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结构设计的优化范文1
一、引言
针对建筑进行评价的指标比较多，同样的，针对建筑性能评价的指标也多种多样。一般的来讲合格的、高质量的建筑，外观应当是美观且大气，同时整个房屋建筑的基本结构完整、质量上乘，所使用的材料也相当考究。针对房屋结构设计的质量好坏、水平高低进行评价，对于整个建筑功能性的发挥以及整个建筑的后期使用均有着巨大的意义。所以，有必要针对房屋建筑的结构设计理念进行分析，对传统的设计理论进行优化和改良，以现代化的审美标准来提高房屋结构设计的水准，促进我国建筑事业和相关设计行业的不断发展。
二、建筑结构设计优化的基本理论
房屋结构设计，是一项技术含量很高的专业性活动。设计人员在进行具体房屋结构的设计时，应当兼顾建筑物的各种性能指标，包括使用价值指标、美学价值指标等。建筑物的功能价值，指的是建筑物作为人们的日常住所必须具有的遮挡风雨、抗温度变化等基本功能；建筑物的审美价值，指的是建筑物的外形要美观、结构搭配要协调，从而给人以美的享受。设计者不仅要考虑到房屋的基本性能，还要考虑到房屋的结构搭配以及美学价值的大小。在这样的设计理念指引下，设计者就要从拟定的多种方案中选择一种最佳方案，以实现房屋结构设计的综合目标。我们可以将这个方案筛选过程用科学化方式加以表达，运用建筑学和相关的数学知识，在许多种设计方案中，选择一种与设计目标最相符的、最能体现居住着需要的设计方案。
建筑结构设计优化，指的是在设计建筑结构时，要改革设计理念，应用科学、先进的设计方案筛选方式，选择出在各方面都能达到最佳效果的设计方法。建筑物内部的结构十分复杂，要将建筑物的各个部分完美组合在一起，使建筑物发挥最佳的功能，并不是一件容易的事情。建筑结构设计优化，具体包括建筑区中各个部分结构设计的优化，以及建筑物整体设计结构的优化。在这两个部分中，建筑区整体结构的优化显得更为重要，因为整体是各个部分的综合，在完善房屋高性能方面发挥着更大的作用。具体来说，建筑物整体结构的优化包括房屋顶部设计的优化、房屋设计的优化，以及房屋细节结构设计的优化。在这三个大部分中，还可以细分出型号选择、布局设置、受力研究、价格衡量等较小的设计项目。在实际的结构设计中，设计者还要紧密结合建筑工程的实际情况，努力实现房屋建造的经济效益、社会效益和环境效益。
在确保房屋结构性能稳定的前提下，设计者要大胆创新，敢于探索新型的结构优化方案。在进行建筑结构设计的过程中，设计者要平衡房屋使用者和建造者的利益，充分考虑房屋建筑工作者的意见；在满足建筑物建造者需求的基础上，寻求新式的房屋结构布局方法。
具体而言，房屋的平面结构应当凭证，体现出建筑物的对称美，并尽量减小平面建造质量与房屋刚性结构要求之间的差异，使得房屋在承受较大的水平方向作用力时，不至于发生结构性的扭曲；在满足居住着使用要求的基础上，设计者应将房屋的承重结构设计成竖直贯通的形式，以便增强房屋对竖直方向压力的承受能力；尽量不更换房屋原有的转换结构。因为一旦更换这些结构，就会消耗大量的建筑原料，不符合房屋建设的经济性的要求，还不比较容易造成外来压力集中于某一个承受点上的现象；竖直方向的刚性程度设计要遵循渐变规律，避免刚性结构角度的突然改变。否则，角度突变的部位在受到强烈的水平压力时，不容易转移压力，这对于房屋整体抗压性能的提升是很不利的。
三、房屋结构设计优化方法概述
在建筑结构设计工作中，造价是极为关键的一个环节，也是整个工程中比例极为重大的问题。结构设计优化技术的选用对于造价控制极为关键，可以产生客观的经济效益。为此，建筑设计部门和有关工作人员在工作中必须要遵守经济、适用、合理、科学的设计原则，精心设计，采取科学的现代化技术手段制定出能够满足建设设计、工作要求的设计方案，从而实现降低工程造价、取得工程最大经济效益的目的。
1.结构设计优化技术分析
在刚从事建筑工程项目结构设计的时候，除了考虑到设计对象的基本使用功能以及安全可靠性之外，还应当在工作中考虑到将它作为设计对象来进行分析，使得其尽可能的达到完美。这就是工程和结构的最优化问题，是一个用科学的语言来描述的问题。对于利用确定的数学方法，在所能的设计方案的集合中搜索出可以让人满足、达到预计标准的方案。
结构设计优化方法从建筑理论上进行分析，主要是体现房屋工程分布结构的优化设计和整体结构优化设计两个不同的方面。其中房屋结构整体优化设计则是一个涵盖了房屋系统的设计、房屋围护结构设计、房屋选型设计、房屋布置、房屋受力分析以及地面工程等多个环节的复杂工作。而局部设计主要是指对房屋某一部位和分项工程进行优化和改进的结果。
2.房屋结构优化设计的意义
就一个建筑工程项目而言，结构设计优化技术的应用不仅可以达到降低工程造价、提高工程效率的效果，而且对于实现房屋的美观性、实用性以及室内空间的个性化布置有着重要的意义。在建筑市场上，每一个单位和企业都希望工程在满足建筑结构长远效益的基础上，最大限度的减少和降低建筑结构的近期投资，同时保证建筑物的节后可靠性、科学性，也只有这样，才能够在工作中实现持续发展、可持续发展以及更多的市场经济效益。
四、结构设计优化技术在建筑结构设计中的应用
结构设计优化方法和技术使用于实践之中的一个广泛课题，是建筑工程项目的整体设计、前期设计、抗震设计等多个部分环节组成，利用结构优化的方法不改变使用性能的前提降低工程造价，已取得巨大的经济效益。
1.结构设计优化前注重事项
