建筑结构设计的优化方法及应用探讨

发表时间：2018-12-03T09:29:12.507Z 来源：《红地产》2017年1月作者：宋武超1 范建锋2

[导读] 随着21世纪经济的迅猛发展，人们对生活水平和物质要求越来越高，所以当前建筑结构设计是否达标是人们对物质要求重要的标志。本文将对建筑结构设计的优化方法进行研究和探讨，希望通过本文中的相关依据给需要的人提供参考。

引言

建筑是固体艺术中较为重要的一类。在建筑过程中，所有的步骤都会按照建筑结构的设计，一步一步的完成。由此可见建筑结构设计对一项建筑工程的重要性。通常情况下，在设计方面，我们要考虑以下几点，美观，经济，适用，安全。通过全方面的考虑，最大限度地利用有限资源和进行经济适用目标有效实现。

1 建筑整体结构设计的优化方法

结构形式设计：建筑行业是非常庞大的企业，有很大的市场需求下要求我们需要提出合理的规划。建筑是与人们生活息息相关的，那么好的建筑结构设计方案，首先应该考虑的是安全和成本问题，做到这两个方面，可以吸引大量的客户也可以为国家节省资源。一般的建筑物例如办公楼，第一步，该建筑办公楼规定抗震规范规定，该建筑办公楼所在城市抗震设防烈度为七度和设计基本地震加速度为0.15g；第二步，设计使用年限为50年。该建筑物为了减少造价改为砌体结构。建筑结构形式设计有两点：第一点，加强砌体结构设计，第二点，加强底部框架剪力墙结构设计。

（一）加强砌体结构设计：砌体砖作为建筑承重与抗侧移的结构部分，它主要可以灵活地布置建筑平面，但是不足之处是，它不适用于做跃层结构或受力较大的突兀结构。通过加强砌体结构设计，可以有效减少建筑结构柱的配筋。在设计中，底部框架剪力墙竖向抗侧力构件必须连续。如果不连续极易形成不平衡问题，将会出现安全事故，所以必须严格要求建筑平面布局合理。

（二）加强建筑底部框架剪力墙设计：连梁设计是剪力墙设计过程中关键的部分。由于连梁本身的特点，增加了制约强肢的条件。建筑结构的地震作用与连梁刚度有密切的关系。如果连梁刚度越大，那么连梁和墙肢的分配也随之而增大。那么就需要适当增加构件配筋量，才能保证建筑的安全性。但是这样会浪费建筑材料，所以在设计建筑结构时，优秀的设计师通常不会通过刚度大的横向墙作为连梁。而是将连梁设计为弱连梁减少截面与刚度。建筑结构不光要考虑刚度和变形条件，还要综合考虑建筑抗力，经济等方面。所以，在布置剪力墙时对周边进行综合考虑，运用对称分散原则。同时在设计的时候，一定以建筑规定的水平位移限值为标准，适当的控制剪力墙数量。

2 建筑细节（细部）设计

细节设计对整个建筑工程设计中发挥极大的作用，不仅使整体建筑美观化，同时可以节约成本，也可以使建筑过程中的步骤得到简化。建筑结构设计优化主要体现在几个方面：第一，加强建筑结构局部构件精细设计；第二，结合结构优化设计理念与计算机技术；第三，减少箍筋量。通过以下三方面对建筑细节设计进行严格控制。为了使建筑物合理受力，工作人员尽量将不规则的板化为矩形。房子拐角出现裂缝，选择带肋钢筋作为建筑物底部框架抗震墙的底框架箍筋，为了达到降低造价和便于施工的目的。建筑设计人员必须具备一定的技术运用能力，在结构设计框架中相比传统的设计方法，而现在利用计算机高效的优化设计方法是完全更胜一筹。所以在进行设计大型复杂的建筑结构时尽量利用计算机。所以相关设计人员应该多学习计算机技术为设计的建筑物提高了设计的质量，也为自身带来了许多方便之处。

3 建筑结构设计中结构以及排水的条优化设计分析：

具有设备基础与设备存在的排水专用房间，与其他房间相比其房间有更大的荷载。所以水泵房地下室是必须具备的，因为排水的房间有许多，粗细不均的管道，空间比较杂乱。所以在预埋件以及预留孔洞的位置应该有较为准确的尺寸，且有效加强，楼板孔的局部。在管道将承重墙穿过部位必须采取有效加强措施；尽量避免水平管道将梁柱穿过的现象；确保结构布置，创造良好条件给管网系统，阻止管道绕柱等现象发生。所以在设计过程中，该类房间应该将它的负荷作为重点对象考虑。避免此类房间因管道较多而导致超载现象发生，如果出现超载，还会对房屋造成巨大的损害。所以应该对其进行严格的监管。

4 建筑结构设计中整体优化和局部优化设计分析：

如果在设计的整个过程中，优化每一个子系统或者分系统，实际上就是将整个系统分化成无数个分系统或者子系统，那么叠加起来就是将整个工程，实现最大整体优化。层次性以及复杂性是这两类系统设计特点，作为所有建筑项目设计中都包含的部分：构件选用，材料选用，结构选型表现在复杂性方面；而设备安装系统，结构设计系统，以及建筑设计的系统设计方面体的层次性。其实在限定的期限以内，每一项建筑工程的每一环节都有许多可挑选的优秀方案，相关建筑设计人员，可以根据每个阶段性质，对一些优化方案进行选取例如，建筑物的寿命期也是最重要的一个参考方面，最终在每个阶段皆达到优化，确保建筑施工质量的同时，将企业的经济效率也大幅提升，客户对其企业的信心也大大提高。

5 结束语

通过上文的上述，我们可以了解到结构的稳定性直接影响，建筑物的质量。可以提高结构形式的设计的质量，而结构形式的设计体现在两方面，加强砌体结构设计，加强建筑底部框架剪力墙设计来研究结构的稳定性直接影响建筑物的质量。房屋结构设计中，结构以及排水条件优化设计分析，房屋结构设计中整体优化和局部优化设计分析，对其结构设计的优化进行更深一步的扩展。

参考文献

[1]邹俊.建筑结构设计优化方法在房屋结构设计中的现实应用[J].科技传,2013,29（3）：139-140.

[2]王也.建筑结构设计优化方法在房屋结构设计中的应用[J].中华民居（下旬刊）,2013,55（3）：82-83.

[3]王爱娟,刘士英.探析建筑结构设计优化方法在房屋结构设计中的应用[J].城市建设理论研究（电子版）,2013,23（5）:39-41.

