時間：2023-08-23 09:17:15
緒論：在尋找寫作靈感嗎？愛發(fā)表網(wǎng)為您精選了8篇優(yōu)化設計與優(yōu)化方法，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！
關鍵字：房屋；結構設計；優(yōu)化技術
引言
目前，隨著社會經(jīng)濟水平的不斷提高，土地價格也在不斷上漲。同時，人民對住房條件的需求也在不斷上升，因此，對開發(fā)商帶來的壓力也在不斷加大。為了實現(xiàn)房屋建筑經(jīng)濟效益的最大化，就需要采用結構優(yōu)化技術，在有限的空間內(nèi)實現(xiàn)資源的最大利用。房屋結構優(yōu)化設計是指，采取科學合理的設計理念和技術方法來設計房屋結構，以最小的工程報價來最大化整體的建筑收益，提高房屋的質量水平，使得企業(yè)也獲得較高的利潤等。
一、我國目前房屋結構設計現(xiàn)狀以及實施優(yōu)化設計的原因
隨著我國經(jīng)濟的飛速發(fā)展，人民生活水平的不斷提高，對住房建設要求也越來越高。同時，根據(jù)我國目前的基本國情，人口數(shù)量日益增長，住房面積需求量不斷加大。因此，我國現(xiàn)階段住房建設主要以高層為主。房屋的結構設計優(yōu)化不僅能夠滿足當今大眾的需求，更能為投資者減少建筑成本。
房屋建設結構優(yōu)化必須以建筑的安全性為首要原則，然后再進一步分析建筑方案，配合科學合理的設計理念，從而有效控制建筑工程造價，實現(xiàn)經(jīng)濟效益的最大化。根據(jù)近些年的數(shù)據(jù)資料顯示，優(yōu)化建筑結構設計可以為整項建筑工程節(jié)省30%-50%的費用。但是，在實際的設計過程中，方案設計受自然因素的影響很大，很難發(fā)揮出其本身的優(yōu)越性。例如，工程設計階段，施工方過多的縮短建筑設計時間，從而使設計效果達不到理想的要求，在縮短工程工期的同時也降低了工程設計質量；建筑設計時，設計人員的經(jīng)驗不足，專業(yè)知識不完備，對一些設計軟件掌握的不夠精通；一些設計者在設計建筑時過度的關注部分結構而忽視了整體方案等等，這些因素都會導致建筑結構設計的不夠優(yōu)化。因此，房屋建筑設計者必須科學合理的分析整體建筑方案，并設計出最優(yōu)的結構，才能實現(xiàn)經(jīng)濟利益的最大化。
二、房屋結構設計優(yōu)化主要體現(xiàn)在哪些方面
房屋結構設計優(yōu)化主要是采取合適的方法以及科學的設計理念來最大化的達到房屋設計標準，如：房屋結構的合理布局、構件大小、結構框架等。鋼筋混凝土結構的優(yōu)化設計的基本理念是將建筑的具體部件以及整體布局進行分析，而頂柱、體形、層高以及拉力構件等等都會影響建筑物的整體布局。建筑構件的布局、強度等級以及配筋構造都是建筑物具體構件的體現(xiàn)。綜合以上因素，建筑方案結構需要專業(yè)知識豐富且熟知設計規(guī)范的工程技術人員設計，而且在設計時必須充分考慮各構件直接的受力特性，從而選取最優(yōu)的設計方案。
三、房屋結構優(yōu)化設計技術
（一）優(yōu)化技術的基本原則
在工程設計優(yōu)化過程中，必須以工程設計和工程價值為基本原則。優(yōu)化結構設計的最終目標是充分利用建筑材料，實現(xiàn)建筑構件利用的最大化。優(yōu)化結構設計不僅遵守建筑設計規(guī)范，更實現(xiàn)了當今建筑的審美學和價值學。通過深化改善房屋結構設計，從而實現(xiàn)建筑功能更加協(xié)調完善，降低建筑成本，提高經(jīng)濟效益。
房屋結構的優(yōu)化必須從實際工程施工出發(fā)，結合房屋結構的具體情況，實現(xiàn)房屋建筑的結構的最優(yōu)化設計。在進行結構優(yōu)化時，必須依據(jù)設計意圖，采用平面設計布局，降低構件質量和剛度之間的差異，減小水平負載造成的房屋扭曲，在豎直方向上采用轉換層技術，有效地降低構件的集中用力。
（二）優(yōu)化設計的基本的要點
1.依據(jù)設計規(guī)范
工程師在設計建筑結構時必須具備豐富的建筑設計經(jīng)驗以及熟知設計規(guī)范。即依據(jù)科學的設計理念，將自身的優(yōu)化方案融于整個工程項目設計中去。建筑結構設計規(guī)范更多是對于工程較大的項目，因而會造成某些規(guī)定過于保守。另外，在工程設計比較特殊或復雜時，依據(jù)某些規(guī)定將會造成建筑物的不安全。因此，這就要求設計師在建筑設計過程中必須具備良好的專業(yè)素質以及清醒的思路、正確的判斷力，爭取將建筑結構設計做到最優(yōu)。
優(yōu)化房屋結構設計過程中，應注重建筑構件的細節(jié)優(yōu)化，如：建筑構件的受力鋼筋，在滿足塑性的條件下盡可能的選擇性價比較高的產(chǎn)品，從而實現(xiàn)房屋結構的經(jīng)濟、安全。
2.結構師主動參與建筑設計
在工程施工前期以及施工過程中，建筑結構師的主動參與對整個房屋結構優(yōu)化起到關鍵性作用。在實際的工程施工過程中，建筑設計師往往不能夠對整個結構體系進行很好的受力分析，即建筑結構師的設計理念以及其自身具備的經(jīng)驗不能完全代替設計師的設計思想，同時，建筑與結構上專業(yè)知識的隔閡也無法彌補。建筑結構設計師其豐富的工程設計經(jīng)驗以及專業(yè)設計理論，積極主動的為設計師出謀劃策，只有兩者的順利合作才能設計出更加優(yōu)秀的方案。
目前，我國的房屋建筑設計總是先從建筑的結構布局開始，根據(jù)結構承載負荷的不同分析所需的材料、參數(shù)等，往往這種分析方法是計算機所不能計算出的，它需要建筑結構設計師充分論證整個建筑設計方案之后做出的判斷。而這些判斷需依據(jù)實際工程實踐經(jīng)驗以及結構設計所遵循的一般規(guī)律進行。
3.加強設計團隊之間的合作
