建筑结构优化设计
建筑结构设计范文示例与优化建议

建筑结构设计范文示例与优化建议建筑结构设计是保证建筑物稳定性与耐久性的重要环节。
本文将为您提供一些建筑结构设计范例,并提出一些建议以优化设计过程。
一、建筑结构设计范例示例1. 设计范例一:房屋结构设计设计目标:保证房屋结构稳定,符合国家相关规范要求。
设计过程:1)确定设计载荷:根据建筑用途和规模确定房屋的设计载荷,包括荷载、地震力、风力等。
2)选择合适的结构体系:根据房屋的使用功能和室内布局选择适合的结构体系,如框架结构、剪力墙结构等。
3)设计结构材料:根据房屋的荷载要求和设计寿命选择合适的结构材料,如钢筋混凝土、钢结构等。
4)进行结构分析和计算:使用结构分析软件进行房屋结构的受力分析和核算,保证结构的强度和刚度满足要求。
5)进行构件设计:根据结构分析结果,确定各构件的尺寸和配筋等细节设计,保证结构的稳定性和可施工性。
6)进行施工图设计:绘制出详细的施工图纸,标明各构件的布置与连接方式,便于施工过程中的实施。
2. 设计范例二:大型桥梁结构设计设计目标:确保桥梁结构安全舒适,满足大跨度、大荷载的要求。
设计过程:1)进行交通和地质勘测:考虑桥梁所处的交通条件和地质状况,确定设计参数,如设计荷载、地基承载能力等。
2)选择桥梁结构类型:根据跨度和荷载要求选择适合的桥梁结构类型,如梁桥、拱桥、斜拉桥等。
3)进行结构分析:对桥梁结构进行动力、静力和地震响应等分析,确定结构的稳定性和安全性。
4)进行构件设计:根据结构分析结果设计桥梁各构件,保证结构的强度和刚度满足要求。
5)进行施工图设计:绘制桥梁施工图纸,明确每个构件的尺寸和配筋方式,确保施工过程中的准确实施。
二、建筑结构设计优化建议1. 采用先进的结构分析软件:利用现代化的结构分析软件进行结构的受力分析和计算,可以提高设计的精确性和效率。
2. 结构材料选用优化:选择合适的结构材料,如高强度钢材、高性能混凝土等,可以提高结构的强度和耐久性。
3. 结构体系优化:针对不同建筑用途和功能,选择合适的结构体系,如剪力墙结构、框架结构等,可以提高结构的稳定性和经济性。
建筑结构设计的优化方法及应用分析

建筑结构设计的优化方法及应用分析
随着建筑工程技术的不断发展,建筑结构设计正变得越来越重要。
而建筑结构设计的优化可以有效地提高建筑物的性能,并减少其成本。
本文将介绍一些常用的建筑结构设计优化方法,并分析其应用。
1. 最小重量优化方法
最小重量优化方法是建筑结构设计中最常见的一种优化方法。
其基本原理是通过改变结构的某些参数,使得结构在承受载荷的重量最小。
最小重量优化方法可以应用于各种建筑结构,如楼板、框架、柱子等。
该方法的主要优点是简单易行,且能够显著减少结构的重量,降低建筑成本。
2. 最小挠度优化方法
最小挠度优化方法是在满足一定约束条件的前提下,使结构的挠度最小。
挠度是建筑结构的一个重要性能指标,能够反映结构的刚度和稳定性。
通过优化设计,可以减小结构的挠度,提高其刚度和稳定性。
最小挠度优化方法在高层建筑的设计中得到广泛应用,能够有效避免结构的振动问题。
4. 多目标优化方法
多目标优化方法是指在优化设计时,同时考虑多个目标函数。
通过权衡不同目标之间的关系,可以得到一个全局最优解。
多目标优化方法在建筑结构设计中的应用非常广泛,能够在不同的设计要求之间进行平衡,提高结构的综合性能。
建筑结构设计的优化方法包括最小重量优化方法、最小挠度优化方法、最小成本优化方法和多目标优化方法。
这些方法在建筑结构设计中得到了广泛应用,能够提高建筑物的性能,并降低其成本。
优化设计不仅需要考虑结构的性能和经济性,还需要考虑结构的施工可行性、可维护性和环境友好性等因素。
在实际工程中,应根据具体情况选择合适的优化方法,并兼顾各种设计要求。
建筑结构优化设计