框架结构设计论文建筑工程师职称论文：浅谈建筑结构设计

框架结构设计论文建筑工程师职称论文浅谈建筑结构设计摘要：建筑结构设计是个系统的，全面的工作。需要扎实的理论知识功底，灵活创新的思维和严肃认真负责的工作态度。作为设计人员，要掌握结构设计的过程，保证设计结构的安全，还要善于总结工作中的经验。本文根据笔者的工作经验，对建筑进行结构设计时要注意的事项进行阐述。关键词：建筑结构设计过程注意事项 0引言结构设计简而言之就是用结构语言来表达建筑师及其它专业工程师所要表达的东西。用基础，墙，柱，梁，板，楼梯，大样细部等结构元素来构成建筑物的结构体系，包括竖向和水平的承重及抗力体系。把各种情况产生的荷载以最简洁的方式传递至基础。 1结构的设计过程结构设计的阶段大体可以分为三个阶段，结构方案阶段，结构计算阶段和施工图设计阶段。方案阶段的内容为：根据建筑的重要性，建筑所在地的抗震设防烈度，工程地质勘查报告，建筑场地的类别及建筑的高度和层数来确定建筑的结构形式（例如，砖混结构，框架结构，框剪结构，剪力墙结构，筒体结构，混合结构等等以及由这些结构来组合而成的结构形式）。确定了结构的形式之后就要根据不同结构形式的特点和要求来布置结构的承重体系

和受力构件。结构计算阶段的内容为：首先，荷载的计算。荷载包括外部荷载（例如，风荷载，雪荷载，施工荷载，地下水的荷载，地震荷载，人防荷载等等）和内部荷载（例如，结构的自重荷载，使用荷载，装修荷载等等）上述荷载的计算要根据荷载规范的要求和规定采用不同的组合值系数和准永久值系数等来进行不同工况下的组合计算。其次，构件的试算。根据计算出的荷载值，构造措施要求，使用要求及各种计算手册上推荐的试算方法来初步确定构件的截面。再次，内力的计算，根据确定的构件截面和荷载值来进行内力的计算，包括弯矩，剪力，扭矩，轴心压力及拉力等等。最后，构件的计算。根据计算出的结构内力及规范对构件的要求和限制（比如，轴压比，剪跨比，跨高比，裂缝和挠度等等）来复核结构试算的构件是否符合规范规定和要求。如不满足要求则要调整构件的截面或布置直到满足要求为止。 2进行结构设计时应注意的事项 2.1关于箱、筏基础底板挑板的阳角问题 2.1.1阳角面积在整个基础底面积中所占比例极小，可砍成直角或斜角。 2.1.2如果底板钢筋双向双排，且在悬挑部分不变，阳角不必加辐射筋。

浅谈高层建筑结构设计的优化

浅谈高层建筑结构设计的优化摘要：在社会经济快速发展的背景下，城市建筑用地资源日益紧张，高层乃至超高层建筑项目不断兴起，在城市建筑领域中占据着相当重要的地位，并带动着建筑行业的蓬勃发展。高层建筑项目建设中，结构设计的质量水平会对高层建筑物的整体性能产生影响，如何对高层建筑结构进行优化设计是业内人士必须关注的一项课题。本文即探讨在高层建筑结构优化设计中存在的不足之处，并提出了高层建筑结构优化设计的解决措施与方法，望能够促进建筑结构设计方案的进一步优化与发展。关键词：高层建筑；结构；设计；优化引言：高层建筑凭借着自身众多优势而成为当前城市建设中最重要的类型。而结构设计的科学合理性对高层建筑的安全稳定性、适用性、耐久性及经济性等有重大影响，因此优化高层建筑结构设计意义重大。高层建筑结构优化的主要目的是在满足人们基本居住要求的前体下，实现对有限空间及资源的更合理分配，以提升房屋的安全、舒适及美观性。建筑工程包含的内容众多，因此结构设计优化的内容也是多方面的，在结构优化设计中，只有从多角度进行全面的优化设计，才能从整体上促进高层建筑结构优化设计水平的提高。 1、高层建筑历史与现状发展在很早以前就有了结构化优化的思维，是在很多建筑设计者的实践中提炼出来的，林同炎设计大师就是首次在国内提出结构化优化的方法。之后在我国高层建筑迅速发展，目前发展已经十分惊人，各种优化方法也层出不穷。在早前，手工画图时代，结构设计师都是依靠先把空间问题转换成平面问题。此时通过计算力学效应，逐步分析计算和考核，强度、整体受力情况都需要一一验算核准，强调安全性，也要满足设计的基本要求。然后凭经验初取截面，再进行强度验算校核、整体受力验算等步骤。由于受到当时条件制约，整体上要既要实现经济，又要完全达到优化设计是很难达到的。随着计算机的普及，在建筑设计上的应用，利用计算机来优化建筑设计结构，研究成果虽然取得了突破性的进展，但是应用上并不如人意。那是因为科研的结果与现实的运用在很大程度上有一定的距离，现实中会考虑更多的约束条件，工程的复杂性在现实中得到体现。不是科研中的简单函数关系就能处理完成，需要考虑实际情况。工程的复杂和不可复制性，就决定了结构化优化的难度。各种计算机语言和软件的出现，为建筑结构化设计提供了精准的计算，让设计更有迅速。即便如此，科学研究的最优解和建筑实际的最优化还是有很大的区别，理论和实践区别在于实践的变化性。这就需要以实践为基础，更深入的去研究，从结构优化，到安全、美学、功能等方面进行优化。 2、设计高层建筑结构合理性所遵守的原则 2.1 高层建筑结构基础设计方案要合理高层建筑场地的地址因素是决定高层建筑结构基础方案如何选择的参考依据。合理、有效的高层建筑结构基础方案的设计，必须结合相应的地址勘探条件，必须切实、全面的考虑周边原有建筑群体、施工限制条件、地基荷载分布情况与高层建筑结构类型等相互间的关联因素。 2.2 保证高层建筑结构设计方案的合理性

