发布时间：2023-08-31 16:36:37
序言：写作是分享个人见解和探索未知领域的桥梁，我们为您精选了8篇的工程结构优化设计概述样本，期待这些样本能够为您提供丰富的参考和启发，请尽情阅读。
关键词:优化设计;建筑结构;方案
Abstract: with the rapid growth of the economy, promoting the urbanization process pace and the building structure optimization design, is the realization of building ontology function and construction investment cost of the key method. Along with the national building economical society concept unceasingly thorough, building to connect to building structure and providers of optimization design put forward higher request. Building structure optimization design of project cost is to save one of the important means, and at the same time, the relationship between the safety of buildings and to maximize the benefit of investment.
Keywords: optimization design; Building structure; scheme
中图分类号：TU318 文献标识码：A 文章编号：
引言
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，3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。从建筑上分析结构设计优化方法，它主要体现在建筑工程分部结构的优化设计和建筑工程结构总体的优化设计量方面。
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。通过使用优化设计手段，达到这5个方面的最佳结合，符合现今建筑商对于建筑结构的效益的需求，也符合市场可持续发展的需求。
4.工程概况及应用实例
丽翠苑住宅小区位于中山市三乡镇，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.结束语
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结构师们共同的目标，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).
3.高立人,方鄂华,钱稼茹.高层建筑结构概念设计[M].北京:中国计划出版社,2005.
【关键词】深基坑；支护细部结构；优化；应用
前言：作为一项复杂的系统工程，深基坑工程在稳定性与可靠性都方面很大程度受支护方案的设计是否合理而影响，很多方案中存在极小误差便可使基坑出现失稳并增加工程造价等问题。对此对支护细部结构优化过程中应考虑到施工环境与施工状况，实现工期缩短并使造价得以节约的目标。然而现行优化支护结构方面仍存在一定的不足，需在此基础上采取相应的优化措施以使设计质量得以提高。
一、支护结构优化的相关理论概述
对深基坑支护的概念，根据以往学者研究可将其概括为利用支挡方式实现对深基坑周边环境的保护以及侧壁的加固。目前支护结构在深基坑中的应用若从结构原理或应用材料性质角度，主要可划分为边坡稳定式、水泥土挡墙式以及板墙与排桩式三类支护体系，需在设计与开挖中以工程实际情况包括经济因素、环境因素、地质气候条件、材料应用以及施工技术等进行结构型式的合理选择。同时需提及的是在设计支护结构方面首先需做好方案的优化工作，其具体指为根据深基坑设计要求与施工目标等进行方案的确定。目的在于深基坑工程中关于支护结构方面在选择过程中存有许多制约因素，无法利用普通施工中根据费用最低的要求进行决策，因此引入多目标决策模糊方式进行方案的优选。在完成方案确定后，具体施工前还需保证地下水位至少保持在基坑底1.0m以下，同时设置相应的支撑靠梯，避免存在踩踏支撑进行作业的情况[1]。
二、优化支护细部结构中存在的主要问题
尽管现阶段我国在深基坑支护技术方面已逐渐趋于完善，且从许多相关理论内容与实践中都可寻找相关的优化方法与模型。但从整体深基坑工程方面因支护结构的不合理设计仍会出现较多的安全事故问题，其原因在于支护技术方面存在一定的不足，具体表现在以下几方面。
（一）优化细部结构设计方面存在的弊端
优化细部结构过程中若以数学语言进行描述主要需考虑到如何选取变量、构建目标函数并确定相关的约束条件等内容。但如前文所述深基坑支护结构本身受较多不确定因素影响，设计中存有许多离散变量，一定程度上使优化过程中易出现组合爆炸问题。为简化优化细部结构设计过程，通常需利用基本李学内容对其分析，这就要求充分考虑支护结构的安全性、土压力等内容，将造价最后为设计的主要目标进行函数的优化，以此得出相应的设计模型。由此可看出，该过程在实际操作过程中需考虑许多学科内容且涉及极为繁琐的计算过程，是细部结构设计优化的难点所在。
（二）深基坑支护方案存在的问题
深基坑支护的合理设计要求提供符合施工要求的具体方案。以往许多设计人员与学者在此方面提出极多理论性极强的设计模型与方法，要求施工决策人员与操作者需掌握更多学科内容，不具备较强的实用性，导致具体设计过程中仍以工程人员依靠个人经验进行具体判断。同时在支护方案构建方面，虽然关于细部结构如何进行优化设计已提出许多策略，但如何构建深基坑支护方案集仍不完善，其要求实际施工时对施工相关条件如水文地质条件、经济因素以及环境因素考虑其中。因此，深基坑支护方案的缺失或不完善成为制约细部结构优化的主要问题[2]。
三、完善支护细部结构优化的具体路径
（一）对优化细部结构的内容与设计原则进行明确
在优化内容方面，完成支护方案确定后主要优化设计相关的支护参数，如施工方案中体现的锚支护，在细部优化中便需对锚杆的具体设计位置、桩距数等内容进行体现并优化。而在设计原则方面，要求满足相关施工规范标准的基础上，注重对支护结构的相关设计要求如强度、滑动位移以及沉陷等考虑其中。同时需对支护高度与基坑平面位置进行确定，分析如何利用当前技术优化相关的支护参数等。
（二）优化细部结构设计的路径
优化过程中主要从四方面进行，即：首先，进行设计变量的选择。要求将趁机坑支护结构的相关参数如结构形状、尺寸等内进行分析，将变量数量作为优化细部结构设计的准数。其次，进行目标函数的确定。目标函数的确定要求立足于优化设计的主要目标对工程完成准确定位，如其中是否满足经济型目标或结构位移偏量的控制等方面，需通过目标函数进行体现。再次，做好约束条件的明确工作。具体将设计变量在去职过程中限定在一定区间范围内，保证设计时符合约束条件要求。最后，设计模型的构建。在完成选取设计变量、确定目标函数与约束条件的基础上便需进行细部结构优化相关模型的构建，使其在符合约束条件要求时保证目标函数中的相关数值为最优，可采用最大值或最小值对最优值进行描述，以该设计模型为指导完成具体设计过程[3]。
（三）具体工程实例分析
以我国某地区工程为实例，其场地地面标高大约在46.65m左右，且地下室埋深为24.8m。根据实际勘测调查，场地在地震设防烈度方面控制在8度，被划入第一组地震分组，综合分析该场地为能够建设的一般性场地。而在水文地质方面，通过勘察结果得出地下水在30.0m之内可细化为三层，其中一层在埋深方面为4.80m左右，属上层滞水。第二层在埋深方面约为19.10m左右，属潜水，多以大气降水为补给方式。第三层埋深则在23.41m左右，主要以卵石层为主，分析其可能向承压水方面进行转变。完成勘察与分析过程后便进行深基坑支护方案的确定，首先在护坡桩方面将预搅拌混凝土应用其中并利用旋挖钻机完成成孔过程。其次在预应力锚杆方面，要求结合国内与进口锚杆钻机完成成孔过程，并对成孔直径进行控制。最后利用桩间土支护的方式，将钢板网片在表面进行铺设，在其中植入短锚筋，并完成混凝土的喷射过程。但注意该过程实施前需做好喷射厚度与钢筋直径的计算等。完成支护方案设计后，便需优化细部结构的设计，针对该工程实际情况，在支护方案中主要考虑护坡桩问题，将5道预应力锚干设置其中，在支护高度方面设计为24.80m，并对桩顶设计的标高、护坡桩桩径以及混凝土强度等方面严格控制。通过优化设计后，发现在支撑道数不变的情况下可优化支撑位置，且通过桩间距的控制无需利用过多配筋量，很大程度上减少施工成本，具有明显的优化效果[4]。
结论：支护结构的优化是保证深基坑整体结构设计合理的重要途径。实际优化设计过程中应正视深基坑支护结构优化的内涵，立足于当前优化设计过程中存在的不足，在此基础上通过方案的确定、变量的选择、目前函数的确定以及相关模型的构建完成优化设计的具体计算，通过文中的实例也充分说明在保证设计方案等合理的情况下，只需探求其中既可满足经济效益提高又符合结构安全标准的平衡点，便可实现支护细部结构优化的目标。
参考文献：
[1]丁敏. 深基坑支护细部结构优化及应用分析[D].重庆大学，2012.