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案例四:住宅楼的结构优化设计
总结词
提高居住舒适度与降低成本
详细描述
住宅楼的结构优化设计主要关注提高居住舒适度和降 低成本。通过合理设计建筑结构和隔墙,减少噪音和 振动对居民的影响,提高居住舒适度。同时,也需要 考虑建筑成本的控制,选择经济合理的建筑材料和构 造方式,以降低建筑成本。
05
建筑结构优化设计的挑战 与前景
构件形状优化
通过改变构件的形状,如 圆形、方形等,以适应不 同的建筑需求和场地条件 。
建筑结构材料优化
材料选择
根据结构体系和构件要求,选择 合适的建筑材料,如钢材、混凝
土、木材等。
材料用量优化
通过合理的材料用量配比,降低成 本的同时满足结构的性能要求。
材料性能优化
选择具有优异性能的材料,如高强 度钢、高性能混凝土等,以提高结 构的整体性能。
结构布置
通过合理的结构布置,提 高结构的整体性能,如刚 度、承载能力、稳定性等 。
结构传力路径
确保结构传力路径明确、 直接,以提高结构的抗震 性能和抗风性能。
建筑结构构件优化
构件尺寸优化
通过调整构件的尺寸,如 梁的宽度、柱的高度等, 以实如焊接、螺栓连接等, 以提高结构的整体性和稳 定性。
利于环境保护。
改善建筑经济性
优化设计可以改善建筑的经济性 ,包括提高建筑的节能性能、降 低运营成本等。这有助于提高建 筑的竞争力,促进可持续发展。
建筑结构优化的发展趋势
多目标优化
传统的结构优化主要关注单个目标的优化,如成本最低或重量最轻。然而,在实际工程中,往往需要 同时考虑多个目标,如刚度、强度、稳定性、耐久性、材料消耗等多个因素。因此,多目标优化已成 为结构优化的一个重要研究方向。
建筑结构设计的优化方法及应用分析

建筑结构设计的优化方法及应用分析一、引言建筑结构设计是指按照建筑物的功能、使用寿命、经济效益和安全要求,对建筑结构的形式、尺寸、材料和连接方式等进行技术规划和设计。
随着科技的不断发展和人们对建筑品质的不断追求,建筑结构设计也越来越受到重视。
在建筑结构设计过程中,如何优化设计方法、提高设计效率和确保设计质量成为了工程师们需要解决的重要问题。
本文将对建筑结构设计的优化方法进行分析,并探讨其在实际应用中的意义和作用。
二、建筑结构设计的优化方法1. 多目标优化方法在建筑结构设计中通常存在多个设计目标,如结构的安全性、经济性和环境友好性等。
多目标优化方法通过建立多个设计目标的数学模型,并运用多目标优化算法进行求解,找到多个设计目标之间的最佳平衡点。
这种方法可以有效提高设计的综合效益,是当前建筑结构设计中比较常用的优化方法之一。
2. 参数化设计方法参数化设计方法是指通过建立参数化模型,将建筑结构的形式、尺寸、材料等设计参数与设计目标进行耦合,通过对设计参数进行调整和优化,来实现对建筑结构设计的优化。
参数化设计方法借助计算机辅助设计软件,可以实现对大量设计方案的自动化生成和快速比较,具有较高的设计效率和灵活性。
智能优化方法是指基于人工智能技术的优化方法,如遗传算法、粒子群算法、人工神经网络等。
这些智能优化方法具有一定的优化搜索能力和全局寻优能力,能够克服传统优化方法在高维空间中搜索效率低、易陷入局部最优等问题,对于复杂的建筑结构设计问题具有很好的适用性。
1. 提高设计效率传统的建筑结构设计方法主要依靠设计师的经验和直觉,设计过程比较复杂和耗时。
而采用优化方法可以通过数学模型和计算机算法,实现对设计参数的自动化调整和优化,提高了设计的效率和精度,减少了设计周期和人力成本。
采用优化方法可以充分考虑到结构的多个设计目标,找到最优的设计方案,提高了结构在安全性、稳定性、经济性等方面的综合性能,确保了设计质量和可靠性。
建筑结构设计的优化方法及应用分析

建筑结构设计的优化方法及应用分析建筑结构设计优化是指通过对建筑结构的优化设计,使得建筑结构在满足使用功能和安全要求的基础上,具有更经济、更合理的特点。
