量较小，但是钢筋的使用量40.95比38.81多了部分，这样只是从数值上很难进行比较，我们再根据最新的施工材料造价信息单价进行比较，三级钢3600元／顿，C30混凝土320元／㎥，经过比较之后发现：方案二在经济上更具有优势。同时也对，工程本身的实际情况进行综合考虑，最终选用了方儿的结构布置进行设计。然后将地下一层为例，在荷载、柱子的距离、顶板的厚度相同的前提下，分别采用不同的结构布置方式进行设计，方案一采用的是“井”字梁系，方案二采用的是单向次梁系，通过相应的计算数据显示，方案一混凝土使用量0.29大于方案二混凝土使用量0.25，同时方案一钢筋含量26.59也大于方案二钢筋含量23.8，所以，该地下工程梁系布置方案使用的是方案二布置方式。
5.3建筑物下部地基基础结构的优化设计
这对建筑工程下部地基基础结构进行优化设计的过程中，设计人员必须选择合适的设计方案，比如，结合建筑工程实际施工情况选择最佳的桩基础类型，尽量降低施工工程造价，在按照桩基础顶端持力层的厚度对灌注桩的长度进行科学合理的选择，对集中优化设计方案进行合理的对比，进一步选择出最优化的设计方案。比如，某建筑物结构的原设计时用的是桩筏基础，通过对该结构的设计进行优化，将桩筏基础改为桩基础。设置两桩承台、三桩承台、四桩承台和梁式承台。在对这部分进行优化设计的过程中，需要考虑的是基础力度传递的最短路径，但是需要保证总沉降值和不均匀沉降值。桩筏基础相对于桩基础来讲，增加了一块整体的筏板，将整体受力转变为局部受力，增加了传递的途径，但是也增加了施工材料的使用量，虽然浪费了施工材料，但是可以有效地控制不均匀沉降。根据地建筑工程实际情况来讲，如果需要同时满足总沉降、不均匀沉降以及地基承载力的要求，使用天然基础会比使用桩基础更好，并且施工方法简单，施工时间短，所使用的费用也相对便宜，不失为一个好的选择。
5.4做好后浇带设计
通常来说，在进行地基结构的设计过程中，设计人员需要根据混凝土的具体情况与施工现场的土质相结合，之后确定科学的后浇带方式，为了避免混凝土结构出现变形以及由于混凝土不均匀沉降而出现开裂的现象，对后浇带进行合理的使用，除此之外，在这一过程中，要保证地基的基础层一直到房屋顶板与后浇带设置在同一个区域内，还有一点要求就是确保混凝土的等级适当的高于两侧混凝土。在后浇带施工完成之后，要在保证混凝土强度达标的情况下开展后期的施工，而想要混凝土的强度达到规定，要求工作人员认真工作，保证后浇带呈现出完全封闭状态，待混凝土强度达标后，拆除支撑。另外，在地基的实际施工过程中，会受到各种因素的影响，比如由于结构应力出现集中效果减弱情况，混凝土受到温度变化的影响，可能会出现裂缝现象，所以这就是使用后浇带的目的，但是，在施工中，部分地基工程项目中有的无法使用后浇带，这需要设计人员做好相关工作，首先，需明确后浇带所具有的断面形式；其次，根据水位的不同区域，在后浇带的下方安设防水板。
6结束语
随着我国时代的发展和经济水平的不断提高，我们在保证建筑的安全性和实用性的同时对建筑的美观性和和经济性方面的要求也正在不断地提高。既要保证建筑安全、实用，还要做到建筑经济、美观，与此同时也要加强对施工便利性和时效性的考虑。所以对要建筑结构做工完整的优化设计也是十分重要的。而完善合理的建筑结构优化设计可以让这些要求全部实现并且统一化。在这篇文章中，作者结合了自己的亲身工作经验和学习到的相关知识，对房屋建筑结构优化设计进行了全方面的介绍，并且阐述了对建筑结构优化设计的方法和房屋结构设计的方法的应用。
参考文献:
[1]张叶红.关于建筑结构设计优化方法在房屋结构设计中的应用探究[J].门窗,2014(11).