優(yōu)化房屋結構是一項整體而系統(tǒng)的工作，它需要團隊之間的協(xié)調合作?，F(xiàn)代建筑主要由結構、設備、建筑三大要素組成。因此，在工程施工過程中要明細團隊內(nèi)部分工，并做好團隊合作，只有這樣才能有機的結合各個構件創(chuàng)造出更加完美的作品。在建筑工程設計階段，房屋的結構設計和建筑設計是不可分割的，只有協(xié)調好兩者之間的關系，才能設計出更加美觀大方的建筑方案，同時，又降低了建筑成本，簡化施工過程，達到既美觀又實用的建筑效果。通常建筑設計師在設計建筑時，只是一味的要求設計方案的新奇，而忽略了建筑學中基本的力學關系，這樣設計出的方案往往在結構設計上造成困難。因此，團隊之間的協(xié)調合作是房屋結構優(yōu)化的重要保障。
4.優(yōu)化房屋建筑結構，解決房屋抗震問題
房屋結構的優(yōu)化不僅僅能降低建筑成本、增加建筑美觀、簡化施工過程，更能加強房屋的抗震作用。通過房屋結構優(yōu)化技術，可以增加房屋抵抗外部作用的破壞，有效地降低房屋破壞程度。因此，在房屋結構優(yōu)化設計過程中，抵抗外界各種不良因素的影響成為結構優(yōu)化設計工作的主要內(nèi)容。在日常的外界不良因素中，地震是最難以預測且對房屋建筑物破壞最強的，所以在房屋計算及構造上必須加強抗震措施。如：房屋構件剛度的對稱性以及均勻性都可以有效的緩解地震對建筑物的破壞；多道防設設計理念可以有效緩沖特大地震對房屋主構件的破壞。以上這些設計思想都是房屋結構設計的重要內(nèi)容。
四、總結
工程造價對整個工程項目的經(jīng)濟效益起著關鍵性作用，因此優(yōu)化房屋結構設計，不僅可以降低整個工程的造價成本，更能提升整體房屋的安全級別。結構設計與建筑設計的協(xié)調配合，充分發(fā)揮其自身的優(yōu)勢，設計出最優(yōu)的房屋結構。在平面設計過程中，應遵循對稱、均勻的原則，縮小房屋構建質量與剛度之間的差異。在豎直布置上，保證上下承重件負載的上下貫通。建筑是藝術的表現(xiàn)，在保證房屋安全的前提下，結構師應敢于創(chuàng)新，將房屋的實用性與藝術性完美的結合在一起。
參考文獻：
[1]侯貫澤，劉樹堂.工程結構優(yōu)化設計理論與方法[J].鋼結構，2009，2（8）：148-150.
[2]陽維.房屋結構優(yōu)化設計方法與問題分析[J].城市建設理論研究（電子版），2012，2（12）：72-74.
給水管網(wǎng)優(yōu)化設計的研究包括管網(wǎng)優(yōu)化設計模型和優(yōu)化算法兩個方面，優(yōu)化設計模型需要相應的優(yōu)化算法進行求解。隨著計算機的出現(xiàn)及其應用軟件的開發(fā)，兩者在理論和工程實際的應用中都逐漸成熟，應用比較廣泛。
1.1給水管網(wǎng)優(yōu)化設計模型研究
給水管網(wǎng)優(yōu)化設計模型是進行優(yōu)化設計的基礎，其優(yōu)劣程度決定優(yōu)化設計是否成功。因此，所建的模型必須真實地反映管網(wǎng)運行特征及管理要求。其模型的發(fā)展經(jīng)歷單目標函數(shù)和多目標函數(shù)兩個階段。20世紀50年代后，國內(nèi)的研究者開始對管網(wǎng)優(yōu)化設計模型研究，取得一定成果的有同濟大學、哈爾濱工業(yè)大學等。國內(nèi)研究者一般都以管網(wǎng)年費用折算值最小為目標函數(shù)建立管網(wǎng)優(yōu)化設計數(shù)學模型。此模型沒有考慮管網(wǎng)的可靠性約束。隨著研究的深入和實踐證明，人們逐漸認識到若僅以經(jīng)濟性作為管網(wǎng)優(yōu)化設計的目標函數(shù)與工程實際相比存在某種欠缺和不足，還需要考慮系統(tǒng)可靠性這一因素。
1.2給水管網(wǎng)優(yōu)化設計模型求解算法研究
給水管網(wǎng)優(yōu)化設計模型求解方法主要經(jīng)歷了以下三個階段。
（1）拉格朗日函數(shù)優(yōu)化法。該方法主要用于求解以管徑和水頭損失為變量的單目標單工況優(yōu)化設計模型。應用拉格朗日未定系數(shù)法，將目標函數(shù)進行轉換，然后用計算機進行求解。但是由于管徑為離散變量，應用此法求得的管徑需要進行圓整，化為市售管徑，這在某種程度上破壞了解的最優(yōu)性。該算法目前應用較少。
（2）數(shù)學規(guī)劃法。
①線性規(guī)劃。線性規(guī)劃法是在一組線性約束條件下，求某個線性目標函數(shù)的最小值(最大值)。該方法只能解決樹狀管網(wǎng)的優(yōu)化設計，因此該算法應用較少。
②動態(tài)規(guī)劃法。動態(tài)規(guī)劃法是一種求解多階段決策過程最優(yōu)化方法。該法對模型中的目標函數(shù)和約束條件的形式要求不高，以標準管徑為變量計算結果不需要調整。該方法對小型樹狀管網(wǎng)能得到最優(yōu)解;對于簡單的環(huán)狀管網(wǎng)，需預先假設一組管徑并進行初始流量分配，將環(huán)狀網(wǎng)化為樹狀網(wǎng);對于復雜管網(wǎng)應用該法不能得到最優(yōu)解。
③非線性規(guī)劃法。非線性規(guī)劃法是在一組非線性約束條件下，尋求非線性目標函數(shù)的最大值或最小值。在管網(wǎng)優(yōu)化設計中，目前所建的模型基本都是非線性模型，因為此種模型能更好地反映管網(wǎng)系統(tǒng)各因素之間的關系，因此該方法能提高計算精度。非線性規(guī)劃法能較好的反映管網(wǎng)系統(tǒng)的本質。
(3)隨機搜索優(yōu)化方法。
①神經(jīng)網(wǎng)絡算法。神經(jīng)網(wǎng)絡算法是將優(yōu)化問題的目標函數(shù)和約束條件映射到神經(jīng)網(wǎng)絡動力系統(tǒng)，利用人工神經(jīng)網(wǎng)絡的動力系統(tǒng)演化機制，搜索到局部最優(yōu)解，將最優(yōu)解映射為動力系統(tǒng)平衡點。目前將神經(jīng)網(wǎng)絡算法用于環(huán)狀管網(wǎng)方面的研究較少。
②蟻群算法。蟻群算法(ACOAs)是由意大利學者Dorigo于1996年提出的一種模擬螞蟻尋食行為的算法。該算法能夠智能搜索、全局優(yōu)化，且易與其它算法結合。但有以下缺點：a:當規(guī)模較大時，算法效率下降得很快，需要較長的搜索時間；b:容易出現(xiàn)停滯現(xiàn)象，即搜索到一定程度后，所有個體所發(fā)現(xiàn)的解完全一致，不能對解空間進一步進行搜索，不利于發(fā)現(xiàn)更好的解，從而容易陷入局部最優(yōu)。