优化设计应当综合考虑建筑结构受力情况、建筑材料特点、施工工艺等各种因素。
1. 等效荷载法等效荷载法是建筑结构设计中常用的一种优化方法。
它通过将时变荷载、非平稳荷载转化为相同的荷载形式,使得对于结构进行分析时的计算方便性更好,能够更准确地判断结构的荷载特性,从而实现对建筑结构的优化设计。
等效荷载法适用于中小型平面框架结构、剪力墙结构等。
2. 极限状态设计法极限状态设计法是按照建筑结构在极限状态下的工作情况进行设计的一种方法。
其中,极限状态指的是结构出现破坏现象所处的状态,它分为强度极限状态和稳定极限状态。
强度极限状态是指建筑结构在荷载作用下达到其极限承载力时出现的状态,稳定极限状态是指建筑结构在荷载作用下由于稳定性不够而出现的状态。
极限状态设计法可以对大型建筑结构进行优化设计,对各种不同状态下的荷载进行分析,并对结构在不同工况下的破坏形式进行考虑。
3. 构造优化设计法构造优化设计法是将建筑结构设计与材料构造紧密结合,选用合适材料和构造形式,尽可能提高材料的使用效率和力学性能。
本方法通过设计建筑结构合理的构造形式,合理布置结构的构件,以最小的材料消耗达到满足使用功能、经济、安全等要求的效果。
常用的构造优化设计技术有楼层高度优化、结构构件截面优化等。
1. 海南省三亚市绿色医疗中心项目海南省三亚市绿色医疗中心是我国首个绿色医疗智慧医院,该项目在建筑结构设计优化方面采用了风荷载平衡等效法,将各个风向荷载转为 x、y 方向的荷载,得到各个楼层的荷载响应谱,减少了风荷载产生的不利影响,提高了建筑的安全性以及使用效率。
2. 嘉兴市开发区紫荆苑项目嘉兴市开发区紫荆苑项目位于嘉兴市南湖区,该项目在建筑结构设计优化方面采用了构造优化技术,采用叠合钢筋混凝土框架结构,提高了结构的受力性能,节省了施工时间和成本,使整个项目工程进度更加紧凑和高效。
建筑工程中的结构设计优化技巧

建筑工程中的结构设计优化技巧在建筑工程中,结构设计是至关重要的一环。
一个好的结构设计可以保证建筑物的稳定性和安全性,同时还能节约材料、提高施工效率。
本文将介绍几种建筑工程中常用的结构设计优化技巧,帮助工程师们在实际项目中提高设计水平和效果。
一、合理选材在进行结构设计时,选材是至关重要的一步。
合理选材可以减少材料的使用量,提高整体结构的稳定性。
首先,根据具体的项目需求和使用环境,选择合适的材料,比如钢材、混凝土等。
其次,在选材时要考虑材料的强度、耐久性和成本等方面的因素,以达到经济高效的设计效果。
二、合理布局结构设计中的布局也是一个关键步骤。
合理布局可以使结构的受力分布更加均匀,提高整体的稳定性和安全性。
在进行布局设计时,需要考虑建筑物的功能需求、结构形式和空间限制等因素。
同时,根据结构设计的要求,采取适当的布置方式,比如对称布局、平面布置等,以满足结构强度和美观性的要求。
三、优化设计优化设计是提高结构设计效果的重要手段。
通过对结构系统的深入分析和计算,找出结构中存在的问题和改进空间,从而实现结构设计的优化。
例如,通过减少结构的自重,优化梁柱的截面形状和尺寸,以提高结构的抗震性能和使用效果。
同时,还可以采用多种分析方法和工具,如有限元分析等,辅助进行结构设计的优化。
四、减少破坏弱点在结构设计中,要尽量减少破坏弱点的存在。
弱点是指结构中易受外力破坏的部位,如节点、连接点等。
为了减少破坏弱点的发生,可以采取一些措施,如增加材料的厚度、加强节点的连接方式等。
此外,还可以通过优化结构的形状和尺寸,使得结构的受力更加均匀和稳定,以增强整体结构的抗压能力。
五、注重施工工艺结构设计的优化还需要注重施工工艺。
合理的施工工艺可以保证结构的质量和安全,减少施工中的问题和风险。
比如,采用先进的施工设备和技术,进行精确的测量和校准,以确保结构的准确度和稳定性。