[2]王也.建筑结构设计优化方法在房屋结构设计中的应用[J].中华民居(下旬刊),2013(3):81～82.
关键词：拓扑优化技术；汽车设计；应用
DOI：10.16640/ki.37-1222/t.2016.06.236
0 前言
作为结构优化设计的一门新技术，拓扑优化技术在汽车、机床、电子机械等领域中已经得到了广泛地应用。传统的结构优化设计具有一定的盲目性，完全依赖于工程师的经验，并且需要做大量的实验，周期较长且成本较高。现阶段，通过在结构优化设计的初始阶段引入拓扑优化技术，大大提高了结构设计的合理性，改变了传统的仅凭经验来设计的理念。
拓扑优化技术是指在指定的设计空间内，重新规划材料分布，使得部件的某种性能满足设计者的要求。拓扑优化技术主要探讨结构材料的分布形式和构件的联结方式，运用去除材料、增加孔洞数量等拓扑优化形式，旨在使结构在满足应力、位移等约束条件下，其强度或固有特性等指标达到最优。
1 拓扑优化技术概述
结构拓扑优化设计的主要思想是将结构优化问题转化为材料优化问题，并在给定的设计区域内进行优化计算。拓扑优化设计的思路首先需给定材料类型和设计方法，在此基础上得到既满足约束条件又能使目标函数最优的结构布置形式。由于拓扑优化设计初始约束条件较少，工程师仅需给定设计域而不必清楚具体的结构拓扑形式。
拓扑优化设计是在指定的设计区域内，通过迭代过程计算求解材料最优分布的一种优化手段。以某种材料为例进行说明，首先需定义材料分布形式，再以灵敏度计算、结构分析、修改材料分布等方式进行迭代计算。经过多轮迭代优化后，材料分布逐渐趋于稳定，优化过程结束。对于连续体优化问题，通过计算通常可得到最优的材料分布形式，使设计结构达到最优。
在进行优化设计之前需明确设计区域、目标约束及分析类型模型等因素，用户可直接监视优化过程，在优化结束后需对结果进行后处理。因拓扑优化后尽管结构最优，但局部区域仍不太完善，常需进行局部优化，如形状优化等。局部完善后需根据结果对结构进行三维建模从而完成结构的拓扑优化设计。由于需要修改参数等原因，常需对某一步或整个过程进行反复迭代。
2 拓扑优化设计的研究方法
目前拓扑优化方法主要有以下三种，分别为变密度法、均匀化方法以及渐进结构优化方法[2]。
（1）变密度法就是将材料密度与特性之间建立某种联系，假设材料的密度是可变的，其屈服极限、抗拉强度等物理参数与密度之间的联系也是人为假定的。在进行拓扑优化时，以材料密度为设计变量，这样结构的拓扑优化问题即转换为材料的最优分布问题。
（2）均匀化方法是建立在均匀化理论基础之上的，通过在拓扑结构材料中引入带有孔洞的单胞结构，并将设计区域离散成多个微结构单胞集合体，经计算可实现对连续体的拓扑优化。通过均匀化方法计算，可确定结构材料密度呈 0～1 分布，最终得出最优的拓扑结构。目前广泛应用于三维连续体、振动、热弹性、屈曲及复合材料的拓扑优化分析。
（3）渐进结构优化方法（Evolutionary Structure Optimization，ESO）的基本原理是将结构中多余或低效的材料逐渐去除，从而使剩余的结构趋于合理。该方法物理概念简单、明确、通用性好，易于被工程技术人员接受和理解，因此应用范围较广。ESO方法自提出以来，广泛应用于各类结构的尺寸、形状和拓扑优化，如应力、刚度、位移、振动频率、响应等稳定性约束的连续体结构拓扑优化设计问题。
3 拓扑优化技术的应用
随着计算机技术和数学优化算法的发展，拓扑优化技术取得了重大的成就，目前广泛应用于汽车工业、航空航天、机械制造、机车和复合材料等设计领域。拓扑优化技术在汽车工业上的运用，国外起步较早且应用较广泛，国内则相对较晚。汽车拓扑优化技术对象主要为车身本体构件、底盘和动力总成支架等；优化目标一般包括质量最小、能量吸收最优、柔顺度最好等；约束通常涵盖固有频率、应力和最大位移等[3]。