优化设计方法的发展与应用情况

优化设计方法的发展与应用情况贾瑞芬张翔（福建农林大学　机电工程学院，福建　福州３５０００２）摘要：本文概要地介绍了优化设计方法在国内近年的应用和发展情况，包括传统优化方法、现代优化方法，以及优化软件的应用和发展情况。　关键词：优化遗传算法神经网络ＭＡＴＬＡＢ优化方法是２０世纪６０年代随着计算机的应用而迅速发展起来的，较早应用于机械工程等领域的设计。８０年代以来，随着国内有关介绍优化设计方法的专著（如《机械优化设计》［１］）的出版和计算机应用的普及，优化设计方法在国内的工程界得到了迅速的推广。本文按传统优化方法、现代优化方法、优化软件应用等三个方面，概要地介绍优化设计方法近年来在国内工程界的应用和发展情况。１．传统优化方法的应用与改进情况　１．１传统优化方法的应用　从近10年发表的工程优化设计的论文可以看出，罚函数法、复合形法、约束变尺度法、随机方向法、简约梯度法、可行方向法等，都有较为广泛的应用。对重庆维普信息数据库中的工程技术类刊物做检索，1993年至2003年，这6种约束优化方法应用的文献检出率的比例，依次约为12：10：3：1.5：1.5。以机械设计为例，传统优化方法主要应用于机构和机械零部件的优化设计，主要对零件或机构的性能、形状和结构进行优化。在结构方面，如对升降天线杆的结构优化设计[2]，采用内点罚函数法优化，在保证天线杆具有足够的刚度和压弯组合强度的前提下所设计出的结构尺寸比按一般的常规设计方法所计算的尺寸要小，自重更轻。在形状方面，赵新海等［３］对一典型的轴对称Ｈ型锻件的毛坯形状进行了优化设计，取得了明显的效果。在性能方面，《凸轮一连杆组合机构的优化设计》［４］一文以最大压力角为最小做为优化目标、并采用坐标轮换法和黄金分割法等优化方法对书本打包机中的推书机构（凸纶—连杆组合机构）进行优化设计，从而使得机构确保运动的平衡性的前提下具有良好的传力性能，使设计结果更加合理。《弹性连杆机构结构和噪声控制一体化设计》［３７］一文，利用改进的约束变尺度法，求解基于噪声控制的弹性连杆机构结构控制同步优化问题，同步优化后机构的声辐射性能指标具有明显改善。由以上的例子可以看出，因此，传统优化方法仍然具有不可忽视的作用。　将优化技术与可靠性理论相结合，形成了可靠性优化设计法。按照可靠性优化设计法设计的产品，既能定量地回答产品在运行中的可靠性，又能使产品的功能参数获得优化解，两种方法相辅相成，是一种非常具有工程实用价值的设计方法。如采用惩罚函数内点法求解齿轮传动的可靠性优化设计的数学模型[5]，以及运用二阶矩法和约束随机方向法对钢板弹簧进行可靠性优化设计[6]。１．２传统优化方法的一些改进　目前，随着工程问题的日益扩大，优化要面对的问题的规模和复杂程度在逐渐增大，传统的优化方法解决这些问题时，就显露出了其局限性与缺陷。于是就出现了在分析现有算法的基础上，针对方法的不足或应用问题而作出的改进。　 1．2．1对传统优化方法应用于离散变量优化的改进工程设计问题中，经常遇到设计变量必须符合本行业的设计规范和标谁，只能取为限定的离散值或整数值的情况。若应用连续变量优化方法．得到最优解后再作简单的圆整处理，可能造成设计上的不可行解，或得到一个非最优解。为此适用于变量取离散值的优化方法发展起来。朱浩鹏等[7]提出了改进的动态圆整法、拉格朗日松弛法。惩罚函数优化方法是一种常用的求解约束非线性问题的方法，但它仅限于求解连续变量的优化问题。

五种最优化方法

五种最优化方法 1.最优化方法概述 1.1最优化问题的分类 1）无约束和有约束条件； 2）确定性和随机性最优问题（变量是否确定）； 3）线性优化与非线性优化（目标函数和约束条件是否线性）； 4）静态规划和动态规划（解是否随时间变化）。 1.2最优化问题的一般形式（有约束条件）：式中f（X）称为目标函数（或求它的极小，或求它的极大），si（X）称为不等式约束，hj（X）称为等式约束。化过程就是优选X，使目标函数达到最优值。 2.牛顿法 2.1简介 1）解决的是无约束非线性规划问题； 2）是求解函数极值的一种方法； 3）是一种函数逼近法。 2.2原理和步骤

3.最速下降法（梯度法） 3.1最速下降法简介 1）解决的是无约束非线性规划问题； 2）是求解函数极值的一种方法； 3）沿函数在该点处目标函数下降最快的方向作为搜索方向； 3.2最速下降法算法原理和步骤

4.模式搜索法（步长加速法） 4.1简介 1）解决的是无约束非线性规划问题； 2）不需要求目标函数的导数，所以在解决不可导的函数或者求导异常麻烦的函数的优化问题时非常有效。 3）模式搜索法每一次迭代都是交替进行轴向移动和模式移动。轴向移动的目的是探测有利的下降方向，而模式移动的目的则是沿着有利方向加速移动。 4.2模式搜索法步骤

5.评价函数法 5.1简介评价函数法是求解多目标优化问题中的一种主要方法。在许多实际问题中，衡量一个方案的好坏标准往往不止一个，多目标最优化的数学描述如下：min (f_1(x),f_2(x),...,f_k(x)) s.t. g(x)<=0 传统的多目标优化方法本质是将多目标优化中的各分目标函数，经处理或数学变换，转变成一个单目标函数，然后采用单目标优化技术求解。常用的方法有“线性加权和法”、“极大极小法”、“理想点法”。选取其中一种线性加权求合法介绍。 5.2线性加权求合法 6.遗传算法智能优化方法是通过计算机学习和存贮大量的输入-输出模式映射关系，进

优化设计技术

机械优化设计摘要机械优化设计是最优化技术在机械设计领域的移植和应用,其基本思想是根据机械设计的理论,方法和标准规范等建立一反映工程设计问题和符合数学规划要求的数学模型,然后采用数学规划方法和计算机计算技术自动找出设计问题的最优方案。作为一门新兴学科，它建立在数学规划理论和计算机程序设计基础上，通过计算机的数值计算,能从众多的设计方案中寻到尽可能完善的或最适宜的设计方案，使期望的经济指标达到最优，它可以成功地解决解析等其它方法难以解决的复杂问题。优化设计为工程设计提供了一种重要的科学设计方法。因而采用这种设计方法能大大提高设计效率和设计质量。本文论述了优化设计方法的发展背景、流程，并对无约束优化及约束优化不同优化设计方法的发展情况、原理、具体方法、特点及应用范围进行了叙述。另外，选择合适的优化设计方法是解决某个具体优化设计问题的前提，而对优化设计方法进行分析、比较和评判是其关键，本文分析了优化方法的选取原则。之后对并对近年来出现的随机方向法、遗传算法、蚁群算法和模拟退火算法等新兴优化方法分别进行了介绍。本文以交通领域中建立最优交通网路为例说明了优化设计方法的应用特点。关键词：机械优化设计；约束；特点；选取原则

