工程结构优化设计概述范文
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一、建筑结构设计优化的概述
1、建筑结构设计优化方法的概念
结构优化的目的是在满足房屋建筑的基本功能需求和舒适度要求、满足建筑质量安全和美观度要求的前提下，对房屋建筑结构造价进行控制。建筑结构设计优化需要对空间资源、设备资源、材料资源、经济资源进行充分利用和合理配置。这种优化设计比传统的设计能够节省5%～33%的工程造价，所以在项目施工中，要从建筑结构设计优化的原理出发，结合现场实际情况，提高工程的经济效益。
根据建筑设计的总体要求，结构设计要尽量减小质量中心和刚度中心的差异，保证建筑在水平荷载的作用下不会产生很大的扭转效应。建筑平面结构尽量采用对称和规则的方式，在满足建筑相应的功能条件下，使竖直方向上相应的承重构件保持上下贯通。为了保证结构的简洁性和设计的简单性，尽量减少转换层的使用。竖向刚度应采取渐变的方式，避免水平荷载作用产生应力集中，产生刚度突变。
2、建筑结构设计优化的重要性分析
随着经济建设的不断变化与发展，人们对于建筑行业的设计过程逐渐重视，新的技术以及理念也在不断地被应用于其中，同时计算机技术的普及引来建筑行业新的变革与发展。建筑结构设计就是采取先进的设计手段及理念，在有限的空间范围内进行完整的、合理的优化设计，将使用空间最大化，同时还要特别注意构件与构件之间，结构与结构之间的空间布局。这也是检验建筑结构工程师是否优秀的重要标准之一。工程师的结构设计重点不仅仅体现在设计理念上，而且其结构设计的经验总结也是极其重要的。随着计算机技术的发展，对于工程师的设计手段又提出了新的标准与要求，建筑结构设计师不仅仅要掌握专业的设计理念，同时还要掌握基本的计算机技能，将设计理念与计算机技术相结合，使其设计水平上升到一个新的高度。
3、建筑结构优化设计的内容和意义
3.1 建筑结构优化设计包括很多内容，主要分为房屋总体结构和分部结构优化两个部分。总体结构优化包括房屋基本结构优化、房屋顶部结构优化、房屋维护结构优化、房屋细部结构优化等。不管是总体结构优化还是分部结构优化都对选型布置、结构造型、构件受力、工程造价等进行了合理的优化，并在此基础上对结构形式进行创新，把设计对象设计得更为完善。
3.2结构设计优化的意义
3.2.1 优化设计，保证结构功能性
结构优化设计能够根据工程的需求对结构造型、受力性能、结构材料等进行优化配置。比如选择圆形、方形的结构进行平面设计能够增加结构的受力性能。因此，工程结构的优化技术，是工程实现既经济又安全，既美观又实用的途径。
3.2.2 节约造价
建筑工程造价控制是保证企业经济利润的关键因素。结构优化设计能够降低15%～30%的工程造价，具有实际的经济性。房屋建筑大多是多层建筑，甚至很多都是高层建筑，层数的增加会因为建筑面积的增加而增加投资。层数增加对结构承载力的要求也随之增加，为了保证结构的安全性，承重墙、梁、柱的承载等级和抗震性能都要随之增加，因而提高了房屋的造价。合理的结构设计能够根据建筑结构的空间和层面，合理选用结构构件并利用结构的各种性能。结构设计合理性增加、抗震性增加不仅可以减少结构所需物料，还能减少基础和装修物料，达到统一协调的目的，实现了结构的经济和安全。
二、制约我国建筑结构设计优化的因素
结构优化设计主要包括以下几个过程：建立优化设计的数学模型；选择正确的优化方法；选定所使用的函数和变量；确定设计中的各项数据编写计算机程序语言；通过计算机计算出整个设计的结果，然后对结构数据进行分析。结构优化设计主要存在两方面问题：如何将设计中的问题转化到能够反应问题实质的优化的数学模型中；如何选择最优化的方法求得该数学模型的最优解决方案。
结构优化设计在发展速度、研究深度以及应用推广上都落后于结构分析，其中一个最重要的原因就是结构优化设计的难度很大。一般情况下，结构优化设计的变量个数较多。且变量个数随问题的复杂度的增加而急剧增加，难以区分主动变量与被动变量。结构优化设计的约束条件在种类和数量上也有很多，并且约束条件通常比变量个数要大得多，有时难以区分有效约束或无效约束，这也给结构设计的优化工程带来了很大的困难，有时很难确定要选择哪种目标函数和变量。对于不同的建筑进行结构优化设计时，要根据其具体情况选用对其最优化、最合理的目标函数，以达到结构设计优化的目的。所以针对一个具体的建筑项目，选择一个科学合理的目标函数是非常重要的，必须要谨慎。同时，在进行结构分析和灵敏度分析时，对于实际问题一般很少有只进行一次优化结构分析就能成功的。对建筑设计进行结构分析是一项代价很大的工作，这就意味着在对实际问题进行多次反复的结构分析时，需要付出昂贵的代价。通常每做一次结构分析就要接着做一次灵敏度分析，有时灵敏度分析的代价比结构分析还要大。所以总体来看，所要付出的代价就更大了，这就使得我国的建筑结构设计的优化发展受到了制约。
三、结构优化设计方法研究
1、制定合理的结构优化设计方案
建筑工程的结构优化设计需要考虑许多因素，如结构优化设计的使用、实施等方面。因此，必须要设计出不影响工程进度要求的合理设计方案，而不仅仅是单纯的数学理论。所以，在进行建筑结构的优化设计时，一定要结合实际的工程来进行优化设计。在选择设计变量时要以少而精为原则，选择对目标函数影响最大的参数作为设计变量。而其他参数作为常量使用，或不作为独立的变量来使用。严格按照约束条件进行优化设计，这样可以缩小设计变量的可行域，减轻结构优化设计的工作量。目标函数作为判断结构优化设计方案优劣的标准，要制定一个全面的目标函数是很难的，因此，一般选取结构设计中的几个主要特征或因素来选取目标函数，并且要针对具体的工程和实际情况来制定最合理的目标函数。
2、建立综合评定指标体系
20世纪70年代，由美国一位教授提出的层次分析法充分体现了定性与定量相结合的方式。这种方法把复杂的问题分解成若干有序的层次，并且根据对一些客观事实的判断，对每一层次的重要性给予定量的表示，利用数学方法确定每一层次的相对重要性次序，再通过对各层次的分析导出对整个问题的分析结构。
3、综合评定指标体系的使用方法
在使用综合评价指标体系时，将我国的城市按大小大体分为三类，然后通过聚类分析方法和相关的程序对某一类城市的经济、历史、文化、气候等因素的区别与相似度进行分析，再将其划分成若干类。通过调研获得某类地区的数据特点，然后再利用层次分析法和相关程序计算出该地区各层次因素的权重值。以此类推，计算出我国其他地区的数据特征。存储在特殊的数据库中，综合各项指标评出标准及待选方案的得分表。再利用灰色聚类评价方法程序或迷糊评价方法及程序，计算出最优设计方案。
4、提升结构设计人员的设计水平和职业修养
结构优化设计最终还是取决于设计人员的自身修养，符合人们的视觉美感和应用价值的建筑才是完善的，才能真正彰显出建筑的质量和水准，做到全方面的有序、高效。因此，结构设计人员必须提高自身的责任意识。既要掌握高超的结构优化设计本领，还要注意团队协作。建筑结构的设计涉及到各个方面，不可能由一个人来独自完成。需要各方面的设计人员团结协作，才能设计出更加优化的设计方案。
5、优化资源配置提高原料效率
建筑材料是建筑工程的基本元素，然而不合理的结构设计方案很容易造成原料的浪费。因此，在进行结构优化设计时，一定要注意选取适当的建筑材料。在提升建筑美感的同时，提高建筑材料的利用率，减少对材料的浪费，这也是结构优化设计时要考虑的一个重要因素。
结束语：