③遺傳算法。遺傳算法(GA)近年來被認為是管網(wǎng)優(yōu)化技術的飛躍，它通過模擬自然界生物種群的遺傳和自然選擇機制，隨機搜索最優(yōu)解。遺傳算法是以標準管徑為決策變量的，對其采用一定的編碼方式，通過選擇、交叉和變異等操作，求得最優(yōu)解。它的優(yōu)勢主要在于:a:該算法不受可微、可導、連續(xù)等數(shù)學處理方式的限制；b:以離散的標準管徑為決策變量避免了非線性規(guī)劃法需對連續(xù)管徑進行“圓整”帶來的偏差；c:該算法是一種隨機搜索過程，不會形成局部最優(yōu)解；該算法也存在一些缺陷，如遺傳算法的早熟現(xiàn)象、適應度值難以標定、接近最優(yōu)解時收斂很慢等。
2、結語
關鍵詞：素描教學；教學方法；創(chuàng)造能力；想象能力
中圖分類號：G42 文獻標識碼：A 文章編號：1005-5312（2013）05-0239-01
設計素描與傳統(tǒng)素描不同，其涵蓋內(nèi)容十分廣泛，如表現(xiàn)設計素描、結構設計素描、具象設計素描、意象設計素描、抽象設計素描等。設計素描是設計類課程的基礎，強調對學生構思能力、表現(xiàn)能力、創(chuàng)造能力的訓練和培養(yǎng)，通過科學的結構剖析、透視訓練和理性推理，使學生創(chuàng)作出兼具審美性和功用性的設計素描作品。由于設計素描的教學質量與設計類學科學生的專業(yè)能力培養(yǎng)息息相關，所以探討其教學方法和教學手段的優(yōu)化具有重要的現(xiàn)實意義。
一、設計素描含義
設計素描是以設計概念為先導的素描造型形式，是以設計為教學目的而進行的各種素描實踐活動。它以比例尺、透視規(guī)律、事物形體的內(nèi)部構造剖析、三維空間觀念及手法等方面的技巧，來表現(xiàn)新的視覺傳達與造型手法。設計素描充分結合了現(xiàn)代設計學科的特點，強調造型能力的培養(yǎng)、觀察能力的訓練以及設計意圖的表達，適用于所有設計專業(yè)，是一門專業(yè)基礎課。設計素描在追求完美圖形效果的同時，更側重于追求設計的適用性和實用功能，表達設計者的獨特設計意圖。
設計素描不同于繪畫素描，兩者在本質上有著極大的區(qū)別。繪畫素描強調繪畫創(chuàng)作中的寫實能力和表現(xiàn)能力，力求使藝術造型生動、富有感染力，體現(xiàn)造型的審美作用，成為陶冶情操的精神產(chǎn)品；設計素描是在基本造型的基礎上，成為表達設計創(chuàng)意、交流設計方法的語言和手段，強調繪畫中創(chuàng)造性思維和設計意識的體現(xiàn)，使設計素描為設計服務，關注功能性價值的實現(xiàn)，而不是單純的藝術信息傳達。所以，設計素描以實用性為主，精神內(nèi)涵為輔。
二、當前設計素描教學存在的問題
（一）教學改革滯后
在設計素描教學中，許多教師對素描的寫實主義風格盲目崇拜，久而久之形成了單一的教學模式。現(xiàn)階段，國內(nèi)許多知名院校對設計專業(yè)的素描基礎課均進行了改革與創(chuàng)新，取得了良好的教學成效。然而，我國大部分院校的設計素描課程仍然延續(xù)傳統(tǒng)的素描理念，以傳授繪畫經(jīng)驗、技法、指導與訓練為主，強調對客觀事物的模仿和再現(xiàn)，嚴重制約了學生想象力和創(chuàng)造力的提高，致使設計素描的教學改革嚴重滯后于設計學科類專業(yè)的發(fā)展。
（二）教學模式單一
大部分院校的設計素描教學以結構訓練為主要教學模式，甚至有些院校直接將設計素描視為結構素描，沒有考慮到不同類型設計專業(yè)的實際教學需要。在服裝設計、工業(yè)設計、動畫設計、環(huán)境藝術設計等設計專業(yè)中，設計素描將結構訓練模式貫穿于始終，忽視了設計學科不同專業(yè)的指向性。同時，單一的教學模式僅僅關注于學生描繪能力、塑造能力、結構分析能力的培養(yǎng)，而不重視學生設計意念、邏輯思維、想象能力、表現(xiàn)手法的提高，使得設計素描的基礎訓練與設計專業(yè)需求相背離。
（三）教學方法和手段守舊
部分院校的設計素描教學理念落后，在教學內(nèi)容上仍以靜物寫生、人像寫生、石膏幾何形體寫生、圓雕寫生為主。課堂實踐中，教師的教學活動過于僵硬、死板，一般為教師先講解相關基礎知識，再以國外作業(yè)為范例，最后進入訓練階段，這種守舊的教學方法和手段容易使學生形成思維定式，影響學生創(chuàng)造力的發(fā)揮。
三、優(yōu)化設計素描教學方法與手段
（一）改進傳統(tǒng)常規(guī)的教學方法
設計素描的傳統(tǒng)常規(guī)教學方法在一定程度上限制了學生思維能力和創(chuàng)新能力的發(fā)展，使課堂教學因循守舊，難以激發(fā)學生的學習興趣，所以必須對傳統(tǒng)常規(guī)的教學方法進行改進和創(chuàng)新。首先，打破傳統(tǒng)靜物組合方式和選擇方式。傳統(tǒng)物體組合方式包括高差異體量組合、體量類似物組合、關聯(lián)性事物組合、質感差異組合等，教師應轉變這些固定的物體組合方式，通過倒掛、包扎、懸掛、壘積等方式對物體進行隨機性擺放，也可以讓學生參與物體的選擇，以此提高學生學習的主動性，活躍學生的思維；其次，讓學生嘗試多種素描手法和素描工具。教師可讓學生掌握設計素描的不同表現(xiàn)手法，如擦、抹、涂、貼、印等，讓學生體會不同表現(xiàn)手法所產(chǎn)生的視覺美感。教師也可讓學生嘗試使用多種繪畫工具和各種有色紙張進行設計素描，以激發(fā)學生的學習興趣，開闊學生的眼界，培養(yǎng)學生的審美能力和創(chuàng)新意識；再次，突破透視法則和常規(guī)構圖的限制，讓學生明確透視不是衡量畫面美的唯一標準。教師可讓學生對畫面物體進行夸張化、平面化、扭曲的形象處理，在構圖上采取求偏、求險、求滿、求局部、求空等形式格局，拓展學生的想象思維和創(chuàng)造思維，提高審美標準。
（二）強化創(chuàng)造能力訓練