结构设计过程中，前提方案时明确设计方案目标的前提，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机构设计并不进行参与，设计者进行建筑设计时大多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。
2.直觉优化（概念设计优化）技术与建筑结构设计
直觉设计用于没有具体数量的情况下，由于不确定性和计算难度大等差异，在对于统一建筑方案，可以有许多不同的结构布置设计；确定了结构布置的建筑物，即使在同种荷载情况下也存在不同的分析方法；分析过程中设计参数、材料、荷载的取值也不是唯一的；建筑物细部的处理更是不尽相同，这些问题是计算机无法完全解决的，都需要设计人员自己作出判断。而判断只能在结构设计的一半规律指导下，根据工程实践经验进行，这便是前面所说的概念设计。因此，概念设计存在于设计师对多种备选方案进行选择的过程中。
3.概念设计处理的实际建筑设计问题
概念设计所要处理的问题是不确定的，多种多样的，例如一些抗震能力。但可以肯定的是希望通过概念设计，建筑结构能在各种不期而遇的外部作用下不受破坏，或是破坏程度降至最低。因此，分析如何应付建筑物可能遭遇的各种不确定因素成为概念设计的重要内容。其中，地震作用最为难以琢磨，破坏性也最大。故而，建筑设计过程中就应该未雨绸缪，从计算及构造等各个方面都要采取一些有助于提高抗震能力的措施，不利于抗震的做法则应尽量避免。刚度均匀、对称是减小地震在结构中产生不利影响的重要手段；延性设计则能有效地防止结构在地震作用下发生脆性破坏。
五、结束语
综上所述，只有合理地选择建筑结构设计方案，不但可以满足相应的技术要求，还能节约工程成本，因此在建筑结构优化设计时，合理的设计方案极其重要。但是建筑的结构优化设计非常复杂，且具有很强的综合性，因此必须深入研究对建筑结构设计的优化方法。
参考文献：
[1]周宏伟 刍议房屋结构设计中建筑结构设计优化方法的应用[J] 四川水泥 2014（12）
结构设计的优化范文2
关键词：轻型钢结构；结构优化设计；造价低
Abstract: at present, the domestic the most widely used of light steel structure is not only the door frame, it has the construction period is short, low cost, low cost and later period maintenance supply responsibility such advantages as a single, in industrial construction market occupied a very important position, so do the door frame of the structural design and optimization design of the steel structure design personnel is very important, this paper steel portal frame structure design of the light steel structure optimization design work on several points are discussed.
Keywords: light steel structure; The structure optimization design; Low cost
中图分类号：S611文献标识码：A 文章编号：
现在越来越多的轻型钢结构门式刚架被用在工业厂房、公路（铁路）库、仓库、飞机库、集贸市场、现代农业建筑、现代牧野建筑、体育场馆、展厅、航空港、商业建筑中，这种广泛的应用必将要求结构设计工作者具有扎实的专业功底、丰富的工程经验，能根据具体的工程实际情况，对轻钢厂房进行结构设计优化，达到结构设计的最小用钢量。本文结合多年的设计经验和有关资料，分析了不同跨度、不同柱距、不同檐口高度、不同材料等级、不同荷载及有无吊车、吊车吨位大小等因素的变化对用钢量的影响，对轻钢厂房结构中哪些途径达到对结构设计的优化。
1轻钢厂房优化设计中合理跨度的确定
在轻钢厂房中跨度的合理选择将直接影响厂房的用钢量。不同的生产工艺流程和使用功能在很大程度上决定着厂房的跨度，因此应根据厂房的使用功能和生产工艺条件来确定较为合理的经济跨度。一般情况下，当柱高及荷载一定时，适当加大跨度，刚架的用钢量增加并不明显，但节省空间，基础造价低，综合效益较为可观。通过大量计算发现当檐口高度为6米、柱距为7.5米、荷载情况完全一直的情况下（恒荷载为0.5KN/m2，基本风压为0.4 KN/m2，无吊车荷载）跨度在18~48米之间的刚架单位用钢量（Q235-B）为18~35kg/m2，当檐口高度为12m时（其他情况一样），跨度在18~48米之间的刚架单位用钢量（Q235-B）为25~40kg/m2，当檐口高度超过18m时，宜采用多跨刚架，其用钢量较单跨刚架节约16.7%左右，因此，设计者应根据具体要求在方案设计时选择较为经济的跨度。
2轻钢厂房优化设计中合理柱距的确定
