時間：2023-09-18 17:02:15
緒論：在尋找寫作靈感嗎？愛發(fā)表網(wǎng)為您精選了8篇工程結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計概述，愿這些內(nèi)容能夠啟迪您的思維，激發(fā)您的創(chuàng)作熱情，歡迎您的閱讀與分享！
（河北森柏源建筑工程有限公司 河北 邯鄲 056003）
【摘 要】近二十年以來，我國混凝土結(jié)構(gòu)高層住宅迅猛發(fā)展，結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計直接影響著結(jié)構(gòu)的安全性和經(jīng)濟(jì)性。本文從三方面對高層住宅優(yōu)化設(shè)計進(jìn)行概述，對設(shè)計工作有一定的指導(dǎo)意義。
關(guān)鍵詞 高層住宅；優(yōu)化設(shè)計；概述
1. 高層住宅的特點(diǎn)?
（1）近幾十年來隨著科學(xué)技術(shù)飛速進(jìn)步，生產(chǎn)出多種輕質(zhì)高強(qiáng)的建筑材料，構(gòu)思出多種新型高效的結(jié)構(gòu)體系，創(chuàng)造出許多先進(jìn)的施工技術(shù)和機(jī)械設(shè)備，提供了高速電梯、空調(diào)、防火、自控等現(xiàn)代化設(shè)施，為興建高層建筑提供了充分必要的技術(shù)條件?？萍歼M(jìn)步的同時導(dǎo)致了設(shè)計技術(shù)的革新。建筑結(jié)構(gòu)力學(xué)由一維平面結(jié)構(gòu)發(fā)展為二維或三維立體結(jié)構(gòu)理論，為新的高效抗側(cè)力體系的出現(xiàn)創(chuàng)造了條件。電子計算機(jī)的運(yùn)用，提高了結(jié)構(gòu)分析的速度和精度，為高層建筑在設(shè)計過程中進(jìn)行多方案比較和優(yōu)選提供了方便。上述設(shè)計技術(shù)方面的革新增加了高層建筑的使用功能和適用性，并進(jìn)一步降低了高層建筑的造價。?
（2）我國改革開放以來，經(jīng)濟(jì)快速增長，城市進(jìn)程加快，高層建筑迅速發(fā)展，全國已建成的高層建筑超過一億平方米，尤其是近十年來，每年建成的高層建筑約一千萬平方米。高層建筑正在日益成為社會主義現(xiàn)代化建筑領(lǐng)域的主流趨勢，其中住宅約占其總量的一半，而在一些大城市所占的比重更高。?
（3）高層住宅是城市人多地少的產(chǎn)物，是高地價的產(chǎn)物，其興衰受市場經(jīng)濟(jì)的調(diào)整。我國從二十世紀(jì)七十年代開始發(fā)展高層住宅，到二十世紀(jì)九十年代，高層建筑得到大量興建。近幾年來我國高層住宅每年以百分之十的速度增長。顯然，目前仍有較大的市場需求，高層住宅在大城市比多層住宅更受較為富裕的市民青睞。高層住宅得以發(fā)展的最重要原因是節(jié)約土地，同時可一定程度的控制城市的蔓延，而且光線充足，視野開闊，上下交通方便，節(jié)約室外設(shè)施和交通費(fèi)用，節(jié)省交通時間，可有較大的空地以布置綠化、活動、停車等場地。?
（4）伴隨著社會經(jīng)濟(jì)的騰飛，城市化的快速發(fā)展以及城市土地、住宅等制度改革的逐步深化，我國城市住宅建設(shè)已進(jìn)入一個快速發(fā)展的嶄新階段。城市化的飛速發(fā)展是推動大城市住宅層數(shù)增加的動力。然而，面對人口、土地資源、生態(tài)環(huán)境等背景的挑戰(zhàn)，對于與這一背景密切相關(guān)的住宅層數(shù)發(fā)展，不難得出不斷增加住宅層數(shù)是當(dāng)前乃至今后相當(dāng)長一段時間內(nèi)，我國城市住宅持續(xù)發(fā)展的必然選擇。可以預(yù)言，中國城市住宅層數(shù)發(fā)展出現(xiàn)持續(xù)增加的趨勢將不可避免，將成為二十一世紀(jì)中國城市住宅發(fā)展的主流，將成為未來我國城市發(fā)展前景廣闊的居住形式。
2. 結(jié)構(gòu)分析優(yōu)化的發(fā)展及現(xiàn)狀?
2.1 設(shè)計要優(yōu)化，這是長期以來工程師們的愿望?！霸O(shè)計”一詞，本身就包含了優(yōu)化的概念。隨著各個歷史時期科學(xué)技術(shù)、計算技術(shù)和手段的發(fā)展，“設(shè)計”的含義也一直演變，不斷地得到充實(shí)。?
2.2 結(jié)構(gòu)設(shè)計的發(fā)展過程分為藝術(shù)創(chuàng)造、分析結(jié)構(gòu)和設(shè)計結(jié)構(gòu)三個階段。古代的建筑結(jié)構(gòu)是藝術(shù)的創(chuàng)造，當(dāng)然藝術(shù)中蘊(yùn)藏著一定科學(xué)原理。長期以來流傳的結(jié)構(gòu)設(shè)計也只能認(rèn)為是分析結(jié)構(gòu)。只有當(dāng)今的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計才能稱得上設(shè)計結(jié)構(gòu)。?
2.3 早在1300多年前，我國隋朝工匠李春設(shè)計并建造的安濟(jì)橋（又名趙州橋）就體現(xiàn)了許多“結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計”的思想。在近代歐洲，1869年由Maxwell及1900年由Cilley等人提出同時破壞設(shè)計，1904年米歇爾又提出最小體積桁架的設(shè)計問題，才使優(yōu)化思想應(yīng)用于土建結(jié)構(gòu)有了一定的理論依據(jù)。但這些方法的意義只有在計算機(jī)出現(xiàn)后（1950年）才被認(rèn)識。優(yōu)化設(shè)計是用系統(tǒng)的、目的定向和良好標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)計過程來取代傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)糾錯方式。優(yōu)化設(shè)計通過對問題的識別、定義、模型化、尋優(yōu)求解和對解的評價形成一種概念框架和模式。?
2.4 結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計是將優(yōu)化技術(shù)與有限元分析技術(shù)結(jié)合起來，設(shè)計滿足給定的各種要求最佳結(jié)構(gòu)尺寸、形狀等的設(shè)計手段。結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計突破了傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計范疇，克服了傳統(tǒng)設(shè)計經(jīng)驗(yàn)類比或采用許多假設(shè)和簡化導(dǎo)出的計算公式進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計再校核的諸多局限。?
2.5 從廣義角度看，結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計包括結(jié)構(gòu)尺寸優(yōu)化、形狀優(yōu)化、拓?fù)鋬?yōu)化和布局優(yōu)化；從優(yōu)化性能角度，結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計包括結(jié)構(gòu)可靠性指標(biāo)的結(jié)構(gòu)優(yōu)化、材料性能的結(jié)構(gòu)優(yōu)化、動力學(xué)性能的結(jié)構(gòu)優(yōu)化和控制結(jié)構(gòu)優(yōu)化等眾多分支。從優(yōu)化算法方面可以將結(jié)構(gòu)優(yōu)化方法分為四大類，即優(yōu)化準(zhǔn)則法、數(shù)學(xué)規(guī)劃法、優(yōu)化準(zhǔn)則與數(shù)學(xué)規(guī)劃結(jié)合的混合法及近若干年出現(xiàn)的模擬自然界生物生長和進(jìn)化的優(yōu)化算法（如自適應(yīng)生成法、遺傳算法等）。?
2.6 現(xiàn)代結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計的全過程一般可概括為：建立優(yōu)化設(shè)計的數(shù)學(xué)模型，選擇適合的優(yōu)化方法；確定目標(biāo)函數(shù)、約束函數(shù)、設(shè)計變量；確定必要的數(shù)據(jù)和設(shè)計初始點(diǎn)，編寫計算機(jī)語言程序；通過計算機(jī)求解并輸出計算結(jié)果；最后對數(shù)據(jù)進(jìn)行必要的分析。簡單概括為兩方面：一是如何將設(shè)計問題確切的轉(zhuǎn)化為反映問題實(shí)質(zhì)并適合于優(yōu)化計算的數(shù)學(xué)模型；二是如何選擇適用的優(yōu)化方法，求得該數(shù)學(xué)模型的最優(yōu)解。?
2.7 目前結(jié)構(gòu)優(yōu)化的應(yīng)用落后于理論發(fā)展，特別是土木建筑結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計應(yīng)用不普遍，其主要原因有：?
（1）現(xiàn)行規(guī)范和規(guī)程還沒有明確要求采用優(yōu)化設(shè)計。?
（2）優(yōu)化的目標(biāo)還不能完全符合工程需要。由于實(shí)際結(jié)構(gòu)問題往往十分復(fù)雜，多因素甚至不確定因素使得目標(biāo)函數(shù)在建立后只能得到相對合理的解答。?
（3）土木工程界的管理體制和設(shè)計取費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)（按造價或面積取費(fèi)）使人們?nèi)狈ψ非髢?yōu)化設(shè)計的動力。?