在对某车身整体结构进行拓扑优化时，以质量最小化为目标，首先获取整车的初始设计空间，以车身在实际工作过程中所承受的载荷为约束，并根据各种约束的重要程度分配不同的权重因子，在此基础上对该车身结构进行拓扑优化。优化结果表明：车身结构在质量、设计成本、乘员舱空间及能耗指标均得到了很大程度的优化。
汽车底盘系统的许多零部件均是实心结构，如控制臂、转向节、副车架等。因经验设计往往存在多余，从而造成整个结构重量加大。因此，在对该类零部件进行设计优化时，常以质量最小为优化目标。控制臂以质量最小化作为目标，以结构的最大应力作为约束，通过对该结构进行优化减重效果明显，比例达到 14%，结构应力控制在材料的屈服极限内。同样，在对转向节进行拓扑优化时，其目标设置为质量最小，约束为结构的应力和连接点位移。经过优化，转向节强度大幅度提高。但在局部位置出现高应力集中现象，可通过后续设计，降低这些部位的应力水平，增强连接点的刚度。
对于支架结构，频率和刚度是其关键指标。对某支架进行拓扑优化时，目标通常为质量最小，并将支架的一阶频率和载荷施加点位移控制在一定范围内。经过优化，质量减少了 42%，应力也控制在材料屈服极限内。
4 结论
随着环境问题和能源问题的日益凸显，如何快速地研发出产品，对各汽车制造商都尤为重要。拓扑优化技术可在前期设计阶段大幅度缩短项目的开发周期，并在满足性能目标的前提下使得结构设计最优。通过该技术，可以为工程师在设计企划阶段提供大量的优化方案，对后期整车轻量化具有重要的意义。
参考文献：
[1]范文杰，范子杰，桂良进.多工况下客车车架结构多刚度拓扑优化设计研究[J].汽车工程，2008，30（06）：531-533.
[2]刘林华，辛勇，汪伟.基于折衷规划的车架结构多目标拓扑优化设计[J].机械科学与技术，2011，30（03）：382-385.
关键词：结构设计；设计优化；方法
中图分类号：S611文献标识码： A
引言
民用建筑结构设计和优化是一项庞大的系统工程，需要相关人员不断进行探索和改革，不断促进民用建筑结构设计的科学性和合理性，使其更符合设计要求、
更符合当今社会的环保理念。
一、房屋结构设计中建筑结构设计优化概述
根据工程建设的基本状况，以计划成本控制为中心来进行结构优化设计，其内容就是利用对建筑基础的结构、屋盖系统的结构方案以及围护系统结构方案等环节，建立起一种关于结构优化设计的模型，通过对各种不同的影响变量参数中的若干关键参数的科学的计算，确立最终的建筑工程结构设计的优化结果方案。
房屋建筑结构优化设计意义主要有两点：一是大大提高建筑结构经济性，房屋建筑进行结构设计优化可节省材料，有利于抗震，减少内外表面装修，提高了其受力性能，增强了建筑的经济性能；二是结构优化设计大大降低了建筑工程的总成本造价。节约用地，大量资料表明，房屋建筑进行结构设计优化能够有效降低工程成本造价25%左右，同时结构优化设计技术能够对施工材料的性能利用更加合理化，能够让建筑工程结构内部各个不同单元之间更加充分互协调，提升了建筑工程结构设计的经济性。
二、房屋建筑结构优化设计的原则
1、经济适用原则
在进行建筑结构设计时，要根据建筑的环境对建筑结构的施工工艺和要求进行选择，保证在施工时尽量选择难度低的施工工艺，使各项施工流程都能符合施工环境的需求。同时还要考虑到经济原则，尽量选择性价比高的建筑材料，最大程度地节省工程成本，降低施工单位的投入。
2、安全坚固原则