在轻钢厂房中柱距的选择是否合理将直接影响厂房的用钢量。刚架的间距跟刚架的跨度、屋面荷载、檩条形式等因素有关，当刚架跨度、屋面荷载、檐口高度、无吊车荷载、钢材标号等情况相同的情况下，随着柱距的增加，刚架用钢量比例呈逐渐下降趋势，但当柱距增加到一定数值后刚架用钢量随柱距的增加而下降的幅度较为平缓，而檩条、墙梁、柱间支撑等构件随柱距的增大而增加，就房屋总用钢量而言，随柱距的增大先下降而后上升。一般情况下，门式刚架常用柱距建议取7~8m。当无吊车或吊车吨位较小时，柱距可取7.5~8m；当吊车吨位较大时，柱距可取7~7.5m。笔者经过对多年工作的总结得出一个大致的结论，在通常情况下，柱距取7.5m左右较为经济，小于7m或者超过9m，结构总用钢量会明显增加。另外还应在结构设计中考虑设计的标准化、定型化、品种规格化等因素的影响。
3轻钢厂房优化设计中科学的力学模型的确定
门式刚架形式多种多样，钢柱可以是实腹式，可以是组合实腹式，也可以是格构式。梁柱刚接节点中中和轴的选取对高强螺栓直径以及端板厚度都有很大的影响。柱脚的连接形式一般多位铰接，多跨中柱可做成摇摆柱，柱子与基础做成铰接形式。但当柱子较高或有较大吨位吊车时，为控制柱顶及牛腿顶面水平，一般可将柱与基础做成刚接形式。门式刚架梁柱一般采用实腹式变截面，除腹板高度变化外，厚度也可以有变化；上下翼缘宽度及截面也可根据情况变化；相邻单元的梁翼缘也可以做成不同截面。因此影响整个刚架用钢量的因素有上下翼缘的宽度和厚度，腹板的高度和厚度，而且这些因素相互影响，相互制约。柱通常为楔形截面，其最大截面高度与最小截面高度之比为2~3为宜。构件的平面外稳定可通过设置隅撑来保证，可有效减小梁柱截面面积，以达到减少轻钢厂房总用钢量的目的。
4轻钢厂房优化设计中荷载的合理的确定
轻型钢结构设计过程中首先应明确的是厂房所承受的各种荷载效应。荷载的大小对构件的截面的选取有直接的影响，而且更关乎着结构安全性能，因此，设计工作开始前应广泛收集资料，并根据当前规范合理确定房屋的各种荷载是非常必要的。一般来说，房屋所承受的荷载主要有：恒荷载、活荷载、吊车荷载、风荷载、雪荷载及积灰荷载。对于吊车荷载，应根据具体情况考虑多台吊车荷载折减系数，吊车工作制以及吊车的技术参数，都对门式刚架的强度、稳定性以及变形都有很大的影响。轻型门式刚架结构设计应对各类荷载以及各自折减系数考虑周全，既要保证厂房结构的安全可靠性，也要最大限度地降低厂房的总体用钢量。
5轻钢厂房优化设计中钢材类型的合理的确定
在结构设计时，主刚架宜采用Q345-B钢材，吊车梁宜采用Q345-C钢材，材质应符合《低合金高强度结构钢》（GB/T1591-94）要求。当结构构件的截面面积由其强度控制时，采用Q235钢所需的截面为采用Q235钢的1.47倍，而Q345钢材价格略微高于Q235钢材，综合考虑采用Q345钢材较省。当构件的截面尺寸由变形(即构件刚度)和稳定性控制时，材料强度的影响就不十分明显了，因为构件的刚度和稳定与材料强度无关。因此，构件材料的合理选择应根据实际情况，综合分析比较确定。
6轻钢厂房优化设计中其他方面
轻钢厂房中的次要构件主要包括厂房的柱间支撑、屋面水平支撑、山墙抗风柱、隅撑、天沟板、屋面及墙面檩条等构件。这部分用钢量约占总用钢量的25%~30%。因此，正确的构件设计及构造对保证整个的结构安全、节省材料、控制工程造价具有非常重要的意义。在无吊车的轻钢房屋中，柱间支撑的上柱支撑，可以优先采用柔性支撑，下柱支撑可以考虑采用型钢支撑。屋面支撑宜优先考虑设置柔性支撑。门式刚架轻型房屋结构屋面、墙面檩条一般采用冷弯薄壁C型钢或Z型钢，宜优先采用Q345镀锌冷弯薄壁型钢，但从合理的群面造型考虑，檩条截面高度也不宜过高，一般以不大于280mm为宜，因冷弯薄壁型钢易于加工和维护以及节省钢材的目的，应优先选用冷弯薄壁型钢，尽量不采用实腹式型钢如工字钢，避免采用格构式檩条。
7结论
在轻钢房屋结构设计过程中用钢量的控制非常重要，通过以上叙述，可以的出如下几点结论：
1） 在满足工艺专业及甲方对厂房布置的要求的前提下，一般轻钢厂房的柱距应优先考虑7.5m为宜。
2） 在满足工艺专业、甲方及场地条件的要求的前提下，一般轻钢厂房的经济跨度在18~36m，吊车吨位较大时，经济跨度在24~36m，无吊车或吊车吨位较小时，经济跨度在18~24m。
3） 在满足厂房正常使用的前提下，应尽量降低厂房的檐口高度。
4） 在厂房的结构设计过程中，应将各种荷载及其折减系数考虑周全。
5） 屋面檩条及墙梁尽量采用冷弯薄壁C型钢。
6） 在满足焊接工艺及其他条件的前提下，且构件设计由强度控制时，尽量采用低合金高强度钢材。
7） 在满足工艺布置的前提下，尽量减少变形缝的设置。
8） 在可能的条件下，尽量采用铰接平板柱脚。
【参考文献】
【1】 CECS102:2002 门式刚架轻型房屋钢结构技术规程[S]
【2】 GB50018-2002 冷弯薄壁型钢技术规程[S]
结构设计的优化范文3
【关键字】房屋结构设计；建筑结构设计；优化方法；意义
1 建筑结构设计优化的基本理论
对于房屋建筑本身来讲，给人们提供一个良好与舒适的生活环境，使得人们免受风吹日晒，从而保证人们的学习效率与工作效率，这是房屋的功能价值；而房屋本身的美观性能够符合人们的审美需求，并且使得房屋本身与周围一些物体良好地结合起来，形成一个有机的整体，这是房屋的美学价值。而对于房屋建筑设计人员来讲，如何将房屋的功能价值与美学价值统筹起来，是房屋设计质量优良的关键所在，因此一个优良的房屋建筑设计师应该引入房屋建筑结构优化设计的理念，并且充分考虑房屋的功能价值与美学价值，进而寻求出一个最佳的房屋优化方案，从而设计出满足建筑结构设计优化要求与人们需求的房屋建筑。