[2]潘威，赵轩.深基坑支护细部结构优化及应用分析[J].建设科技，2015，07：109-110.
关键词：结构设计， 建筑结构 ，优化方法
Abstract: the architecture is solidification of art, architecture, to reflect exquisite must will structural design and beautiful design reasonable collocation. Housing structure design has been seeking the safe, applicable, economic, beautiful, and construction and five effect. The need to design department or design personnel strictly abide by the five kinds of effect principle, make rational structure design, the application of the modern science and technology optimization method, realize the most effective play limited resources, finish to lower the project cost and get people to the goal of material and spiritual needs. The current, building structure design of the building structure design optimization method has been widely applied to the actual start of project, this paper the structure design optimization methods reflect of theory, the structure design optimization method of application and practice are analyzed and discussed.
Keywords: structure design, structure, optimization method
中图分类号：S611文献标识码：A 文章编号：
1房屋结构设计中的建筑结构设计优化方法的理论概述
1.1房屋结构设计中建筑结构设计优化方法的理念及意义
在进行工程项目的结构设计过程中，除了要考虑设计对象的基本使用功能和兼顾其安全适用性以外，还应尽可能将设计对象设计的更加完美，这就是结构设计优化问题。定义为工程结构在满足约束条件下按预定目标求出最优方案的设计方法。随着我国社会精神文明建设的不断发展，人们对于居住环境精神领域的追求已然形成一种时尚。对于人居环境的改善，其根本主要体现为美观与结构之间的协调、配合，使得建筑工程满足美观的同时也能实现在经济规划方面的实际意义。
房屋结构设计中建筑结构设计优化的内容主要是通过对基础结构、屋盖系统结构方案、维护系统结构方案等其他结构综合进行设计的过程。在整个过程之中强调的是一切从实际出发，紧贴工程进度、发展的实际情况，以控制工程造价成本为中心的结构优化设计理念。
1.2建筑结构设计优化方法的实践价值
与传统的设计相比，在设计中采用优化方法可以使建筑工程造价降低5%~30%，可以尽量减少建筑结构的近期投资并提高建筑结构的可靠度。结构设计优化方法的应用能充分利用材料性能，对结构内部的各个单元进行协调，规范建筑结构安全度，为建筑整体布局提供合理决策。
2结构设计优化方法在建筑结构设计中的步骤
(1)整体优化模型
房屋结构设计优化方法一般从三个方面展开。第一，选择设计变量。在设计过程中将所要选择的描述结构特性的参数确立为设计变量，比如目标控制参数和约束控制参数。而将那些变化范围不是很大或者对设计要求而言局部设计考虑就能满足设计要求的参数确立为预定参数，这样做可以大大减少计算、编排、设计的工作量。第二，确定目标函数。寻求一组可以满足预定条件的钢筋截面积和截面几何尺寸以及是小概率，已达到总费用最小。第三，确定约束条件。房屋结构设计的约束条件包括强度和稳定约束、截面尺寸约束、结构整体约束、构建单元约束、正常使用状态下的变量从上限到下限的约束条件等。在设计时，若要使结构设计优化方法应用于实际房屋工程，则必须通过建筑结构设计中实际约束条件与目标约束条件相比较，保证每项约束条件都能符合规范，实现最优。
(2)设定优化设计计算方案
由于房屋结构设计中适用性优化问题较为复杂，属于多变量、多约束非线性优化问题，所以在计算当中，通常是将有约束优化问题转化为无约束来求解。其中可以利用的结构优化设计计算方法有拉式乘子法、复合形法等。
(3)进行程序设计
根据在以上整体优化模型和选择优化设计计算方案的基础上进行编制，做出功能齐全、运算快速的综合程序。
(4)结果分析
在得出计算结果后，对结果进行分析，最终确定理想的优化设计方案。
笔者以上叙述了结构设计优化方法在建筑结构设计中的步骤，考虑到建筑工程投资数额巨大，涉及范围较广，所以在具体执行过程中应当从多角度全方位的考虑问题。正确处理技术与经济之间的关系，不能仅仅为了节约资金就忽视建筑结构设计优化技术、方法。在设计中不但要保证技术上的合理要求，还应控制投资不被浪费。
3结构设计优化方法在房屋建筑结构设计中的应用
结构设计优化方法在实际应用中主要是在不改变房屋建筑使用性能的前提下，利用结构优化设计技术达到降低工程成本、提高经济性的目的。一般应用在建筑的整体设计、前期设计以及抗震设计等各个阶段，在以下笔者分为三方面逐一进行论述。
3.1结构优化设计方法应注重前期参与
房屋建筑项目属于长期的投资计划过程，所以说在实际当中非常容易受到影响，故而前期方案就显得尤为重要。目前存在的主要问题就是设计人员在前期方案阶段忽视结构设计优化方法，在设计中不考虑建筑结构的合理性，这样持续下去在后期必然会因为增加结构设计困难而加大成本投入。要知道前期方案的确定的好会会直接影响到总投资成本的高低，所以在前期方案阶段使优化设计参与其中，能够有效避免投资过多所造成的浪费。