结构优化设计可以使房屋更加安全经济和美观，能够满足人们不断提高的对建筑产品的品质要求。在以后的结构设计过程中，还要进一步优化建筑结构的设计方法，使建筑物的设计更为实用，更为安全，更为美观经济，提高建筑物的质量，保证建筑企业的经济效益。
参考文献：
[1]吴展智 浅析建筑结构设计之优化设计[J] 建材与装饰 2012（1）
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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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[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
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0.引言
建筑结构优化设计是节约工程造价的一个重要手段，同时也关系着建筑物的安全性以及投资效益最大化的实现。在进行建筑结构设计时，要考虑多方面因素，比如结构要有足够的强度，要有适宜的刚度，建筑结构有合理的自振频率等。另外，为了避免大震建筑出现问题，在进行建筑结构的优化时要保证建筑结构的强度满足要求，这是一个前提条件。建筑结构优化设计的突出表现和最终目的，是为了降低工程的造价，这是比较狭义上的说法，但是在现实中对建设结构设计的优化，主要指的是广义的说法，在降低工程造价的同时，保证其建筑的安全性，在利益最大化和质量保证中找到一个最优的平衡点，这就是目前建筑结构优化设计的意义所在。
1.建筑结构优化设计的概述
建筑结构优化设计的基本理论建筑结构的优化设计主要体现在建筑工程的决策阶段、设计阶段、建设阶段。在建筑工程的决策阶段，确定结构优化设计所要达到的总体目标，满足本体功能，最大程度保障安全性，缩减投资成本；在建筑工程的设计阶段，确定每一个子系统及整体结构的优化布局；在建筑工程的建设阶段，以结构优化设计为建设原则，组织建设好每一个子系统从而实现整体结构优化布局。决策阶段结构优化选择是关键，设计阶段结构优化设计是核心，建设阶段结构优化建设是基础，三个阶段互相验证、互为补充、缺一不可。建筑结构优化设计的基本要求：功能性建筑是人类的基础物质生存环境，建筑结构优化的终极目标就是为了满足人类对物质生存环境的最大化需求。
2.建筑结构设计优化方法
赏心悦目的建筑是建筑的美观与结构设计相互协调密切配合的结果。建筑结构设计追求适用、安全、经济、美观和便于施工五种效果，而建筑设计优化设计技术方法的应用不但满足了建筑美观、造型优美的要求又能使房屋结构安全、经济、合理，成为实际意义上的""经济适用""房。
2.1建筑结构优化计算方案
在设计模型已经优化后，工程师可以在概念、经验和估算的基础上借助计算机进行可靠的分析计算，经过多次计算比较和调整，使结构设计更加合理和经济。在进行建筑结构设计时，要进行内力、位移等多方面计算，计算的过程也要从不同的角度进行，以保证最大限度地获取准确的数据。在利用计算机结构设计程序进行结构计算时，要注意以下问题：不能盲目的依赖计算机，对于输入的几何图形、构件尺寸、荷载数据等应认真核对、力求准确无误，对计算参数的选取要正确合理，注意实际结构与计算模型的差异。最后可以利用程序的工程量统计功能进行不同结构形式的对比，以找出最优方案。
2.2进行程序设计
根据基于可靠度的结构优化模型和选择的优化设计计算方法，编制功能齐全、运算速度快的综合程序。
2.3结果分析
对计算结果进行分析，确定最优设计方案。在执行以上步骤的过程中，必须要全方位、多角度考虑方方面面的问题。这主要是因为建设投资是一项耗资巨大的工程，涉及到的方面比较复杂，因此必须进行总法规和考虑，不能仅仅为了节约资金投入而忽视了设计的优化作用。要正确处理技术与经济的对立统一是控制投资的关键环节。设计中既要反对片面强调节约，忽视技术上的合理要求，使项目达不到功能的倾向，又要反对重视技术，轻经济、设计保守浪费的现象。
3.建筑结构设计优化经济性
建筑结构优化设计的经济性是市场经济条件下对资源配置提出的新要求。经济性是指通过建筑结构的优化设计，最大化的节约各种材料资源，达到减少建设成本的目标。另外，各种材料资源都存在一定的稀缺特性，建筑结构的优化设计能科学合理的减少材料的使用量，节省建设材料使用成本。
建筑的层高增加，由于墙体面积和柱体积增加，结构的自重会增加，基础和柱的承载力相应增加，水卫和电气的管线会加长；相反降低层高，可节省材料，有利于抗震，同时建筑的总高度减小，两建筑之间的日照距离就会减小，间接的节约了用地。建筑面积相同，建筑使用不同的平面形状时，它的外墙周长也就会不同，这样当选择圆形或是越接近于方形时，外墙周长系数就越小，基础、外墙砌体、内外表面装修都随之减少，同时其受力性能也得到提高，增强了建筑的经济性能6%-34%。优化方法的技术性实现，可以最合理的利用材料性能，使建筑结构内部各单元得到最好的协调，不仅可以实现建筑美观、实用，而且在造价方面也有较大的节省，达到了建筑工程设计对适用、安全、经济、美观和便于施工的一般要求。
4.工程概况及应用实例
某住宅小区建筑面积约57674.79m2，由5层裙楼及32层塔楼组成，裙房平面尺寸为76.65m×63.62m，塔楼平面尺寸为37.65m×32.6m，将地下二层按规范要求的嵌固构造处理，使其作为上部的嵌固端，嵌固以下埋深7m，以上99.8m（结构计算高度）。建筑总高度为106.8m（未包括出屋面的电梯，楼梯间的高度）。该结构平面布置不规则，在裙楼五层处进行高位转换。
结构设计中裙房部分主要考虑由恒载及使用活荷载等竖向荷载引起的荷载效应，主楼部分结构设计不仅考虑竖向荷载效应，还要考虑水平地震作用及风荷载作用下产生的荷载效应的组合。综合考虑裙楼部分大空间的设计使用要求以及主楼部分的抗侧移设计要求，裙房结构承重体系采用钢筋混凝土框架结构形式，主楼采用剪力墙承重结构体系。本建筑结构在主楼抗侧力构件设计中，剪力墙主要承担水平作用，框架承担少部分水平荷载作用和大部分竖向荷载作用。主楼平面形状不规则，因楼梯、电梯间均设置在核心筒内，为提高主楼结构的抗扭能力，剪力墙结合楼电梯间在主楼范围内采取了加强处理，具体厚度根据高层建筑结构设计的变形限值，由刚度、承载力和延性三者间的最佳匹配决定。在主楼剪力墙的布置中，尽量按照下部转换柱的所在位置来设置，以避免二次转换及尽量减少需要转换的剪力墙，经过多轮的调整后，将原来方案中需要转换的剪力墙减少了四条，使转换结构大为减少，在保证结构安全的前提下，对经济性亦有提高。
5.结语
综上所述，通过结构优化设计来降低工程造价是控制工程投资的一个有效途径，而正确处理技术与经济的对立统一是控制投资的关键。对建筑工程进行优化设计一直是我们共同的目标，建筑结构的优化设计是一个比较科学系统的设计过程，不能片面强调节约投资，而降低技术和质量标准，又要反对重技术、轻经济，设计保守浪费的现象。因为影响工程造价和建筑质量的因素有很多，所以在实际的建筑机构设计中，一定要充分的考虑各方面的因素，在每个细节上都力求优化，只有这样才能实现建筑结构优化设计的最终目的，以更好的服务于我国建筑业的发展。
参考文献：
1.谈建筑结构的优化设计[J].建筑科学，2009（4）.
2.张红友.优化结构设计减少建筑投资成本[J].陕西建筑，2008（11）.