目录第一章引言 (1) 1.1优化设计的背景 (1) 1.2机械优化设计的特点 (2) 1.3优化设计的模型 (3) 1.4优化设计的流程 (4) 第二章优化设计方法的分类 (6) 2.1无约束优化设计方法 (7) 2.1.1梯度法 (7) 2.1.2牛顿型方法 (7) 2.1.3共轭梯度法 (8) 2.1.4变尺度法 (8) 2.2约束优化设计方法 (9) 2.2.1直接解法 (9) 2.2.2间接解法 (11) 2.3多目标优化方法 (13) 2.3.1主要目标法 (14) 2.3.2加权和法 (14) 第三章各类优化设计方法的特点 (15) 3.1无约束优化设计方法 (15) 3.2约束优化设计方法 (16) 3.3基因遗传算法（Genetic Algorithem,简称GA） (16) 3.4模糊优化设计方案 (17) 第四章优化方法的选择 (18) 4.1优化设计方法的评判指标 (18) 4.2优化方法的选取原则 (19) 第五章机械优化设计发展趋势 (21) 第六章 UG/PRO-E建模 (23) 参考文献 (27)

浅谈建筑结构设计

浅谈建筑结构设计建筑结构设计是个系统的,全面的工作。需要扎实的理论知识功底,灵活创新的思维和严肃认真负责的工作态度。作为设计人员,要掌握结构设计的过程,保证设计结构的安全,还要善于总结工作中的经验。本文根据笔者的工作经验,对建筑进行结构设计时要注意的事项进行阐述。标签：建筑结构设计过程注意事项 0 引言结构设计简而言之就是用结构语言来表达建筑师及其它专业工程师所要表达的东西。用基础,墙,柱,梁,板,楼梯,大样细部等结构元素来构成建筑物的结构体系,包括竖向和水平的承重及抗力体系。把各种情况产生的荷载以最简洁的方式传递至基础。 1 结构的设计过程结构设计的阶段大体可以分为三个阶段,结构方案阶段,结构计算阶段和施工图设计阶段。方案阶段的内容为:根据建筑的重要性,建筑所在地的抗震设防烈度,工程地质勘查报告,建筑场地的类别及建筑的高度和层数来确定建筑的结构形式(例如,砖混结构,框架结构,框剪结构,剪力墙结构,筒体结构,混合结构等等以及由这些结构来组合而成的结构形式)。确定了结构的形式之后就要根据不同结构形式的特点和要求来布置结构的承重体系和受力构件。结构计算阶段的内容为:首先,荷载的计算。荷载包括外部荷载(例如,风荷载,雪荷载,施工荷载,地下水的荷载,地震荷载,人防荷载等等)和内部荷载(例如,结构的自重荷载,使用荷载,装修荷载等等)上述荷载的计算要根据荷载规范的要求和规定采用不同的组合值系数和准永久值系数等来进行不同工况下的组合计算。其次,构件的试算。根据计算出的荷载值,构造措施要求,使用要求及各种计算手册上推荐的试算方法来初步确定构件的截面。再次,内力的计算,根据确定的构件截面和荷载值来进行内力的计算,包括弯矩,剪力,扭矩,轴心压力及拉力等等。最后,构件的计算。根据计算出的结构内力及规范对构件的要求和限制(比如,轴压比,剪跨比,跨高比,裂缝和挠度等等)来复核结构试算的构件是否符合规范规定和要求。如不满足要求则要调整构件的截面或布置直到满足要求为止。 2 进行结构设计时应注意的事项 2.1 关于箱、筏基础底板挑板的阳角问题 2.1.1 阳角面积在整个基础底面积中所占比例极小,可砍成直角或斜角。 2.1.2 如果底板钢筋双向双排,且在悬挑部分不变,阳角不必加辐射筋。

浅谈高层建筑结构设计_0

浅谈高层建筑结构设计上世纪末以来，城市化进程加速，城市人口激增，社会经济蓬勃发展，高层建筑在城市中越来越多。如今，城市中的高层建筑已经成为当地经济繁荣的重要标志。标签结构设计；高层建筑；控制参数；载荷；抗震 1 高层建筑的特点《高层建筑混凝土结构技术规程》规定，10层及10层以上和高度超过28 m 的钢筋混凝土民用建筑属于高层建筑。相比多层建筑而言，高层是向空中发展，容积率一定的情况下，建造高层建筑可以节省规划用地面积，提高城市绿化率，还可以缓解城市用地紧张的局面。高层建筑基础需要计算确定深度，独立的高层建筑单体而言，基础埋深比较容易确定，但现今住宅多为数十栋高层建筑群，地下车库相互连接，这时，既要充分考虑地下车库应的侧向刚度作为高层建筑的侧限。高层建筑比多层建筑多出较多的设备用房，如电梯、管道井等，这样就会增加建筑物的造价，增加公共面积；从建筑防火的角度看，高层筑的防火要求要高于中低层建筑，也会增加高层建筑的工程造价和运行成本。 2 高层结构设计体系特点地震作用和风荷载的影响下高度的增加，水平作用对高层建筑结构安全的控制作用更加显著。高层建筑的抗震性能、抗侧刚度、承载能力、造价高低，与所采用的结构系统密切相连。不同的层数、高度应采用不同的结构体系。 2.1 筒体结构单个筒体可分为实腹筒、框筒和桁筒。平面剪力墙组成空间薄壁筒体，即为实腹筒；框架通过减小肢距，形成空间密柱框筒，即框筒；筒壁若用空间桁架组成，则形成桁筒。实际结构中除烟囱等构筑物外不可能存在单筒结构，而常常以框架—筒体结构、筒中筒结构、多筒体结构和成束筒结构形式出现。在层数很多或设防烈度要求很高时，可用筒体结构。 2.2 剪力墙结构体系利用建筑物墙体作为承受竖向荷载、抵抗水平荷载的结构，称为剪力墙结构体系。剪力墙结构体系于钢筋混凝土结构中，由墙体承受全部水平作用和竖向荷载。现浇钢筋混凝土剪力墙结构的整体性好，刚度大，在水平荷载作用下侧向变形小，承载力要求也容易满足。但剪力墙结构体系平面布置不灵活，结构自重往