所谓的建筑结构设计优化是指在进行房屋结构设计的过程中引入先进的设计理念，采用合理与科学的方式选择出最佳的设计方案，从而使得设计出的房屋建筑在各项标准上都能够达到最佳的标准。而建筑结构设计优化主要分为房屋建筑的各部分设计优化以及整体设计的优化，而对于房屋建筑来讲是一个由许多部分组成的一个有机的整体，那么在建筑结构设计优化方面，整体设计的优化就显得尤为重要，只有重视房屋建筑结构整体设计的优化，才能够使房屋建筑结构的各个部分有机地结合在一起，相互协调，成为一个整体，才能够使得设计出来的房屋更具完善性。
在建筑结构设计的优化方案上，应该遵从做到更好的理念，不断使房屋结构设计更加完善。而对于具体的建筑结构设计优化方案来讲，首先应该保证房屋的性能与房屋结构的良好性与结构的稳定性，在此基础之上，不断引进先进的设计方案，对设计方案进行不断的探索与创新，从而设计出更加优秀的建筑结构设计优化方案。
2房屋结构设计中建筑结构设计优化技术的重要意义
随着人们对房屋建筑的要求逐渐提高以及市场中竞争的不断增加，对建筑结构设计进行优化具有十分重要的意义，通过对建筑结构设计进行优化不仅可以大大增加房屋建筑本身的美观性，使得房屋建筑结构更加稳定，从而增加其本身的实用性，这样会大大增加房屋建筑本身在市场中的竞争优势；而且在一定程度上能够对房屋建筑的工程造价进行严格与合理的控制，从而使得建筑企业对房屋建筑工程的投资减小到最小，进而实现了建筑企业盈利的最大化，因此就必须对建筑结构设计进行优化。
除此之外，在对结构设计优化和传统房屋结构设计的比较中可以看出：经过结构设计优化的房屋建筑要比传统的房屋结构设计所投入的工程造价节省6%―35%，而且应用结构设计优化技术能够使得整个房屋建筑中的各个组成部分得到合理与最佳的协调，从而保证房屋建筑整体的美观性与统一性。除此之外，结构设计优化技术还能够对建造房屋的材料进行合理的利用，从而不仅仅大大增加了房屋建筑的质量与安全系数，而且通过对建筑材料利用的最大化实现了房屋结构设计过程中的经济性与实用性的理念。
3 房屋结构设计中的建筑结构设计优化的具体措施
3.1 设计结构模型
对于建筑结构设计优化，首先应该纵观房屋建筑的整体，将房屋建筑整体结构设计优化作为整个结构设计优化的重点，那么就应该设计房屋建筑的模型。其具体的方法与步骤主要如下：
（1）由于在具体的房屋建筑结构设计的过程中是一个十分复杂的过程，要充分考虑到各种因素对房屋建筑结构的影响，因此在变量的选择上要具有合理性与科学性，这就需要房屋设计师在对参考指标进行选择的过程中不应该选择影响因数较多或者变化幅度较大的参数，这样就可以尽可能地避免外界一系列因素的影响，从而能够十分准确并且十分迅速地找出最佳的参数取值。
（2）充分考虑各个房屋建筑的实际情况，选择出最适合此房屋建筑的函数来进行对房屋结构设计的辅助运算。在对房屋结构进行设计的过程中，设计师可以对事先设计出的一些函数进行计算，例如：房屋横截面尺寸的函数和钢筋尺寸面积的函数等，通过事先预算，要找出最经济与适合的一组函数，从而不仅可以保证建筑材料的 合理利用，而且在一定程度上可以大大节省投资的浪费，达到节省成本的作用。
（3）要对条件进行准确与详细的测量。对房屋建筑结构的设计中，保证房屋建筑的质量与安全系数是建造房屋的基础，因此对于房屋设计人员来讲，应该首先保证房屋质量性与房屋结构的稳定性，要与房屋本身的具体情况有机结合起来，充分考虑与注意到在房屋建筑实际的施工中与实现对房屋结构进行设计的差异，从而设计出能够更加负责要求与标准的最佳房屋建筑结构设计方案。
3.2 决定计算方法
对于房屋建筑结构设计的整个过程来讲，其本身就是一个十分复杂的过程，而要想找出最佳的房屋结构设计方案，就必须要对所有的数据以及条件进行详细与准确的计算，通过对各个计算结果进行比较进行得出最佳的房屋结构设计方案。在此期间所要计算的数据与方法是十分繁琐与复杂的，那么就会消耗大量的时间，并且一旦在计算过程出现失误或错误，就会给最后的方案选择带来一定的误差。因此，在对数据以及条件进行详细与准确计算的过程中应该充分结合房屋建筑的实际情况，找出可以将问题进行简单化的计算方法，从而不仅可以大大提高计算的准确度，还可以节省大量的时间，从而提高对房屋建筑结构设计的效率。
3.3 选择最优程序
在对设计完房屋建筑结构模型与选择出最佳的 计算方法之后，就需要相关设计人员充分结合上面的两个步骤选择出最佳的房屋建筑结构设计的程序，进而保证房屋建筑过程中各个功能的完善性与正常的运转，从而可以提高房屋建筑的整体工作效率，这对于房屋建筑结构优化设计来讲具有十分重要的作用。
3.4 分析统计结论
在相关设计人员对各种数据进行计算并且得出相应的计算结果之后要对这些数据进行详细与综合的分析统计，要把握整个房屋建筑结构设计的全局，充分考虑到各个设计方案的优点与缺点，并选择出一套最佳的设计方案。
4结语
总而言之，房屋结构设计中建筑结构设计优化是一个繁琐而且复杂的过程，它不仅可以保证房屋建筑的良好质量与建筑结构的稳定性，还可以在大大增加房屋建筑的美观性的前提下，将投资成本控制在最小，从而不仅满足了人们日益增长的需求，还在一定程度上实现了建筑企业盈利的最大化。因此房屋结构设计中建筑结构设计优化对于当今房屋建筑来讲是十分重要的。
参考文献：
[1] 周宏伟.刍议房屋结构设计中建筑结构设计优化方法的应用[J].四川水泥，2014，（12）：283-283，286.