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随着人们生活品质的不断提高，对建筑结构设计的要求也日渐高涨。建筑结构在设计优化时尚有不少问题需考虑，针对此，该文通过论述优化设计的要求，介绍一些建筑结构优化设计的改进思路和对策。
1房屋结构整体设计优化概述
房屋建具有很强的系统性，各种结构的优化设计也往往需要涉及多方面内容，从宏观的角度来看，对于房屋建筑结构的设计优化可以大致分为整体结构和局部结构两种，其中，整体结构设计主要包括以下内容：（1）对房屋建筑的基本结构进行优化；（2）对房屋建筑的顶部结构进行优化；（3）对房屋建筑总体维护、细节架构等系列问题进行优化；
在明确房屋建筑结构设计的优化的目的基础上，工作人员应充分利用有限的空间资源，有效控制资金损耗，加强提高建筑材料和器械的使用效率，让房屋建筑更加安全可靠。根据以往的统计数据，通过房屋建筑设计优化之后，工程损耗可以降低5%～30%左右，因此，在房屋结构设计当中，对建筑结构设计的优化无疑具有非常显著的社会与经济效益，只有采取积极主动的优化态度，才能让房屋建筑可以更加的经济、实用，使现有资源的使用效益实现最大化转变。
2 住宅建筑结构设计优化的作用
建筑结构设计过程中，首先需要解决的问题就是建筑结构如何满足效益的长远化，在这个问题得到有效解决的基础上，再对建筑结构设计的合理性与经济性做到尽可能的优化。与传统建筑结构设计理念相比，当前所采用的建筑结构设计方法在建筑结构设计中的有效应用，能够有效降低工程成本，一般能达到10%到35%的效果。其次建筑结构设计优化方法的应用，还能够做到对建筑材料有效性与利用率的最大程度发挥，能够让建筑物的各个空间与整体能够达到相互协调的效果，并能够满足质量安全管理规定的要求。另外，建筑结构设计优化方案的应用，还能够对建筑物的原先设计起到完善的作用。所以，建筑结构优化方法对建筑结构设计起到重要的作用。
4 住宅建筑结构设计优化的方法
住宅建筑结构设计优化是要通过对拟建住宅进行模型的优化、计算方法的优化、并在计算和模拟的基础上制定有效的结构方案，再进行验证。
1. 结构优化模型的建立
在进行结构优化设计的过程中首要的问题是要根据实际的结构特性设定成为相关的结构设计参数，主要的有目标控制参数和约束控制参数。对于那些变化范围比较小的，且在结构的局部加强就能满足要求的部分参数，将其确定为预设参数，从而减少计算的工作量；对于目标函数，是要找到一组可以满足预定条件的钢筋截面积和截面的几何尺寸，目标是要让总造价最小。对于约束控制函数，包括前度和稳定约束、截面尺寸约束、结构整体约束、构建单元约束、正常使用状态的上下限约束条件等。参数的设计必须要与实际情况和规范相符。
2. 结构优化设计的计算方法
在结构优化设计计算方案的确定上，考虑到建筑结构的复杂性带来的变量多、约束条件多且非线性，因此在计算过程中，一般的做法是先将有约束的优化问题转化为无约束条件再进行求解，可选用的计算方有拉式乘子法、复合形法等。结构选型、尺寸和参数设计完成后，在计算方案的基础上设计优化程序。并在得到计算结果后，对结构进行综合分析，最后确定最合理的结构优化设计方案。
5 住宅建筑结构设计优化的应用分析
建筑结构的优化设计要在保证建筑使用功能的条件下，利用结构优化设计技术达到提高结构安全度、降低工程造价、提高经济性的效果，也就是要贯穿建筑的整体设计、前期规划及抗震设计等阶段。
1. 结构优化设计的前期参与
建筑是相对长期的投资，常见的建筑使用年限均在 50～100 年间，这就要求结构能够保证在设计使用年限内，建筑能够保持基本的使用功能、良好的空间环境。因此，要在建筑方案设计初期就加入结构优化的考虑。这样可以有效避免出现结构不合理、工程造价高等问题。也就是说，在建筑方案的设计初期就加入结构的优化设计，是提高建筑利用率的有效方法。
2. 结构的概念优化设计
一幢建筑的完成，可以有不同的结构设计方案；另外，对于同一种结构布置方案，采用不同的结构荷载、材料和分析方法，参数的取值也是有较大区别的。这些是通过计算机无法实现的，需要结构设计人员作出合理的选择，根据工程实践经验来进行参数的确定。通过概念优化设计，可以预算建筑结构在各种外力荷载的作用下的内力分布，以及将所有不利的荷载集中加载时可能出现的破坏形式等，如建筑结构在地震荷载作用下的破坏情况等，得到预算结果后，就可以作为结构设计的有利参考资料，采取有效的结构方案，选用有利的建筑材料和构造形式，从而降低刚度不均匀、结构的不对称等对抗震不利的结构设计。因此，结构的概念优化设计在自然灾害发生时，显得尤为的重要。
6 住宅建筑结构优化技术的应用需注意的问题
6.1 房屋建筑机构优化技术的应用需注意到前期的参与
房屋建筑前期的设计方案直接影响建筑项目的成本，但是很多前期方案确定中却不包括结构优化设计技术，以致相关的设计人员在进行房屋建筑结构设计时，常常忽略建筑结构的和理性和可行性，这样不但增加了机构设计的难度，而且使房屋建筑结构的设计成本也相应增加。因此，设计人员在前期设计时要充分的融入优化设计方案，节约建筑成本。
6.2 设计人员要注重细部优化
设计人员在注重整体设计的同时，还要加强对结构基本构建的精细设计。如尽量划分矩形板块的现浇板设计，增加现浇板的受力程度和避免出现拐角裂缝。随着计算机技术和优化设计理论的相互结合，优化设计已经从工程实践问题逐渐向数学问题过渡，因此，工程设计人员还要加强自身基于计算机技术的优化设计分析，使自身的设计更为合理和科学。
7 结语
结构优化设计是一个全面、综合的课题，需要周密的部署并且严格的实施结构优化设计的首要任务是在实现建筑工程的基础上，保证建筑的舒适度好的结构设计能够给企业带来可观的经济效益，而结构安全更是生命恢关的大事我国规范明确规定，在进行结构设计时要避免薄弱环节，确保结构设计中计算出的理论值与实际相符合，并确保建筑材料的安全可靠结构优化设计过程非常复杂，因此要选取最优的方案根据具体的工程结合设计经验对工程进行合理的分析，确保工程的安全和经济效益结构优化设计能够加快设计进度，节省工程造价，全面提高工程的质量与安全因此，必须加强人们对于建筑结构优化设计的重视不断提高建
筑的使用价值，最大限度的增加结构优化设计的时效性。
参考文献
[1]孙大伟，陶志军.浅析建筑结构中的优化设计与应用[J].科技创新与应用，2012（23）.
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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).