在設計素描教學中，教師應當結合設計學科的專業(yè)特點，運用循序漸進的教學方法，在準確性訓練、結構理解性訓練以及質感和材料寫真訓練等素描技巧訓練之后，強化學生創(chuàng)造能力訓練。教師要在學生全面了解空間、形體、結構、材料等基本特征的基礎上，引導學生從視覺效果、視覺特征、視覺傳達的感受認知中探尋自己的造型思路，讓學生捕捉新穎的意象。在創(chuàng)造能力訓練中，教師要強調學生自主捕捉物象的審美點和特征點，并融入自己的感受，運用多種表現(xiàn)形式和手法進行創(chuàng)作設計，展現(xiàn)具有個人特質的審美追求。教師應讓學生明確設計素描并不僅限于物象的模擬，而是一種更深層次的觀察和發(fā)現(xiàn)，從而更準確的把握自然物象形體的本質特征，探尋更新穎和豐富的意象，潛移默化地提高學生的想象能力和創(chuàng)造能力。
（三）將現(xiàn)代元素融入教學
設計素描教學要重視教學方法的創(chuàng)新，使教學方法能夠滿足現(xiàn)代藝術設計和設計學科專業(yè)的需求，積極探尋將現(xiàn)代元素融入教學中的途徑。首先，教師可利用多媒體教學手段實施情景教學，運用先進的多媒體設備展示經(jīng)典設計，對其進行細致講解，使學生能夠全方位地研究和剖析作品，主動發(fā)掘作品的思路，進而拓展學生的設計思維，增強學生的創(chuàng)作意識；其次，學校可組織設計素描作品大賽、學術交流活動等，為學生提供相互交流、相互學習的平臺，在實踐中不斷提高學生創(chuàng)作的綜合素質。通過多樣化的實踐活動，使學生明確設計素描是一種創(chuàng)造性的思維活動，需要積累豐富的基礎知識和審美素養(yǎng)，而不是簡單的模仿性活動，必須發(fā)揮思維能動性力求創(chuàng)新和突破；再次，運用理論與實踐的專題訓練方式，使學生勇于嘗試新的創(chuàng)作手法，如可讓學生借鑒傳統(tǒng)繪畫的手法設計作品，也可讓學生嘗試不同地質紋理在設計中的運用效果，以拓寬學生的設計思路。
（四）開展針對性的創(chuàng)作訓練
在傳統(tǒng)的設計素描教學中，教師沿襲繪畫性素描的教學方法，通過觀察訓練和寫生練習來培養(yǎng)學生的造型能力，限制了學生創(chuàng)作思維的拓展，使學生陷入了設計素描就是物體臨摹的誤區(qū)。所以，教師必須根據(jù)設計素描的教學目的，開展針對性的創(chuàng)作訓練，使學生從物象的內(nèi)外構造關系入手認知事物本質，進而在物象中抽象出有價值的意象元素。在基本功教學方面，可劃分為結構形態(tài)、明暗形態(tài)、質感形態(tài)等幾個專題進行教學。在學生具備一定的造型能力之后，再開展主題素描教學培養(yǎng)學生的綜合能力。如，以某種常見物品為主題，向學生提出特定的設計訴求，讓學生根據(jù)訴求充分發(fā)揮想象力和創(chuàng)造力，創(chuàng)作出不同的設計方案。這種教學方法能夠讓學生將掌握的基本造型技能，通過想象和設計思維，運用到實踐中去，通過設計手法和藝術語言闡釋自己的意圖。此外，設計方案完成后，讓其他學生和專業(yè)教師評價學生的作品，在學生虛心接受別人建議的過程中，進一步思考作品在實用和審美方面存在的不足，進而使學生在創(chuàng)作實踐中不斷提高自己的設計能力。
四、結論
總而言之，教師要在設計素描教學中堅持以設計觀念為指導，對傳統(tǒng)的素描教學模式進行改革和創(chuàng)新，使設計素描教學模式與設計學科專業(yè)發(fā)展相適應，為學生不斷提高設計專業(yè)能力奠定基礎。設計素描要強調為設計服務，教師在教學過程中要使學生明確設計素描是兼具實用和審美功能的表現(xiàn)形式，充分發(fā)揮學生的想象能力和創(chuàng)造能力，培養(yǎng)學生創(chuàng)新思維、審美素養(yǎng)和造型能力，實現(xiàn)設計素描的教學目標。
參考文獻：
[1]楊成品.李穎婷.藝術設計專業(yè)設計素描教學的模式與方法研究[J].新課程研究（中旬刊）.2012（7）.
【關鍵詞】建筑結構設計；優(yōu)化方法；概念設計優(yōu)化
一個建筑要達到精美的效果，設計師需要把其美觀設計與結構設計緊密結合起來。為實現(xiàn)在有限的空間、有限的資源的情況下，發(fā)揮出最大效果，最終達到經(jīng)濟化、實用性和適用性的良好目標，在房屋結構設計中，要采取適用、經(jīng)濟、安全、便于施工和美觀這五種效果措施。而在房屋結構設計中，應用建筑結構優(yōu)化設計方法可以滿足這一要求，保證建筑美觀、造型優(yōu)美，同時又能夠便于房屋的施工，使房屋安全、經(jīng)濟、適用，從而真正成為“經(jīng)濟適用”房[1]。
一、結構設計優(yōu)化方法的理論基礎
在進行工程項目和結構設計的過程中，需要考慮的因素很多，最終目的是要在保證設計對象基本適用功能和安全可靠性的情況下，把設計對象設計到最好的程度。這就涉及到工程和結構最優(yōu)化的問題。用科學的語言來描述就是：利用確定的數(shù)學方法，在所有可能的設計方案的集合中，搜索到能夠滿足預定目標的、最令人滿意的方案[2]。
從建筑理論上分析結構設計優(yōu)化方法可以得知，結構設計優(yōu)化方法主要體現(xiàn)在兩個方面，其一是房屋工程部分結構的優(yōu)化設計，其二是房屋工程結構總體的優(yōu)化設計。后者的優(yōu)化設計包括：屋蓋系統(tǒng)方案的優(yōu)化設計、圍護結構方案的優(yōu)化設計和結構細部設計的優(yōu)化設計。穿插其中的，還包含選型、布置、受力分析、造價分析等項目，在實施過程中，應遵循一定的原則，結合具體工程的實際情況，從實際出發(fā)，圍繞房屋建筑的綜合經(jīng)濟效益目標進行結構優(yōu)化設計。
在設計安全被保證的情況下，建筑師應開拓創(chuàng)新，挑戰(zhàn)新的結構形式。在建筑結構設計的過程中，建筑師的設計意圖應能夠得到基本滿足，應設置盡量符合規(guī)則的平面布局，使其對稱；同時減少質量中心和剛度中心的差異，使建筑物在水平荷載作用下不致于產(chǎn)生太大的扭轉效應。在豎直方向的布置上，應確保在滿足功能要求的情況下，盡最大可能貫通豎向的承重構件；為使結構分析和設計上的難度不致于太大，減少不必要的經(jīng)濟浪費，使應力分散，轉化層應盡可能少地使用；豎直方向的剛度要漸變，而不要突變，如若不然，在水平荷載作用下，突變處會產(chǎn)生嚴重的應力集中現(xiàn)象，這是非常不利于結構抵抗水平動力荷載的[3]。