3.2概念设计优化方法在建筑结构设计中的作用
对于同一建筑工程结构设计方案在结构优化设计方法的布置上均会出现多种不同的情况，即就是几经确定了建筑物的结构设计布置，在不同种荷载情况下也存在着不同的分析方法。而且在分析的过程中，设计的参数、材料、荷载、承载能力的取值都不是唯一的。尤其是建筑物细部结构问题的处理更是复杂多变。应对以上问题要想单纯利用计算机是无法实现的，作为工程设计人员就必须根据自己的判断展开设计，但是这种判断只适用于一般规律指导下进行，所以说概念设计优化方法在没有具体数值量化的情况下作为辅依据，可以避免设计偏差，从而达到最佳效果。
3.3概念设计处理的实际建筑工程结构设计问题
在这一问题上我们所希望的是通过概念设计，能使房屋建筑工程结构在遭遇各种外力作用下不受破坏会将破坏程度降到最低，因此对可能遭遇的破坏因素进行分析就显得尤为重要，这里必须提到的一个因素就是地震，因为地震无法预测而且破坏力极强，所以在对房屋结构的设计中就应当考虑到工程区域在历史上的地震活动情况和自然灾害发生情况，根据这些未雨绸缪，从计算及构造等各个方面入手采取一些提高抗震、抗灾害的措施办法。若要构建这样的结构优化设防思想，就必须把概念设计作为重点。
4结束语
综上所述，可以说对房屋结构设计中的建筑结构设计优化方法的研究是一项非常复杂的综合性问题。我前边增提到，安全、适用、经济、美观、便与施工等五种效果是房屋设计优化的原则，但是这五种效果之间又相互独立、相互矛盾。所以尽管在结构优化技术已经广泛应用的今天，如何使这五种因素更好的融合仍然需要我们在以后的应用实践中多探索、多积累，达到一种用最低造价实现最佳效益，既美观又合理，鱼和熊掌兼得的设计效果。
参考文献：
[1]张炳华.土建结构优化设计[M].上海.同济大学出版社.2008，34-36.
[2]张友鸿.优化结构设计减少建筑投资成本[J].陕西建筑.2008（09），12-13.
关键词：结构设计；优化技术；存在问题
中图分类号：TU318文献标识码： A
引言：
目前，建筑在我们的城市建设当中所占的比例是越来越大，结构设计是其中极为重要的一个环节，通过优化设计手段进一步加深对结构优化设计中的重要性认识，创造合适的条件，确定合理的目标，采用科学的控制方法，各个方面达到最佳结合，降低工程的总造价，这不仅符合现今建筑商对于建筑结构效益的追求，也是市场可持续发展的需求，更是适应绿色环保的要求。
一、建筑结构设计优化概述
对于现代的建筑来说，任何建筑物的设计都要包括建筑设计、结构设计、给排水设计、暖气通风设计和电气设计等。所有的设计都要遵循以下四步：方案设计―结构设计―构件设计―绘施工图。建筑结构设计的基本要求，即是对建筑物结构的强度、刚度以及稳定性的设计计算和验算，使其满足各自对应的容许条件，从而保证建筑物结构的可靠性和安全性。建筑结构设计主要是指建筑基础结构和上部结构。由于建筑工程所涉及到的内容非常丰富，建筑结构设计优化所包含的内容比较丰富，其中包括以下几个方面的具体内容，第一，基本结构的总体和分部优化；第二，以建筑的基本功能要求和舒适性要求为基础，对建筑结构的造价进行控制，也就是要对造价进行最优化设计。
之所以对建筑结构设计进行优化是因为优化设计能够实现对有限的空间和资源进行充分利用，提高各种设备和材料的使用效率，相关研究统计数据显示，建筑结构的优化设计与传统设计相比能够节省5%～33%的工程造价，因此，在建筑结构设计中要积极应用建筑结构优化设计技术，以推动建筑工程企业的常远发展，实现资源的充分利用。
二、关于优化设计技术中存在的问题
1、重视结构尺寸，忽略结构整体
设计人员优化建筑方案时，通常根据已给的条件来规划，以符合条件的构件截面要求，而忽略了整体结构的优化性。其实形状的优化设计要比尺寸的优化重要得多，单纯的尺寸优化不能满足优化结构的需求。不少设计人员片面的认为结构方案和布置规划经过计算机软件对上部结构的分析后，一旦构件截面符合计算结构的规定，对于地基部分，特别是软地基部分，上部结构重要性就变低了。所以设计人员一般对上部结构的构件截面没有足够的重视。
2、优化目标不能完全符合工程的需求
在实际优化设计过程中，时常伴随着很多难题，因为工程设计工作中的约束条件较多、建筑功能的限制性较多、变量也多等一系列不确定因素，致使目标函数仅能获取相对的最优解。当今利用计算机软件来优化截面，仅仅几次试验根本无法实现预期效果。因此设计的进度与时机都限制了优化方法的实现。
3、离散变量问题
由于建筑物尺寸、型钢规则型号、钢筋等都是变量，如何获取配筋和截面的最优解？如何同时满足结构正常使用状态和承载力极限状态？如何考虑结构大震、中震、小震计算？传统的梯度算法、对偶算法已经不能满足当今的工程设计需要。当前随着问题日益增多，引发了计算量剧增的组合性爆炸难题。
4、建筑结构设计与经济成本之间的关联
层数和建筑本身的成本有着非常紧密的关联，由于层数变多了，为满足抗震设防的要求，所选取的结构受力方式会发生改变以及构件的总体体量就会变大，而且相应所受到的地震力和结构的本身重量增加，导致竖向构件、基础的配筋率变大。要是降低建筑总高度的话，就能够节省物质，而且对于结构抗震来讲也很有益处，对于建筑方面，也能缩小建筑之间的日照距离，取得节约用地的效果。在相同建筑面积时，建筑平面形状不同，建筑的外墙周长系数也不相同。显然平面形状越接近方形或圆形，外墙周长系数越小，外墙砌体、基础、内外表面装修等也随之减少；对于结构方面，建筑体型均匀，利于构件水平方向及竖向的规则布置，避免薄弱层，减少结构计算时间，降低施工难度。考虑到上述综合因素，单体建筑的平面布置越规则，越能节省造价。
三、 结构设计优化技术在建筑结构设计中的应用
3.1 直觉优化技术与建筑结构设计对于同一建筑方案，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、荷载的取值也不是惟一的：细微之处的处理更是不一样的，此类内容经由电脑是无法有效的分辨的，要靠着工作者自己辨别。此项判断必须在设计的常见规律的指引之下开展，其就是之前讲到的概念设计内容。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。