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建筑结构设计的目的是保障建筑的耐用性、美观性、经济性及安全性等，因此建筑设计的最终成果对建筑施工及验收后的建筑质量具有重要影响。部分企业为提升经营效益，开始采用节约型的建筑设计方案，取得了一定额成果。下文以建筑结构设计优化方法的概述为基础，对建筑结构设计中的优化策略进行分析。
一、建筑结构设计优化方法的概述
所谓建筑结构设计优化方法也就是设计者将力学的概念直接与结构优化设计手法有机的结合起来，此时我们将其中的因素当作变量，从而形成一套结构设计优化方案域，再由设计者采用相应的数学手段对这一方案域进行全面的分析，从而形成一套具有可行性的设计方案。在对房屋结构进行设计的过程中，通过设计者采用结构优化设计不仅能够保证其设计的合理性与质量，还能够提高其工作效率，节约工程成本，从而提高整个工程的社会经济效益[1]。房屋工程结构优化设计的主要内容包括：对建筑物基础结构的设计方案进行优化、对屋盖系统的设计方案济宁优化、对围护结构的设计方案进行优化、对整个房屋结构细节部分的设计方案进行优化等。
房屋建筑结构的布置方案可能有很多种，对于统一建筑，可以选择不同的结构布置方案。而对于已经确定结构布置的房屋建筑，有与分析方法的不同，也会在考虑相同荷载作用的情况下选择不同的分析方法。此外，房屋建筑的设计选用的设计参数指标、选择用的建筑材料和荷载标准值得去法等都会对房屋建筑设计产生一定的影响，这些因素都有设计人员去决定，而设计人员的经验在此时就发挥了重要的作用。经验丰富的房屋建筑设计人员，在面对这些问题时，就会对房屋建筑的情况进行全面综合的考虑，然后做出合理正确的判断，选择灵活的设计方案，这就是所说的概念的优化设计。由此可知，房屋建筑结构中优化设计的关键在于设计人员的经验积累，经验越丰富的设计人员，就越能实现房屋建筑结构的优化设计[2]。
结构优化设计方法主要是将力学、数学等理论知识为基准，通过利用先进的计算机网络技术而房屋结构原有的设计进行分析，通过合理的优化，从而使其变成一个最佳的设计方法。结构优化设计方法的本质也就是对原有设计求极值。结构优化设计的具体步骤为：首先，建立一个科学合理的优化数学模型，通过该模型可以对原有设计进行分析，从而获得最准确的优化结果；其次，采用最科学合理的优化数学算法以及优化迭代控制，当我们建立优化数学模型之后，自然会出现多种优化数学算法，这就需要设计者能够及时有效地选取最科学的优化数学算法，这样也就能够达到理想的效果。
二、房屋结构设计与经济性之间的关系分析
（一）房屋结构设计与土地资源占用方面的关系
在现代化社会发展中，高层建筑、多层建筑不断涌现。一般来说，高层建筑的总建筑面积也就是每一层建筑面积之和，也就是说，如果建筑物的层数越多，那么单位建筑面积内土地占用面积也就有所降低。但是我们也需要清楚的知道，随着高层建筑的不断增多，建筑企业为了保证其采光程度，每个建筑物之间的距离也就随之拉大，因此建筑同样会占用较大面积的土地[3]。
（二）房屋结构设计与工程造价方面的关系
在建筑工程建设过程中，每一个部分的工程造价都有很大的差异，例如在建筑物的屋盖部分，不管建筑楼层多高，都是同一个房屋盖，因此建设者在对屋盖进行施工的过程中，所投入的资金也不会有太大的变化。而围护结构在建设中产生的工程造价会随着楼层的增高而不断增多。这就需要我们对其进行合理的分析，并对其中的建设成本进行严格控制，从而保证建筑物达到经济性目的。
（三）高层住宅结构设计与经济性的关系
一般而言，住宅层数高矮将本质的影响住宅开销，其根本原因乃是伴随层高不断上升，墙体面积和柱体积也会慢慢上升，而且会加大结构自重，进而还会增加柱以及基础承受荷载力，于是让电气以及水卫的管线同比例变长。如果将层高降低，那么可以有效地节省材料物资，而且还可以节约能源等，对于抗震非常有利，能最大程度的节约金钱输出。另一方面，减少层高不但可以降低房屋的高矮，有效地缩小建筑和建筑间日照的距离，所以降低层高也在一定程度上对于节约土地资源有很大的作用[4]。
三、结构设计优化技术应用实践
结构方案的建立过程即工程结构设计。伴随急速更新发展的计算机硬、软件产业，凭借计算机、力学、数学一系列方法，将结构设计做到最优化技术推广。结构优化设计及传统结构设计其设计原则和过程是相同的，不同之处在于传统设计缺少安全、经济性作为衡量准则[5]。最优设计则是在安全、经济准则基础之上，利用计算机作为辅助技术，非常便利地实现了分析计算、设计、出效果图等整套程序的自动化，大大提升了设计整体效果及质量。结构设计优化技术在应用实践中应注意的问题如下：
（一）前期方案设计期间将结构设计优化参与其中
建筑方案设计前期如有一个优秀的、合理的设计方案，并参与结构设计优化，就会争取到非常优秀的开端。但目前在前期设计方案中结构设计优化参与其中的并不多，如果能对建筑类别有所针对，并进行合理选择结构设计优化方案，将降低建筑的总投资成本，因此在建筑方案设计初期应注意建筑方案的结构优化设计，考虑结构的合理及可行性。
（二）概念设计结合细部结构设计优化
概念设计主要作用于无具体数值量化现象，比如无确定性的地震设防烈度，现实难免与计算式存在区别，那么设计时应采取概念设计方法，使数值成为辅助及参考根据。为达到最佳优化设计效果，设计人员应该灵活运用结构设计优化方案。钢筋选择时应注意：I 级钢和冷轧带肋钢市场价格差不多，但是他们的极限抗拉力相差却相当大，所以在塑性满足要求的情况下，现浇板的受力钢筋就可选择冷轧带肋钢筋。在做里面设计的时候，外立面上的悬挑板及配筋，应在满足基本规范要求之上，以达到安全、经济之目的。
（三）结构设计优化――下部地基基础
桩基础类型的选择，要依据现场地质条选择最为合适的结构设计优化方案，以降低工程总造价为目的。例如对灌注桩桩长的选择影响较大的桩端持力层的选择，要多进行比较，最终确定最为合适的方案。
四、结束语
我们常说，建筑是凝固的艺术，好的建筑师总希望可以通过建筑来合理的表达本身设计意图，希望拥有艺术性以及实用性能的美妙融合。建筑结构设计师们应严格遵“安全、经济、合理”的设计理念，努力探索更合理的结构设计方案，保证建筑工程取得良好的经济效益和质量效益。
【参考文献】
[1]张英迪.试析结构设计优化技术在房屋结构设计中的应用[J].科技与企业，2012，24（22）：36-38.
[2]陈俊.浅谈结构设计优化设计技术与其在房屋结构设计中的应用[J].科技致富向导，2013，35（02）：164-165.
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随着我国国民经济的不断发展，房屋建筑行业也随之发展起来。特别是在城市化建设发展下，我国建筑行业日趋兴旺。在现代城市化建筑工程中，施工设计、工程设计以及施工建筑原材料是整个建筑施工中重要的构成因素。建筑结构是否合理、美观都会对整个施工建筑实用性、安全性以及经济性将会带来一定影响。工程建筑概念设计的提出是工程设计人员凭借自身专业知识以及丰富社会实践经验提出的建筑设计方案。因此概念设计出的建筑物和周边的环境以及整个社会文化内涵更加融合。
一、概念设计概述
工程结构设计一师在工程建筑中运用概念设计进一步完成整体工程施工建筑的整体方案。在整个工程过程中，工程设计师积极调动自身专业知识以及实践经验对整个建筑结构布置、构件、选型以及细节进行详细的计算和分析。并对设计过程中出现的问题，结合建筑知识、力学知识以及自身的社会实践经验进行全方面的考虑，并得出可行性和有效解决问题的方案，最后得出一个符合实际和具有创新性！而看操作性的建筑设计。
随着现代化城市的建设和发展，人们的思维和理念越来越开阔，对建筑物结要求越来越高，已经不在是具有实用性，还要求具有一定的美观性"所以，在建筑施工企业为了更好的适应当今社会潮流需求，不断重视概念性设计，工程设计师不断接纳和采取这样的设计思维，因此概念设计被不断应用于建筑结构优化设计中。由于概念设计对工程设计师的要求很高，所以建筑设计师一定要具备较强的建筑方面知识以及过硬的专业知识的能力，特别是较强的力学原理架构知识，这样才会使建筑工程设计方案具有一定的可行性，确保建筑施工工程的安全。
二、概念设计在建筑结构优化设计中应用