同时,还要注意施工过程中的监测和验收,及时发现和解决可能存在的问题,确保结构设计的有效实施。
探究建筑结构设计的优化方法及应用

探究建筑结构设计的优化方法及应用建筑结构设计是建筑行业中至关重要的一环,它关乎到建筑的稳固性、安全性和美观性。
为了提高建筑结构的质量和效益,探究建筑结构设计的优化方法及应用至关重要。
本文将重点探讨建筑结构设计的优化方法以及这些方法的应用。
一、建筑结构设计的优化方法1. 结构参数优化结构参数优化是指通过对建筑结构的参数进行调整,来实现结构体系更合理、构件尺寸更经济、材料使用更有效等方面的优化。
在进行结构参数优化时,可以采用传统的试验法或数值模拟法。
传统的试验法主要是对结构的物理实体进行试验,观察结构在承载能力、变形、振动等方面的表现,然后通过试验结果来进行优化设计。
而数值模拟法则是利用计算机软件对结构进行数值模拟分析,通过模拟分析得到结构的工况、应力情况等数据,然后再对结构进行优化设计。
2. 材料选择优化材料选择是影响建筑结构性能的重要因素之一,合理选择材料可以使结构更加稳固、抗震、耐久、节能等。
在材料选择上,需要考虑材料的强度、韧性、稳定性以及成本等因素,结合建筑结构的具体要求来选择最适合的材料。
在材料的使用上还需要注意材料的搭配和组合,以达到最佳的结构设计效果。
3. 结构形式优化结构形式是指建筑结构的布局、形式和构造等方面的设计。
通过对结构形式的优化,可以实现结构更加优美、稳定、经济、高效等目的。
在进行结构形式优化时,可以借鉴传统的结构形式,也可以进行创新设计。
在结构形式的选择上还需要考虑结构的适用性、可行性、可维护性以及对环境的影响等因素。
4. 结构分析优化结构分析是对结构在不同工况下的受力、变形、振动等性能进行分析,通过结构分析可以发现结构存在的问题,并进行相应的优化设计。
在进行结构分析优化时,需要使用先进的分析方法和工具,如有限元分析、模态分析、动力响应分析等。
通过精确的分析可以更准确地找出结构的瓶颈,从而进行有针对性的优化设计。
1. 在建筑结构设计中应用结构参数优化方法通过对建筑结构的参数进行优化设计,可以使结构更加合理、经济、稳定。
建筑设计中的结构优化方法

建筑设计中的结构优化方法在建筑设计中,结构优化是一个关键的环节。
通过合理的结构优化方法,可以提高建筑物的安全性、可靠性和经济性,满足设计要求并降低成本。
本文将介绍几种常见的建筑设计中的结构优化方法。
1. 材料优化材料在建筑结构中起到承载力和稳定性的作用。
选择合适的材料可以提高建筑物的性能。
例如,使用高强度材料可以减少构件的截面尺寸,降低材料消耗,同时提高结构的刚度和抗震能力。
此外,选用耐久性好的材料可以延长建筑物的使用寿命,减少维护成本。
2. 结构布局优化结构布局决定了建筑物的稳定性和承载性能。
合理的结构布局可以减小结构受力,提高抗震能力和抗风能力。
例如,在高层建筑中采用网格结构可以提高结构的整体刚度,减小结构的自振周期,增加结构的稳定性。
此外,合理的结构布局还可以减少材料的使用量和构件的连接数量,降低工程成本。
3. 变截面设计优化变截面设计是一种常用的结构优化方法。
通过在结构中采用变截面构件,可以根据受力情况合理配置截面尺寸,减小非受力部分的截面尺寸,提高结构的材料利用率。
例如,在梁的设计中,可以采用变截面梁,根据梁的受力分布,调整截面的高度和宽度,使得梁在不同位置具有不同的截面尺寸,从而实现材料的合理利用。
4. 参数优化在结构设计中,通过对结构参数进行优化,可以得到最优的结构方案。
例如,对于桥梁的设计,可以通过优化主梁和支座的参数,使得桥梁在满足强度和稳定性要求的前提下,减小整体重量,降低建造和维护成本。
参数优化可以通过数学模型和计算机模拟的方法实现,初始参数可以通过经验和试验得到,然后通过优化算法进行优化。