在进行建筑结构设计时，为了保证建筑工程质量和人员财产安全的问题，必须考虑建筑结构的安全性，在进行设计时要考虑到结构的合理性，运用各种先进的建筑结构技术，保证建筑在使用过程中的安全稳定。同时还要兼顾施工现场的安全，减少施工事故的发生。
3、美观实用原则
随着人们生活水平的提高，人们的居住观念也在一定程度上得到了相应的改变，人们对于建筑的美观舒适有了较高要求。因此在建筑结构设计时要考虑美观原则，使民用建筑的美观程度增加，符合人们的审美需求。
三、建筑结构设计方法的应用
1、钢结构设计
1.1选择合适的钢材
在钢结构建筑中，钢材的选择非常关键，直接关系到整个结构的各项性能标准，所以钢材要具有较好的延伸性，在抗拉强度、屈服强度方面符合标准。为了保证焊接的质量，要符合含碳量指标。如果在地震区的钢结构建筑，还要充分考虑抗震性的需求，要对钢材进行冲击实验，保证具有良好的韧性。为保证钢材的各项性能都符合标准，一定要进行相关的实验，检测合格后准予使用。对于有其他性能需求的，要按照建筑的规范标准操作，确保钢材的质量符合标准要求。
1.2楼面结构设计
在楼面结构设计中，比较常见的问题是裂缝，如果设计不当将直接影响楼面的施工质量。在楼面设计中，应该根据施工材料的不同设计不同的方案，因为材料的性质不同，伸缩缝的设计长度也不相同。所以在钢结构建筑中，对于楼面的设计可以使用现浇混凝土的方法，伸缩缝的长度可以按照混凝土结构预留，以避免施工中楼面出现裂缝。
1.3网架结构的计算
在实际的建筑工作中，建筑设计人员通常会将网架同下部结构分开进行计算。在计算当中，设定网架支座的刚度是无限大的，并且各个支座刚度相等，将支座反力与下部结构相加就可以得出网架结构的设计值。下部结构可能为梁，也可能是其他的形式，其刚度差异很大。
2、地基结构设计
2.1基础设计
地基是整个建筑的基础，地基的结构设计水平直接影响到上层建筑的质量。因为地基的基础不仅要承受来自上层建筑的荷载，同时还会受到地下各种应力的影响。基础的结构设计需要考虑的因素较多，在设计之前，需要对基础的地质条件、水文状况、荷载的分布情况、周围建筑的基础、抗震等级等各项要素进行详细的调查分析，然后根据建筑的整体需求，设计出高水平的结构方案。在砌体结构设计中，条形基础较为常见，基础的结构形式主要取决于地基的荷载力、防水要求等因素，有针对性的选择基础类型。
2.2桩基深度
在桩基设计方面，要选择硬岩石为桩端的持力层。在桩端进入到持力层时，应对其深度进行控制：以桩径（d）为标准，如果是粘性土，应大于2d；如果是强风化软质岩或砂土，应大于1.5d；如果是强风化硬质岩和碎石土，应大于1d，且应大于0.5m。在桩基进入到持力层时，桩断面进入到岩层的深度应大于0.5m，如果持力层为未风化的硬质岩或灰岩时，可适当减少其嵌岩深度，但也应在0.2m以上。
四、民用建筑结构优化措施
1、提升民用建筑结构设计质量
针对民用建筑结构设计中存在标注不全、设计粗糙和违反规范条文等问题，应在出施工力之前予以解决，这就要求建筑结构设计人员具有一定的专业知识和职业素养。定期对设计人员进行专业培训学习，不断提升设计人员的业务水平和责任心，端正设计人员的态度，提升建筑结构设计的水平和质量。在选择设计方时，要对设计方的相关证书和资质进行审查，保证民用建筑结构的设计质量，从源头上提升建筑结构设计的安全性和整个建筑工程的质量。
2、优化民用建筑结构模型
民用建筑涉及国计民生，是与人民群众利益联系最紧密的建筑工程，因此在设计前必须对民用建筑结构模型进行合理优化设计，对房屋的结构体系、围护结构、房屋的各个细节结构进行合理优化设计，保证建筑结构的承重、受力符合相关规范和要求。在进行建筑结构设计时还要充分考虑经济原则，保证建筑结构安全的同时还要尽可能降低建筑结构的成本，实现经济效益的最大化。