（一）概念设计要遵守工程结构规律
建筑建筑结构中广泛的应用概念设计，一定要遵循建筑施工结构的顾虑，要充分的做好实用化和合理化。第一，建筑施工结构外形，套具备一定的规则性和对称性，刚度分布和质量分布要均匀，不要在局部位置出现过大刚性，或者是质量上出现不均匀的分布现象，否则将会造成房屋建筑物出现倒塌状况；第二，建筑物布局和结构是否合理，是否具有一定程度的抗震性，这些因素都是工程设计师进行概念设计必须要涉及和考虑的问题。建筑结构对称、简单、规则性，容易实现抗震的作用，但是在一定程度上不能够满足创新性的需求，立体、多面、错层以及凹凸的建筑结构创新性和艺术性较强，容易达到人们对建筑结构美观性的需求，但是美观性好的建筑缺乏一定的抗震能力。
（二）优选合理建筑结构施工设计方案
概念设计工程施工放那在实际建筑工程施工应用中要达到实用性、合理性以及经济性的目的，同时这还是概念设计的主要目标。所以，如何选择具有一定科学性、可行性的建筑结构形式和建筑结构体系在建筑工程施工设计方案中显得尤为重要。总体而言，施工结构设计方案中展现的抗震系统和建筑结构体系的整体布置等方面的进行详细的分析，同一个建筑结构单元中通常不要用其他结构的体系，并做到纵向和平面上具有一定的规则性。针对建筑结构施工条件、施工特点以及工程施工原材料供应等方面，工程设计师要进行综合、系统、全方面分析和研究，采用多种方案进行对比，最后做出合理有效建筑结构施工设计方案。
（三）概念设计中抗震能力设计
建筑施工工程抗震能力设计直接关系当人们生命安全和财产安全，所以建筑工程中抗震设计尤为重要，同时备受人们的重视和关注。但是由于建筑物整体结构设计会涉及到一些实际问题，例如土质、地势、周围环境以及气候等因素影响，因此在建筑工程中抗震设计复杂且因素较多。所以，大多数建筑结构中抗震设计并不是由计算机设计出来的，而是由工程设计师概念设计出来的。例如底部设置加强区这样的问题，不管是建筑工程构造钢筋配率要求问题还是边缘构建问题，都是要建筑工程设计师利用概念设计解决问题，工程设计师通过概念设计，补充计算机抗震设计模拟计算的不足之处，才能够最终确保建筑工程施工中抗震设计的安全性和合理性。建筑结构优化设计中抗震能力还涉及结构构件问题，只要建筑构件完好，建筑工程中抗震能力才会充分的发挥和进一步提高。所以，工程设计师在建筑物抗震结构设计的过程中，要利用概念设计进一步保证工程施工设计中每一种建筑构件的强度和刚度在一定程度中满足工程实际的抗震需求，确保建筑构件和构件之间紧密联系，保证工程施工安全。此外，由于当前我国工程施工建筑结构大多数采用的是多次超静定建筑结构，因此在工程施工优化设计中建筑物的抗震设计还需要进行几道抗震防线，防止在发生地震中建筑物由于构件容易发生破坏或者是扭曲现象进而降低了建筑物抗震的能力。
三、概念设计在建筑结构优化设计中应用的意义
（一）拓宽建筑结构设计思路
传统的建筑结构设计主要研究的是如何提高建筑结构抗力性，造成钢筋棍凝土等不断增高，配筋量不断变大，工程造价提高。我们以建筑抗震设计为实例，通常是按照初定硅等级和尺寸计算出建筑结构的刚度，并由建筑结构刚度计算出抗震力，最后进行钢筋配筋。合理的概念设计可以降低地震作用的效应，并在这样的情况下提高房屋建筑工程质量和安全性。概念设计被广泛应用在建筑结构优化设计中，被工程设计师接纳和采用，并在建筑结构优化设计中发挥着至关重要的作用。
（二）概念设计在建筑结构优化设计中具有实践意义
概念设计广泛应用，通常蕴含了所有的工程建筑结构设计中。在不确定的受力状况和因素中变化比较大的高层建筑设计、抗震设计以及基础实施设计中，概念设计应用突出和重要。
1、由于现行的建筑结构理论性设计和计算机设计存在着一定的不可计算性和缺点。为了进一步弥补计算理论的不足之处，或者是实现实际施工操作过程中建筑结构构件的设计，需要概念设计来满足建筑建筑结构的优化设计目的；
2、在工程施工方案设计阶段，初步实际不能依靠计算机来实现，这就需要工程设计师通过了解和掌握概念设计，优选造价低！效果好的设计方案"概念设计施工人员通常会片面的理解，认为主要是用在一些较大的原则上，例如结构布置、确定结构方案等。在实际工程施工设计中任何一个施工都离不开科学概念设计作为指导方向。
3、建筑结构设计的整体方案，建筑工程设计师要联系紧密，互相合作与探讨。经过相互之间的学识和经验的探讨，得出最优的设计方案。例如建筑物的抗震设计，这个问题在建筑工程中是比较复杂的，它需要考虑建筑物的多方面因素。
四、结语
综上所述，概念设计在建筑结构中占据着重要的作用，不仅是建筑结构设计中工程师设计的理念，还是衡量工程结构设计师专业技术水平的标准。本篇文章阐述概念设计在建筑结构优化设计中应用问题，提供参考。
参考文献：
[1]胡丽荣.概念设计在建筑结构设计中的应用意义[J].黑龙江科技信息，2010年27期.
[2]徐萍，叶明峰.杭震概念设计在建筑结构设计中的应用[J]..江苏建材，2011年02期.
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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。
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中图分类号：TU642 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）01-0292-01
搅拌叶片是混凝土搅拌车搅拌筒完成搅拌工作的主要部位，搅拌筒通过搅拌叶片的连续碰撞来完成拌和料的搅拌，物料在螺旋运动及自落运动的作用下出料，所以，只有设计好了搅拌叶片，才能更好的实现搅拌车的整体功能。当前所普遍使用的混凝土搅拌车搅拌叶片不能使用很久，搅拌时会产生很大的振动和噪声，出料效果不好，速度缓慢，残余量多，因此必须优化搅拌车搅拌叶片设计。
一、搅拌车搅拌叶片设计的要点及方法
（一）设计要点及特点
设计要保障在一定的条件下，以满足设计为准，结合各种优化方法，通过迭代运算求出目标函数最小或者最大值的过程。优化设计主要必须处理好三个组合之间的关系，包括：设计变量和设计空间，设计约束与可行域，目标函数和等值线。要做到最优结构方案必须在满足构件形状的基础上求出最好构件形状和最优结构几何形状，构件尺寸要科学，以最大限度降低造价；如果已经定下了几何形状，则应当考虑科学的截面，以便减轻结构的总重量。
搅拌叶片结构优化设计的主要特点包括：
（1）不管是以重量，还是造价为目标函数，其相关函数的系数都是正值，并且目标函数值都是>0，多数是取极小化问题。
（2）在数学模型中可以避免等式约束条件，它通常由结构分析来代替，因此约束条件多为不等式，约束函数一般是连续可导和非线性的。
（3）设计变量均为≥0。
（4）最优解一定位于可行域的边界上，而不在可行域的内部。约束优化的值可以以一个极具逻辑性的数学型式子来表示。它的解由合适的lagrangean函数平衡态求得。lagrangean函数为：L（s，，）=f（s）+Th（s）+Tg（s）。其中，f（s）是目标函数；s是优化设计变量，S（SL，SV）；h（s）是等式约束；g（s）是不等式约束；g（s），，是lagrangean乘数因子。
对lagrangean函数求导得鞍点平衡态，并考虑到KuhnTucker条件，即
sf（s.）+Th（s.）Tg（s.）=0
h（s.）=0
jgj（s）=0j≥0
上式是一组非线性方程组，可通过各种优化准则求得。
（二）两种优化方法
ANSYS有两种优化方法：主要包括零阶方法和一阶优化方法。零阶优化方法不采用函数的偏导数，将约束的优化问题转化为非约束优化问题。因为没有使用偏导数，它能解决相当多的工程问题，尽管收敛速度不是很快。在采用设计变量的偏导数方面，一阶方法的优化结果要比零阶方法好很多，但是使用一阶方法会面临相当大的计算量，耗时，而且一阶方法在不便计算一阶导数的工程方面使用不实用。所以，要实现优化搅拌叶片，应该采用零阶优化方法。ANSYS提供了关于这两种方法的一系列研究过程：分析――评估――修正的循环，即首先科学分析初始设计，再结合设计要求评估分析结果，然后再进行修正，如此循环往复的进行，直至设计中的每一个部分都满足设计要求。
二、搅拌叶片优化设计