（4）〖JP3離散變量優(yōu)化問題。建筑尺寸以及鋼筋，型鋼的規(guī)格、型號等都不是連續(xù)變化的，因此傳統(tǒng)的優(yōu)化方法如各種梯度算法、對偶算法等解析算法均無法勝任。由于問題規(guī)模較大，隨之帶來計算量急劇增加的“組合爆炸”問題也會使計算量急劇增加。
（5）工程結(jié)構(gòu)問題要綜合考慮使用、設(shè)計、構(gòu)造、施工、美觀等各方面的要求，因此，工程結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計所追求的是適合工程上應(yīng)用的較為合理的設(shè)計方案，而不是數(shù)學(xué)上單純的理論極值點(diǎn)，這就要求必須結(jié)合工程實(shí)際進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計。
3. 研究的目的和意義?
（1）近幾年來，“低碳經(jīng)濟(jì)”，“綠色建筑”日益成為公眾耳熟能詳?shù)臒衢T詞匯，提出的大背景是全球氣候變暖對人類生存和發(fā)展的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。隨著全球人口規(guī)模的不斷增長，能源使用帶來的環(huán)境問題及其誘因不斷為人們所認(rèn)識?！熬G色建筑”是指在建筑的全壽命時期，最大限度的節(jié)約能源，保護(hù)環(huán)境和減少污染，為人們提供健康，適用和高效的使用空間，與自然和諧共生的建筑。它代表一種概念或象征，指建筑對環(huán)境無害，能充分利用環(huán)境自然資源，并且在不破壞環(huán)境基本生態(tài)平衡條件下建造的一種建筑，又可稱為可持續(xù)發(fā)展建筑、生態(tài)建筑、回歸大自然建筑、節(jié)能環(huán)保建筑等。結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化同樣在這方面能有所作為，經(jīng)過優(yōu)化的建筑結(jié)構(gòu)，降低了鋼筋和混凝土等高耗能產(chǎn)品和不可再生資源的用量。保護(hù)環(huán)境也就是保護(hù)我們自己的生存家園，也是結(jié)構(gòu)設(shè)計師義不容辭的責(zé)任。?
（2）在沒有一個明確的優(yōu)化設(shè)計方法的情況下，工程師出于結(jié)構(gòu)安全、方便設(shè)計、縮短設(shè)計周期等原因考慮，常常把結(jié)構(gòu)設(shè)計的偏于保守，沒有充分發(fā)揮材料的性能，造成了一定的浪費(fèi)，這樣處理既不經(jīng)濟(jì)也不一定真正保證安全。所以，深入開展結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計研究具有重要的工程意義。?
（3）隨著全球資源日益短缺，環(huán)境污染日趨嚴(yán)重、以及對生活質(zhì)量要求的提高，人們在社會經(jīng)濟(jì)活動、工程建設(shè)、企業(yè)生產(chǎn)等方面，既要求安全可靠、效益顯著，有要求降低能源材料等消耗和保護(hù)環(huán)境。優(yōu)化設(shè)計與技術(shù)成為人們改進(jìn)工作、提高效率的必不可少的手段，必將會得到更多關(guān)注和廣泛的應(yīng)用。
參考文獻(xiàn)
［1］ 高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程（JGJ3-2010）［S］.中國建筑工業(yè)出版社.2011.
［2］ 建筑抗震設(shè)計規(guī)范（GB50011-2010）［S］.中國建筑工業(yè)出版社.2010.
【關(guān)鍵詞】結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計；房屋建筑；應(yīng)用；分析
1 房屋建筑工程結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化的方法理念及意義的概述
隨著我國社會經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，人們不僅對自身物質(zhì)方面的要求有所提高，精神文明建設(shè)也逐步成為一種標(biāo)準(zhǔn)與時尚。對于人居環(huán)境方面的改善主要體現(xiàn)在于建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計與美觀設(shè)計之間相互協(xié)調(diào)、密切配合的表現(xiàn)。建筑工程結(jié)構(gòu)設(shè)計的基本要求在于建筑結(jié)構(gòu)應(yīng)具有適用性、安全性、經(jīng)濟(jì)性、美觀性和便于施工等幾個方面的特點(diǎn)和作用，而本文所講的建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計是基于以上基本要求作更進(jìn)一步、更深層次、更為合理地建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計，使建筑工程既能夠滿足美觀造型、結(jié)構(gòu)安全和經(jīng)濟(jì)規(guī)劃等方面的實(shí)際意義，還能夠歸根結(jié)底地提供服務(wù)于人民一個良好的生活居用環(huán)境。
房屋建筑工程的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計內(nèi)容主要是通過對建筑基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)、屋蓋系統(tǒng)結(jié)構(gòu)方案、圍護(hù)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)方案以及一些其他細(xì)部結(jié)構(gòu)等方面的綜合設(shè)計過程，強(qiáng)調(diào)一切以從實(shí)際出發(fā)為基本原則，并結(jié)合實(shí)際工程情況，以計劃成本控制為中心的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計理念。
具體的建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計首要的工作是要建立起一種關(guān)于結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計的模型，我們必須認(rèn)識到建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化就是在各種不同的影響變量參數(shù)中的若干關(guān)鍵參數(shù)，利用這些關(guān)鍵參數(shù)建立起來的函數(shù)模型，然后通過科學(xué)的計算手段得到函數(shù)模型的最優(yōu)解，一般建立函數(shù)模型的程序有設(shè)計變量的選擇、目標(biāo)函數(shù)等辦法。在得到結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計模型之后的主要工作內(nèi)容是要制定一套科學(xué)合理地計算方案，通常認(rèn)為建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計應(yīng)屬于一種非線性的優(yōu)化選擇問題，可以通過采取拉氏乘子法等數(shù)學(xué)統(tǒng)計等方法手段進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計模型最優(yōu)解的計算，計算得到最優(yōu)解之后就可以確立最終的建筑工程結(jié)構(gòu)設(shè)計的優(yōu)化結(jié)果方案。
房屋建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計的意義在于可以有效降低建筑工程的總成本造價和提高建筑工程結(jié)構(gòu)的經(jīng)濟(jì)性兩方面。相對于傳統(tǒng)的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計方法，采用建筑工程結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化技術(shù)方法可以有效降低工程成本造價25%左右。如對多層或高層建筑物進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化，由于層數(shù)越多單位建筑面積自然就會越少，從一定程度上還是可以做到節(jié)約土地占用的成本費(fèi)用就是一例。結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計技術(shù)的實(shí)現(xiàn)可以對施工材料的性能利用更為合理化，使得建筑工程結(jié)構(gòu)內(nèi)部各個不同單元之間的相互協(xié)調(diào)更為充分，從而提高了建筑工程結(jié)構(gòu)設(shè)計的經(jīng)濟(jì)性。
2 結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計技術(shù)在房屋建筑中的應(yīng)用
結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化技術(shù)應(yīng)用于實(shí)踐應(yīng)用是目前一個比較重點(diǎn)的課題之一。主要是利用結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計技術(shù)是在不改變房屋建筑的使用性能的前提下能夠達(dá)到降低工程成本造價和提高經(jīng)濟(jì)性的目的。結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計技術(shù)在一個建設(shè)項(xiàng)目中的應(yīng)用還是比較廣泛的，一般應(yīng)用于項(xiàng)目的整體設(shè)計、前期設(shè)計以及抗震設(shè)計等各個分部階段過程，通常都可以發(fā)揮一定的效益。但是，在應(yīng)用結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計技術(shù)的同時，我們還需要對一些在實(shí)踐過程中的問題進(jìn)行重點(diǎn)關(guān)注：
2.1 結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化技術(shù)的應(yīng)用需注意到前期的參與
房屋建筑項(xiàng)目的投資計劃在實(shí)際工程中的影響因素非常復(fù)雜繁多，前期方案確定的質(zhì)量好壞會直接影響建筑項(xiàng)目的總投資成本，而就目前普遍存在的前期方案的確立問題就是在前期方案階段結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計技術(shù)并不參與其中，相關(guān)設(shè)計人員在進(jìn)行房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計時往往會忽略或不考慮建筑結(jié)構(gòu)的合理性和可行性，這樣的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計結(jié)果會對結(jié)構(gòu)設(shè)計造成直接的影響，在后續(xù)的結(jié)構(gòu)設(shè)計工作中往往被增加了結(jié)構(gòu)設(shè)計的困難度且在建筑項(xiàng)目總投資上增加了一定的成本。想象一下，如果在房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計方案確定的初期，結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計就能完全地參與其中，那么我們就能從容地針對不同的建筑類別要求，優(yōu)化選擇合理地結(jié)構(gòu)形式和設(shè)計方案，一定可以避免以上情況的發(fā)生。
2.2 結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化技術(shù)與建筑工程結(jié)構(gòu)設(shè)計針對于同一建筑工程結(jié)構(gòu)設(shè)計方案都均勻許多種不同的結(jié)構(gòu)設(shè)計布置情況。如果已經(jīng)確定了建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計布置的建筑工程，也有在同種荷載情況下存在不同的分析辦法。在一般的分析過程中，對于設(shè)計的參數(shù)、設(shè)計的材料以及設(shè)計試驗(yàn)承載能力的取值都不是只有一種取值情況。尤其是在處理一些建筑工程細(xì)部結(jié)構(gòu)的設(shè)計問題時，還須面對計算機(jī)無法解決等情況，作為設(shè)計工作人員就不得不通過自身的判斷能力根據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范的規(guī)定內(nèi)容與指導(dǎo)展開設(shè)計。因此可以看出，結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化技術(shù)主要應(yīng)用于沒有具體的數(shù)值量化的情況中，一般在采用概念設(shè)計方法的實(shí)際情況是可以通過有效數(shù)值作為一種輔和參考性的設(shè)計依據(jù)，以避免在設(shè)計過程中出現(xiàn)較大的誤差或偏差，并利于設(shè)計結(jié)果能夠達(dá)到最佳的效果。