3.2 概念设计处理的实际建筑设计问题该项设计要分析的内容非常多。人们都是希望能够借助于该项设计，确保结构在各项力的干扰之下不受到影响，或是把这种影响降到最小。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，不利于抗震的作法则应尽量避免。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；多道设防思想能使建筑在特大地震作用下次要的构件先破坏，消耗一部分地震能量。这些抗震设防思想在整个设计过程中都应该作为概念设计的重要指导思想。
四、如何对建筑结构的设计进行优化
1、关于建筑结构的规则性问题。新的建筑设计规则在这方面的内容出现了较大的变动，新规则在这方面增添了相当多的限制条件。因此，建筑结构工程师在遵循新规则的这些限制条件上必须严格注意，每一步设计都要按照规定去执行，以避免后期施工图设计阶段工作的被动。
由于针对建筑结构规则性问题应采取相应的优化结构设计措施有：结构设计始终要牢记“强柱弱梁、强剪弱弯、强压若拉原则”，注意构件的延性性能；加强薄弱部位；注意钢筋的锚固长度，尤其是钢筋的执行段锚固长度；考虑温度应力的影响力。
2、结构的超高关键问题。对于超高限建筑物,应当采取科学谨慎的态度。因为在地震力作用下,超高限建筑物的变形破坏性态会发生很大的变化。随着建筑物高度的增加,许多影响因素将发生质变,即有些参数本身超出了现有规范的适宜范围,如安全指标、延性要求、材料性能、荷载取值、力学模型选取等。因此，必须对结构的该项控制因素严格注意。
所以在优化设计时，针对抗震规范和超高规范，设计中应对结构的总高度有着严格的限制，尤其是新规范中针对以前的超高问题，除了将原来的限制高度设定为A级高度以为，增加了B级高度，处理措施与设计方法都有较大改变。在实际工程设计中，出现过由于结构类型的变更而忽略该问题，导致施工图审查时未予通过，必须重新进行设计或需要开专家会议进行论证等工作的情况，对工程工期、造价等整体规划的影响相当巨大。
3、嵌固端的设置问题。不仅关系到结构中某些构件内力分配的准确性,而且还影响结构产生侧移的真实性,以及结构局部的经济性,由于多层建筑通常都带有地下室和人防，嵌固端有可能设置在地下室顶板，也有可能设置在人防顶板等位置。
如何对嵌固端进行结构设计优化，需要做到：多层建筑在进行结构分析计算之前必须首先确定结构嵌固端的所在位置,在这个问题上，结构设计工程师需要注意如下几个方面的问题如：嵌固端楼板的设计、嵌固端上下层刚度比的限制、嵌固端上下层抗震等级的一致性、在结构整体计算时嵌固端的设置、结构抗震缝设置与嵌固端位置的协调等。而忽略其中任何一个方面都有可能导致后期设计工作的大量修改或埋下安全隐患。在建筑设计中，结构工程师应尽可能少采用或不用短肢剪力墙，以避免给后期设计工作增加不必要的麻烦。
结束语：
对于任何的建筑来讲，建筑是凝固的艺术，建筑师总是希望通过建筑物表达自己的设计意图，力求艺术性和实用性的完美结合。结构师在保证安全性的前提下，当然应该敢于挑战新的结构形式，使建筑师的意图得以实现。在开展设计的时候，要在合乎其思想的前提下，保证平面的布局规整，降低质量和刚度中心间的不同。确保建筑体在横向的受力性的干扰下不会存在很严重的扭转反应。对于竖向的布局，要在合乎功能规定的背景之中，保证竖直方向的承重件是连通的。在可以不使用转换层的时候就不用，以此来降低结构分析以及设计层次中的面对的一些不利现象。而且它还会使得应力聚集。要保证竖向的刚度是逐渐发展的，以此来防止应力聚集。其对于提升横向的受力性来讲益处非常多。
参考文献：
[1]邹俊.住房结构设计优化方法在住房结构设计中的现实应用[J].科技传播，2010
关键词：幕墙结构；优化设计
中图分类号：TU318 文献标识码：A 文章编号：
Abstract: In this paper, according to the work experience for many years, the construction curtain wall structure optimization design for a more detailed analysis and discussion, and to meet the requirements of the advanced technology and apply, safety, to realize the economic reasonable target maximization, make the production cost of curtain wall to the most economic requirements as far as possible.
Keywords: Curtain wall structure; Optimization design
一、 概述
建筑幕墙的优化设计是最优化设计方法在建筑幕墙设计领域的应用。幕墙的最优化设计，简单的说，就是从所有可能的设计方案中，寻求最优的设计方案，以最大限度地满足设计所提出的目标。
最优化的理论和方法是随着计算机的迅速普及而发展起来的，正因为最优化的宗旨是追求最优目标，这就决定了它的应用价值，最优化问题的解决意味着在相同条件下获得最优的方案、最好的效果和最优的经济指标。最优化的应用和推广，必将使建筑幕墙的设计提高到一个新水平。
目前,幕墙的设计，多采用类比法，参考已有的设计或经验数据，进行分析对比，从而确定所需的设计参数。也有选择有限的几种方案进行计算，最后根据设计要求确定一组较好的设计参数。一般来说，这样确定的设计方案，不是最佳的设计方案。但是，如果采用最优化方法进行设计，则可以获得最佳的设计方案。
最优化设计方法，是根据设计要求建立数学模型，选用有效的最优化计算方法，设计编写优化软件，在计算机上完成设计计算，最后获得最佳的设计方案。
二、优化设计模型的建立
幕墙优化设计首先要解决的关键问题就是将工程实际问题转化成数学模型,
建立数学模型的三个基本要素是:目标函数,设计变量和约束条件。
1、 目标函数