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建筑结构优化设计分析摘要：建筑结构设计的优化主要体现在通过结构设计优化达到性能及经济的完美协调。不管对建设方或者居住者，都有着直接的影响。本文根据结构优化设计实例进行分析。关键词：建筑结构；结构设计；优化方法前言结构设计优化技术所指的是建筑结构的设计过程中，设计人员会面临着各种各样的问题，比较成本、性能和建筑材料等问题。如何通过结构优化，从而达到利用最少的资金建设出合理科学的建筑结构。其优化的意义所在就是节省工程造价，提高建筑的质量。当前建筑结构的成本占比较重，合理科学的建筑结构可以产生巨大的经济效益，并还能够提高工程的质量。 1、建筑结构设计优化的步骤 1.1建立合理模型可以通过3步来实现对房屋结构设计的优化，具体步骤是：第一步，需合理选择设计的变量。一般情况下，在选择合理的设计变量的时侯，应当将对建筑结构具有较大影响的因素做为主要设计变量的参数。例如，结构的造价C1与损失的期望C2等有关参数使目标控制产生较大的影响，以及诸如结构的可靠度PS等有关参数使约束控制产生较大的影响，这就需要对这些影响设计变量的参数进行合理选择。相反，对那些影响不大的因素，在进行优化的时侯可以采取预定参数的方式来表示，使让优化过程中的计算量、设计量和编制程序的工作量有所降低。第二步，需确立目标的函数。在采用建筑结构设计优化技术对房屋结构设计进行优化过程中，应当尽可能的寻找几组可以满足有关预定条件的截面相应的几何尺寸、钢筋的截面积以及相应的失效的概率的函数，让工程的造价费用有所减少。第三步，确定约束的条件。在采用建筑结构设计优化技术对房屋结构设计进行优化过程中，应当对结构的可靠性以及用来优化设计的有关约束条件做进一步确定。其中，设计优化的约束条件包含有结构体系约束、应力约束、构件单元约束、尺寸约束、结构强度约束、裂缝宽度约束等。在对房屋结构设计进行优化的时侯，必需充分将实际性约束条件和目标性约束条件作对比，然而保证每一个约束条件均可以满足需求，以便达到最佳的设计。 1.2设定计算方案依照可靠性对房屋结构设计进行的优化也会出现非线性的优化问题以及多约束性的优化问题，并且还会使多变量复杂化。所以，为了减少这些问题需要在进行分析计算的时侯，将有约束的优化问题转化为没有约束的优化问题进行求解。常常采取的优化设计的计算方法是Powell法、复合形法和拉氏乘子法等3种方法。 1.3设计相关程序依照可靠性对房屋结构设计优化的基本模型和选择的计算方法可以编写一个具有运算速度快以及功能齐全的综合应用程序，通过程序的优化提高设计的时效。 1.4作好结果分析在对房屋结构设计进行优化设计的过程中，应当对最终得到的有关计算结果作一定的对比分析，以便为最终的优化设计方案提供科学、合理、有效的依据。而在这个过程当中就要求设计人员必需全面周密的考虑问题，只有这样才能够科学、合理、有效地选择设计的方案，才可以保证建筑结构的实用、经济、合理、安全以及美观，才能够尽可能少的资金投入获得最大的收益。尤其需要注意的是，在进行建筑结构优化设计的过程中，并不能够只一味的强调经济上的节约而降低了技术上标准；或者仅考虑技术上的要求却忽视了经济上的节约，这些都是不正确的。只有在众多因素中寻找最佳结合点，探索优化设计的平衡点，才能够达到有关设计要求。因此，必须做好结构的分析与运用。 2、某工程空心楼板优化设计的实例分析 2.1原方案原设计方案板厚300mm，拟用空心管直径200mm。相邻空心管之间设一道肋，梁宽度 60mm。肋梁区域受力钢筋上、下铁都为2Ф14（Ⅲ级钢），空心管区域受力钢筋上、下铁都

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组合优化问題简卉习题一第二章最优化问题的数学基础2.1 二次型与正定矩阵2.2 方向导数与梯度2.3 Hesse矩阵及泰勒展式2.4 极小点的判定条件2.5 锥、凸集、凸锥2.6 凸函数2.7 约束问题的最优性条件习题二第三章线性规划及其对偶问题3.1线性规划数学模型基本原理3.2 线性规划迭代算法3.3 对偶问题的基本原理3.4 线性规划问题的灵敏度习题三第四章一维搜索法4.1 搜索区间及其确定方法4.2 对分法4.3 Newton切线法4.4 黄金分割法4.5 抛物线插值法习题四第五章常用无约束最优化方法5.1 最速下降法5.2 Newton法5.3 修正Newton法5.4 共轭方向法5.5 共轭梯度法5.6 变尺度法5.7 坐标轮换法5.8 单纯形法习題五第六章常用约束最优化方法6.1外点罚函数法6.2 內点罚函数法6.3 混合罚函数法6.4 约束坐标轮换法6.5 复合形法习题六第七章动态规划7.1 动态规划基本原理7.2 动态规划迭代算法7.3 动态规划有关说明习题七第八章多目标优化8.1 多目标最优化问题的基本原理8.2 评价函数法8.3 分层求解法8.4目标规划法习题八第九章现代优化算法简介9.1 模拟退火算法9.2遗传算法9.3 禁忌搜索算法9.4 人工神经网络第十章最优化问题程序设计方法10.1 最优化问题建模的一般步骤10.2 常用最优化方法的特点及选用标准10.3 最优化问题编程的一般过程10.4 优化问题设计实例参考文献更多最优化方法及其应用相关pdf电子书下载