使用最优化理论优化设计搅拌叶片，主要包括3个方面：第一，将实际问题抽象为最优化设计的数学模型。即确定约束条件，选择合适的设计变量，确定需要设计的目标即目标函数；第二，通过分析选择最优化方法，画出计算流程图；第三，按照流程图进行编程调试，计算出优化设计的结果，叶片的最优化设计可以归结为一个求解非线性规划问题，在本文中考虑到叶片的结构，采用有限元法进行分析，在求解无约束极值问题时，为了提高叶片优化的精度和速度，在零阶方法之前先进行直接搜索，即修正Powell法，修正Powell法放弃了逐次顶替搜索方向，而采用使新的搜索方向尽可能共轭的原则，即在每次获得新的方向S后，是否用它来替换原来的n个方向中的某些方向以及如何替换，都要根据使新的方向与原来的搜索方向“最接近共轭”的原则。
（一）建立搅拌叶片优化模型
搅拌叶片有限元分析模型采用形状规则的四节点四边形空间板壳单元，共划分10790空间壳单元。搅拌叶片承受来自新拌混凝土的各个方向上的力，可分解为周向和轴向两个方向上的力，约束叶片与罐体接触节点的6个自由度。图1为搅拌叶片优化有限元分析模型。
（二）搅拌叶片最优化设计模型
混凝土搅拌车的搅拌叶片通常采用板壳结构，影响叶片重量和寿命的主要因素为结构参数，如叶片的几何尺寸和板壳厚度。如果以结构参数为设计变量，搅拌叶片结构重量为优化目标，则叶片轻量化结构优化设计数学模型一般可表示为：minF（）=F（l，2，…n）
gj（）=gj（l，2，…n）≤0
hj（）=hj（l，2，…n）=0
=（l，2，…n）T
其中F（）为目标函数，用来评价设计方案的优劣，gj（）为不等式约束函数、hj（）为不等式约束函数，只有符合状态变量要求的设计才是合理的设计，m为不等式约束个数，P为等式约束个数。约束条件可以是强度约束、刚度约束、动态特性约束以及几何约束等。目前计算结构强度、刚度和动态特性最有效的方法为有限元法，因此要进行搅拌叶片结构优化设计必须将现代有限元法与优化设计技术相结合。
（三）选取设计变量
搅拌的形状一般可以由若干段连续光滑的曲线所组成，这些曲线则由各自的系数来确定其形状，这些系数就是所要求解的设计变量。只需一个设计变量B（4.5mm≤B≤5mm），B为叶片的厚度。
（四）选取目标函数
根据设计要求可选取叶片的体积或叶片上最小疲劳安全系数的倒数作为目标函数，在此选叶片的体积为目标函数，则目标函数表达式为：W（）=timin≤ti≤timax。上式满足Smin≤S≤Smax。式中：为叶片不同叶片构件的总数；ti和Ai（=1，2，…，）分别为第个叶片厚度和相应的叶片面积；timin和timax为第个叶片厚度的上下限值；W为搅拌叶片的总体积；s为叶片的强度计算值，Smin和smax分别为结构强度约束上下限值。
（五）确定约束条件
对搅拌叶片的优化造成直接影响的因素主要包括性态约束条件和几何约束条件。几何约束条件，即设计变量的约束条件，也就是必须满足各个设计变量要是正数，并且要有一个约束的科学上下界限。性态约束，即应力约束条件，在这种条件下搅拌叶片应力要≤屈服应力。为了有效实施叶片优化设计的方案，优化设计时，必须保证参数和设计变量满足相应的约束条件，即必须考虑到变形约束条件、应力约束条件、重量约束条件、疲劳安全系数和设计变量约束条件。一般而言，选择应力为约束条件的几率要大一些，因为最大应力的位置在循环中是不断变化着的，所以不能单单选择最大应力数值为约束条件。与此同时，还要避免选择每个单元的应力都为状态变量，一般叶片分为5段，选择每一段的最大应力值为约束条件，分别为0
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引言：
众所周知，不论在什么行业中，追求追优化的配置和设计是每一个行业从业者追求的目标。所谓的最优化设计，就是在诸多被选择的项目中根据自身的特点以及条件找到一种比较合理的，最节约成本以及实现利益最大化的设计方式与方法。
立足于工程结构的设计中，我们在最优化设计的过程中致力于将技术以及力学的相应概念做到最好的融合。在设计要求的基础上形成一些可以操作的，具有可行性的方案。进而通过科学的数学计算找到客观的，可以应用于实际的优化方案。在诸多工程结构设计的优化方案中，我们在选择了最佳方案的同时也就同时节约了成本，使得爱同样的时间内创造了巨大的效应，更加使得这些工程的工期变短，工程质量变的十分优良，是一种降低工程成本，提高质量的最佳选择则途径。
一、工程结构优化设计演变历史概述
对于工程结构设计，最开始是将直觉的准则法，如满应力准则法，满应变准则法等作为优化设计的基础性选择，在很长的一段时间中得到了很好的应用和成本的节约。一般来说，准则法的应用是为了主要提升单步设计变量修改幅度使之变得越来越大，并且在收敛速度上也有着显著的提升，但是这些不会改变结构的大小，也不会因为结构的复杂而改变。随着时间的推移，我们的研究者逐渐的将拓宽了优化设计的范围，从而数学规划法出现了。这就使得我们要针对一些特殊的工程进行很好的研究，因为这个时候的准则法已经不适用有所有具有个性的工程优化设计中了，主要是因为没有一些科学的，客观的理论准绳。与其相反，数学规划方法，站在比较科学的角度，对于结构设计有着严谨的研究，这样的算法能够有着科学性的展现。但是实际的工程结构优化设计一般都是有约束、非线性和隐式的优化问题.这两种方式都不是用于现代工程的发展和诉求。随之而来的就是模拟退火算法的出现.接着，到了二十一世纪，随着计算机的普遍应用，信息化以及全球化时代的到来，我们的研究方式与方法就随之而来了，在工程结构优化设计上有着很好的发展，诸多实用性方式出现，下面我们将做详细的研究。
一、 工程优化设计研究
1.为何设计---工程中结构不确定性的存在
在工程施工之前，对于其结构进行深入的分析和研究，并完成良好的设计是因为在工程设计以及进行的过程中，有着很多不确定性的存在。基于不确定性理论的工程结构优化设计主要考虑变量。但是出于安全性以及可靠性的角度考虑，先前的优化设计有些过时，我们要站在更新的角度上发展，所以之前的缺陷我们要有着很好的认识。主要分为以下几点。
第一， 缺乏结构可靠性的设计，不能保证稳定，安全。
第二， 没有对材料的可变性做出预算，不能真实的反映材料的参数。所以没有科学的数学建模可以支撑，难以形成最佳的方案。
第三， 在工程中存在着一些很复杂的施工情况，之前的设计不能很好的给予判断以及确定，这就使得我们的施工情况不能符合实际，没有真正意义上的达到最优。
2.工程优化设计方案研究
第一，形状优化。可以说，这种优化设计方案是当下比较流行的，主要是通过调整工程结构内外边界形状来改善结构性能和降低工程结构造价，其主要用来发掘工程系统构件的合理内外边界形状。具体上讲，这种优化也是将一些离散变量以及块体、板、壳类的连续变量包含在内。
第二，模拟退火算法。也就是通常所说的SA方式放大，也就是在施工的设计中进行固体加热，使之到达了一定的温度，进而在科学的作用下使之渐渐的变冷下来。因为在升温的时候，固体的内部结构法身了很大的变化，随着热能的增多内能变大，其中固体中组成部分也就是内部的元素也会随之变大。但是随着热胀冷缩原理的深入，当这个固体的整体变得冷却的时候，所有的元素变回到之前的一种有序的排列状态。也就是说，在固体中，元素因为在每一个趋近于平衡温度的时候都有着自己的平衡状态出现，最重要的是在常温的时候内能处于最小化状态，也就是我们所说的基态。这就是模拟退火算法.这种方法有着自身的好处，那就是：适用于离散型、连续型及混合型变量；鲁棒性、全局收敛性、隐含并行性较强，并且可以得到很广泛的应用。
第四， 粒子群优化算法。该种算法是近几年来比较流行的一种应
应用广泛，并有着实际用途的设计计算方式与方法。这个算法的研究十分奇怪，主要是来源于整个鸟群，从鸟群捕捉食物中找到灵感，这个算法是开始于随机解，并通过迭代寻找最优解，在设计的过程中不断的寻找一种适应度来找寻解的品质。这样的算法是比较方便以及会计的的，没有一些复杂的计算以及冗长的分析。是比较得到现代设计者以及施工方的喜爱的，效果也是比较明显的。
第五， 变密度法假设优化设计。可以说，变密度法假设优化设计