目标函数是设计所追求的目标，它是用来衡量设计方案优劣的目标。幕墙优化设计可以是优化结构形式、确定优化的截面尺寸、成本最低、生产率最高等。
目标函数分单目标函数和多目标函数。单目标函数的求解比较简明准确，而多目标函数的求解比较繁琐。
当前，幕墙优化设计开展的工作主要是优化截面尺寸，使得幕墙的结构重量最轻。
玻璃幕墙中横梁的截面示意图见图1。图及以下公式所用的符号，除标明者外，皆与现用的《玻璃幕墙工程技术规范应用手册》以下简称《规范》相同。
图1横梁截面示意图
由图1可知，横梁的设计方案是由参数b、d、t、h进行描述的，但实践经验与计算结果表明，起主要作用的是h、b。 笔者曾以h、b为设计变量在计算机上进行优化，未能找到合理的优化解。所以，本文仅以h为设计变量，b、d、t为预定函数，既为优化设计计算带来很大的方便，又不影响到优化的效果。
由图1可知， 横梁净截面积为：A 。即：
A
故目标函数为：Z=（1）
2．设计变量
是设计变量。
幕墙的一个设计方案,一般可用一组参数来表示,在这些参数中,有的是预先确定的,即在设计过程中固定不变的量,即设计常量,如材料的弹性模量E、材料的泊松比γ、材料的线膨胀系数α、材料的强度设计值等等；有些参数实质上不是常量,但在某些具体问题中可以看成常量,如风荷载,它是与地区、建筑物高度、建筑物所处的地面粗糙度、建筑物的体型等有关的量,但有的时候、有的情况下，可以作为常量处理。另一类是在优化过程中经过逐步调整、最后达到最优值的独立参数,叫做设计变量。优化设计的目的就是使各个设计变量达到最优的
组合。优化截面尺寸的设计中,截面的几何参数、物理参数就是设计变量。
应当指出,合理地确定荷载和作用,是幕墙设计中十分重要的工作,作用在幕墙上的荷载有重力荷载、风荷载、雪荷载,此外还有使结构产生变形和内力的作用,有地震作用、温度作用。如果取值过大,所设计的结构尺寸会偏大,造成浪费；如果过小,则所设计的结构不够安全。
设计变量的个数就是优化问题的维数,若有n个设计变量X1,X2,…,Xn的优化问题,变量按一定次序排列就构成一个数组.设计变量的个数越多,设计自由度就越大,容易得到比较理想的设计方案,但随之而来的是,使设计复杂起来,优化计算更加困难,所以,应尽量减少设计变量的数目,将一些参数定为设计常量,而只将那些对目标函数影响较大的设计参数确定为设计变量,以使优化设计容易进行。
3．约束条件
约束条件也叫约束函数，是设计变量本身或者设计变量之间应遵循的限制条件的数学表达式。
在优化过程中，设计变量不断改变其数值，以望达到目标函数的最小值。但设计变量的改变要受到限制和约束，设计变量在设计中的取值范围、上下边界也都必须有一定的限制，它们都是设计变量的函数。
为了保证幕墙结构能正常工作，在设计每一构件时，首先要使构件在外力作用下不破坏，即每一构件要有足够的强度。第二要考虑构件在外力作用下要变形，但变形不能超过某一允许范围，即每一构件要有足够的刚度。最后，构件在外力作用下，可能原来的形状不能继续维持而要突然改变，即原来的平衡形式不能保持稳定。幕墙构件设计时，应当考虑以上三方面以及参数本身、构造方面的要求，以数学表达式的方式写出。但对具体工程的具体构件，往往有时只考虑某些主要方面，有时可以以强度为主要的，有时则可能以挠度为主要的。假如所设计的构件能符合强度、刚度和稳定性的要求，就认为设计是安全的。
一般而言，横梁在设计中应考虑强度、刚度、整体稳定、局部稳定。立柱应考虑强度、刚度和局部承压。拉弯构件应考虑强度和刚度。压弯构件应考虑强度、整体稳定、局部稳定和刚度。
幕墙结构的连接通常有焊接、铆钉连接和螺栓连接。与主体结构的连接有前置式的预埋件连接，后置式的膨胀螺栓连接（有的省市禁用）、化学锚栓连接、穿透螺栓连接等。
三、 实例计算
一幕墙工程，48层,H=144m，7度抗震设计，基本风压WO=0.48kN/m2，双层中空镀膜玻璃，铝合金型材。最大的玻璃尺寸：1.5×2.1m,引用例题中的如下计算数据： =2.68× N.mm； =0.37× N.mm； 1500mm； =6.8 N.mm；=1.12 N.mm。令b=120mm，t=3mm，d=3mm，求得h=71mm，Ao=1110mm2。
附设计（非优化）的结果b=130mm，t=3mm，d=4mm, Ao=1292mm2。
优化设计可节省造价： 。
表1 列出几种不同的b、t、d时，h的优化情况。
四、结束语
建筑幕墙是关系到人民生命财产安全的行业，国家实行生产许可证制。对建筑幕墙的要求是，安全可靠，实用美观和经济合理。优化设计就是解决安全与经济效益之间矛盾的最佳选择，在确保安全可靠的前提下，获取极大的经济效益。
实践表明，最优化设计除安全适用外，可做到重量最轻（可节省10%～14%左右的材料）、成本最低、节省能源、加工制作和安装施工劳动力最省、工期最短。使建筑幕墙设计做到技术先进、经济合理、安全适用、确保质量。
关键词：结构设计；技术；房屋建筑
1概述
房屋建筑的灵魂是优秀的结构设计，同样的，建筑整体的质量提升也不能离开结构设计。现代的人们，随着生活水平的提高，对建筑的要求也越来越高，因此，创新和多元就成为建筑设计新代名词。形态设计上的创新性和多元化不是想能实现就可能的，首先要工作者应该先考虑到建筑结构设计本身的因素，安全、实效等，不然建筑的质量和安全就会受到很大的影响，并且人们的生命财产安全也会受到很大程度的威胁。
2结构设计优化技术的注意事项与相关作用
2.1房屋结构设计的优化技术
2.1.1节省工程造价。在房屋建筑结构的设计整个过程中，整个房屋建筑的质量作为重点是需要第一时间被设计人员重视的，在此基础上，将房屋的工程整体造价给减少。据国内部分地区的项目优化可知，房屋项目的总体施工成本只要是建立在整体优化房屋结构之上的，成本都会比初步制定的原方案要低，这样建筑项目工程的整体性能就更加有保障了。
2.1.2建筑结构的安全性应该如何去保证。在建筑设计全过程当中，需要保证结构安全就必须优化技术应用。在实践工作当中，设计工作人员也会在初步设计图纸的原有上，将先进技术进行综合的利用，扩大一步优化房屋建筑结构的整体性，让建筑结构的安全性能得以更大的提升。
2.2在结构设计优化技术中需强调的事情