2.3 概念設(shè)計能夠處理的實(shí)際建筑工程結(jié)構(gòu)設(shè)計問題是非常廣泛的，我們所期望的是能夠通過概念設(shè)計，房屋建筑工程結(jié)構(gòu)能夠在遭遇各種不同外部荷載作用下不會受到嚴(yán)重破壞或能夠?qū)⑵茐某潭冉档阶畹汀Ｒ虼?，在分析如何能夠?yīng)對建筑工程在一定期間內(nèi)所有可能遭遇的各宗不確定的破壞因素應(yīng)該成為概念設(shè)計的一項(xiàng)重要內(nèi)容。尤其是在擬建工程項(xiàng)目地區(qū)內(nèi)的地震活動作用最難以捉摸清楚，且地震的破壞作用通常也非常大，所以在對房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計工程中必須要了解到擬建工程所在地區(qū)內(nèi)在一定歷史年限內(nèi)的地震活動等一系列自然災(zāi)害的發(fā)生情況，然后充分考慮到建筑工程結(jié)構(gòu)設(shè)計一些有助于提高建筑整體結(jié)構(gòu)抗震能力的措施辦法，而且應(yīng)主要避免設(shè)計不利于抗震效果的結(jié)構(gòu)做法。因此，在房屋建筑工程結(jié)構(gòu)設(shè)計工程中必須要在整個設(shè)計過程中貫穿一種抗震設(shè)防的思想且以概念設(shè)計作為重點(diǎn)指導(dǎo)設(shè)計。
2.4 房屋建筑下部地基基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化首先任務(wù)是要選擇一套合適的優(yōu)化方案，如果是深基礎(chǔ)，那么就需要先對擬建工程施工現(xiàn)場的地質(zhì)勘察情況全面了解到，然后再綜合其他現(xiàn)場場地的條件因素進(jìn)行基礎(chǔ)選型及埋深等設(shè)計，這樣做可以有效節(jié)約造價成本。
3 結(jié)束語
結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計技術(shù)在房屋建筑中的應(yīng)用，隨著社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展、生產(chǎn)技術(shù)水平的提高以及人們對于居用建筑功能要求的不斷改變，目前已經(jīng)得到了極大的推廣與發(fā)展。結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計工作同樣是一項(xiàng)事無巨細(xì)的工作，只有在今后更多的實(shí)踐中不斷積累經(jīng)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)問題和解決問題才能夠在未來的房屋建筑工程結(jié)構(gòu)設(shè)計競爭中占得先機(jī)。對于專業(yè)設(shè)計人員來說要把提高設(shè)計質(zhì)量作為終身奮斗的目標(biāo)，為國家建設(shè)行業(yè)貢獻(xiàn)自己的力量。
參考文獻(xiàn)
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作者簡介：
（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(xiàng)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(jì)問題緊密結(jié)合，以最低的成本費(fèi)用，可靠地實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的必要功能，從而提高產(chǎn)品的價值，彌補(bǔ)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(xiàn)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?yàn)榻Y(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(yàn)給出一個設(shè)計方案和做法，用力學(xué)方法進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析，檢驗(yàn)結(jié)構(gòu)及構(gòu)件是否滿足規(guī)范規(guī)定的強(qiáng)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(jìn)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(jìn)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(jìn)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(jì)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(dá)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(shí)。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(hù)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(jī)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(yùn)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(jì)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(fèi)用系統(tǒng)分析，使之以最低的壽命周期成本，可靠地實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的必要功能的管理方法。運(yùn)用這種方法，通過功能細(xì)化，去掉多余的功能，對功能實(shí)施重點(diǎn)控制，目的是以研究對象的最低壽命周期成本可靠地實(shí)現(xiàn)使用者所需功能，以獲取建設(shè)項(xiàng)目經(jīng)濟(jì)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(fèi)用、使用費(fèi)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(fèi)用降低，建設(shè)費(fèi)用卻在增高，反之，使用費(fèi)用增高，建設(shè)費(fèi)用降低；建設(shè)費(fèi)用C1的曲線和使用費(fèi)用C2的曲線的交點(diǎn)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(fèi)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(fèi)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(qiáng)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(kuò)灌注樁）。地下水：主要類型為強(qiáng)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(qiáng)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(diǎn)：
①沉管夯擴(kuò)灌注樁，優(yōu)點(diǎn)：在樁端處夯出擴(kuò)大頭，單樁承載力較高；樁身質(zhì)量高；施工機(jī)械輕便；施工速度快、工期短、造價低；無泥漿排放。缺點(diǎn)：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(kuò)大頭形狀很難保證與確定。
②預(yù)應(yīng)力管樁，優(yōu)點(diǎn)：單樁承載力高；單樁承載力造價便宜；運(yùn)輸?shù)跹b方便；施工快、工效快，工期短。缺點(diǎn)：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(diǎn)：不受地下水位的限制，穿透力強(qiáng)，施工過程無噪音，振動小、無排漿、無塌孔，成樁效率高。缺點(diǎn)：樁身強(qiáng)度不足；樁底不能入巖，單樁承載力低。
④人工挖孔樁，優(yōu)點(diǎn)：單樁承載力高；可以極大降低生產(chǎn)成本；適用于大型機(jī)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(diǎn)：機(jī)械化低，施工進(jìn)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(diǎn)：鉆進(jìn)能力強(qiáng)；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(jī)械設(shè)備較簡單。缺點(diǎn)：護(hù)壁相對較差，容易縮徑、塌孔；設(shè)備價格昂貴，設(shè)備維修費(fèi)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(jìn)存在成孔困難。
以上5種方案，各有優(yōu)缺點(diǎn)。利用價值工程理論，①、④兩種方案更具經(jīng)濟(jì)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(qiáng)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(jìn)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(jìn)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(kuò)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(jì)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(fèi)用，可靠地實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的必要功能，提高產(chǎn)品價值，而這可以彌補(bǔ)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(yùn)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(xiàng)目進(jìn)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(dá)到項(xiàng)目的利益最大化。
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關(guān)鍵詞：房屋建筑；建筑結(jié)構(gòu)；優(yōu)化設(shè)計；設(shè)計研究
中圖分類號： TU3 文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A
引言
隨著我國社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人們的生活水平不斷提高，對于自身的生活和居住環(huán)境也提出了更高的要求。房屋建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計中，不僅需要考慮結(jié)構(gòu)的合理性、可行性和安全性，還必須充分滿足舒適性、經(jīng)濟(jì)性的要求。在市場經(jīng)濟(jì)環(huán)境下，市場競爭的日益激烈，使得建筑企業(yè)為了保證自身的利益，在保證建筑使用質(zhì)量的前提下盡可能的降低成本，展開了對于結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計方法的有益探索，從而推動了建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化技術(shù)的發(fā)展，不僅可以使得房屋建筑的設(shè)計效果更佳，而且能夠取得最大的經(jīng)濟(jì)效益，具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。
一、建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計綜述