的主要设计对象是那些密度可以变更的材料，这就使得我们的设计具有一定的局限性。在设计的过程中我们要假定材料物理参数与密度间存在某种数学关系，并将所设计的材料的密度作为一种变量，致力于寻找到一种目标函数，这种目标函数以材料的最优质分配为主要目标。并且，我们在这种工程优化设计中可以找到一些优势或者是特色，具体来说，该种方式可以很好的展现出拓扑优化的本质特征，并且在实现的过程中显得比较简便，有利于操；同时这种程序的设计计算成功率比较高，但是精准度确实是不高，总而言之，这种方式的最大他点就是计算方法简单易行，但是适用范围十分受到局限，需要特定的材料以及特定的环境。
第六， 相对差商法和混沌优化相结合。该种范式是一种导出求解
离散变量桁架结构拓扑优化设计的混合算法，这种优化设计的计算方式和方法，将设计的体积最小最为最终目的。从而有力的实现了一种
拱坝的体形优化的设计和分析，在应用的过程中得到了很好的设计效果，节省了成本提升了利润。
最后，多目标优化。一般来说，多种目标优化方案就像字面上所述，不是一种单一的目标实现方式，而是在设计中考包含了多方面的设计方式以及方法，这样在计算的过程中，在实施的过程中保证了设计的安全性以及稳定性，更大的程度上实现了一种可靠性。在安全性的实现上，这种多元化的实施方案就要不断的加大结构的截面面积但是要取得最少重量的目标，在设计上就要使得截面面积变小。所以我们知道，这就不可能在全局上实现一种面面俱到的设计方案，所以，我们的设计管理者以及决定人，要在多方面分析只会走找到一个比好合适的方案做一个决定，并实施。可以说，这种多目标的优化设计对于工程系统决策是很重要，并有着很好的应用。
参考文献
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1 引言
结构力学是固体力学的一个分支，主要是研究在各种荷载、支座位移、温度变化等因素作用下，计算工程结构的刚度，稳定性以及强度的一种计算方法以及其组成规律的一门学科。传统力学有一定局限性，含义比较狭窄。在计算机出现之前，结构力学只能通过一些数学方程式，简化计算方法，进行大量实验来得到使用公式。而当第一台计算机在美国出现，这一切都发生了巨大的改变并使结构力学得到了迅速的发展。
计算结构力学在各种大型结构上都非常有用，可以整体分析各种工程结构，还可以不再被动地对其进行优化，二次设计，并提高了计算分析的正确性。可以说在工程科学中，计算结构力学的发展具有划时代的革命性意义。
飞机是人类在20世纪所取得的最重大的科学技术成就之一。现代飞机是一项极为复杂的工程系统，综合运用了各个方面最新的工程技术，力学在飞机设计中，是最为重要的一项工具之一。20实际60年代计算机的发明，使其可以计算更加复杂的程式，使飞机的各项设计更加精确和优化，并且与其他各种设计工艺相结合，产生了基于计算机的一体化设计方案。航空技术迅猛发展，对飞机的设计也有了更高的要求，要遵循结构上的耐久性和损伤容限设计，还需更安全，更轻量化。结构要达到飞机可以承受的应力水平外，细部的抗疲劳能力也是决定飞机寿命的一项重要因素。
2 计算结构力学在飞机强度领域的发展
2.1 发展历程
在航空界，计算结构力学主要作用于以下几个方面。辅助材料设计，结构试验和优化，复杂现象机理以及预计真实环境下飞机的性能和寿命等。
国际上，从五十年代起步，计算结构力学大概可以分为四个发展阶段。第一阶段主要是用简单的力法和二维三维位移有限元法来开发结构分析程序；第二阶段，目前市场中广泛运用分析软件如MARC、NASTRAN等都是在60年代开发出来并投入市场的，技术上，使用数值求解器使得线性静力等问题也得到了解决；第三阶段，计算机技术又发展到了一个新的阶段，各种处理软件，优化技术以及辅助设计系统都得到了完善和扩充；第四阶段，90年代至今，网络时代的迅速发展，使得各项综合科学技术都得到了全面的发展提高。
在国内，航空领域从70年代末起步就立刻快速发展起来，设计人员先后开发出如HAJIF、VEP等不逊于国外的结构分析软件，进入90年代，“计算机辅助分析系统CATAS”的问世，更是大大缩短了计算结构力学与国际上的差距，计算机进一步发展，可辅助试验设计，进行分析评估实验数据，并在分析结构破坏等方面都起着不可忽视的作用。
2.2 结构优化设计
结构优化设计在计算结构力学中是很重要的一环，广泛应用于航空领域。现代飞机制造的要求越来越高，在使用寿命，重量，机动性等方面的标准也越来越严格，为达到要求，各种适用于各个阶段机身制造的尺寸优化软件应运而生，使优化设计发展的尤为迅速。在概念设计阶段，结构优化主要是形式、材料等来进行布局优化设计，关键点在于参数化建模。主要是通过分析各种材料结构的弹性模型，计算其参数的变化，从而修正模型结构。
研制新型飞机的过程中，为了使分析与优化达到一体化程度，发展结构多层次细节的优化设计是非常重要的。根据飞机的航程、升限、飞行速度等性能的要求，在总设计中要综合考虑到多方面的情况，初步布局好相应的几何结构，然后按照此结构布局，进一步优化截面尺寸，对结构的有限元进行计算其在外载荷下的响应，并且对于一些细节部分，需要特别着重关注，对其关键部位进行进一步的优化分析。
飞机的设计是先进而复杂的，航空领域的结构优化设计已经从单一学科发展成融合多个学科的综合性优化设计。目前有三种方法。第一种方法适用于交叉学科研究。通常在涉及到两到三个交叉学科时，以其中一个为主，其他为辅。第二种方法是利用简单的分析工具，用一个计算机程序集成分析不同学科的设计内容，从而减少计算难度。第三种方法是改变单学科程序，综合优化设计整个系统。如利用我国自主研发的COMPASS系统为平台，进行气动弹性剪裁，就是第一种方法。第三种方法主要用于结构和启动学科的耦合设计。这要求设计者必须具备全面综的综合考虑各个学科之间的耦合关系的能力，根据其耦合关系，分解系统，调控框架，从而进行全局优化。
本质上，协同优化就是把一个多学科综合的复杂的设计问题分解为各个学科内的问题，然后通过某种办法来协调解决各个学科的设计结果。原有的问题被协同优化为两级。一个系统级和多个学科级，学科级之间并行。学科级应满足其自身所要求的约束条件，并且达到与系统级分配的目标函数差距最小的要求，经过学科级优化以后，再回传给学科级。从而使各个学科级子系统的差异性越来越小，达到最后最一致的设计结果。
3 飞机结构虚拟试验及展望
飞机结构强度虚拟试验是飞机制造中非常重要的一个环节。计算机结构技术使飞机结构分析技术得到了迅猛的发展，CAD/CAE等技术使传统的飞机制造流程得到了改变。有限元技术可以在设计飞机数字模型的时候，随时对结构进行性能评估并做出修改，不用进行花费较大的结构试验，大幅降低了设计成本。使用虚拟技术进行试验，进行结构认证，减少结构认证的时间。
早在1984年，英国NAFEMS就提出了在航空极其相关领域开展仿真实验的设想，欧洲在20世纪80年代也做过相应尝试。近年来，美国Boeing建立了协同虚拟实验并采用了积木式的虚拟验证方法，开发了如GENOA等高保真的破坏分析软件。
在航空领域，结构虚拟试验已经取得了巨大的发展，已经成为了结构分析必不可少的一部分，但还需进一步加强其可靠性，并进一步降低成本，加强细节。
积木式的认证策略被广泛应用于分析和试验各种飞行器，各种复杂程度不同的结构均可适用。通常从比较小的开始，再开始试验结构元件，组合件，最后再试验全尺寸，从而完成对整个飞行器的结构的检测分析认证。
如何准确预测结构破坏的强度，并分析出其评估数值，是虚拟实验技术的核心技术。需要建立多层次鲁棒性的结构模型，模拟破坏进程，采用迭代式的分析方法，进行相应评估，从而达到强度虚拟实验的目的。要达到此目的，需要基于大量试验结构数据作为分析要素。
结构虚拟试验软件是开放式的，通过对比方针数据和物理试验结果，可以不断的补充和完善软件功能，提高可信度。
4 结束语
计算结构力学在飞机强度领域已经得到了越来越广泛的应用。随着航空业的发展，飞机的低周期成本及飞机使用的多样化已经成为飞机发展的一个趋势。计算机结构力学顺应这种趋势，已经成为飞机制造的一项不可或缺的重要工具。结构优化设计和结构虚拟实验是计算结构力学在飞机强度领域的两个发展重点。通过集成化的结构设计软件，分析数据，优化设计，结合虚拟试验，构建模式，从而降低成本，缩短周期。
参考文献：
[1]张立丰，姚卫星，邹君.模块化飞机结构优化设计的等效多工况法[J].航空学报，2015（03）.