2.2.1重视工程前期的项目工程。设计是房屋建筑的项目的核心，建筑性能、功能、施工质量等是直接受到设计质量的影响。所以我们在应用的优化技术里，首先应该注意目前的前期工作，将每一个大小技术环节加入到房屋建筑结构设计里，在根据设计的相关结果，使得技术优化提议能够做到更加的有效、安全以及可靠，进而使得项目初期的稳定过渡更加的有保障，在整个房屋结构中，后期结构优化分析的思想能够被充分的给表现出来。
2.2.2应该着重重视内部结构的优化设计出现的问题。在设计建筑结构内部时，对房屋建筑整体结构的优化有深厚的认识是设计工作者应该做到的，对于内部结构的对应优化，作为一个好的设计者应该给予该有的重视度，不能够轻易的忽视掉这一块，在工程项目的各个方面都要体现出“优化设计”。
2.2.3与计算机等新型技术进行配合。随着国家经济水平的飞速高升，信息化也随之发展起来，在未来工程项目当中，其发展的主要方向就是结合好优化技术以及计算机技术。进而将房屋建筑结构设计中的应用分析进行进一步的优化。
3建筑结构设计优化
在房屋建筑结构设计上来言，工作人员要做到能够保证建筑结构的安全性、耐久性与功能，满足客户的要求是房屋结构进行设计的最终目的，在此基础上在使得建筑能够具备更加多的价值，如：建筑除了其自身美观性能之外，其还具备照明功能等一系列的功能。而将设计进行优化这方面，则需要在初步建筑的设计的原有上，加深对建筑结构的可行性的分析，并在这个基础上，通过多种多样的措施将施工经费降低。现今，普遍被引用进去的优化技术思想有以下几点。（1）参数变量的理智选择。在房屋建筑结构的设计工作中，专业的设计工者在进行工作时，大都会大量收集与工程有关的的资料，并将其充分的利用。比如，房屋价格的参数、预期时发生的损失都是最为常见的建筑工程目标的参数。在优化设计的进行里，设计工作者应该具备分析突发事件的能力，以避免参数发生变化给整个工程造成的影响，影响正常的完工。在优化分析当中，设计工作者应该准确的判断和选择变化较小的参数和影响因素较弱的参数当作设计的指标，这样一来对于建筑的结构设计、编程等工作作业的难度会降低很多，设计工作者的目标点也很容易进行确定，进而进行再次设计。（2）函数的确定。在优化设计中，类似函数中获取目标函数是每个设计人员通常会做的。如：在钢结构施工中，设计工作者的测量会选择一开始就设定好的房屋的横截面尺寸以及和钢筋的尺寸面积最一致的函数来进行，十分仔细的分析组函数的性质，最终从钢结构项目的施工中，将成本给控制住。
4在钢结构中的应用
建筑材料质量对结构的整体性能的影响是在钢结构的设计里最关键的一点。其在优化应用当中，设计工作者应该从下面三点进行认真的思考与研究：第一，和其他的施工技术进行对比参照，钢结构在当前工程项目里应用的优势在哪里，存在的那些问题，如何解决；第二，哪些内容为钢结构在当前工程应用中的具体项目，当中涉及哪些重要的核心技术；第三，工程项目中钢结构的施工整个过程，会存在几个可以优化的项目。对结构整体性能而言，其结构材料的选择也能够对其产生很大的影响，设计人员在进行房屋建筑设计中，应该重视钢结构的使用，将现在使用的与传统的钢的结构相比，当前钢优秀的地方有这三大点：其一，是和砖石结构以及混凝土相比，钢结构拥有很强的力学性能，对于结构受力体系，它能够做到将其从平面转向空间中，将建筑的安全性给大大的增强；其二，钢结构轻盈且形态美；其三，钢材料拥有很多的类型，有多样化的建筑方法，这样能够将建筑施工的进度加快，进而将成本减少。
5实际工程案例分析
（1）工程案例简介。此工程项目为某地的商业楼，有7层地上建筑，一层地下建筑，钢结构框架剪力墙为整体结构形式。在还没对建筑项目实施前，全方面考虑业主意见和施工现场环境后，再决定怎样优化设计整个工程项目的结构，以及如何将计算机技术积极的运用在优化工程中，从而保证各项目的优化措施得到准确落实。（2）前期的工作参与。在当前的项目工作中，积极的推动工程的优化工作内容是每一个设计工作人员在工程的前期应该做到的，据施工的对应条件和工程项目的相关要求，对整体建筑的结构进行理智的取舍，使得施工经济利益有最大的满足。与此同时在施工工作时，与生产劳动人员保持密切的技术施工交流是设计工作者还应该重视与关注的，将从生产劳动人员那里听到的内容进行认真的分析与思考，然后进行总结，再返汇给在第一线的劳动工作者，以此对建筑结构进行优化，这样做可以有利的保证各结构优化措施可以得到圆满的落实。（3）效益的分析。在优化设计完成后，将建筑整体性能进行改善，并将预期减低的成本和工程造价减少，提示项目优化能够被很好的应用在在该项目工程中。从不一样的工程项目种类的应用情况来看，工程数据分析与工程建模是计算机技术的应用范围主要体现，通过获取各种工程的参数，将工程结构的模型给建构好，使在短时间内，技术工作人员可掌握参数标准下的工程结构稳定性，进而将控制建筑结构整体的安定性给完善好。
6结束语
从一个优秀的建筑设计人员角度来说，应该对房屋结构优化设计的复杂性有一个明确的认知，并在实践工作当中加强学习，并渐渐深入问题，从而将自己提升到一个更高的专业水平上，将国内的建筑结构设计优化技术推向更高的水平。让国家建筑更上一层楼。
作者:覃维 单位:四川中泰贵嘉建筑设计有限公司
参考文献:
【关键词】屋盖；风荷载；风振系数；结构优化
1 概述
风灾是自然灾害的主要灾种之一，近年来随着全球气候变暖的加剧，风灾更加频繁和严重，这对于我们的工程建设也提出了更高更广泛的要求，要求我们的工程师在未来的工程设计中更加重视和认真考虑风的影响，在工程实施过程中作出更加可靠和合理的应对，减轻和避免风灾造成的危害。
在现代工业厂区中大量存在敞开式的大型屋盖结构，例如罐区顶盖、露天仓库、装卸站台等等。以上这些屋盖结构一般都是以轻钢结构为主，结构自重很轻，一般屋面恒荷载为0.2～0.3kN/m2，活荷载为0.3～0.5kN/m2，设计荷载较小，而对于众多风荷载较大的地区，由于结构 自身刚度较小，一般结构自振周期都大于0.25S，因而在风荷载作用下的振动作用明显，而且随着结构自振周期的增长，风振也随着增强，这就使得此类结构的风荷载由于风振的影响而比一般结构增加许多，因而使得很多此类结构的设计中风荷载成为设计荷载的主导，风荷载的大小决定了荷载的量级，左右了最终设计结果。因此在设计中对于风荷载的准确计算变的非常重要，由于恒活荷载是相对固定的，因此根据风荷载的分布调整结构方案，使最终设计成果得到优化也成为可能。