3、提高民用建筑结构设计的安全性
现阶段的民用设计普遍存在着抗震设计不足，结构设计不合理等现象。因此，为了保证建筑结构的安全性和使用寿命，必须对民用建筑结构进行合理设计。在民用建筑结构设计时，要尽可能选择合理的结构类型。比如现阶段运用广泛钢结构，钢结构与传统的钢筋混凝土结构相比，具有强度高、质量轻、工期短等特点，适应现阶段民用建筑结构的设计要求。与此同时，钢结构的大空间布置，能更好地保证了民用建筑空间设置的灵活性，为施工和业主的装修设计提供了便利。此外，使用钢结构进行设计施工时能有限地减少水泥、砂石等建筑原料的使用，能大大减少施工成本，降低工程造价。同时还能降低环境污染，实现建筑的可持续发展，提高民用建筑的社会效益。
为了更好地保障民用建筑的安全性，建筑物地基基础部分的设计不容忽视，在进行民用建筑结构设计时，要充分考虑场地条件及地基承载力特征值，根据建筑本身的结构特点选择合适的基础结构形式，保证地基基础部分受力均匀，满足整个建筑的设计要求。当施工过程中出现问题时能够及时与设计人员沟通，共同商议处理方法，保证施工进度和施工质量，使地基基础部分符合建筑设计的要求。
结束语
总而言之，只有不断提升民用建筑结构设计人员的能力和素质，使设计出的方案更加合理有效，促进我国建筑产业的可持续发展，使建筑结构设计向安全、合理、科学的方向转变。
参考文献
[1]沈蒲生.高层建筑结构设计[M].北京，中国建筑工业出版社，2006.
关键词：机械优化设计 智能CAD 优化模型
中图分类号：TH122 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2012）12（c）-0013-01
在机械优化设计中需要对参数模型进行求解和优化，特别是在大型的复杂的设计项目中，需要重复建模、重复优化模型。除了遗传算法等数学方法使用外，CAD技术应用对复杂的机械设计优化问题取得了较好的效果并产生了很好的经济效果。
1 机械优化设计中的CAD技术
单体机械机构的优化对象主要是零件的结构优化，涉及的学科少、优化的功能单一，优化的过程只限于结构设计和机构构成之间的关系。对于复杂的机械设计，优化的对象对体现整体优化思维，即整体优化大于局部优化。在这个过程中就需要采用合理的手段和方法优化的范围综合起来。计算机辅助手段日臻完善，在优化设计中把原理方案、功能，结构方案、总体参数以及结构性状的全部设计包含在内，真正的做到全局优化。
复杂的结构设计计算复杂、方法多变，涉及多学科多目标，而优化更要在这些方法找到更有效的方案更为困难。因此单一的方法来解决整体的优化问题肯定不行，但是采用CAD进行整体的优化和分解协调优化，通过模型建立，减少计算缩短优化时间。在结构优化中器件多，耦合度高，利用CAD技术可以在结构优化中应用网状分解的方法，将其分解，这种分解方法除了提高CAD利用效率之外还可以解决优化过程中的交叉学科问题，例如利用CAD机械设计的协同优化。在整体优化中目前的CAD技术还没有形成普遍使用的分解方法，因此分解的正确性并不是可以控制的，这成为CAD的在机械优化设计中应用的瓶颈。但是优化设计分层优化取得比较好的效果，由此建立起来的CAD优化发展。
2 CAD机械优化设计建模应用
机械产品设计优化技术就是设计者借助CAD技术将设计形体可视化、模拟化、可修改、可分析优化，进一步通过计算机辅助优化实体模型。产品的优化可以在CAD中进行三维几何重现，优化设计通过三维虚拟优化，采用几何模型描述对象的位置、结构、大小和性状，并寻求最高效的组合途径，通过优化的赋值可以将对象的颜色、纹理等信息进行详细描述，优化产品的原型，在这个过程中CAD的建模优化是最常见的优化方法。