建筑工程包含的方面很多，所以建筑結(jié)構(gòu)在設(shè)計過程中優(yōu)化所涉及的內(nèi)容也很豐富。從大的方面可以簡單分為兩大內(nèi)容，即房屋總體結(jié)構(gòu)優(yōu)化和分部結(jié)構(gòu)優(yōu)化。細(xì)化可以進(jìn)一步分為:房屋內(nèi)部基本結(jié)構(gòu)優(yōu)化;房屋的維護(hù)方面、細(xì)節(jié)和總體結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計;屋頂結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計;房屋造價優(yōu)化控制設(shè)計等。建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化的目的是能夠?qū)τ邢薜目臻g和固定的資源進(jìn)行合理分配，將建筑材料和設(shè)備達(dá)到最大使用率，還能使所要建成的房屋安全、舒適、美觀。經(jīng)過優(yōu)化設(shè)計的房屋比一般房屋在造價方面能夠節(jié)省很多，從長遠(yuǎn)利益上看，建筑優(yōu)化設(shè)計的理念對建筑工程是一種可持續(xù)發(fā)展的理論觀念，對資源實(shí)現(xiàn)充分利用起到了關(guān)鍵作用。
二、結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化技術(shù)的作用
（一）提升建筑的安全性
通過對房屋建筑結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計，可以對原有設(shè)計方案中的不足和缺陷進(jìn)行彌補(bǔ)，從而提升建筑結(jié)構(gòu)的合理性和安全性，在保證建筑整體質(zhì)量的基礎(chǔ)上，節(jié)省建筑材料，提升建筑的穩(wěn)定性和相應(yīng)的受力性能，確保建筑的使用安全。
（二）減低工程造價
相關(guān)數(shù)據(jù)顯示，運(yùn)用結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計后，與原設(shè)計方案相比，建筑工程的成本可以節(jié)約10%－30%左右，成本大大降低。同時，通過結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計，還可以充分發(fā)揮原材料的性能，確保建筑結(jié)構(gòu)各個單元之間的緊密聯(lián)系，提升建筑工程的經(jīng)濟(jì)性。
三、結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化技術(shù)的方法
之前也提到，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計所追求的最終效果，是實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)的安全性、經(jīng)濟(jì)性、美觀性、實(shí)用性以及施工的便利性。在房屋建筑中應(yīng)用結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化技術(shù)，主要體現(xiàn)在建筑結(jié)構(gòu)總體的優(yōu)化設(shè)計以及建筑的分部結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計。在房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計中的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計，主要包括基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)、屋蓋系統(tǒng)、圍護(hù)結(jié)構(gòu)、結(jié)構(gòu)細(xì)部等多個方面，需要從結(jié)構(gòu)受力情況、整體布局、結(jié)構(gòu)造型以及成本造價等方面進(jìn)行綜合分析。結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化技術(shù)需要從房屋建筑的實(shí)際情況出發(fā)，以確保優(yōu)化設(shè)計作用的充分發(fā)揮。
（一）建立相應(yīng)的結(jié)構(gòu)優(yōu)化模型
結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計的實(shí)質(zhì)，是利用相應(yīng)的數(shù)學(xué)知識，對就愛你住結(jié)構(gòu)中的各種參數(shù)進(jìn)行整理和分析，然后依據(jù)結(jié)構(gòu)整體，構(gòu)建相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型，尋求最優(yōu)設(shè)計的過程實(shí)際上就是對最優(yōu)解的求解過程。因此，在對房屋結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計時，需要建立相應(yīng)的優(yōu)化模型。首先，對設(shè)計變量進(jìn)行合理選擇，設(shè)計變量對于房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計的影響是十分巨大的，設(shè)計人員需要按照變量的重要性，對其設(shè)計的參數(shù)進(jìn)行分類，將影響較小的變量作為預(yù)定參數(shù)，從而簡化計算流程。其次，要對目標(biāo)函數(shù)進(jìn)行確定。在這里的目標(biāo)函數(shù)，就是滿足建筑實(shí)際需求的最優(yōu)解。然后，明確約束條件。對于房屋結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計而言，其約束條件主要包括強(qiáng)度約束、尺寸約束、應(yīng)力約束、彈塑性約束時，可以按照現(xiàn)行的房屋建筑設(shè)計規(guī)范，對優(yōu)化設(shè)計的約束條件進(jìn)行明確。
（二）確定結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化方案
對于房屋建筑而言，結(jié)構(gòu)設(shè)計的優(yōu)化方案，主要是指結(jié)構(gòu)的布局以及細(xì)部的優(yōu)化。結(jié)構(gòu)布局的合理性直接影響著房屋結(jié)構(gòu)的造價，因此要求其結(jié)構(gòu)盡量簡單，傳力直接，避免多次傳力的情況。而細(xì)部優(yōu)化是一個較為廣泛的概念，包含的內(nèi)容相對較多，根據(jù)其對于房屋結(jié)構(gòu)的影響程度分析，最為關(guān)鍵的部分，是對構(gòu)件截面的合理選擇。例如，豎向構(gòu)件應(yīng)該在滿足實(shí)際需求的前提下適當(dāng)選擇軸壓比，軸壓比過大或過小都會影響配筋的設(shè)置。梁的截面設(shè)置同樣如此，如果截面過大，會影響建筑內(nèi)部的有效空間，而截面過小，則會導(dǎo)致配筋相對較大，影響造價。
四、探討房屋結(jié)構(gòu)優(yōu)化技術(shù)的實(shí)踐應(yīng)用方式
（一）框剪設(shè)計的整體思路
框剪結(jié)構(gòu)集框架結(jié)構(gòu)布局靈活、剪力墻結(jié)構(gòu)剛度較大的優(yōu)點(diǎn)于一身，使得該種結(jié)構(gòu)體系具有較好的延性和整體性。目前框剪結(jié)構(gòu)已被廣泛的應(yīng)用于公用建筑、住宅等高層建筑中。在這個結(jié)構(gòu)的剪力墻可以單獨(dú)設(shè)置，也可以利用一些其他的墻體，比如電梯井、樓梯間等，此外，這個結(jié)構(gòu)還可以有效的提高側(cè)向剛度。在實(shí)際的建筑施工中，主要有剛性、剛?cè)?、柔性等不同的價值計算方法，一般來說選用哪種計算方法會根據(jù)抗震質(zhì)量的不同來進(jìn)行合理的選擇，比如為了改善結(jié)構(gòu)的抗震性能，應(yīng)該注意場地的土質(zhì)類別，對不同土質(zhì)采取不同的加剪力墻等。
（二）復(fù)合地基形成法的技術(shù)提升
通過對被加固土體填充相應(yīng)的材料，改變土體的結(jié)構(gòu)，使土體被增強(qiáng)或被置換形成一定的增強(qiáng)體，由增強(qiáng)體和周圍地基同承載荷載，形成復(fù)合地基的一些地基處理方法。在建筑施工中，根據(jù)特殊地質(zhì)條件對地基承載力的要求，而選用不同的處理方法達(dá)到相應(yīng)要求。比如通過填充砂和石料深入土體，被置換或擠密，從而達(dá)到提高承載力的目的等。
（三）多層鋼筋混凝土框剪結(jié)構(gòu)設(shè)計
在多層鋼筋混凝土框剪結(jié)構(gòu)的設(shè)計上，全面把握設(shè)計的主要點(diǎn)，分析梁柱以及剛接或者鉸接相連促成的承載重量體系，在依據(jù)設(shè)計圖紙和文件的前提下，全面把握設(shè)計圖紙的客觀需要，同時加強(qiáng)規(guī)范性施工和管理，讀懂并理解設(shè)計圖紙中的每一項(xiàng)內(nèi)容，達(dá)到按圖紙施工、依據(jù)圖紙設(shè)計的目的，作好技術(shù)交底。根據(jù)建筑結(jié)構(gòu)的實(shí)際需求，可以采用現(xiàn)澆式框剪設(shè)計，就是通過梁、柱、樓蓋的現(xiàn)澆鋼筋水泥混凝土結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)建筑結(jié)構(gòu)的整體性能，提升抗震能力，在實(shí)際建筑設(shè)計中可以廣泛應(yīng)用；同時，還可以采用預(yù)制裝配式設(shè)計，就是指梁、柱、樓板均為預(yù)制，這樣可以減少工程的難度，提高工程的速度，但是，整體建筑質(zhì)量的性能不是很強(qiáng)，抗震效果、漏水系統(tǒng)等會有一定的偏差，可以結(jié)合地質(zhì)條件進(jìn)行考慮。
（四）框架梁、柱箍筋間距的優(yōu)化
對不同抗震等級的框架梁，柱箍筋加密區(qū)的最小箍筋直徑和最大箍筋間距做了明確的規(guī)定。側(cè)重點(diǎn)就是關(guān)于質(zhì)量，比如抗震等級、人防等級、地基處理、承載能力、材料使用等一些相關(guān)因素，同時還包括對設(shè)計圖紙的詳細(xì)了解和掌握，在鋼筋水泥的質(zhì)量要求、地基基礎(chǔ)設(shè)計等級、砌體結(jié)構(gòu)施工質(zhì)量控制等級,基本雪壓和基本風(fēng)壓,地面粗糙度等等一些基本建筑結(jié)構(gòu)的類型需要，如混凝土的含堿量不得超過3kg/m3、地下水類型及標(biāo)高、防水設(shè)計水位和抗浮設(shè)計水位，地基液化，濕陷及其他不良地質(zhì)作用，地基土凍結(jié)深度、設(shè)計活荷載值、混凝土結(jié)構(gòu)的環(huán)境類別、材料等級、強(qiáng)度等級、材料性能、施工質(zhì)量的特別要求等，是在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中要考慮的要素。
結(jié)束語
總之，在我國建筑行業(yè)飛速發(fā)展的帶動下，人們對于建筑工程提出了更高的要求，也使得結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化技術(shù)在建筑工程領(lǐng)域發(fā)揮著日益重要的作用。對于設(shè)計人員而言，需要對房屋結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計的復(fù)雜性和系統(tǒng)性有一個清晰而明確的認(rèn)識，不斷提升自身的專業(yè)能力和設(shè)計水平，推動結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化技術(shù)的發(fā)展，進(jìn)而促進(jìn)我國建筑行業(yè)的持續(xù)穩(wěn)定發(fā)展。
參考文獻(xiàn)
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關(guān)鍵詞：建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計；優(yōu)化方法；應(yīng)用
1引言
隨著我國人民經(jīng)濟(jì)水平的不斷提高，對住房質(zhì)量要求不斷增加，人們開始重視房屋建筑的美觀性、經(jīng)濟(jì)性、實(shí)用性。就目前情況來看，在房屋建筑工程建設(shè)的過程中，因?yàn)槭┕さ臋C(jī)械化，建筑結(jié)構(gòu)構(gòu)件的工廠預(yù)制、加工所占比重不斷減小，大部分施工工序以及購件需現(xiàn)場進(jìn)行施工，這樣就導(dǎo)致建筑工程施工周期增長，施工難度不斷提高。所以，在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的過程中，可以采用結(jié)構(gòu)優(yōu)化的方式，不斷提升工程施工的便利性，同時采用結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計的方式，增加建筑工程的穩(wěn)定性與經(jīng)濟(jì)性。由此可見，再進(jìn)入結(jié)構(gòu)設(shè)計集中加強(qiáng)優(yōu)化方式的運(yùn)用是非常重要的。