二、結構設計優(yōu)化技術的意義所在
在房屋結構設計中運用建筑結構設計可以起到非常好的效果，這不僅可以使房屋看起來更加美觀，用起來更加實在，而且也能夠節(jié)省大量的造價，起到良好的效果。采用設計優(yōu)化的方法與采用傳統(tǒng)房屋結構設計方法相比優(yōu)點是十分明顯的，它可以使建筑工程造價得到大幅度降低，降幅可達30%左右。要實現(xiàn)優(yōu)化方法的技術性問題，材料的性能要合理利用起來，爭取協(xié)調好建筑結構內(nèi)部的各單元，達到建筑規(guī)范所規(guī)定的安全水平。同時，優(yōu)化方法的技術性實現(xiàn)還可以合理決策建筑整體性方案設計，它可以有效實現(xiàn)建筑設計的經(jīng)濟化、實用性和適用性的良好目標。
三、結構設計優(yōu)化技術在建筑結構設計中的步驟
（一）結構優(yōu)化模型
房屋結構整體優(yōu)化設計方法分以按3 個步驟進行。首先，選擇設計變量。一般把對設計要求起主要影響作用的參數(shù)作為設計變量，如目標控制參數(shù)（結構造價C1 和損失期望C2）和約束控制參數(shù)（結構的可靠度PS）；而將那些對設計要求來講，變化范圍不大或是根據(jù)結構要求或局部性的設計考慮就能滿足設計要求的參數(shù)等作為預定參數(shù)，這可以大大減少設計、計算和編制程序的工作量；其次，確定目標函數(shù)。尋求一組滿足預定條件的截面幾何尺寸和鋼筋截面積以及失效概率，從而使總費用最??；第三，確定約束條件。房屋結構基于可靠度優(yōu)化設計的約束條件，則包括尺寸約束、結構強度約束、應力約束、變形約束、裂縫寬度約束、構件單元約束、結構體系約束、從正常使用極限狀態(tài)下的彈性約束到最終極限狀態(tài)的彈塑性約束、從可靠指標約束到確定性約束條件等。在設計中，要使結構優(yōu)化設計應用于實際房屋結構工程，則是路房屋結構設計中實際的約束條件與目標約束條件相比較，保證各約束條件都符合現(xiàn)行規(guī)范的要求，以實現(xiàn)最優(yōu)設計。
（二）設定優(yōu)化設計計算方案
房屋結構基于可靠度的優(yōu)化設計問題屬于比較復雜的多變量、多約束非線性優(yōu)化問題，一般情況下，在計算過程中，應轉化問題求解，即將有約束優(yōu)化問題轉化為無約束問題。可以利用起來的優(yōu)化設計計算方法有復合形法、拉氏乘子法、Powell 法等。
（三）進行程序設計
根據(jù)基于可靠度的結構優(yōu)化模型和選擇的優(yōu)化設計計算方法，編制功能齊全、運算速度快的綜合程序。
（四）結果分析
對計算結果進行分析，確定最優(yōu)設計方案。在上述步驟的執(zhí)行過程中，涉及的問題包括多個方面，所以要全方位、多角度地考慮。這主要是因為建設投資這項工程的耗資非常大，涉及到的情況非常多，在設計中片面強調經(jīng)濟節(jié)約是不正確的。應滿足技術上的相應要求，使項目達到相應的功能要求，與此同時，要反對重視技術，輕經(jīng)濟、設計保守浪費的現(xiàn)象。
四、結構設計優(yōu)化技術在建筑結構設計中的應用
（一）直覺優(yōu)化（概念設計優(yōu)化）技術與建筑結構設計
對于同一建筑方案，可以有許多不同的結構布置設計；確定了結構布置的建筑物，即使在同種荷載情況下也存在不同的分析方法：分析過程中設計參數(shù)、材料、荷載的取值也不是惟一的：建筑物細部的處理更是不盡相同，這些問題是計算機無法完全解決的，都需要設計人員自己作出判斷[4]。而判斷只能在結構設計的一般規(guī)律指導下，根據(jù)工程實踐經(jīng)驗進行，這便是前面所說的概念設計。因此，概念設計存在于設計師對多種備選方案進行選擇的過程中。
（二）概念設計處理的實際建筑設計問題
概念設計所要處理的問題多種多樣。但可以肯定的是希望通過概念設計，建筑結構能在各種不期而遇的外部作用下不受破壞，或將破壞程度降至最低。因此，分析如何應付建筑物可能遭遇的各種不確定因素成為概念設計的重要內(nèi)容。其中，地震作用最為難以琢磨，破壞性也最大。故而，建筑設計過程中就應該未雨綢繆，從計算及構造等各個方面都要采取一些有助于提高抗震能力的措施，不利于抗震的作法則應盡量避免。剛度均勻、對稱是減小地震在結構中產(chǎn)生不利影響的重要手段；延性設計則能有效地防止結構在地震作用下發(fā)生脆性破壞；多道設防思想能使建筑在特大地震作用下次要的構件先破壞，消耗一部分地震能量。這些抗震設防思想在整個設計過程中都應該作為概念設計的重要指導思想。
總而言之，建筑結構優(yōu)化設計方法的研究涉及面廣泛，具有十分復雜的特點，是一項綜合決策問題。適用、經(jīng)濟、安全、便于施工和美觀是建筑工程設計優(yōu)化追求的五種效果，而這五個方面的側重點各不相同，相互之間又存在一些矛盾的地方，一個優(yōu)秀設計的出現(xiàn)往往
是這五個方面的最佳結合。所以，在進行建筑設計的實踐過程中，應加強實踐探索，降低經(jīng)濟成本，以達到經(jīng)濟效益的最大化，從而在保證經(jīng)節(jié)約經(jīng)濟成本和達到美觀要求的情況下合理進行結構設計。
參考文獻
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關鍵詞：轎架優(yōu)化設計有限元CAD/CAE
中圖分類號：S611 文獻標識碼： A
1 引言
電梯轎架的主要功能是支撐整個轎廂系統(tǒng)，載著轎廂在曳引鋼絲繩的作用下沿著電梯導軌上下運行，它要具有足夠強度的同時也要保證轎廂內(nèi)乘客乘坐舒適，且要有與安全制動裝置相配合的機構來保證特殊狀態(tài)下乘客的安全。一套設計合理的產(chǎn)品須滿足如下幾個基本要求：
1）結構、功能及強度要求
2）使用性能要求。
3）標準化及成本、工藝等要求
以下以轎架上橫梁設計為例，介紹最優(yōu)化方法和CAE有限元分析方法在電梯結構設計方面的具體應用。
2 上橫梁受力分析及結構選型