浅谈建筑结构设计在建筑工程质量中的作用

浅谈建筑结构设计在建筑工程质量中的作用发表时间：2018-07-13T11:17:48.010Z 来源：《基层建设》2018年第13期作者：黄颖 [导读] 摘要：本文分析了几个建筑设计中结构设计方面存在的普遍问题，并提出了针对这些问题的防治方法，供大家参考借鉴。身份证号：45042219890325XXXX 摘要：本文分析了几个建筑设计中结构设计方面存在的普遍问题，并提出了针对这些问题的防治方法，供大家参考借鉴。关键词：建筑，结构设计，建筑结构，存在问题引言随着社会经济的发展和人们生活水平的提高，对建筑结构设计也提出了更高的要求。建筑工程质量直接关系到人民生命和财产的安全，建筑质量主要由设计质量和施工质量两个方面来衡量。建筑工程质量的优劣直接关系到人们的生命安全。建筑设计是一项繁重而又责任重大的工作，直接影响到建筑物的安全、适用、经济和合理性。但在实际设计工作中，常常发生建筑结构设计的种种概念和方法上的差错，这些差错的产生，有的是由于设计人员没有对一般建筑尤其是多层建部设计引起高度重视，盲目参照或套用其他的设计的结果；有的则是由于设计对设计规范和设计方法缺乏理解；还有的是由于设计者的力学概念模糊，不能建立正确的计算模式，对结构验算结果也缺乏判断正确与否的经验，为了避免或减少类似的情况发生，确保建筑设计质量能上一个台阶，应从以下几个方面对结构设计中的常见问题加以改进：一、剪力墙砌体结构挑梁裂缝问题底层框架剪力墙砌体结构房屋是指底层为钢筋混凝土框架--剪力墙结构，上部为多层砌体结构的房屋。该类房屋多见于沿街的旅馆、住宅、办公楼，底层为商店，餐厅、邮局等空间房屋，上部为小开间的多层砌体结构。这类建筑是解决底层需要一种比较经济的空间房屋的结构形式。部分设计者为追求单一的建筑立面造型来增加使用面积，将二层以上的部分横墙且外层挑墙移至悬挑梁上，各层设计有挑梁，但实际结构的底层挑梁承载普遍出现裂缝，该类挑梁的设计与出现裂缝在临街砌体结构房屋中比较常见。原因是原设计各层挑梁均按承受本层楼盖及其墙体的荷载进行计算。但实际结构中，悬挑梁上部墙体均为整体砌筑，且下部墙体均兼上层挑梁的底摸，这样挑梁上部的墙体及楼盖的荷载实际上是由上往下传递。上述挑梁的设计计算与实际工程中受力及传力路线不符是导致底层挑梁承载力不足并出现受力裂缝的主要原因，解决的办法要么改变计算简图及受力路线，要么注意施工顺序和施工工序。二、关于板面设置温度应力筋《混凝土结构设计规范》GB50010-2002 第10.1.9条规定在温度收缩应力较大的现浇板区域内，钢筋间距宜取为150～200mm，并应在板的末配筋表面布置温度收缩钢筋，板的上下表面沿纵横两个方向的配筋率均不宜小于0.1%，对于这一条设计人员的理解又会产生出入。什么区域属于温度收缩应力较大的区域？笔者认为对于规则较短的建筑物我们可以在各楼面边跨及屋面层设置相应的温度应力钢筋，而对于超长结构，则建议在超长结构的长向均应设置双层钢筋。其余部位则可因人而异，功能重要的区域设置，有条件的建设子项设置，而不必过于强调。另外有一点，当地下室筏板厚度大于1200mm时，笔者建议在筏板中间配置温度收缩应力钢筋以抵抗大体积混凝土所产生的收缩及温度应力，配筋量笔者建议取1/2筏板厚的0.1%，且不小于φ12@200。三、关于超长结构混凝土结构设计规范第9.1.1 条中规定钢筋混凝土框架结构伸缩缝最大间距为55m，而7.1.2条则规定当采取后浇带分段施工，专门的预加应力措施或采取能减小混凝土温度变化或收缩的措施且有充分依据的，伸缩缝间距可适当增大。这两条在实际设计过程中较难把握。工程实例中超过55m 就设置伸缩缝，这显然是很难保证的，但采取后浇带分段施工后究竟应控制房屋长度多少而不至于产生裂缝等不良现象呢？这取决于各地区的温差及混凝土不同的收缩应力。按照常规，单层房屋超过55m在70m以内时，采取设置施工后浇带及相应的构造加强措施后，不设置伸缩缝是可行的，多个工程均未产生严重的裂缝。但在结构设计中必须对梁柱配筋进行概念上的调整。首先是长向板钢筋应双层设置，并适当加强中部区域的梁板配筋，中部区域作为一个中点必然受较大应力，而两侧梁柱，特别是边跨的柱配筋必须加强以抵抗温度应力带来的推力，而超长结构在角部容易产生的扭转效应也须我们在设计中对角部结构进行加强。当框架结构超过70m时，必须采取特殊的措施才能不设置伸缩缝，譬如说采用预加应力，掺入抗裂外加剂等等，而且作为超过70m 的结构，必须对温度及收缩裂缝采取定量的分析，并相应施加预应力，这在许多工程实例中应用的效果也是众目共睹的。如果对超长结构，不能有效的分析清楚受力情况，还应按规范要求设置伸缩缝。四、防止由于地基沉降或不均匀沉降引起的构件开裂或破坏预防或减少不均匀沉降的危害，可以从建筑措施、结构措施、地基和基础措施方面加以控制。诸如：避免采用建筑平面形状复杂、阴角多的平面布置；避免立面体形变化过大；将体形复杂、荷载和高低差异大的建筑物分成若干个单元；加强上部结构和基础的刚度；同一建筑物尽量采用同一类型基础并埋置于同一土层中等一系列措施。应该引起重视的是：对高层建筑来说，由于需要一定的埋置深度，从经济的角度考虑，基础一般采用桩箱或桩筏结合的形式，此时应保证箱体的整体刚度，群桩布置的形心应与上部结构重心相吻合。当土层有较大起伏时，应使用同一建筑结构下的桩端位于同一土层中，并应考虑可能产生的液化影响。五、从结构计算和构造上满足规范要求 5.1 从结构计算角度，看结构计算应注意的问题避免荷载计算的错误。诸如漏算或少算荷载、活荷载折减不当、建筑物用料与实际计算不符，基础底板上多算或少算土重。底框砌体结构验算时就应注意：底部剪力法仅适用于刚度比较均匀的多层结构，对具有薄弱层的底层框架混合结构，应考虑塑性变形集中的影响，通常对底层地震剪力乘以1.2-1.5的增大系数；底层框架混合结构的剪力分配不能简单地按框架抗震墙的方法。连续板计算不能简单地用单向板计算方法代替；双向板查表计算时，不能忽略材料泊松比的影响，否则，由于跨巾弯矩未进行调整，将使计算值偏小对电算结果的正确性进行正确评价。 5.2 从构造角度看应注意的问题注意构件最大配筋率和最小配筋率的限值。尤其是在抗震设计中既要保证建筑结构在地震发生时具有一定的延性，又必须满足最小配筋的要求。严格按照规范要求，保证钢筋在各个部位所需满足的锚固、延伸和搭接长度，材料选用也必须满足强度要求。为了防止屋面温度应力引起的墙体开裂，必须采取有效的通风散热措施。按抗震构造要求设置的构造柱，应在整个建筑物高度内上下对准贯通，上至女儿