2建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化技術(shù)概述
建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的主要內(nèi)容是在房屋建筑工程實(shí)際施工過程中，有限的利用科學(xué)技術(shù)，優(yōu)化建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計，將空間的利用率不斷增加。在建筑結(jié)構(gòu)時候畫設(shè)計的過程中，必須保證空間布局以及設(shè)計之間關(guān)系的合理性、科學(xué)性、專業(yè)性。隨著信息技術(shù)的不斷發(fā)展，設(shè)計技術(shù)的要求不斷提升，必須加強(qiáng)對設(shè)計技術(shù)的創(chuàng)新。就目前情況看，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化技術(shù)，主要是對建筑整體進(jìn)行優(yōu)化，在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的過程中優(yōu)化技術(shù)，起到了非常重要的作用。在設(shè)計中，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計主要是各種建筑設(shè)計的依據(jù)和基礎(chǔ)。為此，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計，需要根據(jù)建筑工程的實(shí)際情況進(jìn)行。，在結(jié)構(gòu)設(shè)計的過程中加入優(yōu)化技術(shù)的應(yīng)用。著重體現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益以與質(zhì)量效益。在具體的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中，需要進(jìn)行長遠(yuǎn)的考慮，保證建筑方案整體的合理性。這樣在現(xiàn)有的結(jié)構(gòu)設(shè)計的過程中可以節(jié)省30%的費(fèi)用。在一定程度上，有效地節(jié)省了經(jīng)濟(jì)成本，避免經(jīng)濟(jì)失衡情況的發(fā)生。建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計的進(jìn)行，還可以協(xié)調(diào)施工過程中各個部門之間的關(guān)系，合理的使用施工資源，提升資源的有效利用率，保證建筑工程結(jié)構(gòu)的整體性、安全性、經(jīng)濟(jì)性，有效地提升建筑工程的應(yīng)用價值。
3建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化方法的必要性
將建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化方法應(yīng)用到房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中，可以使建筑工程項(xiàng)目的施工成本得到有效的控制，保證建筑工程的美觀性、實(shí)用性。對建筑施工企業(yè)來講，希望可以用最少的投資得到最大的經(jīng)濟(jì)效益，所以，必須保證建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的安全性、科學(xué)性、合理性，這樣就必須加強(qiáng)對建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的優(yōu)化。與傳統(tǒng)的房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計相比，結(jié)果優(yōu)化設(shè)計方法具有以下優(yōu)點(diǎn)：1.有效地保證了建筑結(jié)構(gòu)的安全性；2.科學(xué)合理的協(xié)調(diào)建筑結(jié)構(gòu)內(nèi)部的全部單位；3.科學(xué)合理地使用建筑施工材料；4.時間煮，施工成本降低6％～35%。在建筑房屋結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計的過程中，合理的使用優(yōu)化設(shè)計方案，能夠有效地保證建筑物的使用價值，提高建筑物的經(jīng)濟(jì)價值與環(huán)保價值。在優(yōu)化方案過程中，節(jié)省建筑單位的資金投入，降低建筑工程施工成本。建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計與傳統(tǒng)的房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計相比，能夠增加施工企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益，為用戶提供更好的居住環(huán)境。通過優(yōu)化建筑工程結(jié)構(gòu)施工中的各種資源，比如建筑施工材料、結(jié)構(gòu)布局等，實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)與施工材料的有效結(jié)合，共同發(fā)揮建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化作用。建筑物的面積隨著建筑物層數(shù)的增加而不斷提高，想要保證建筑工程具有良好的實(shí)際效果，就必須加強(qiáng)建筑結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計，采用最佳的優(yōu)化方案，提高建筑工程結(jié)構(gòu)的質(zhì)量。
4建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化步驟分析
4.1構(gòu)建優(yōu)化模型
首先，科學(xué)的選擇建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計變量。在變量選擇的過程中，應(yīng)該將影響建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的參數(shù)作為變量。比如，建筑物的損失期望值、建筑結(jié)構(gòu)造價值、建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的可靠性等進(jìn)行嚴(yán)格的控制，這些技術(shù)相關(guān)的目標(biāo)參數(shù)，又是建筑約束控制的參數(shù)值。對于建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中影響范圍較小、變化面積較小的因素，可以將其視為部分設(shè)計參數(shù)值；在具體的實(shí)踐過程中，可以采用用預(yù)定是參數(shù)來表示，并將其作為依據(jù)來減小設(shè)計，計算變量，減小建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計方案編制過程中的工作量，有效地提升設(shè)計工作效率。其次，目標(biāo)函數(shù)的確定。在進(jìn)行建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化時，應(yīng)該找到符合相關(guān)規(guī)定的尺寸和條件的鋼筋截面面積、已經(jīng)失效的概率函數(shù)，通過這種方法可以有效地減少建筑施工成本的浪費(fèi)。最后，科學(xué)地確定約束條件。在建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計過程中，應(yīng)該有效地保證建筑結(jié)構(gòu)的安全性、整體性、科學(xué)性，合理地確定建筑結(jié)構(gòu)約束條件。在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中，應(yīng)該對目標(biāo)的性質(zhì)、實(shí)際應(yīng)用性質(zhì)等約束條件科學(xué)化的進(jìn)行對比與分析，保證相關(guān)約束條件能夠有效地滿足建筑施工的整體要求，以保證建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的最優(yōu)化。
4.2結(jié)果分析
建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化過程中最重要的一步就是結(jié)果分析，對計算機(jī)中獲得的各種數(shù)據(jù)進(jìn)行詳細(xì)的分析，根據(jù)分析的結(jié)果制定優(yōu)化設(shè)計方案。在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化的過程中，需要對各種因素進(jìn)行綜合的考慮，努力的完成建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計工作。在建筑施工的過程中，會應(yīng)用到大量的資金、勞動力，優(yōu)化建筑結(jié)構(gòu)的主要目的是在最大程度上講的上述指標(biāo)，并且保證建筑工程施工的質(zhì)量。所以，在建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計的過程中應(yīng)該加強(qiáng)對以下幾方面的重視：第一，明確建筑涉及與經(jīng)濟(jì)之間的平衡點(diǎn)，有效的降低兩者之間的矛盾，在高新技術(shù)的應(yīng)用下降低經(jīng)濟(jì)費(fèi)用的支出；第二，要加強(qiáng)理解高新技術(shù)對經(jīng)濟(jì)效益帶來的影響，必須認(rèn)識他技術(shù)的進(jìn)步與發(fā)展，有效的降低了不必要經(jīng)濟(jì)的支出，所以，必須加強(qiáng)對技術(shù)發(fā)展的重視。
5建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化方法在房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計中的應(yīng)用
房屋建筑工程施工過程中，特別是結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計時，其主要目標(biāo)就是加強(qiáng)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的功能與建筑施工的質(zhì)量，并在此基礎(chǔ)上加強(qiáng)建筑工程建設(shè)的經(jīng)濟(jì)效益，為此，應(yīng)該在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中不斷提高專業(yè)技術(shù)的能力，采用先進(jìn)的設(shè)計技術(shù)，合理的選擇設(shè)計方案，并對建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計，以此來保證建筑結(jié)構(gòu)的安全性、使用性、經(jīng)濟(jì)性。
5.1對建筑結(jié)構(gòu)整體與局部的優(yōu)化
在進(jìn)行房屋的建筑設(shè)計過程中存在著復(fù)雜性、層次性這兩個特點(diǎn)。首先，從房屋建筑結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性來說，要注意選擇建筑材料，材料必須符合使用標(biāo)準(zhǔn)，還要結(jié)合具體情況，選擇建筑結(jié)構(gòu)類型；其次，從建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的層次性來說，要對建筑內(nèi)部做出整體優(yōu)化，可從建筑局部的結(jié)構(gòu)設(shè)計、建筑使用設(shè)備、電氣設(shè)計、安裝體系等方面著手。除此之外，可將整體結(jié)構(gòu)設(shè)計與局部結(jié)構(gòu)設(shè)計同時進(jìn)行優(yōu)化，由此形成一個綜合性的結(jié)構(gòu)體系，這樣一來能夠使房屋的安全性與合理性得到提升，而且能夠減少不必要的浪費(fèi)，另外，要盡力保證建筑結(jié)構(gòu)整體的協(xié)調(diào)優(yōu)化，保證建筑的截面面積與建筑高度相協(xié)調(diào)，避免出現(xiàn)墻位錯誤的現(xiàn)象，在設(shè)計過程中，還可以適當(dāng)運(yùn)用幾何結(jié)構(gòu)，從而使建筑達(dá)到簡潔、美觀的視覺效果。在電梯和樓梯的設(shè)計過程中，要保證其穩(wěn)固性，可以在減輕其自身重力的同時注意對材料的選擇（選擇承重能力較強(qiáng)的材料）。無論是進(jìn)行整體結(jié)構(gòu)優(yōu)化還是局部結(jié)構(gòu)優(yōu)化都需要制定出合理的結(jié)構(gòu)方案，另外，“部分決定整體”，設(shè)計人員可通過先做好局部設(shè)計方案，經(jīng)過整合之后再完成整體設(shè)計，達(dá)到局部帶動整體的效果。