在轎架系統(tǒng)中，上橫梁需承受所有的重量，所以上橫梁所用物料的結構形式和尺寸參數(shù)是設計的關鍵所在。 以載重1600kg轎架設計為例，其中轎架各部分重量分布如下表：
表2.1系統(tǒng)配置參數(shù)
2.1 截面選型
上橫梁承受的主要載荷類型是彎矩，因此要優(yōu)化截面類型就要選擇截面面積最小且抗彎系數(shù)最大的截面形狀。截面形狀為簡單的矩形時（矩形高度為h，寬度為b），截面的抗彎系數(shù)為
ABC
圖2.1三種常見上橫梁截面
取3種截面的高度尺寸相同，在相同面積下比較其慣性矩及抗彎截面系數(shù)，根據(jù)截面慣性矩如下計算公式及具體截面的慣性矩算法可對圖2.1三種截面抗彎系數(shù)進行對比。
（以上公式：即面積元素A對Z軸的慣性矩為：面積A與其到Z軸的距離平方的乘積。）
經(jīng)比較，截面A和C的慣性矩和截面抗彎系數(shù)在高度和面積相同的情況下大于截面B，考慮到結構的加工工藝，截面A加工較C更為簡單，所設計的上橫梁基本結構型式如下圖2.2所示（圖右為上橫梁橫截面示意圖）。
圖2.2 上橫梁結構型式及橫截面示意圖
2.2 上承重梁受力情況分析
取單根梁為研究對象，上橫梁長度為L，其受力簡圖如下圖所示：
圖2.1 上橫梁受力簡圖
單根梁所受力為：
2.3截面模量計算
為便于計算，將上橫梁槽鋼截面簡化分解成如圖2.2所示的模塊，其中上橫梁高度為h，寬度為b，厚度值為t，分別計算截面3個部分的慣性矩得：
上橫梁所受應力為
3參數(shù)優(yōu)化及有限元分析
3.1 上橫梁結構參數(shù)優(yōu)化計算
結構優(yōu)化的目的是為尋求零部件結構參數(shù)的最優(yōu)配置，力求綜合滿足各設計目標。如使所設計的部件在強度滿足時，具有更小的原材料消耗量，最佳的制作裝配工藝等。根據(jù)引言所述的設計目標以及對上橫梁的受力分析，確立上橫梁結構參數(shù)的最優(yōu)化數(shù)學模型如下:
其中優(yōu)化目標為：上橫梁重量最小，對應的目標函數(shù)為：
約束條件1為：最大應力小于材料屈服極限235MPa，其對應的約束條件為：
約束條件2為：上橫梁的最大撓度σ≤【σ】，其中【σ】為上橫梁最大容許撓度，【σ】=3，其對應的約束條件方程為
根據(jù)設計經(jīng)驗，初步確定上述各參數(shù)變化范圍為：
根據(jù)表2.1所列出的電梯轎廂的各部分重量值，計算得出作用在上橫梁上的總重量為：
又由文中2.2對上橫梁的受力分析所得，單根梁所承受的力和彎矩分別為
將上述公式所計算值代入目標函數(shù)及約束條件，并在matlab中應用數(shù)值搜索和窮舉法對優(yōu)化方程進行求解得：
t=8.32mmb=76.8mm h=230.6mm
當上橫梁截面參數(shù)取上述3個值時，滿足優(yōu)化優(yōu)化目標，此時為參數(shù)的優(yōu)化值，即保證零件強度的情況下，材料重量最小。
因此，根據(jù)GB型材標準，選用厚度的槽鋼作為載重1600kg轎架上橫梁材料。此時，根據(jù)式3.1函數(shù)，計算的上橫梁的實際重量為
按優(yōu)化計算值，在solidworks中創(chuàng)建上橫梁實際結構模型，測得上橫梁實際重量值和慣性矩分別為：
此為優(yōu)化的最終結果。
3.2優(yōu)化解的有限元驗算
根據(jù)3.1中對上橫梁橫截面參數(shù)優(yōu)化計算得出的最優(yōu)解，在solidworks中，創(chuàng)建上橫梁結構的簡易模型，并依據(jù)對上橫梁的受力分析，在ansys 12.0環(huán)境下對該參數(shù)下的上橫梁進行結構靜力解析，得出的結果見下圖3.1。
圖3.1 上橫梁ansys仿真結果圖
從圖3.1可以看出上橫梁的最大應力為211.46MPa，為壓應力，而最容易引起破壞的拉應力的為81.67，均小于材料Q235的屈服強度極限，由圖右的應變示意中，上橫梁的最大變形為2.7263mm，小于容許撓度【σ】=3，因此優(yōu)化計算得出的截面參數(shù)t=9，b=80，h=250合格。
4結論
在電梯行業(yè)中，現(xiàn)代設計理論和方法的使用也越來越多，本文應用最優(yōu)化思想和現(xiàn)代CAD/CAE手段以電梯轎架零部件上橫梁為例，說明了優(yōu)化設計和有限元方法在電梯部件結構設計中的應用。
參考文獻
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[關鍵詞]結構設計；優(yōu)化；應用
中圖分類號：TB482.2 文獻標識碼：A 文章編號：1009-914X（2014）24-0063-01
1.前言
在建筑設計進程當中，要求建筑師需竭盡所能，揚長避短，將實用性跟藝術性完美結合，優(yōu)化完成房屋建筑設計工作，在保障建筑質量高質獲取的同時盡可能降低投入成本，為此需針對建筑結構實施合理設計，兼顧經(jīng)濟跟美觀，規(guī)避結構僵化問題出現(xiàn)。
2.簡析結構設計的優(yōu)化技術
2.1 步驟
構建結構優(yōu)化模型――通常而言，一般按照三個步驟實施房屋結構的整體優(yōu)化設計，第一，進行適合設計變量的優(yōu)化選擇，將直接影響設計要求的相關參數(shù)當作是變量指標，譬如說約束控制參數(shù)和目標控制參數(shù)等，其中結構造價以損失期望為目標控制參數(shù)，結構可靠度為約束控制參數(shù)，在設計中，針對變化范圍相對較小或者是結合結構要求及局部設計需求綜合考慮將能夠充分滿足設計要求的參數(shù)作為是預定參數(shù)，如此一來，便能大幅度減少設計及計算、編程過程所涉及的具體工作量；第二，將對應的目標函數(shù)確定下來，要求找到一組能夠符合對應預定條件的截面幾何尺寸、失效概率、鋼筋截面積，使得設計總費用得以優(yōu)化降至最低；第三，將具體的約束條件確定下來，在可靠度優(yōu)化設計基礎上，房屋結構優(yōu)化設計約束條件涵蓋有結構強度約束以及尺寸約束、變形約束、構件單元約束、應力約束、裂縫寬度約束、基于正常使用極限值之下的彈性約束至最終極限值之下的彈塑性約束等方面內(nèi)容。在具體的設計進程當中，在實際房屋結構工程建設中有效采用結構優(yōu)化設計，通過對比房屋結構設計中對應的實際目標約束條件，確保各類型條件均能符合現(xiàn)行規(guī)范需求，盡可能實現(xiàn)最優(yōu)化設計。