5. 随机优化随机优化是一种有效的结构优化方法。
它将结构参数视为随机变量,考虑结构参数的随机性对结构性能的影响,通过概率和统计方法来优化结构。
随机优化可以考虑不确定性因素,提高结构的安全性和可靠性。
例如,在地震设计中,可以采用随机优化方法,考虑地震荷载和土壤条件的不确定性,优化结构的抗震能力。
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建筑结构优化设计
【摘要】文章主要对建筑结构优化设计进行相关阐述,对建筑结构优化设计原则及其发展进行详细探析,且希望建筑结构优化设计可以又好又快发展。
【关键词】结构设计;优化;技术
中图分类号:tb482.2文献标识码: a 文章编号:
一.建筑结构优化设计的原则
建筑结构设计不仅仅包括建筑的结构本身,而且包括建筑的经济效益、居住的舒适度及建筑空间的使用率等等。
所以建筑结构设计需要严格按熙一定的基本原则。
(1)使不规则建筑平面布置产生规则结构效应的原则。
在建筑结构优化设计的过程中,需要根据不同功能的需求,通过对调节墙柱的布局和墙肢长短,使建筑结构达到经济结构和安全使用的目标。
(2)提高建筑居住舒适度的原则。
建筑居住的舒适度是建筑结构优化设计的出发点和落脚点。
为提高建筑居住舒适度应该从建筑结构、装饰装修、电气安装等各方面进行整体优化设计。
(3)保证建筑结构整体安全度的原则。
建筑结构的安全性主要体现在建筑的抗震设计,其标准已在我国的《建筑抗震设计规范》被提出。
因此需要保证结构设计涉及到的每个部件承载能力的可靠性,最终到达建筑结构安全经济耐久的目标。
(4)针对不同构件采用不同安全系数的结构优化设计的原则。
如果为了确保建筑的整体安全性而不分构件的实际承载能力,对所有
构件均给予相同的安全系数,这样反而会导致结构设计的不合理。
可以根据建筑不同部位的承载能力设计其需要的安全系数,达到整体优化的目标。
(5)降低建筑结构造价的原则。
在保证建筑结构整体性能达到指标的前提下,尽量考虑建筑的经济性。
二.建筑结构优化设计的技术方法
结构优化设计的本质以力学理论和数学规划理论为理论基础,以计算机技术为工具,对建筑结构涉及到的各个变量进行寻找优化决策的先进的设计方法,其本质就是求极值问题。
(1)优化数学模型。
建立正确合理的优化数学模型是结构优化设计的关键步骤,基于正确的优化数学模型是得到正确优化结果的基础。
例如,在优化模型中,数学模型中的等式约束个数应当小于设计变量的个数,这样才能求得最优解。
(2)优化数学算法和优化迭代控制。
对于建立的优化数学模型,虽然可用的优化算法有多种,但是采用不同的优化算法所得到的优化效果和所花费的求解时间会有差别。
所以,快速、有效的数学优化算法也是结构优化设计的一项关键技术。
(3)结构分析方法。
绝大多数的结构优化设计问题难以采用解析法求解,而是采用数值法的方法。
数值解的寻优实际上是一个优化迭代过程,而每次优化迭代都需要进行结构分析。
实现以上提到的关键技术需要经过建立可靠的优化模型,然后采用适当的优化算法进行求解。
这其中选择计算简便且正确率高的
优化算法显得尤为重要。
以下介绍几种常用的优化算法。
通过结构优化准则计算得到的最优结构必须满足位移、应力、临界力等约束的优化准则。
2.1多目标问题的优化方法
在许多实际建筑工程结构设计问题中,对于大量的设计方案要评价其优劣,往往要同时考虑多个目标,即期望同时有多项设计指标都达到最优值。
这就需要运用多目标函数的优化。
其中包括主要目标法、统一目标法、分层序列法及宽容分层序列法等。
2.2满应力准则法
满应力准则法是以满应力为准则,本算法为了使结构的材料得到充分的利用,充分考虑各构件在最少一种工况及最不利应力的情况下达到材料的容许应力的大小,因此发挥各构件的最大使用限度。
满应力准则法包括应力比法、齿行法及能量准则法三种方法,其中,应力比法是最基本最简单的迭代方法。