[2] 常青.浅谈房屋结构设计中建筑结构设计优化方法的实际应用[J].新材料新装饰，2014，（8）：459-459.
结构设计的优化范文4
关键词：结构设计优化技术；房屋结构设计；应用策略
Abstract: With the continuous improvement of housing construction requirements, building structure and design more and more diversification. In the housing structure design process, designers innovative design concepts and methods to optimize the design techniques to maximize the reliability, rationality and economy of the housing structure design, users of housing construction in the beautiful, practical, safe, comfortable housing construction. Therefore, this article mainly for housing structural optimization problems in the application of design techniques to explore and propose structural design optimization policy is applied in the design of the housing structure, and for related design reference.
Keywords: structural design optimization techniques; Structural Design; application strategy.
中图分类号：S611文献标识码：A 文章编号：
随着我国房屋建筑事业的不断发展，更多的高层房屋建筑拔地而起，这就为房屋结构的设计人员提出了艰巨的挑战，如何有效提高房屋结构的可靠性、降低房屋结构设计施工的成本，成为相关工作人员积极思考的问题。另外，建筑市场的发展同样带动着建筑材料市场的发展，更多的新型建筑材料被广泛地应用于房屋结构设计中，起到重要的作用。在此背景下，传统的房屋结构设计技术以及不能满足房屋结构的发展，需要设计人员积极优化房屋结构设计技术，以促进房屋结构设计有效性的提高。
一、房屋结构设计优化技术应用中存在的问题
一般来说，房屋结构设计人员在进行房屋设计过程中，需要利用适宜的设计理念与设计方法，对房屋结构的形势、构件尺寸、布局等进行科学地设计，从而满足房屋结构的设计需求。在建筑方案阶段结构设计就要进入配合，结构设计的经济性是否合理在方案阶段就决定了大部分。经济性不是“抽”钢筋，不是为省钢筋而省钢筋，也不是牺牲结构的安全性和耐久性，是在保证结构的安全，合理受力的前提下，并满足规范要求的“低值”配筋。随着设计技术的发展，房屋结构设计优化技术的应用越来越广泛，但是却存在着一些问题需要设计人员提高重视。
第一，房屋结构设计受到多重因素的影响，致使设计人员在设计过程中，所优化的目标只能够满足一个或者几个方面的要求，不能同时满足整个工程的需求。设计人员利用计算机软件来优化房屋结构设计，同样受到设计进度、建筑功能等因素的制约，使房屋结构设计优化目标无法达到最佳。
第二，一些房屋结构设计人员在进行技术优化过程中，通常是从小处着眼，即对房屋结构的尺寸与构件截面进行优化，从而忽视了结构尺寸与构件截面在结构整体中的作用。因此，在房屋结构设计优化技术应用中，不能仅仅优化结构的尺寸与构件截面，还要考虑结构的整体性，比如房屋周边的梁柱截面有时候不是单纯的为了满足计算配筋的要求，而是保证结构整体更好的抗扭能力，以保证房屋建筑整体的稳定性与可靠性。
第三，随着人们对房屋结构设计要求的不断提高，房屋结构设计中的变量也在不断增加。因此，房屋结构设计人员必须提高重视，以提高优化设计技术应用的效率。但是，传统的设计算法已经不能满足房屋优化设计的要求，需要设计人员针对问题，提出创新的设计算法，以提高房屋结构设计优化技术应用的有效性。
二、结构设计优化技术在房屋结构设计中的应用策略
在房屋结构设计中，设计者不仅要考虑房屋结构的稳定性与安全性，同时还要考虑其经济性与合理性，尽量创新设计理念与方法，合理地选用新型的轻质建筑材料，尽量降低结构的自重，由F=ma可知，质量越大，吸收的地震力越大，所以采用轻质材料对抗震有利。努力地将结构设计做到最合理、最经济、最科学、最可靠，从而最大限度地满足使用者对房屋结构安全、经济等的要求。因此，笔者基于多年的理论研究与设计经验，对结构设计优化技术与其在房屋结构设计中的应用策略进行探讨，希望能够与同行共同提高。
（一）概念设计优化技术
在工作人员对房屋结构设计进行分析过程中，往往需要根据设计中所使用的建筑材料、结构荷载、设计因数等进行分析，同时考虑离散变量的作用，以保证设计技术应用的有效性。因此，房屋结构设计人员可以利用概念设计优化技术，在遵循房屋结构设计普遍规律的基础上，结合多种设计方案与设计经验，调整房屋结构设计中不足的部分，创新设计方法，从而提供概念设计优化技术的应用效率。
（二）具体结构设计应用