5.2柱網(wǎng)布局和平面布置的優(yōu)化設(shè)計
在建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計過程中采用柱網(wǎng)布局，柱網(wǎng)布局決定了柱子之間的跨度（縱向或者橫向相鄰的兩個柱子之間的間距），柱網(wǎng)的尺寸通常在5.4米到10.5米之間，如果柱子之間的相鄰距離較小那么其傳力途徑就會變短，殤，不說要復(fù)合的面積就會變小，跨中彎距變小，梁高度變低，但是這樣會導(dǎo)致柱子的數(shù)量變多，建筑內(nèi)部空間變小，停車場車位配置效率降低。所以，柱網(wǎng)布局是否合理，對建筑工程的綜合造價及建筑上部結(jié)構(gòu)有很大的影響。此外，柱子的截面形狀與尺寸對工程造假也有著非常大的影響，所以合理的使用柱網(wǎng)布局、柱子截面的形狀以及梁系的布置對工程造價的影響是非常明顯的。下面我們將結(jié)合某工程地下室的布置情況進(jìn)行分析。首先，以地下室頂板為例，當(dāng)頂板的厚度、荷載、柱子間距離相同時，次梁截面積及布置方式也相同的情況下。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，相對比方案一的混凝土使用量較小，但是鋼筋的使用量40.95比38.81多了部分，這樣只是從數(shù)值上很難進(jìn)行比較，我們再根據(jù)最新的施工材料造價信息單價進(jìn)行比較，三級鋼3600元／頓，C30混凝土320元／㎥，經(jīng)過比較之后發(fā)現(xiàn)：方案二在經(jīng)濟(jì)上更具有優(yōu)勢。同時也對，工程本身的實(shí)際情況進(jìn)行綜合考慮，最終選用了方兒的結(jié)構(gòu)布置進(jìn)行設(shè)計。然后將地下一層為例，在荷載、柱子的距離、頂板的厚度相同的前提下，分別采用不同的結(jié)構(gòu)布置方式進(jìn)行設(shè)計，方案一采用的是“井”字梁系，方案二采用的是單向次梁系，通過相應(yīng)的計算數(shù)據(jù)顯示，方案一混凝土使用量0.29大于方案二混凝土使用量0.25，同時方案一鋼筋含量26.59也大于方案二鋼筋含量23.8，所以，該地下工程梁系布置方案使用的是方案二布置方式。
5.3建筑物下部地基基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計
這對建筑工程下部地基基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計的過程中，設(shè)計人員必須選擇合適的設(shè)計方案，比如，結(jié)合建筑工程實(shí)際施工情況選擇最佳的樁基礎(chǔ)類型，盡量降低施工工程造價，在按照樁基礎(chǔ)頂端持力層的厚度對灌注樁的長度進(jìn)行科學(xué)合理的選擇，對集中優(yōu)化設(shè)計方案進(jìn)行合理的對比，進(jìn)一步選擇出最優(yōu)化的設(shè)計方案。比如，某建筑物結(jié)構(gòu)的原設(shè)計時用的是樁筏基礎(chǔ)，通過對該結(jié)構(gòu)的設(shè)計進(jìn)行優(yōu)化，將樁筏基礎(chǔ)改為樁基礎(chǔ)。設(shè)置兩樁承臺、三樁承臺、四樁承臺和梁式承臺。在對這部分進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計的過程中，需要考慮的是基礎(chǔ)力度傳遞的最短路徑，但是需要保證總沉降值和不均勻沉降值。樁筏基礎(chǔ)相對于樁基礎(chǔ)來講，增加了一塊整體的筏板，將整體受力轉(zhuǎn)變?yōu)榫植渴芰?，增加了傳遞的途徑，但是也增加了施工材料的使用量，雖然浪費(fèi)了施工材料，但是可以有效地控制不均勻沉降。根據(jù)地建筑工程實(shí)際情況來講，如果需要同時滿足總沉降、不均勻沉降以及地基承載力的要求，使用天然基礎(chǔ)會比使用樁基礎(chǔ)更好，并且施工方法簡單，施工時間短，所使用的費(fèi)用也相對便宜，不失為一個好的選擇。
5.4做好后澆帶設(shè)計
通常來說，在進(jìn)行地基結(jié)構(gòu)的設(shè)計過程中，設(shè)計人員需要根據(jù)混凝土的具體情況與施工現(xiàn)場的土質(zhì)相結(jié)合，之后確定科學(xué)的后澆帶方式，為了避免混凝土結(jié)構(gòu)出現(xiàn)變形以及由于混凝土不均勻沉降而出現(xiàn)開裂的現(xiàn)象，對后澆帶進(jìn)行合理的使用，除此之外，在這一過程中，要保證地基的基礎(chǔ)層一直到房屋頂板與后澆帶設(shè)置在同一個區(qū)域內(nèi)，還有一點(diǎn)要求就是確?；炷恋牡燃夁m當(dāng)?shù)母哂趦蓚?cè)混凝土。在后澆帶施工完成之后，要在保證混凝土強(qiáng)度達(dá)標(biāo)的情況下開展后期的施工，而想要混凝土的強(qiáng)度達(dá)到規(guī)定，要求工作人員認(rèn)真工作，保證后澆帶呈現(xiàn)出完全封閉狀態(tài)，待混凝土強(qiáng)度達(dá)標(biāo)后，拆除支撐。另外，在地基的實(shí)際施工過程中，會受到各種因素的影響，比如由于結(jié)構(gòu)應(yīng)力出現(xiàn)集中效果減弱情況，混凝土受到溫度變化的影響，可能會出現(xiàn)裂縫現(xiàn)象，所以這就是使用后澆帶的目的，但是，在施工中，部分地基工程項(xiàng)目中有的無法使用后澆帶，這需要設(shè)計人員做好相關(guān)工作，首先，需明確后澆帶所具有的斷面形式；其次，根據(jù)水位的不同區(qū)域，在后澆帶的下方安設(shè)防水板。
6結(jié)束語
隨著我國時代的發(fā)展和經(jīng)濟(jì)水平的不斷提高，我們在保證建筑的安全性和實(shí)用性的同時對建筑的美觀性和和經(jīng)濟(jì)性方面的要求也正在不斷地提高。既要保證建筑安全、實(shí)用，還要做到建筑經(jīng)濟(jì)、美觀，與此同時也要加強(qiáng)對施工便利性和時效性的考慮。所以對要建筑結(jié)構(gòu)做工完整的優(yōu)化設(shè)計也是十分重要的。而完善合理的建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計可以讓這些要求全部實(shí)現(xiàn)并且統(tǒng)一化。在這篇文章中，作者結(jié)合了自己的親身工作經(jīng)驗(yàn)和學(xué)習(xí)到的相關(guān)知識，對房屋建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計進(jìn)行了全方面的介紹，并且闡述了對建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計的方法和房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計的方法的應(yīng)用。
參考文獻(xiàn):
[1]張葉紅.關(guān)于建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化方法在房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計中的應(yīng)用探究[J].門窗,2014(11).
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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(jī)床、電子機(jī)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(yàn)，并且需要做大量的實(shí)驗(yàn)，周期較長且成本較高。現(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(yàn)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(yùn)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(qiáng)度或固有特性等指標(biāo)達(dá)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(jìn)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(jìn)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(jìn)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(dá)到最優(yōu)。
在進(jìn)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(jìn)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(jìn)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(jìn)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(jìn)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(jìn)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(qiáng)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(jìn)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(shí)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(jìn)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(jī)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(jī)械制造、機(jī)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(yùn)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(jìn)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(shí)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(jìn)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(shí)心結(jié)構(gòu)，如控制臂、轉(zhuǎn)向節(jié)、副車架等。因經(jīng)驗(yàn)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(jìn)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(jìn)行優(yōu)化減重效果明顯，比例達(dá)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(jìn)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(diǎn)位移。經(jīng)過優(yōu)化，轉(zhuǎn)向節(jié)強(qiáng)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(qiáng)連接點(diǎn)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(jìn)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(diǎn)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(xiàng)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(xiàn)：
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[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(jī)械科學(xué)與技術(shù)，2011，30（03）：382-385.