浅谈高层建筑结构设计的重点和难点

林业科技情报2014Vol.46No.1 浅谈高层建筑结构设计的重点和难点梅雅莉（黑龙江省林业设计研究院）［摘要］由于我国人口数量的增多，为解决住房等问题需要发展建筑行业，尤其是要发展高层建筑行业。随着建筑高度的不断增加，建筑的形式和结构功能也变得复杂多样，因此，高层建筑的结构设计工作便成为建筑工程师在设计过程中的重点和难点。本文着重对高层建筑结构设计过程中应注意的问题进行分析。［关键词］高层建筑；结构设计；重点问题 Discussion On The Emphasis And Difficulty Of The Structure Design For High－Ｒise Building Mei Yali （Forest Designing AndＲesearch Institute Of Heilongjiang Province） Abstract：With the increasing for the population in our country，it is necessary to develop architecture industry，es-pecially the high－rise buildings，to solve the housing problem．Associated with the increasing number for the high －rise building，the type of the architecture and the structure function has got much more complex．As a result，the design for high－rise building becomes the emphasis and difficulty for the architecture engineering worker．The par-ticle mainly analyzes the problem emerging from the high－rise building design process． Key words：high－rise building；structure design；emphasis problem 1高层建筑结构设计的概况及意义随着我国城市化进程不断加快，城市人口显著增多，高层建筑在城市建设中发挥着越来越重要的作用。即使在建筑设计理念和方法日益先进的今天，仍会因为高层建筑复杂的结构，较广的学术知识涉及和较大的工程量而出现设计失误的现象。高层建筑结构设计的意义有：首先，如果建筑所使用的面积一定，设计和建造高层建筑可以获得相对多一些的使用面积，可以解决城市用地紧张、房价高涨等问题。另一方面，精美的高层建筑设计还可以改善城市的外观，或者说成为城市的一道风景。比如马来西亚的石油大厦和上海的金茂大厦等等。而如果设计的建筑高层密度、结构不合理，就会给城市带来热岛效应，影响城市居民的生活环境，甚至由于高层的玻璃因反光而发生光污染的现象。其次，如果是在建筑面积与建设场地面积的比值一定，那么建造高层建筑就会有效地节约城市土地面积，得到更多的空闲地面，用这些空闲出来的地面来进行城市绿化或者供人们休息娱乐。与此同时，建筑高层的土地结构设计会为城市带来更充足的日照、更良好的采光和通风效果。在新加坡新建的居住区中，由于建造了很多的高层建筑群，得到了许多空闲的地面，使人们的休闲活动空间也得到了拓展。最后，一般情况下，高层建筑也可以使人们的内心得到舒展，所以说高层建筑对于城市人们的生活非常重要。因此，高层建筑的结构设计也非常重要，良好的建筑结构可以使人们生活得更加安全，更加舒心。也会使城市更加美观，拥有良好的生态环境。高层建筑结构设计师们要发挥自己的所学所能，设计出美观、经济、实用的高层建筑。 2高层建筑结构设计中应注意的问题在高层建筑结构的设计中，我们需要注意一些问题，主要有以下几方面。 2.1剪力墙的设计在高层建筑中，剪力墙对建筑有着重要的影响，所以，在剪力墙的设计过程中，要充分考虑剪力墙的结构体系。也就是以建筑物墙体作为承受水平、竖向荷载的结构，要求混凝土剪力墙具有较好的结构，较强的刚度，以满足其承载力的要求。在对剪力墙进行计算配筋时，切记要为墙肢一端配筋。在短肢剪力墙相对较多的结构中，将较短的墙段划为约束边缘的构件是不妥的，这会使墙肢中和轴附近的钢筋无法发挥作用。另外，剪力墙间距也不能过大，因为这会使得平面的布置显得死板，无法满足公共建筑功能需求。此外，一旦剪力墙自身的结构过大，高度超过标准就会引起悬臂墙变形， · 03 ·

建筑结构设计的优化方法及应用分析何彬

建筑结构设计的优化方法及应用分析何彬发表时间：2018-09-13T14:30:03.330Z 来源：《建筑细部》2018年2月中作者：何彬 [导读] 文章以建筑结构设计的优化方法及应用分析为研究对象，首先对建筑结构设计优化必要性进行了阐述分析四川省大卫建筑设计有限公司四川省成都市 610000 摘要：文章以建筑结构设计的优化方法及应用分析为研究对象，首先对建筑结构设计优化必要性进行了阐述分析，随后简单介绍了建筑结构优化设计方法步骤，最后以装配式工艺为例，对建筑结构设计的优化应用进行了分析研究以供参考。关键词：建筑结构；设计优化方法；应用分析前言：建筑结构作为整体建筑核心组成部分，针对于建筑结构的设计不仅关系到建筑建设经济适用性，同时对于建筑整体功能性发挥具有重要的影响意义。在低碳环保理念、可持续发展理念日益深入人心的当下，需要进一步加强对建筑结构设计优化方法的应用与分析，从而有效提升建筑节能效率，最大限度地降低对环境的负面影响，促进建筑建设质量提升，推动我国建筑行业实现可持续发展。一、建筑结构设计优化必要性随着我国城市建设进程不断加快，国民经济水平不断提升，有效带动了我国建筑行业的发展。当下人们对于建筑建设提出了更高的要求，其不仅要求在建筑质量方面更加稳定，同时要求具备良好的建筑功能性，建筑造型设计要独特、新颖，整体建筑外观结合自身功能性不同具有一定艺术特质，给人以美的感受；还要响应国家关于绿色建筑的政策号召，能够减少建筑施工中不必要的资源浪费，提升建筑的低碳、环保性能，经济适用性更强，从而带给人更好的居住体验。建筑结构作为建筑的核心组成部分，在满足上述要求上发挥着关键性作用。首先，建筑整体结构合理与否，决定着建筑的抗震性能、质量及稳定性实现，是提升建筑建设水平与质量的关键；其次，建筑结构与建筑的整体造型设计也具有密切的联系，在建筑造型设计方面发挥着重要的作用。最后，建筑结构建设关系到建筑的用材、施工技术选择、等因素，而上述这些因素决定着建筑资源的利用率的高低，能够有效减少不必要的建筑资源浪费，使得建筑施工建设更加低碳环保。基于以上种种分析，很有有必要加强对建筑结构设计的优化，进一步推广建筑结构设计优化应用，从而有效实现建筑成本的节约，提升建筑建设质量，确保建筑节能标准得到有效落实，有效减少建筑施工建设过程中各种违法、资源浪费、破坏问题的发生，从而推动建筑行业实现绿色健康可持续发展。二、建筑结构优化设计方法步骤（一）构建建筑结构优化模型在建筑结构优化过程中，首先需要借助数学函数关系，通过构建建筑结构设计约束条件与可变条件之间的关系式，从而实现建筑结构应用模型的建立，在此基础之上，借助相应模型对影响建筑结构优化的因素进行全面的分析，从中获得最佳的优化方式，为整体建筑结构优化奠定坚实的基础。例如结合对建筑墙体保温板与墙体受压能力的分析，通过构建相应模型进行全面的数据分析，从而推动建筑结构的优化得到有效实现。（二）制定科学合理的建筑结构优化设计方案在数据模型运行阶段，通过对房屋建筑的模型相关条件进行处理分析，在有效保证建筑结构在实际实施中功能性得到良好的发挥的基础之上，通常对线性分析加以应用，做好线性条件的检验，通过对数学模型中的函数进行变置转化应用，以此为依据，实现建筑结构优化设计的实施方案制定，有效提升建筑结构优化设计的可实施性及可操作性，保证建筑结构设计优化得到全面有效的落实。（三）综合应用分析建筑程序通过利用现代测量技术与建筑结构设计相结合，进一步将抽象的数据资源转化为房屋建筑中的实际执行操作，确保建筑结构在优化后，发挥出应有的作用价值。例如在房屋墙体设计上应用建筑结构设计优化方法，以墙体建设各种因素为依据，全面分析外墙和内墙建设实施，最终形成专门针对于建筑中墙体施工实际方案，发挥建筑结构设计优化方法的引导作用，提升建筑结构优化设计水平与质量。三、建筑结构设计优化应用，以装配式工艺为例在建筑结构设计建造方面，相对于传统的现浇施工工艺，装配式建筑工艺作为新型建筑工业化应用典范，其在建筑结构设计方面主张在信息技术的支持下，实现对建筑结构的预制化生产、装配化施工的生产方式，以设计标准化、构件部品化、施工机械化为特征，通过对建筑结构设计、生产、施工等整个产业链进行整合，从而有效实现建筑产品节能、环保、全生命周期价值最大化的可持续发展的建筑生产方式。以成都建工工业化建筑有限公司青白江生产基地办公楼建设施工为例，该建筑便是采用全装配式混凝土结构，其中主要的建筑结构如梁柱、板墙等均为预制，并且按照三星级绿色建筑标准进行设计、施工和运营，是四川省第一座全装配式的混凝土结构建筑，预制率接近100%。在完全达到传统建筑的防震、安全、耐用要求同时，还具有省时、省工、省钱、无污水、无噪声、无粉尘等优点。在具体的装配式工艺应用中，某幼儿园建设项目作出了良好的示范，该建设项目外墙结构采用的瓷砖反打工艺。具体来说，即是将建筑外墙用饰面石材在工厂事先打到混凝土里，形成一体的建筑预制构件，这种工艺对于建筑结构起到了良好的优化作用，使得建筑结构表面更加平整，附着也非常牢固，更为重要的是，其有效提升了整体建筑装配的施工效率。通过运用该工艺，可以有效避免出现目前存在的外墙砖脱落和空鼓现象，提升了建筑外墙结构的品质及质量，对于工期缩短也有着较为积极的影响意义，但如果造型特殊，规模量小，相应单方造价就会比传统工艺要高。建筑结构优化设计不仅包含建筑自身结构的设计与优化，还需要立足于整个建筑施工过程，并且同时也涉及了建筑工程建造过程中的方方面面。据相关数据统计，我国的年建筑量已经达到20亿平方米以上，而在建筑施工总量中，作为施工必备条件的建筑工程临时设施，如道路、围墙等，尽管在相对量上所占的比例较小，但由于使用多为一次性，因而其绝对量随着建设工程总量的增加而显著增加。这种大量使用一次性临时设施造成了建筑资源的浪费，增加了我国实现节能减排目标的难度。在建筑施工设施优化中，针对于铺装板通过进行设计优化使其具备可拆卸、可重复利用功能，若在房建工程前期的三通一平中加以利用，可以起到良好的环保节约作用。装配式工艺不仅在结构设计层面能够体现出良好的应用价值发挥，在具体落实应用方面产生的经济、社会效益效果也非常明显。以中石油加油站的扩改工程为例，该工程使得装配式工艺的经济、社会效益价值得到了充分的体现。该工程地处成都市一环路，占地面积