第一，房屋结构设计中，采用何种钢筋强度对结构的经济性有很大影响，比如在剪力墙约束边缘构件区箍筋的强度等级直接决定着钢筋的用量，由于采用三级钢，规范要求的体积配箍率较小。三级钢比一级钢节省。但在剪力墙强身配筋不一定采用三级钢就比一级钢省，原因在于剪力墙墙身基本上是构造配筋，只要满足规范要求的最小配筋率要求即可。这时采用一级钢或者二级钢要比三级钢省。再来谈谈楼板（悬挑板除外）钢筋等级的选择，根据《混凝土结构设计规范GB50010-2010》8.5.1条的注2的规定，当采用HRB400其最小配筋百分率允许采用0.15和45ft/fy中的较大值。通常楼板的混凝土强度等级不大于C35，笔者现在以混凝土强度等级为C30，钢筋强度为HRB400，板厚100mm举例说明，45*1.43/360=0.178%,要小于普通的受弯配筋率0.2%，由此可见楼板钢筋采用三级钢筋或者更高级别的钢筋更加经济。
第二，在抗震区房屋的结构设计，体型规则与否，直接影响到结构的经济性，如房屋的高宽比较大，平面的凹凸不规则，是否转换等等。另一方面，目前结构设计软件对填充墙给结构带来的刚度贡献考虑的不够完善。通常都是采用周期折减系数来模拟填充墙的多少。填的数值大小直接影响到地震力的大小，这势必会给经济性带来一定影响。软件采用全楼统一的周期折减系数不尽合理。这就需要结构设计人员从结构抗震概念上给予适当的加强（如首层架空层等）。
三、结构设计优化技术在房屋结构设计中应用的重要性
结构设计优化技术在房屋结构设计中的应用，是我国房屋结构设计发展的表现，也是建筑事业发展的需要。在房屋结构设计中应用结构设计优化技术，可以有效地提高房屋结构的可靠性、合理性与经济性。（1）随着房屋建筑层数的增加，对房屋地基承载力的要求也将相应提高，在应用结构设计优化技术后，将有效增加房屋结构基础与柱的承载力，使其结构设计变得更加合理，房屋结构的可靠性也随之提高；（2）合理的房屋结构设计将提高设计的经济性，主要表现在房屋建筑之间的日照间距减少，节约了土地资源；创新的结构设计也可以提高建筑材料的应用效率，降低房屋建筑的成本，提高房屋结构设计的经济性。
结语：
总而言之，房屋结构作为房屋建筑的重要组成部分，在房屋建筑中起到支撑、保护的作用，房屋结构的设计质量直接影响到房屋建筑的质量。因此，房屋结构设计人员必须改革设计理念与方法，积极进行房屋结构设计技术的优化，从不同角度、多个层面对房屋结构进行优化设计，以弥补传统设计中房屋结构的不足，从而有效地提高房屋结构设计的有效性，促进房屋结构向着经济化、科学化、多样化等方向发展。
参考文献：
[1] 郑智垚,乐肖军. 结构设计优化设计技术与其在房屋结构设计中的应用[J]. 中国新技术新产品, 2011，3(04)：36-37 .
[2] 隋国龙. 优化技术及在房屋结构设计中的应用[J]. 中国新技术新产品, 2011，15(03)：32-34 .
[3] 邹俊. 建筑结构设计优化方法在房屋结构设计中的现实应用[J]. 科技传播, 2010，67(19)：12-14 .
结构设计的优化范文5
关键词：CAE；优化设计；冲压；底板
中图分类号：TG385.2 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2017）02-0075-02
最初，我国的五金冲模技术主要是根据经验和一些前人的资料，结合所要制作出的冲压件的结构，设计出其对应的模具，技术人员根据其用途使用该模具，对不适宜的地方进行修改，甚至对该磨具进行重新设计，直到该模具满足人们的需求，这既是对冲压件质量的保证，也是在一定程度上增加冲压件的使用寿命，但是产品的制造成本较大。现在计算机技术发展迅速，被用于各个行业，将计算机技术用于冲压件制造的过程，尤其是计算机辅助工程CAE，作为新型技术被广泛使用，且其性价比高。冲压模CAE技术是利用数值计算理论构造其求解方法，模拟出实际成形中板材弯曲、拉伸、回弹过程，定量地给出成形过程的状态参数。冲压模CAE技术能够在模具制成之前，根据压力计的压力情况，预测其成形情况，发现其中可能存在的问题，结合问题的成因，将其设计结构进行修改和完善。本文笔者以某一大型液晶电视（LCD）底板冲压件为例，使用UG方法设计冲压件的三维结构，用Dynaform进行有限元网格、定义边界条件和载荷等前处理，再利用LS-DYNA求解器进行分析，从而对冲压件结构设计进行指导和对冲压件的成形工艺可行性进行验证。
1 冲压件成形工艺分析
冲压件成型过程包含多个过程，其每个过程都至关重要，因此在冲压件成形之前技术人员需要对其成型工艺进行分析，本文笔者主要分析冲压件产品特征、冲压件成形有限元模型和经验法设计结果及对比三方面，从中明确出引入CAE分析，优化冲压件结构的必要。
1.1 冲压件产品特征分析
液晶电视的底板包括立柱、立柱支撑件、面板和底板四部分组成，这四个部件从上至下紧密衔接，因为液晶电视的平均质量在20Kg左右，因此其底板需要能够支撑起20Kg的重量，地板的四周分布有均匀排列的螺丝孔，并将其固定橡胶垫上，防止打滑情况，并支撑底座，立柱上的圆盘是与液晶面板接触的平面，其下连有旋转立柱，其设计是依据钣金塑性成形原理，设计者发散其设计思维，兼具实用与艺术，并将其零件的机械性能、整机的机械强度和稳定性得到了很好的改善。
1.2 冲压件成形有限元模型
底板冲压件有限元模型包括凸模、胚料和凹模三部分，当以SGCC为原材料时，该模型的壁厚为1.5mm，弹性模量212000GPa，泊松比为0.3，抗拉强度为300MPa，其中磨具间隙为磨具壁厚的0.1倍，即0.15mm，工件接触摩擦系数取0.1，根据这些参数进行试验，证明其可行性。当使用其他原材料时，都有相应的技术参数，这些技术参数都是经过验证的，具有很高的可行性，但是在后期发展中，可以根据这些数据衍生出很多其他模具的技术参数，完善模具，提高该产业发展速度。