齿行法是对应力比法的一种改进,主要体现在迭代的方法的优化,在迭代过程中使每次的迭代点控制在主约束曲面上。
通过合理的调整迭代点,使优化目标不断接近。
能量准则法是以应变能作为准则,以尽量减少结构使用材料为目的。
2.3有限元准则法
结构的有限元优化分析主要运用数学方法、力学原理及计算机程序设计等多方面结合形成的优化分析方法。
有限单元方法的主要用途之一就是计算力学问题。
它是将数学物理力学中的连续问题离
散化的一种近似计算方法。
结构的有限元分析方法具有很好的通用性,它可以应用到各种结构分析的模型上。
目前在结构优化设计中,使用最多的结构分析方法是有限元法,因此,除了要求结构分析方法的求解效率高外,能够满足优化设计需要的网格自动剖分技术也是结构优化设计的关键技术之一。
2.4智能优化准则法
智能优化准贝q法主要体现在随着算法发展越来越智能化,智能运算在结构优化设计中应用也越来越广泛。
其中,遗传算法和模拟退算法在建筑结构优化设计中得到广泛应用。
遗传算法的特点在于不依赖于具体问题,运用达尔文的进化论的基本原理,处理工程中的离散变量优化问题。
模拟退火算法在随机搜索上不仅引入了适当的随机因素,而且可以考虑影响目标函数值的优劣因素。
三建立结构优化设计的模型
运用合理的并且科学的方法从诸多变量参数中选出重点的参数并建立函数模型从中得出最佳方案就是结构优化设计。
如何建立优化结构模型呢?笔者认为,首先要选择合理适当的设计变量,因为各种设计变量的选择对设计要求的影响是巨大的,起着无可取代作用。
在设计的过程中将所涉及到的所有变量按照其自身重要性进行划分归类,一些变化不大的参数可以定为预定参数,通过此项工作能减少很多计算和编程的工作量。
其次,要确定选定的函数。
房屋结构可靠度优化设计的约束条件,包括了应力约束、裂缝宽度约束、结构强度约束、尺寸约束、从正常时的极限状态下弹性约束到终极
状态的弹塑性约束、从可靠指标约束到确定性约束条件等。
①所以在建立结构优化设计的过程中,不仅要确保各种约束条件必须符合既定标准,还要找到符合条件的最佳解,并确立约束条件。
四建筑结构优化设计的发展
随着计算机技术、智能技术的日益发展,结构优化理论应用在建筑结构设计工程方面应用越来越广泛,其发展主要体现在以下几个方面:
(1)建筑结构优化设计向自动化方向发展。
随着计算机辅助设计cad技术的发展,建筑结构优化设计的自动化程度越来越高。
同时cad的图形功能可以更直观、快速、自动地表达优化设计的结果,因而形成高集成化程度的自动化结构设计系统。
(2)建筑结构优化设计向智能化方向发展。
智能优化是指将计算智能引入结构优化设计的过程中,求得一种具有自组织、自适应、自学习等功能的优化算法。
这种算法更适合于解决建筑结构优化设计中经验性问题和非公式化问题。
这种优化算法有利于具有智能辅助决策功能的专家系统的建设。
建筑结构优化设计向系统化方向发展。
系统优化是指将建筑结构设计与经济效益、社会效益及施工涉及到的问题等各个方面综合起来作为一个大的系统进行优化。
系统的优化需要对建筑的总体布局、结构选型、工程实施规划及施工管理等各个阶段进行优化而到达最优效果。
五结束语
总而言之,建筑结构设计是指在满足约束条件及按预定目标下,对工程结构的设计求出最优化方案的设计方法,就是把各种技术工学的成果汇集并统一在一个建筑物上的表现。
可以说,“结构设计”是结构方案的方法,是把结构应有的状态原原本本地表现在建筑上,实现结构所创作出的美丽的空间调和、跃动感、紧张感,以及出色的居住性能。
在这个结构的优化过程中,高速发展起来的各种各样的技术工学被应用、被统一,建筑的安全性、耐久性、经济性的结构设计在优化过程中得到充分考虑。
参考文献
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