制定結構優(yōu)化設計計算方案――一般來說，在可靠度優(yōu)化設計問題基礎上能夠實施房屋結構的優(yōu)化設計，該項工作復雜程度相對較高，涉及有多約束非線性及多變量優(yōu)化問題等方面內(nèi)容，在實際的計算進程當中，一般會進行約束優(yōu)化問題向無約束問題的合理轉化并求解，相關計算方法包括有拉氏乘子法、復合形法及Powell法等多種計算方式。
有效實施程序設計――結合在可靠度基礎上構建的結構優(yōu)化模型及計算優(yōu)化方式，可進行多功能且具備有較快運算速度的綜合程序的有效編制。
2.2 實踐應用
細部結構優(yōu)化設計――在結構優(yōu)化設計中，設計人員需在宏觀把控的基礎上給予西部設計更多重視，譬如說，異形裂縫情況，選擇鋼筋的時候，應綜合考慮鋼筋材料的極限抗拉力值等相關因素，基于塑性要求基礎，擇取合適的建筑施工鋼材。譬如說為實現(xiàn)現(xiàn)澆板的良好受力，設計人員在選擇一級鋼跟冷軋帶肋鋼的時候建議選用冷軋帶肋鋼，房屋建筑的室內(nèi)設計同樣需滿足相應基本需求，旨在確保建筑具備有良好的經(jīng)濟安全性。
地基基礎結構優(yōu)化設計――在建筑地基基礎上設計進程當中，首先需要做到的是針對相關設計方案實施優(yōu)化選擇，若面對的建筑樁地基，則應結合施工現(xiàn)場的地理環(huán)境進行類型選擇，旨在實現(xiàn)造價的優(yōu)化節(jié)約，對于樁端持力層而言，因為灌注樁長會受到直接影響，所以應因地制宜地選擇正確的結構優(yōu)化設計方案。
2.3 功效
實現(xiàn)工程造價的優(yōu)化降低――在具體的結構優(yōu)化設計進程當中，通過對比高層住宅與多層住宅可以知道，建筑層數(shù)越多，則會產(chǎn)生越大的建筑面積，單位面積所占的土地面積則越小，能夠盡可能實現(xiàn)用地成本的優(yōu)化節(jié)約，然而伴隨著建筑層數(shù)的加大導致建筑的總高度隨之加大，為此需盡可能加大建筑跟建筑相互之間的距離，進而所占用的土地面積節(jié)約量跟建筑層數(shù)的不斷增加難以擁有相同比例情況。針對建筑基礎部分來說，其是建筑各層所共同使用的，可是伴隨著建筑層數(shù)的不斷增加，導致基礎所承受荷載不斷加大，基于此需強化增大建筑基礎，如此一來，雖然建筑單位面積的造價大大降低，卻未能獲取像屋蓋那樣較為明顯的效果。
實現(xiàn)建筑結構經(jīng)濟性的合理提升――伴隨著建筑層數(shù)的逐漸增加導致建筑墻體面積及柱體積不斷增加，進而加大建筑結構自身重力情況，基礎及柱的承載力隨之增加，建筑結構中的電氣及水衛(wèi)管線越來越長；反之，若是建筑層數(shù)相對降低，則能夠實現(xiàn)建筑材料的有效節(jié)約，使得建筑能夠更好地實現(xiàn)抗震效果，與此同時，降低建筑總體高度，進而縮短兩個建筑相互之間的日照距離，從間接方面實現(xiàn)實際用地的合理節(jié)約。若是建筑擁有相同面積，其各自的形狀各不相同的話，會造成建筑擁有不同的外墻周長，建筑形狀為圓形或者是跟方形較為接近的時候，其對應的外墻周長系數(shù)則越小，外墻砌體及基礎、建筑內(nèi)外表面裝修則越少，與此同時，建筑所具備的受力性能獲得優(yōu)化提升，其對應的經(jīng)濟性能有效增強。由此可見，充分實現(xiàn)結構優(yōu)化方式的技術性，能夠使得建筑擁有使用美觀價值的同時盡可能降低投入成本，達到具體的經(jīng)濟適用、安全美觀、便捷施工需求，在房屋建筑設計中合理應用結構優(yōu)化設計手段，能夠順應現(xiàn)代市場的可持續(xù)發(fā)展要求。
3.結語
綜上，在建筑工程建設中，建筑結構設計中占據(jù)相對較大的比例，合理采用優(yōu)化技術能夠獲取較為可觀有效的經(jīng)濟效益，要求設計人員需嚴格遵循經(jīng)濟合理、美觀適用的相關原則，精心設計，運用先進的現(xiàn)代化科技手段，擇取合理性較強的建筑結構設計方案，盡可能在降低造價的同時實現(xiàn)最大化經(jīng)濟效益的合理獲取，確保建筑的高質完成。
參考文獻
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【關鍵詞】房屋建筑；結構設計；應用
0.引言
隨著我國房地產(chǎn)行業(yè)的快速發(fā)展，房屋建筑的結構設計也在不斷響應時代的要求。在房屋緊缺的年代，房屋的實用性是房屋結構設計考慮的最主要因素。如今，時代在變化，對房屋建筑的結構設計的要求從實用性轉變成為了實用性與美觀性并存。同時對房屋建筑的結構設計還要考慮到房屋施工的時間與材料等一系列因素。房屋建筑的設計理念是房屋施工建設的重要內(nèi)容，因此房屋建筑的結構設計優(yōu)化，對我國房屋建筑行業(yè)具有重大的現(xiàn)實意義。
1.房屋的結構優(yōu)化設計模型和設計方案
房屋結構優(yōu)化設計主要在：基礎結構方案的優(yōu)化設計、屋蓋系統(tǒng)方案的優(yōu)化設計、圍護結構方案的優(yōu)化設計和結構細部設計的優(yōu)化設計。除此之外，在優(yōu)化的過程中還要考慮到布置、受力分析、造價分析等方面，對于整體結構優(yōu)化，最終達到預想的優(yōu)化目的。在設計的過程中，一定要嚴格的遵照設計的理念，對于平面的設計一定要規(guī)則對稱是剛性度有質量中心最大限度的重合，這樣對于整體的質量框架能夠更加的堅固。結構的優(yōu)化，可以使工程更加的有保證，對于整體設計理念更加的符合工程的要求。
1.1結構優(yōu)化設計的函數(shù)模型
結構設計優(yōu)化就是在各種影響變量中選擇主要參數(shù)，并建立函數(shù)模型，運用科學合理的方法得出最優(yōu)解。結構總體的優(yōu)化建立模型的大致步驟是：設計變量的合理選擇。通常的設計變量選擇對設計要求影響較大的參數(shù)，將所涉及的參數(shù)按照各自的重要性區(qū)分，將對變化影響不大的參數(shù)定為預定參數(shù)，通過這種方法可減少很多計算編程的工作量。目標函數(shù)的確定。使用函數(shù)找出滿足既定條件的最優(yōu)解。最后，約束條件的確定。