1.3 经验法设计结果及对比分析
笔者根据经验法设计出试冲样件和有限元仿真得到的成形极限图-FLD两种产品，经过对比分析，发现两款产品出现问题的区域几乎一致，例如产品破裂的区域和产品翘曲的区域，这直接说明仿真产品与实际冲压件产品在其结构、质量和使用年限上是非常相似的，因此，冲压件结构设计者如果在正式将涉及投入使用之前，引进有限元仿真成形质量结果分析，就可以避免残次品大量出现，降低生产成本，提高生产效率，使得产品更加快速、科学合理的进入市场。
2 产品结构设计优化及对比分析
2.1 产品结构设计优化
根据上述分析可以看出，仿真产品与实际冲压件产品在其结构、质量和使用年限上是非常接近，技术人员可以通过分析有限元仿真的实用性、瑕疵情况，寻找出冲压件机构设计中存在的不足，本文笔者通过对液晶电视底本冲压件有限元仿真产品元件进行分析，发现该液晶电视底板结构设计可以优化以下几点，一是增加破裂区的圆角，并且圆角采用变倒圆角的方式，随着拉伸高度高的地方相应地增加圆角半径，增加其拉伸弹性；二是降低该底板结构中顶面与底面间过渡区的坡度，且尽可能地使其拉伸深度大小一致，过渡均匀，减小过渡区的刚性强度，增加地板支撑重量；三是翘曲部分区域可通过压边加拉延筋等途径改善等。这些优化措施不仅仅适用于液晶电视的底板，对现在人们所需的冲压件结构有很大的帮助。
2.2 试验结果对比分析
通过对液晶电视底板进行产品结构优化，并得到其优化后的有限元仿真结果-FLD图，对该图进行分析，分析结果是能够从该突出看出结构变形区域多数集中在塑性变形较好的范围内，结构中可能出现破裂的区域能够通过后期修改和完善，将破裂区进行修复，还有一部分区域需要使用压边工艺才能将其进行修复或者改善。并且在实验结构对比分析阶段，还可以绘制出产品结构设计优化后的CAE分析结果-厚度云图，从该图中可以确定整个冲压件的厚度最低界限，但是也是根据材料而定，一般不能低于按原设计的50%。根据现有的模具可以分析出，在冲压件结构设计过程中引入CAE分析，能够在一定程度上提高产品的质量，并且提高产品设计开发的效率，这对于模具行业的发展有重要的意义。
3 结语
近些年，我国经济发展结构正在进行调整，提倡降低资源浪费，对于高消耗的模具行业这是一大挑战，为了响应国家号召，模具行业的技术人员积极寻找降低浪费的办法。现在再冲压件结构设计中引入数值模拟技术，在产品开发初期和模具试用前预测出产品可能出现的问题，包括质量问题和设计问题，在后期进行改善，因此其为产品结构设计优化和改善提供有力的指导，大大提高了产品开发效率。从本文的描述可以看出，利用有限元仿真工具，对于产品开发具有指导意义。
参考文献：
[1]宋燕星，陈玉金，陈永秋，等.汽车中央空调塑料饰件模具注塑流变分析CAE[J].哈尔滨理工大学学报，2004，（5）.
[2]余国庆，鲁世红.板料弯曲回弹的有限元模拟影响因素研究[J].模具工业，2004，（12）.
[3]薛新，王建钧，严小平，蓝方炜.基于CAE分析的冲压件结构设计优化[J].模具制造，2010，01：1-3.
结构设计的优化范文6
关键词：建筑；结构设计；优化
中图分类号：S611文献标识码：A 文章编号：
在建筑领域内，数字计算机和相关的数字技术，不仅能够让从业者轻松自如的完成数据分析和计算、项目设计和出图等一系列工作。而且它也带给了我们许多“新体验”。比如说：建筑结构设计优化。经验告诉我们，在以数字计算机为操作平台，以数学、力学等学科为参考的建筑结构设计优化工作，不仅能够辅助结构师进行项目“可执行性”（传统结构设计）这一主要工作，同时，它也能够对结构设计的“安全性”、“经济型”等有关问题起到权衡利弊的作用。毫无疑虑，建筑结构设计优化为日趋复杂、多元化的建筑实现了强有力的结构架设保障。而在具体的工作中，如若想真正达到经济和合理双收益的工作目标，我们必须要严格把握相关的方式方法和技术手段。
一、建筑结构设计优化的好处
我们都知道，在传统的建筑结构设计中，设计者通常会根据设计要求，然后结合以往的实践经验，参考近似的设计方案，以判断的方式去着手进行相应的设计方案，在此之后，再去进行有关“强度”、“刚度”、“稳定”等相关方面的计算。在运用此方法进行结构设计时，如果条件允许的话，设计者还会从结构布局、结构外形、材质选择等方面入手，去寻求一个更为合理的设计方案，而在力学分析方面也仅仅是起到了一个核对查考、比较验证的作用。于是，传统的建筑结构设计就暴露出以下这么几种主要弊端：①工作量大、效率低下；②由于时间限定和设计者经验不足等内外因素，致使所敲定的设计方案并非是最为理想、科学的方案；③以分析和计算各种外界因素作用下的受力、变形等力学反应为工作目标，未达到设计这一层面。
然而，伴随着数字技术等科学技术的崛起、涌进，我们人类的思维、感想等各种与设计有关的因素，也不断地被充溢和改变着。这时候，只能够起到“分析”作用的传统结构设计方式就明显的有些力不从心了。因为，在现如今，不管是任何一种设计，其除了要满足设计对象的工艺性能等艺术特征，可靠性、安全性等使用性性能之外，还要做到设计对象被生产时，达到消耗最低、误差最小、费用最低等目的。而建筑结构设计优化，就是如此。
事实证明，建筑设计优化能够做到：“将设计周期缩短到最小范围，节省大量人力，提高设计质量及水平，从而，最终取得显著的经济和社会效益。”而建筑结构设计优化是如何做到这点的呢，这要从其方法和技术上谈起。