2 开敞式屋盖结构的风荷载的计算
本文以某工程为例，18米跨度的对称双坡屋盖结构，檐底标高9米，屋面坡度0.1，柱距6米，本文以某屋面恒荷载0.2kN/m2，屋面活荷载0.5kN/m2，基本风压0.6kN/m2，地面粗糙度类别A类，风压高度变化系数1.38。
风振系数的计算，初步计算采用STS软件，假定风振系数为1，其他系数按默认值计算，得到初步的梁柱尺寸和相应的基本自振周期，梁柱取HN400×150，第一振型周期为1.043秒，根据荷载规范7.4.2近似计算风振系数
ω0T? = 1.38×0.6×1.043? = 0.9
ξ = 2.495
υ = 0.78
φz = 1.0
βz = 1+2.495×0.78×1.0/1.38 = 2.41
可见屋盖结构的风荷载比普通结构的风荷载由于风振的影响增加了1.41倍，影响可观。
前后屋面的体型系数分别为-1.3和-0.7
前后屋面的风荷载值为
前屋面W1=1.38×2.41×1.3×0.6×1.05=2.67 kN/m2
后屋面W2=1.38×2.41×0.7×0.6×1.05=1.43 kN/m2
风荷载值远大于屋面的恒荷载与活荷载，结构设计的控制组合为恒+风的组合，荷载方向向上，刚架梁下翼缘受压，刚架梁的整体稳定问题也要着重考虑。
3 开敞式屋盖结构考虑风荷载的优化
众所周知，众多科技领域中凡是与大气气流作用相关的科技无不与相关成品的外形有关，从庞大的航天器到纤细的导弹，从风驰电掣的F1赛车到奥林匹克运动会上的高科技运动衣，外形改变了气流，也从根本上决定了气流作用的特性。也因此改变外形也就成了改变气流作用的关键，F1赛车的外形的每一次改动无不与此相关。我们的工程领域同样如此，无数科技都被应用到建筑外形的研究，以适应日益暴躁的地球气候。在我国越来越多的大学开始建设自己的建筑风洞用来研究风荷载对建筑的作用和影响。当然，这里的只言片语只是为在我们行业了解和应用尚不广泛和深入的风工程科技的进一步应用起一个抛砖引玉的作用，风工程的领域宽广，尤其在建筑工程中的应用的研究还不是非常深入，尤其与航空领域相比，相信今后这方面会越来与深入和广泛。
此处仍以上述工程为例，由上面的计算可知，轻型屋盖结构由于其自身固有的结构特质的原因，自重轻，自身刚度小，结构基本自振周期长，在风荷载作用下的振动影响显著，所以有必要在以其固有特点为前提下进行结构调整，降低风荷载的作用影响，从而减小风灾危害，降低建设成本。
由于轻型屋盖自身刚度和周期特性为固有特性，因此只能从其他角度着手，从风荷载的计算公式中我们可以看出，屋盖的风荷载体型系数是唯一能够方便进行调整的因素，而屋盖的风荷载体型系数是由屋盖的坡度决定的，通过调整屋盖的坡度来降低风荷载作用是唯一的明显的道路，同时也是一条有效的道路，下面我们就此展开详细论述。
从荷载规范表7.2.1的第27项B项可知，四面开敞的双坡屋面的风荷载体型系数随着屋面坡度的变化有一个从负到正的方向的变化，对屋面坡度进行调整以适应荷载组合的变化以尽量降低风荷载的影响。由于其他荷载方向均为向下，而且都是固有荷载，按荷载组合来看，应当把风荷载作用方向调整为向上，并且把风荷载的作用值控制在与其他荷载进行组合时的荷载效应不超过其他无风荷载的荷载组合的效应。下面就以前述的工程为例，调整屋面坡度以满足上述设计要求。
已知：屋面恒荷载DL=0.2kN/m2，屋面活荷载LL=0.5kN/m2，前屋面风荷载值W1=2.67kN/m2，后屋面风荷载值W2=1.43kN/m2，此时的屋面坡度α≤10°，根据荷载效应基本组合公式，在恒荷载、活荷载、风荷载作用下的荷载组合如下：
（1）1.35恒+1.4×0.7活
1.2恒+1.4活
1.0恒+1.4活
（2）1.2恒+1.
1.0恒+1.
（3）1.2恒+1.4活+0.6×1.
1.0恒+1.4活+0.6×1.
（4）1.2恒+1.+0.7×1.4活
1.0恒+1.+0.7×1.4活
由以上荷载组合可知，方向向下的最大荷载组合为1.2恒+1.4活方向可能向上的就是1.0恒+1.，以本工程为例，要使1.2恒+1.4活=1.0恒+1.，1.2×0.2+1.4×0.5=-0.2 +1.4W，W=0.67kN/m2由上可知，要使风荷载影响降低，应使Wmax ≤0.67kN/m2
以风荷载最大的屋面为例计算，
-0.67=1.38×2.41×μs ×0.6×1.05 μs = -0.32
按荷载规范表7.3.1的27款的公式计算
（30°-10°）/（1.6+1.3） = （α-10°）/（1.3-0.32）
α= 17°
由上可知，要使风荷载的影响降至最小，可将屋面坡度调整为17°左右。
以上计算非常简略，因为由于实际工程中，风荷载的作用的度量非常复杂，要使实际工程结构能够基于风荷载的考虑进行设计的优化，需要通过软件进行反复的试算和调整才能得到更加合理的结构方案，本文仅在于为当前设计者提供一个新的设计思路，为将来在实际工程中的结构优化提供有益的帮助，考虑风荷载作用的结构优化设计更有待将来的工程设计进行检验和论证
参考文献：
[1]沈祖炎 等，《钢结构基本原理》，北京：中国建筑工业出版社
【关键词】 机械 优化设计 理论 方法
中图分类号：S611 文献标识码： A
引言：近年来，随着我国经济的发展，我国机械工程规模开始加大，机械工程速度也开始变得迅猛，人对于机械行业来说，机械设计是一项复杂系统的工作，机械设计的治疗关系到工程质量的好坏，因此，对于机械设计人员而言，做出最优的设计，符合实际的实际是设计人员应尽的责任。
一、机械优化设计理论概述
1、机械优化设计的概念
机械优化设计是指最优化技术在机械设计领域的移植和应用，是以最低成本获得最高效益。其根据机械设计理论、方法与标准规范等建立能够正确反映实际工程设计的数学模型，利用数学手段和计算技术，在众多的方法中快速找出最优方案。机械优化设计通过把机械问题转化为数学问题，加以计算机辅助设计，优选设计参数，在满足众多设计目的和约束条件的情况下，获得最令人满意、经济效益最高的方案。目前，机械优化设计已成为解决机械设计问题的有效方法。
2、 机械优化设计研究的内容