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中图分类号： TU318 文献标识码： A 文章编号：
近年来，由于经济体制和市场环境的变化，土地价格也在不断上涨，使得建筑工程在成本控制上面临的压力也随之增大。同时，随着人们生活水平的提高，人们对居住环境和居住条件的要求也较之以往有很大的提高，这就要求建筑产品要有更优秀的品质才能满足人们的需要。为了实现开发商和居住者的共同利益，那么就要在降低建筑工程造价的同时还要优化房屋的结构，因此，设计部门和人员就要在房屋结构设计中运用结构设计优化技术方法，在有限的空间里对有限资源进行合理利用，使其能够发挥出最优效果，实现房屋建筑安全性、经济性和适用性的最大化。
一、房屋结构设计中的结构设计优化方法
安全、美观、经济、适用且便于施工是建筑结构设计的五项基本原则，将结构设计和建筑美观密切配合起来，在各自发挥作用的同时相互协调，能够打造出赏心悦目的建筑。在房屋结构设计中应用建设结构设计优化技术，既能够使建筑的造型更加美观，又能够满足房屋结构的安全性、经济性和适用性原则。它是从优化设计房屋工程的分部结构和优化设计房屋工程结构的总体这两个方面来体现的。房屋工程分部结构优化设计方案有这几方面的内容：优化设计房屋的基础结构、优化设计房屋的屋顶系统、优化设计房屋的围护结构和优化设计房屋结构的细部。在这些优化设计方案中包含着多方面的内容，主要有工程的造价分析、结构选型、结构布置和结构的受力分析等方面。在具体的实施过程中，要从实际出发，结合房屋建筑工程的自身实际情况，将提高房屋建筑的综合效益为目标，来进行房屋结构的优化设计。
二、房屋结构设计中结构设计优化方案的应用
1、房屋结构设计中的抗震性优化设计方案
在进行房屋建筑工程图纸的设计时，按照抗震的等级来对房屋结构的设防进行分类，这是在国家《抗震规范》等相关规定的基础上，根据房屋的高度、烈度和结构类型来确定的。具体的优化方案如下：
对高层房屋建筑来说，在计算地震震力的振型组合数据时不必考虑耦联扭转的情况。如果房屋振型数大于3，那么在计算时要取3的整数倍，并且这个数据应该小于建筑物的总层数，如果房屋是1层或者是2层时，那么可以将房屋层数作为振型数。如果房屋结构并不规则，那么就应该考虑扭耦联转，同样拿高层建筑来说，房屋的振型数不应该小于9而应该大于或等于9；如果该项建筑房屋结构的层数较大，或者它的刚性突变系数大的情况下，那么在选取该房屋的振型数时应该多一些，例如在房屋结构中有转换层的情况，或者房屋顶部有小塔楼，又或者房屋内部是多塔结构，这时应该选取大于或等于12的数作为该房屋的振型数，但是需要注意的是，振型数仍然不能超过该房屋总层数的3倍。除非存在特殊情况，才可以选取更大的振型数，例如在房屋结构中含有弹性定义楼板，并且在刚性分析时采取的是总刚性分析的方法。
2、房屋结构设计中周期性折减系数的优化设计方案
在建筑房屋结构的设计中，对于房屋框架和顶盖来说，它实际表现的刚度往往会大于设计时计算的刚度，而实际的周期又会小于设计计算的周期，这是由于存在填充墙体的原因引起的。如果计算出来的房屋结构剪力偏小时，会引起房屋某些结构的安全隐患，为了避免这种情况而使房屋结构达到更好的效果，那么在房屋结构优化设计时就要适当折减它的计算周期。但是房屋的框架结构除外，在设计时不宜折减它的计算周期，必要时就取最小的折减系数。对于房屋的框架结构来说，它通常是采用砌填充墙的方式，因此应根据砌块和墙体的情况来决定折减系数。如果采用轻质砌块来填充或者墙体较少的情况下，折减系数应为0.7～0.8之间；如果完全是采用轻质墙体板时，折减系数可以取为0.9。
3、房屋结构设计中框架梁、柱箍筋间距的优化设计方案
房屋柱箍筋、框架梁等的设计中，要在符合国家相关规定的前提下来设定最大箍筋和最小箍筋的直径间距，通常将加密区的最大间距设为100mm左右，而将非加密区的最大间距设为200mm左右，然后来计算房屋结构的箍筋面积。设计人员在确定肢数和箍筋的直径时，要依据相关规范的规定来进行。如果有其他较大载荷存在于房屋框架梁跨中部时，或者存在次梁且箍筋仅为两肢时，而程序又为内定的条件下，就应该取200mm左右作为非加密区的箍筋间距。这样既能够提高间距为100mm的梁箍筋加密区的抗剪切能力，又使梁非加密区抗剪承载能力适当增强了。通过这样的优化设计方案，更能够充分体现出梁的强抗剪性能。
4、房屋结构设计中地下室的优化设计方案
在房屋结构设计中，如果是多层性的框架结构，一般都会设置地下室，而通常会采用板筏基础来建造，这是因为地下室的隔墙较少。在设计时应该综合考虑房屋的上部结构和地下室的层数，在图纸中的计算时应以地下室的实际层数为依据，这样可以一次性设计完成基础
底板和地基的纵向荷载。同时，通过比较和分析侧层移刚度性系数，可以对房屋的嵌固位置做出正确的判断和调整。为了保证楼板有必要的厚度且配筋率最小，可以采取适当的加固措施来进行构造；如果房屋的纵向结构不规则时，要加强最房屋结构中最薄弱层的验算。
三、在房屋结构设计中应用结构设计优化方案的意义
在房屋的结构设计中应用结构设计优化方案具有着重要的现实价值和实践意义。在满足房屋结构长远效益的基础上，应该尽可能的减少房屋结构的投资成本，并使房屋结构更为可靠和合理，以实现这样的目标为目的来进行房屋结构的设计。与传统房屋结构设计比较，运用建设结构设计的优化方案能有效降低房屋工程的造价，大约为10%～35%。运用现代化的设计理念来合理运用结构设计优化方案，可以将建筑材料的性能最大限度的发挥出来，充分协调房屋结构内部各单元之间的关系，其安全性也能达到国家的规定范围。同时，在房屋建筑设计中应用结构设计的优化方案还能提高房屋整体方案设计的合理性，从而实现房屋整体结构的美观、安全、经济和适用。
四、结语
在房屋结构设计中采用建筑结构设计优化方案，能够使房屋变得更加美观、适用、经济、安全。要使房屋结构优化设计在实际应用中发挥最大的功效，既要注重建设初期优化方案的制定，又要在施工过程中合理运用。在保证质量和安全的基础上，坚持房屋结构优化设计的新理念，合理选择结构设计优化方案并充分利用，对于建筑工程成本的控制和人们居住条件的提高都有着重要意义。
【参考文献】
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