2.1 参数建模优化
这种优化是通过工程关系以及几何方法在CAD中给予产品的性状特征，从而可以在产品功能上和设计方法上寻求类似的模型，通过模型的优化达到设计优化。在CAD中建立产品与参数之间的关系，而参数作为变量形成变量集合。在优化过程中通过参数的变化影响设计对象的变化，参数优化模型采用修改和定义的几何建模。参数建模优化包含工程优化、拓补结构优化、尺寸优化等，这些都是CAD参数建模优化中需要考虑的因素。
2.2 特征建模优化
这种优化是在CAD环境下从整个设计的各个阶段来优化设计，可表述为集成优化。进行集成优化需要在CAD条件下建立系统的、完整的、全面的描述需要优化的信息，使得各种特征能够从设计中显现优化的策略。特征建模优化可以明确的表示优化逻辑关系、互动关系以及关联特征方面进行表述和描述。特征建模优化能够在CAD环境中建立高层次的产品功能要素，对优化的信息进行联动管理，体现设计优化中，对形状、结构等复杂产品优化建模是思想，将产品的多特征进行特征分解，根据分解的特征相互建立优化途径，通过特征之间的运算达到优化整个设计的目的。
3 具备知识库智能CAD在机械优化设计中的发展
优化设计是一个高度智慧的创新的活动。CAD技术系统引入知识库，产生智能的计算机辅助设计系统，这成为ACD机械优化设计的发展方向之一。知识库智能CAD能够在信息优化、知识优化的基础上建立基于优化思维的知识库。它能够及时对优化设计的方向进行评估，利用知识库的评价机制，实现信息的交换和共享，解决优化设计中对信息和知识和需求。机械设计问题是模糊的，而优化的方式和途径也多样，对复杂产品进行优化，建立知识库信息获取、组织和表达。因此具备知识库智能CAD快速发展，为CAD在机械优化设计领域提供了新的途径。在机械优化设计中，设计不仅具有创意，而且优化应具备整体性和科学性。优化设计可以根据优化的途径分为优化搜索和优化创新。优化搜索可以根据各种方案选择一种最好的组合达到优化目的。在知识库智能CAD中具备的专家系统，采用参数匹配、信息匹配、结构匹配的方法将优化的产品进行搜索，选择最优的设计方案，遍历知识库中相似结构的模型。如果知识库建立的足够大，足够科学则搜索优化的优化度更高；优化创新是直接通过知识库得到最佳的优化结果。这种优化方法可以通过CAD的知识库，将设计的参数、模型、结构导入直接产生优化结果。但是不论是那种优化方法都要依据设计的原始信息，根据实际情况综合分析智能CAD优化结果，得出优化设计的方案。
4 神经网络智能CAD在机械优化设计中的发展
在优化设计中如果将优化的任务进行分解，形成各阶段优化的方案过多，而后面的的优化组成数量也迅速增加，这样就容易形成优化组合爆炸。在优化设计中面临如此大的优化结构时，往往需要更高层次的归纳和综合，对综合的信息进行少量分析即可找到优化的决策。一般CAD的优化只能在参数、简单结构等方面进行优化，而在如此复杂的框架优化、整体优化中显然不能满足优化要求。因此具备神经网络的智能CAD能够将设计的信息通过人工网络结构进行优化决策方式进行模拟。将优化的各层次和任务进行网络串联，共同完成阶段的优化工作。
5 结论
计算机辅助设计是机械优化设计的必要的工具。在知识库研究、神经网络研究、以及模糊控制研究方面已经取得了很多经验并发挥了巨大的经济效益。在优化设计中需要借助CAD这个途径将这些研究的思维移植并实现将大大提高CAD机械优化设计的效率，产生很大的经济效益。
参考文献
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