机械结构优化设计

机械结构优化设计 ——周江琛2013301390008 摘要：机械优化设计是一门综合性的学科，非常有发展潜力的研究方向，是解决复杂设计问题的一种有效工具。本文重点介绍机械优化设计方法的同时，对其原理、优缺点及适用范围进行了总结，并分析了优化方法的最新研究进展。关键词：优化方法约束特点函数优化设计是一门新兴学科,它建立在数学规划理论和计算机程序设计基础上,通过计算机的数值计算,能从众多的设计方案中寻到尽可能完善的或最适宜的设计方案,使期望的经济指标达到最优,它可以成功地解决解析等其它方法难以解决的复杂问题,优化设计为工程设计提供了一种重要的科学设计方法,因而采用这种设计方法能大大提高设计效率和设计质量。优化设计主要包括两个方面:一是如何将设计问题转化为确切反映问题实质并适合于优化计算的数学模型,建立数学模型包括:选取适当的设计变量,建立优化问题的目标函数和约束条件。目标函数是设计问题所要求的最优指标与设计变量之间的函数关系式,约束条件反映的是设计变量取得范围和相互之间的关系;二是如何求得该数学模型的最优解:可归结为在给定的条件下求目标函数的极值或最优值的问题。机械优化设计就是在给定的载荷或环境条件下,在机械产品的形态、几何尺寸关系或其它因素的限制范围内,以机械系统的功能、强度和经济性等为优化对象,选取设计变量,建立

目标函数和约束条件,并使目标函数获得最优值一种现代设计方法,目前机械优化设计已广泛应用于航天、航空和国防等各部门。优化设计是20世纪60年代初发展起来的，它是将最优化原理和计算机技术应用于设计领域，为工程设计提供一种重要的科学设计方法。利用这种新方法，就可以寻找出最佳设计方案，从而大大提高设计效率和质量。因此优化设计是现代设计理论和方法的一个重要领域，它已广泛应用于各个工业部门。优化方法的发展经历了数值法、数值分析法和非数值分析法三个阶段。20世纪50年代发展起来的数学规划理论形成了应用数学的一个分支，为优化设计奠定了理论基础。20世纪60年代电子计算机和计算机技术的发展为优化设计提供了强有力的手段，使工程技术人员把主要精力转到优化方案的选择上。最优化技术成功地运用于机械设计还是在20世纪60年代后期开始，近年来发展起来的计算机辅助设计（CAD），在引入优化设计方法后，使得在设计工程中既能够不断选择设计参数并评选出最优设计方案，又可加快设计速度，缩短设计周期。在科学技术发展要求机械产品更新日益所以今天，把优化设计方法与计算机辅助设计结合起来，使设计工程完全自动化，已成为设计方法的一个重要发展趋势。优化设计方法多种多样，主要有以下几种：1无约束优化设计法；无约束优化设计是没有约束函数的优化设计，无约束可以分为两类，一类是利用目标函数的一阶或二阶导数的无约束优化方法，如最速下降法、共轭梯度法、牛顿法及变尺度法等。另一类是只利用目标函数值的无约束优化方法，如坐标轮换法、单形替换法及鲍威尔法等。此法具有计算