二、建筑结构设计优化的方法
和所用结构设计优化一样，建筑结构设计优化的主要特征是让“参与计算的部分以变量的方式”出现。通俗的讲，就是在设计过程中，在符合各种相关规范、规定条例之下，将所有能够实现结构设计的方案全部罗列出来。而后，在数学手段的辅助之下，按照设计预定要求，从中挑选一个“可执行性”、“科学性”和造价最低等各种优势兼顾的最优方案。而具体到方法的应用上，建筑结构和工程造价是两个最为明显的突破口。
（一）建筑结构
建筑抗震设计要求建筑平面宜规则、简单、对称，减少偏心，平面的长宽比不宜过长、平面凹凸不能太大，竖向抗侧力构件尽量连续等。因此建筑设计师在建筑方案设计阶段全局考虑尤为重要！同时结构师参与建筑方案的设计也是很有必要的。建筑方案规则合理了，结构设计师再在受力分析及概念设计方面进行计算分析、合理调整。就能做出完成一个既经济有安全的结构，做到既节省又节能的要求！大量工程实例表明，不规则的建筑方案很大程度上使得结构师在优化设计上显得有些力不从心。
对于一项工程而言，从建筑工程的结构入手，是设计师最长使用的结构设计优化办法。诚然，建筑结构总体是由若干个分部结构构建而成的，而建筑分部结构又可被分为：“基础结构”（建筑框架）、“屋盖结构”、，“围护（墙体）结构”以及“结构细部”（如：门窗、地板等）等多个方面。于是乎，每一个分部结构都成为了设计师使用结构设计优化的突破口，在具体操作时，设计者便可以在相关规定要求范围之内，围绕造型、选材、布局、位置、力学、造价等各个优化设计关键因素去结合具体情况（建筑师等相关人员的需求），本着经济效益、安全系数“双丰收”的方针，由片面（每一个分部结构）及全面的进行建筑结构优化设计。
（二）工程造价
经试验证明，在建筑工程项目中，正确使用建筑结构优化方法，可以让工程造价降低到5%-30%（就现况而言，但随着技术的革新，比率会越来越高）。所以，在保证建筑内部各个分支能够相互协调，保障建筑的安全性、合理性，结构可靠度的情况之下，合理的利用建筑材质材料，是降低工程造价的最直接的方式。于是，这也就成为建筑结构设计优化方法的另一个“着陆点”。
综上所述，我们不难看出：从正确的“入口”使用建筑结构设计优化方法，是实现建筑适用性能高、安全性能高、成本低廉等优势行之有效的途径。而在具体应用上，我们还要毫无纰漏的应用技术手段，来予以实现。
三、建筑结构设计优化技术上的难题
每一项建筑结构设计，它都会产生出许多种结构布局设计方案，另外，建筑物细部的处理方式更是千差万别的。对于设计者而言，通过一味的去分析设计中各种相关参数、材料、负荷值等数值，去寻求优化设计并非是科学的。因为，就拿负荷值来说，同种负荷情况下，也存在有许多不同的分析方式方法。
其实，建筑结构设计优化，同样也要遵循传统结构设计的流程的：“设计（拟定各个相关尺寸）校核（审核是否符合规范条例）修改设计方案再校核”，如此循环，直至达到理想方案。而在此流程中，结构设计师的经验、学识、阅历是起着不容小觑的作用的。例如说：每一个建筑项目都会在其建设中或建成后，有可能遇到许多不可预见的自然灾害，如地震、火山喷发等地质灾害。而在建筑结构设计优化过程中，设计者就要做到防患于未然。落实到操作上，我们首先要将不利于对抗“地震”等自然灾害的做法排除在外，其次，我们在设计优化过程中，一定要认真考虑“地震作用”、“风荷载”以及“轴力”、“弯矩”、“剪力”等和“外荷载”相关的各种数值。而在解决此问题上，设计者可以凭借自己的工作经验和学识，去因地适宜的进行设计。诸如：刚度平衡对称可以减轻地震给建筑带来的损害；“延性设计”可以避免建筑在地震影响下，发生“脆性断裂”现象；以及“多道设防设计”会让在特大地震发生时，先破坏建筑的次要构造元素，以达到最小限度的影响主体建筑结构。另外，随着建筑楼层的不断增高，结构师可以在满足建筑师设计诉求的基础之上，采用水平布置对称、规则，竖向上下贯通的优化方法。如此的优化方法，由于尽可能的缩小了质量和刚度中心，使得建筑物不会出现由于水平负荷过大，产生扭曲的状况；另外，竖向连贯的方法，让竖向刚度产生了“渐变”效应，从而不至于产生刚度突变，出现应力集中的弊端。
总而言之，建筑工程，不仅是一项极度科学、严谨的学科，而且也是一项资费高昂的工程。在进行建筑结构设计优化的“征途”中，结构师一定要从多角度出发，全方位的估计所涉及到的各种问题，总之，我们既要遵循相关的规则和准则，又要在保证项目最优化设计的基础之上，去寻找能够实现“开源节流”的结构设计方式和技术手段。
四、结语
显而易见，建筑结构设计优化的出现，为现在的建筑选择了一个最为有效、科学的建筑结构。有句名言曾经说到：“建筑的目标在创造完美，也就是创造最美的效益。”对于一个建筑结构设计师来说，在保证建筑安全、可靠性的前提之下，探索科学、经济、实效性的建筑结构是非常值得提倡的。因为，建筑结构设计优化方法的技术性实现，不仅可以让建筑项目在施工中找寻到最经济、最合理的材料利用方式，也可以让结构内部各元素得到很好的调配，更可以使落成的建筑拥有极高的安全度。无疑，建筑结构设计优化是让建筑实现经济、安全、并且不乏适用性的最佳途径。
参考文献：
[1] 熊开安，程志勇著.《建筑结构》[M].广州：华南理工大学出版社.2011(07)
[2] 刘昭如，庄艳著.《建筑结构与力学基础》[M].上海：上海交通大学出版社.2011(09)
[3] 徐传亮，光军著.《建筑结构设计优化及实例》[M].北京：中国建筑工业出版社.2012(03)
[4] 姜牛著.《建筑结构设计中应注意的问题》[J].《价值工程》.2011(36)