關(guān)鍵詞：結(jié)構(gòu)設(shè)計；設(shè)計優(yōu)化；方法
中圖分類號：S611文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A
引言
民用建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計和優(yōu)化是一項(xiàng)龐大的系統(tǒng)工程，需要相關(guān)人員不斷進(jìn)行探索和改革，不斷促進(jìn)民用建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的科學(xué)性和合理性，使其更符合設(shè)計要求、
更符合當(dāng)今社會的環(huán)保理念。
一、房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計中建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化概述
根據(jù)工程建設(shè)的基本狀況，以計劃成本控制為中心來進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計，其內(nèi)容就是利用對建筑基礎(chǔ)的結(jié)構(gòu)、屋蓋系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)方案以及圍護(hù)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)方案等環(huán)節(jié)，建立起一種關(guān)于結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計的模型，通過對各種不同的影響變量參數(shù)中的若干關(guān)鍵參數(shù)的科學(xué)的計算，確立最終的建筑工程結(jié)構(gòu)設(shè)計的優(yōu)化結(jié)果方案。
房屋建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計意義主要有兩點(diǎn)：一是大大提高建筑結(jié)構(gòu)經(jīng)濟(jì)性，房屋建筑進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化可節(jié)省材料，有利于抗震，減少內(nèi)外表面裝修，提高了其受力性能，增強(qiáng)了建筑的經(jīng)濟(jì)性能；二是結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計大大降低了建筑工程的總成本造價。節(jié)約用地，大量資料表明，房屋建筑進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化能夠有效降低工程成本造價25%左右，同時結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計技術(shù)能夠?qū)κ┕げ牧系男阅芾酶雍侠砘?，能夠讓建筑工程結(jié)構(gòu)內(nèi)部各個不同單元之間更加充分互協(xié)調(diào)，提升了建筑工程結(jié)構(gòu)設(shè)計的經(jīng)濟(jì)性。
二、房屋建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計的原則
1、經(jīng)濟(jì)適用原則
在進(jìn)行建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計時，要根據(jù)建筑的環(huán)境對建筑結(jié)構(gòu)的施工工藝和要求進(jìn)行選擇，保證在施工時盡量選擇難度低的施工工藝，使各項(xiàng)施工流程都能符合施工環(huán)境的需求。同時還要考慮到經(jīng)濟(jì)原則，盡量選擇性價比高的建筑材料，最大程度地節(jié)省工程成本，降低施工單位的投入。
2、安全堅固原則
在進(jìn)行建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計時，為了保證建筑工程質(zhì)量和人員財產(chǎn)安全的問題，必須考慮建筑結(jié)構(gòu)的安全性，在進(jìn)行設(shè)計時要考慮到結(jié)構(gòu)的合理性，運(yùn)用各種先進(jìn)的建筑結(jié)構(gòu)技術(shù)，保證建筑在使用過程中的安全穩(wěn)定。同時還要兼顧施工現(xiàn)場的安全，減少施工事故的發(fā)生。
3、美觀實(shí)用原則
隨著人們生活水平的提高，人們的居住觀念也在一定程度上得到了相應(yīng)的改變，人們對于建筑的美觀舒適有了較高要求。因此在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計時要考慮美觀原則，使民用建筑的美觀程度增加，符合人們的審美需求。
三、建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計方法的應(yīng)用
1、鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計
1.1選擇合適的鋼材
在鋼結(jié)構(gòu)建筑中，鋼材的選擇非常關(guān)鍵，直接關(guān)系到整個結(jié)構(gòu)的各項(xiàng)性能標(biāo)準(zhǔn)，所以鋼材要具有較好的延伸性，在抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度方面符合標(biāo)準(zhǔn)。為了保證焊接的質(zhì)量，要符合含碳量指標(biāo)。如果在地震區(qū)的鋼結(jié)構(gòu)建筑，還要充分考慮抗震性的需求，要對鋼材進(jìn)行沖擊實(shí)驗(yàn)，保證具有良好的韌性。為保證鋼材的各項(xiàng)性能都符合標(biāo)準(zhǔn)，一定要進(jìn)行相關(guān)的實(shí)驗(yàn)，檢測合格后準(zhǔn)予使用。對于有其他性能需求的，要按照建筑的規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)操作，確保鋼材的質(zhì)量符合標(biāo)準(zhǔn)要求。
1.2樓面結(jié)構(gòu)設(shè)計
在樓面結(jié)構(gòu)設(shè)計中，比較常見的問題是裂縫，如果設(shè)計不當(dāng)將直接影響樓面的施工質(zhì)量。在樓面設(shè)計中，應(yīng)該根據(jù)施工材料的不同設(shè)計不同的方案，因?yàn)椴牧系男再|(zhì)不同，伸縮縫的設(shè)計長度也不相同。所以在鋼結(jié)構(gòu)建筑中，對于樓面的設(shè)計可以使用現(xiàn)澆混凝土的方法，伸縮縫的長度可以按照混凝土結(jié)構(gòu)預(yù)留，以避免施工中樓面出現(xiàn)裂縫。
1.3網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的計算
在實(shí)際的建筑工作中，建筑設(shè)計人員通常會將網(wǎng)架同下部結(jié)構(gòu)分開進(jìn)行計算。在計算當(dāng)中，設(shè)定網(wǎng)架支座的剛度是無限大的，并且各個支座剛度相等，將支座反力與下部結(jié)構(gòu)相加就可以得出網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的設(shè)計值。下部結(jié)構(gòu)可能為梁，也可能是其他的形式，其剛度差異很大。
2、地基結(jié)構(gòu)設(shè)計
2.1基礎(chǔ)設(shè)計
地基是整個建筑的基礎(chǔ)，地基的結(jié)構(gòu)設(shè)計水平直接影響到上層建筑的質(zhì)量。因?yàn)榈鼗幕A(chǔ)不僅要承受來自上層建筑的荷載，同時還會受到地下各種應(yīng)力的影響?；A(chǔ)的結(jié)構(gòu)設(shè)計需要考慮的因素較多，在設(shè)計之前，需要對基礎(chǔ)的地質(zhì)條件、水文狀況、荷載的分布情況、周圍建筑的基礎(chǔ)、抗震等級等各項(xiàng)要素進(jìn)行詳細(xì)的調(diào)查分析，然后根據(jù)建筑的整體需求，設(shè)計出高水平的結(jié)構(gòu)方案。在砌體結(jié)構(gòu)設(shè)計中，條形基礎(chǔ)較為常見，基礎(chǔ)的結(jié)構(gòu)形式主要取決于地基的荷載力、防水要求等因素，有針對性的選擇基礎(chǔ)類型。
2.2樁基深度
在樁基設(shè)計方面，要選擇硬巖石為樁端的持力層。在樁端進(jìn)入到持力層時，應(yīng)對其深度進(jìn)行控制：以樁徑（d）為標(biāo)準(zhǔn)，如果是粘性土，應(yīng)大于2d；如果是強(qiáng)風(fēng)化軟質(zhì)巖或砂土，應(yīng)大于1.5d；如果是強(qiáng)風(fēng)化硬質(zhì)巖和碎石土，應(yīng)大于1d，且應(yīng)大于0.5m。在樁基進(jìn)入到持力層時，樁斷面進(jìn)入到巖層的深度應(yīng)大于0.5m，如果持力層為未風(fēng)化的硬質(zhì)巖或灰?guī)r時，可適當(dāng)減少其嵌巖深度，但也應(yīng)在0.2m以上。
四、民用建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化措施
1、提升民用建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計質(zhì)量
針對民用建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中存在標(biāo)注不全、設(shè)計粗糙和違反規(guī)范條文等問題，應(yīng)在出施工力之前予以解決，這就要求建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計人員具有一定的專業(yè)知識和職業(yè)素養(yǎng)。定期對設(shè)計人員進(jìn)行專業(yè)培訓(xùn)學(xué)習(xí)，不斷提升設(shè)計人員的業(yè)務(wù)水平和責(zé)任心，端正設(shè)計人員的態(tài)度，提升建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的水平和質(zhì)量。在選擇設(shè)計方時，要對設(shè)計方的相關(guān)證書和資質(zhì)進(jìn)行審查，保證民用建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計質(zhì)量，從源頭上提升建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的安全性和整個建筑工程的質(zhì)量。
2、優(yōu)化民用建筑結(jié)構(gòu)模型
民用建筑涉及國計民生，是與人民群眾利益聯(lián)系最緊密的建筑工程，因此在設(shè)計前必須對民用建筑結(jié)構(gòu)模型進(jìn)行合理優(yōu)化設(shè)計，對房屋的結(jié)構(gòu)體系、圍護(hù)結(jié)構(gòu)、房屋的各個細(xì)節(jié)結(jié)構(gòu)進(jìn)行合理優(yōu)化設(shè)計，保證建筑結(jié)構(gòu)的承重、受力符合相關(guān)規(guī)范和要求。在進(jìn)行建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計時還要充分考慮經(jīng)濟(jì)原則，保證建筑結(jié)構(gòu)安全的同時還要盡可能降低建筑結(jié)構(gòu)的成本，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益的最大化。
3、提高民用建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的安全性
現(xiàn)階段的民用設(shè)計普遍存在著抗震設(shè)計不足，結(jié)構(gòu)設(shè)計不合理等現(xiàn)象。因此，為了保證建筑結(jié)構(gòu)的安全性和使用壽命，必須對民用建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行合理設(shè)計。在民用建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計時，要盡可能選擇合理的結(jié)構(gòu)類型。比如現(xiàn)階段運(yùn)用廣泛鋼結(jié)構(gòu)，鋼結(jié)構(gòu)與傳統(tǒng)的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)相比，具有強(qiáng)度高、質(zhì)量輕、工期短等特點(diǎn)，適應(yīng)現(xiàn)階段民用建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計要求。與此同時，鋼結(jié)構(gòu)的大空間布置，能更好地保證了民用建筑空間設(shè)置的靈活性，為施工和業(yè)主的裝修設(shè)計提供了便利。此外，使用鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計施工時能有限地減少水泥、砂石等建筑原料的使用，能大大減少施工成本，降低工程造價。同時還能降低環(huán)境污染，實(shí)現(xiàn)建筑的可持續(xù)發(fā)展，提高民用建筑的社會效益。
為了更好地保障民用建筑的安全性，建筑物地基基礎(chǔ)部分的設(shè)計不容忽視，在進(jìn)行民用建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計時，要充分考慮場地條件及地基承載力特征值，根據(jù)建筑本身的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)選擇合適的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)形式，保證地基基礎(chǔ)部分受力均勻，滿足整個建筑的設(shè)計要求。當(dāng)施工過程中出現(xiàn)問題時能夠及時與設(shè)計人員溝通，共同商議處理方法，保證施工進(jìn)度和施工質(zhì)量，使地基基礎(chǔ)部分符合建筑設(shè)計的要求。
結(jié)束語
總而言之，只有不斷提升民用建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計人員的能力和素質(zhì)，使設(shè)計出的方案更加合理有效，促進(jìn)我國建筑產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，使建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計向安全、合理、科學(xué)的方向轉(zhuǎn)變。
參考文獻(xiàn)
[1]沈蒲生.高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計[M].北京，中國建筑工業(yè)出版社，2006.