机械优化设计主要研究的是其建模和求解两部分内容。 如何选择设计变量、列出约束条件、确定目标函数。其中，设计变量是指在设计过程中经过逐步调整，最后达到最优值的独立参数。设计变量的数目确定优化设计的维数，维数越大，优化设计工作越复杂，但效益越高，所以选取适当的设计变量显得尤为重要。约束条件即是对约束变量的限制条件，起着降低设计变量自由度的作用。目标函数即是指各个设计变量的函数表达式，工程中的优化过程即是指找出目标函数的最小值（最大值）的过程。一般而言，目标函数的确定相对容易，但约束条件的选取显得比较困难。
二、机械优化设计理论主要方法
1准则优化法
准则优法主要是通过力学以及物理或者是其他原则构造评优准则所应用的，然后在进行寻优。这个项方式的主要优点就是有着直观的概念以及简单的计算方式，同时能够对于优化效率约束能很好地降低，在工程方面广泛的使用；有弊就有利，这项方式只是考虑了很少的方面或者是一个点，使得优化效率大大的降低，甚至是没有约束。
2线性规划法
线性规划法主要是通过数学极值原理所对于目标函数为设计变量线性优化所设计的，可以说是机械优化设计中最为常用的一个方式。有单纯形法和序列线性规划法。
3神经网络法
神经网络可以说是一个大型的自适应非线性动力能够，所具备的有点为联想、概括、类比，同时要是局部出现问题对于整个系统却没有很大的影响。最早发现神经网络优化能力人员是美国物理学家Hopfield ，根据动力系统以及统计学原理，将系统稳定性以及最优化对策，同时系统能量函数和目标函数优化相互之间对应，优化设计变量以及神经网络参数相对应，在整个系统逐渐演变的过程中，在1986Tank首次提出了求解线性优化问题的造型化神经网络。神经网络稳定平衡点是这项方式的主要点，对于整个网络能量函数极小点所进行的优化设计，通过较为强大的计算方式以及近似分析、非线性建模能量将计算效率进行优化，所进行这个过程的关键点就是神经网络构造，一般都是使用在求解组合优化、约束优化以及复杂优化。
4、多目标优化法
机械设计所追求的最终目的就是优化功能、强度以及经济性，但是在实际工作中机械优化设计都是优化目标设计方式。在实施目标优化的过程中还是存在着很多的困难，对于研究人员有着一定的挑战性，但是这些理论方式还是不够完善的，将其划分为两种：一种是将多目标优化转化为一个或者是一系列的目标优化方式，将所得优化结果当做目标优化的解，第二种是直接求非劣解，在这中间要选择最好的作为最优解。
三、现代机械优化设计理论与方法
1、利用现代计算机软硬件技术的设计方法。
在产品开发初期借助于设计方法学，利用多媒体工具进行系统的开发。根据这一指导思想，利用数学系统理论，同时考虑系统工程理论产品设计技术和系统开发方法学，研制出适合于产品设计初期使用的多媒体开发系统软件。根据这一设计方法，往往把产品的整个开发过程概括为产品规划、开发和生产规划三个阶段，并且充分利用了现有的CAD尖端技术D虚拟现实技术。（1）、产品规划D构思产品。其任务是确定产品的外部特征，如色彩、形状、表面质量、人机工程等，并将最初的设想用CAD立体模型表现出来，建立能够体现整个产品外形的简装模型。（2）、开发D设计产品。该阶段主要根据系统合成原理，在立体模型上配置和集成解元素，把实现功能的关键性解元素配置到立体模型上之后，即可对产品的配置进行分析。产品配置分析是综合产品规划和开发结果的重要手段。（3）、生产规划D加工和装配产品。在这一阶段中运用CAD技术，用计算机图案显示解元素在相应位置的装配过程，即通过虚拟装配模型揭示造型和装配间的关系，由此发现难点问题，并找出解决问题的方法。借助于现代计算机软硬件技术，通过三维图形软件、多媒体和超媒体技术及虚拟现实技术进行设计。
2、积极开发发展绿色设计、制造。
（1）、绿色设计制造时现代设计制造的可持续发展模式。人们已经认识到环境与发展是密不可分的。要从根本上解决环境问题，必须转变发展模式和消费模式，即为资源型发展模式逐步转变为技术型发展模式，依靠技术进步，节约资源和能源，提高效益，减少废物排放，实施清洁生产和文明消费，建立资源和环境相联系的新的发展模式。这是人类探索了几个世纪终于领悟到的发展观D可持续发展。（2）、发展绿色设计制造将为企业发展带来新的机遇。开发绿色设计制造是人类可持续发展战略的重要组成部分，是每个企业家必须考虑的企业行为，但是不少企业认为绿色制造投入大见效慢经济效益不如直接抓成本、抓质量、抓品种等见效快，因而无视对环境的污染，甚至宁愿被罚款，也不愿意采取措施。实际上，环境全面改善，一方面可改善员工的健康状况和提高工作安全性，减少不必要的开支；另一方面在绿色制造环境下工作的员工心情舒畅，有助于提高员工的主观能动性和工作效率，以创造出最大的利润，使企业具有更好的社会形象，为企业增加无形资产。（3）、发展绿色制造将推行新一轮技术创新。在全球性竞争激烈的背景下，利用高新技术和现代化管理来提高生产率，节约自然资源投入，以及节约劳动和各种形式的资本，是促进经济增长与发展的主要源泉。
四、机械优化设计的前景
机械优化设计是最优化理论、电子计算机技术和机械工程相结合的一门学科，包括机械优化设计、机械零部件优化设计、机械结构参数和形状优化设计等。近年来，随着数学规划理论与计算机技术的飞速发展及广泛应用，许多新兴优化算法，如遗传算法、神经网络法等相继被提出，机械优化设计广泛地被应用到建筑结构、化工、航天航空等诸多领域并取得飞速发展。机械优化设计具有广阔的发展前景。
机械优化设计给机械工程界带来的巨大经济效益是显而易见的，但其工程效应比起预期远远小得多。归结其原因，主要有以下两点：（1）建模难度大。（2）最优方法的选取难度大。 虽然有以上不足之处，但是机械优化设计的发现前景仍是非常广大的，且各领域也在积极做出相关的研究探索，并已取得一定的成就。
结语
纵观几十年来机械优化设计的发展历程，其发展是非常迅速且令人可喜的，虽然仍存在建模困难、优化方法选取等等方面的一些挑战，但是其前景仍旧是非常广阔的。研究机械优化设计的理论与方法无论是学术领域还是实际经济效益方面都具有研究意义。
参考文献：
【参考文献】
[1]白新理.结构优化设计[M ].河南：黄河水利出版社，200 8 .
[2]王玉新.复杂机械系统快速创新设计[M ].北京：科学出版社 ，2006.
[3]秦东晨，陈江义，胡滨生，等.机械结构优化设计的综述与展望[J].中国科技信息，2005（9 ） ：90 D91.