關(guān)鍵詞：機(jī)械優(yōu)化設(shè)計 智能CAD 優(yōu)化模型
中圖分類號：TH122 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2012）12（c）-0013-01
在機(jī)械優(yōu)化設(shè)計中需要對參數(shù)模型進(jìn)行求解和優(yōu)化，特別是在大型的復(fù)雜的設(shè)計項(xiàng)目中，需要重復(fù)建模、重復(fù)優(yōu)化模型。除了遺傳算法等數(shù)學(xué)方法使用外，CAD技術(shù)應(yīng)用對復(fù)雜的機(jī)械設(shè)計優(yōu)化問題取得了較好的效果并產(chǎn)生了很好的經(jīng)濟(jì)效果。
1 機(jī)械優(yōu)化設(shè)計中的CAD技術(shù)
單體機(jī)械機(jī)構(gòu)的優(yōu)化對象主要是零件的結(jié)構(gòu)優(yōu)化，涉及的學(xué)科少、優(yōu)化的功能單一，優(yōu)化的過程只限于結(jié)構(gòu)設(shè)計和機(jī)構(gòu)構(gòu)成之間的關(guān)系。對于復(fù)雜的機(jī)械設(shè)計，優(yōu)化的對象對體現(xiàn)整體優(yōu)化思維，即整體優(yōu)化大于局部優(yōu)化。在這個過程中就需要采用合理的手段和方法優(yōu)化的范圍綜合起來。計算機(jī)輔助手段日臻完善，在優(yōu)化設(shè)計中把原理方案、功能，結(jié)構(gòu)方案、總體參數(shù)以及結(jié)構(gòu)性狀的全部設(shè)計包含在內(nèi)，真正的做到全局優(yōu)化。
復(fù)雜的結(jié)構(gòu)設(shè)計計算復(fù)雜、方法多變，涉及多學(xué)科多目標(biāo)，而優(yōu)化更要在這些方法找到更有效的方案更為困難。因此單一的方法來解決整體的優(yōu)化問題肯定不行，但是采用CAD進(jìn)行整體的優(yōu)化和分解協(xié)調(diào)優(yōu)化，通過模型建立，減少計算縮短優(yōu)化時間。在結(jié)構(gòu)優(yōu)化中器件多，耦合度高，利用CAD技術(shù)可以在結(jié)構(gòu)優(yōu)化中應(yīng)用網(wǎng)狀分解的方法，將其分解，這種分解方法除了提高CAD利用效率之外還可以解決優(yōu)化過程中的交叉學(xué)科問題，例如利用CAD機(jī)械設(shè)計的協(xié)同優(yōu)化。在整體優(yōu)化中目前的CAD技術(shù)還沒有形成普遍使用的分解方法，因此分解的正確性并不是可以控制的，這成為CAD的在機(jī)械優(yōu)化設(shè)計中應(yīng)用的瓶頸。但是優(yōu)化設(shè)計分層優(yōu)化取得比較好的效果，由此建立起來的CAD優(yōu)化發(fā)展。
2 CAD機(jī)械優(yōu)化設(shè)計建模應(yīng)用
機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計優(yōu)化技術(shù)就是設(shè)計者借助CAD技術(shù)將設(shè)計形體可視化、模擬化、可修改、可分析優(yōu)化，進(jìn)一步通過計算機(jī)輔助優(yōu)化實(shí)體模型。產(chǎn)品的優(yōu)化可以在CAD中進(jìn)行三維幾何重現(xiàn)，優(yōu)化設(shè)計通過三維虛擬優(yōu)化，采用幾何模型描述對象的位置、結(jié)構(gòu)、大小和性狀，并尋求最高效的組合途徑，通過優(yōu)化的賦值可以將對象的顏色、紋理等信息進(jìn)行詳細(xì)描述，優(yōu)化產(chǎn)品的原型，在這個過程中CAD的建模優(yōu)化是最常見的優(yōu)化方法。
2.1 參數(shù)建模優(yōu)化
這種優(yōu)化是通過工程關(guān)系以及幾何方法在CAD中給予產(chǎn)品的性狀特征，從而可以在產(chǎn)品功能上和設(shè)計方法上尋求類似的模型，通過模型的優(yōu)化達(dá)到設(shè)計優(yōu)化。在CAD中建立產(chǎn)品與參數(shù)之間的關(guān)系，而參數(shù)作為變量形成變量集合。在優(yōu)化過程中通過參數(shù)的變化影響設(shè)計對象的變化，參數(shù)優(yōu)化模型采用修改和定義的幾何建模。參數(shù)建模優(yōu)化包含工程優(yōu)化、拓補(bǔ)結(jié)構(gòu)優(yōu)化、尺寸優(yōu)化等，這些都是CAD參數(shù)建模優(yōu)化中需要考慮的因素。
2.2 特征建模優(yōu)化
這種優(yōu)化是在CAD環(huán)境下從整個設(shè)計的各個階段來優(yōu)化設(shè)計，可表述為集成優(yōu)化。進(jìn)行集成優(yōu)化需要在CAD條件下建立系統(tǒng)的、完整的、全面的描述需要優(yōu)化的信息，使得各種特征能夠從設(shè)計中顯現(xiàn)優(yōu)化的策略。特征建模優(yōu)化可以明確的表示優(yōu)化邏輯關(guān)系、互動關(guān)系以及關(guān)聯(lián)特征方面進(jìn)行表述和描述。特征建模優(yōu)化能夠在CAD環(huán)境中建立高層次的產(chǎn)品功能要素，對優(yōu)化的信息進(jìn)行聯(lián)動管理，體現(xiàn)設(shè)計優(yōu)化中，對形狀、結(jié)構(gòu)等復(fù)雜產(chǎn)品優(yōu)化建模是思想，將產(chǎn)品的多特征進(jìn)行特征分解，根據(jù)分解的特征相互建立優(yōu)化途徑，通過特征之間的運(yùn)算達(dá)到優(yōu)化整個設(shè)計的目的。
3 具備知識庫智能CAD在機(jī)械優(yōu)化設(shè)計中的發(fā)展
優(yōu)化設(shè)計是一個高度智慧的創(chuàng)新的活動。CAD技術(shù)系統(tǒng)引入知識庫，產(chǎn)生智能的計算機(jī)輔助設(shè)計系統(tǒng)，這成為ACD機(jī)械優(yōu)化設(shè)計的發(fā)展方向之一。知識庫智能CAD能夠在信息優(yōu)化、知識優(yōu)化的基礎(chǔ)上建立基于優(yōu)化思維的知識庫。它能夠及時對優(yōu)化設(shè)計的方向進(jìn)行評估，利用知識庫的評價機(jī)制，實(shí)現(xiàn)信息的交換和共享，解決優(yōu)化設(shè)計中對信息和知識和需求。機(jī)械設(shè)計問題是模糊的，而優(yōu)化的方式和途徑也多樣，對復(fù)雜產(chǎn)品進(jìn)行優(yōu)化，建立知識庫信息獲取、組織和表達(dá)。因此具備知識庫智能CAD快速發(fā)展，為CAD在機(jī)械優(yōu)化設(shè)計領(lǐng)域提供了新的途徑。在機(jī)械優(yōu)化設(shè)計中，設(shè)計不僅具有創(chuàng)意，而且優(yōu)化應(yīng)具備整體性和科學(xué)性。優(yōu)化設(shè)計可以根據(jù)優(yōu)化的途徑分為優(yōu)化搜索和優(yōu)化創(chuàng)新。優(yōu)化搜索可以根據(jù)各種方案選擇一種最好的組合達(dá)到優(yōu)化目的。在知識庫智能CAD中具備的專家系統(tǒng)，采用參數(shù)匹配、信息匹配、結(jié)構(gòu)匹配的方法將優(yōu)化的產(chǎn)品進(jìn)行搜索，選擇最優(yōu)的設(shè)計方案，遍歷知識庫中相似結(jié)構(gòu)的模型。如果知識庫建立的足夠大，足夠科學(xué)則搜索優(yōu)化的優(yōu)化度更高；優(yōu)化創(chuàng)新是直接通過知識庫得到最佳的優(yōu)化結(jié)果。這種優(yōu)化方法可以通過CAD的知識庫，將設(shè)計的參數(shù)、模型、結(jié)構(gòu)導(dǎo)入直接產(chǎn)生優(yōu)化結(jié)果。但是不論是那種優(yōu)化方法都要依據(jù)設(shè)計的原始信息，根據(jù)實(shí)際情況綜合分析智能CAD優(yōu)化結(jié)果，得出優(yōu)化設(shè)計的方案。
4 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)智能CAD在機(jī)械優(yōu)化設(shè)計中的發(fā)展
在優(yōu)化設(shè)計中如果將優(yōu)化的任務(wù)進(jìn)行分解，形成各階段優(yōu)化的方案過多，而后面的的優(yōu)化組成數(shù)量也迅速增加，這樣就容易形成優(yōu)化組合爆炸。在優(yōu)化設(shè)計中面臨如此大的優(yōu)化結(jié)構(gòu)時，往往需要更高層次的歸納和綜合，對綜合的信息進(jìn)行少量分析即可找到優(yōu)化的決策。一般CAD的優(yōu)化只能在參數(shù)、簡單結(jié)構(gòu)等方面進(jìn)行優(yōu)化，而在如此復(fù)雜的框架優(yōu)化、整體優(yōu)化中顯然不能滿足優(yōu)化要求。因此具備神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的智能CAD能夠?qū)⒃O(shè)計的信息通過人工網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化決策方式進(jìn)行模擬。將優(yōu)化的各層次和任務(wù)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)串聯(lián)，共同完成階段的優(yōu)化工作。
5 結(jié)論
計算機(jī)輔助設(shè)計是機(jī)械優(yōu)化設(shè)計的必要的工具。在知識庫研究、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)研究、以及模糊控制研究方面已經(jīng)取得了很多經(jīng)驗(yàn)并發(fā)揮了巨大的經(jīng)濟(jì)效益。在優(yōu)化設(shè)計中需要借助CAD這個途徑將這些研究的思維移植并實(shí)現(xiàn)將大大提高CAD機(jī)械優(yōu)化設(shè)計的效率，產(chǎn)生很大的經(jīng)濟(jì)效益。
參考文獻(xiàn)