1.2房屋建筑結構設計的方法
（1）當結構平面圖在繪制結構平面布置圖時，需要輸入結構軟件進行建模。建筑物根據(jù)設防類別、烈度、結構類型和房屋高度進行相應的計算和構造措施要求。
（2）屋頂（面）結構圖當建筑是坡屋面時，結構處理方式有梁板與及折板式兩種。梁板式適用于建筑平面不規(guī)整，板跨度較大，屋面坡度及屋脊線轉折復雜的坡屋面，折板式適用于相反的條件。兩種形式的板均為偏心受拉構件。板配筋時應有部分或全部的板負筋拉通以抵抗拉力。
1.3房屋建筑的結構優(yōu)化設計方案
結構優(yōu)化設計多個變量、多個約束條件，屬于一個非線性的優(yōu)化問題，設定計算方案時，常將有約束條件轉變?yōu)闊o約束條件來計算。常用的方法有拉氏乘子法、符合型法等。完成計算方案的設定后只需編制相應適用的運算程序即可得到我們的最終優(yōu)化結果。
2.結構設計優(yōu)化在應用中注意事項
結構設計優(yōu)化主要應用在對于房屋建設的整體規(guī)劃、地基建設、抗震設計、水電管道設計中都發(fā)揮著重要的作用。房屋結構優(yōu)化可以使房屋的實用性與美觀性達到完美的融合，還可以降低工程的運行成本，提高建設效率。但是結構設計優(yōu)化在應用中還需要注意一下幾個方面：
2.1前期方案
前期方案是整個工程運作開始的階段，也是非常重要的階段，因為它直接決定了工程建筑的成本預算。如果房屋結構的設計沒有與前期方案的制定進行協(xié)調，就會造成各司其職，不能完成最后的和諧統(tǒng)一。因此未來的房屋結構設計應該參與到建筑師對房屋建筑的設計中去，互相聽取雙方的意見，達到利益的最大化。良好的開始是成功的一半，因此前期方案要充分考慮到對結構設計中可能產(chǎn)生的問題，雙方深入的討論，直至達成一致的意見，互惠互利，降低建筑投資總成本。
2.2細節(jié)結構設計優(yōu)化
概念設計應用于沒有具體數(shù)值量化的情況，設計過程中需要設計人員靈活的運用結構設計優(yōu)化的方法，達到最佳的效果。與宏觀把握相對應的，設計的過程同時要注意對于細部的結構設計優(yōu)化，比如現(xiàn)澆板中的異形板拐角處易出現(xiàn)裂縫，可劃分為矩形板。注意鋼筋的選擇，I級鋼和冷軋帶肋鋼市場價格差不多，但是他們的極限抗拉力卻相差很大，所以在塑性滿足要求的情況下，現(xiàn)澆板的受力鋼筋就可選擇冷軋帶肋鋼筋。
3.結構設計優(yōu)化的意義
3.1節(jié)約建筑成本
對于企業(yè)來說，獲得利益是最終的目標。獲得收益是企業(yè)發(fā)展的目的，尤其是建筑行業(yè)。隨著人們對房屋結構要求的提高，以前的工程設計圖與施工方案很難滿足人們的要求，而且舊的結構設計方式，也會增加企業(yè)的成本，使企業(yè)獲得的收益降低。因此各個建筑行業(yè)都要尋求一個兩全其美的辦法，既能夠節(jié)約建筑成本，又可以提高企業(yè)的經(jīng)濟效益，同時還可以滿足人們的需求。這就需要對房屋結構設計進行優(yōu)化改革。
3.2提高房屋建筑結構實用性
如今土地資源緊缺，經(jīng)過政府的合理的城市規(guī)劃，提出了改善房屋結構設計的辦法。近年來我國高層建筑鱗次櫛比，已經(jīng)逐漸形成了建筑設計的特色。為了應對高層樓房的現(xiàn)實因素，也需要對房屋建設的總體進行優(yōu)化設計，提高建筑結構的實用性。房屋的設計要考慮到安全的因素，房屋的層級不同，對施工的要求也會不斷增加，相關材料的使用標準也是不同的。房屋結構設計的優(yōu)化要考慮到流水管道的排列問題，電線在墻體的走向問題、媒體管道的安置問題、還有地熱供暖管道的排列問題等等。同時房屋結構設計者還要考慮不同樓層的采光條件，還有室內(nèi)格局。好的格局也是人們選擇房屋的關鍵。各種實際問題都構成了房屋建筑的實用性問題。因此對房屋結構設計的優(yōu)化，可以很好的解決上述問題帶給人們的困擾，提供給人們一個安心、舒心的住宅環(huán)境。近年來，人們對住宅的美觀性也在不斷提升，這跟房屋的格局，和整棟樓房的整體形態(tài)有關，為了不斷適應市場經(jīng)濟的發(fā)展要求，滿足人們的各種需求，要求我們要對房屋建筑結構進行優(yōu)化與應用。
4.結語
對于房屋建設來說，房屋的結構設計尤為重要，優(yōu)化結構設計可以節(jié)約房屋建設的成本，提高房屋建設的效率，不僅可以提高專業(yè)技術的指標，而且還能符合廣大受眾的需求。本文通過對房屋結構設計優(yōu)化的模型和設計方案，提出了一些好的措施，針對現(xiàn)行的房屋結構設計在實際應用中存在的問題，提出相應的解決方案。房屋結構設計優(yōu)化可以設計出更合理的房屋建造模式。滿足人們對房屋結構的要求，設計出高質量、安全、舒適、健康的生存環(huán)境。推進我國建筑行業(yè)向更廣闊的方向發(fā)展。 [科]
【參考文獻】
關鍵詞: 結構設計方案問題應用
中圖分類號：TU318文獻標識碼： A 文章編號：
在建筑結構設計的過程中，在基本滿足建筑師設計意圖的基礎上，平面布置應盡量規(guī)則，對稱，盡量縮小質量中心和剛度中心的差異; 使建筑物在水平荷載作用下不致產(chǎn)生太大的扭轉效應。豎向布置上，在滿足功能要求的前提下，盡量使豎向承重構件上下貫通; 能不使用轉換層的就應避免使用，以減小結構分析和設計上的困難，另外也不經(jīng)濟，還容易造成應力集中;豎向剛度最好不要突變，而要漸變，否則突變處在水平荷載作用下會出現(xiàn)嚴重的應力集中現(xiàn)象。
1 結構優(yōu)化設計的模型和方案
房屋工程分部結構優(yōu)化設計包括: 基礎結構方案的優(yōu)化設計、屋蓋系統(tǒng)方案的優(yōu)化設計、圍護結構方案的優(yōu)化設計和結構細部設計的優(yōu)化設計。對以上幾個方面的優(yōu)化設計還包括選型、布置、受力分析、造價分析等內(nèi)容，在實施過程中，還應該按照一切從實際出發(fā)的原則，結合具體工程的實際情況，圍繞房屋建筑的綜合經(jīng)濟效益的目標進行結構優(yōu)化設計。進行結構設計時，應在滿足設計意圖后，盡量使平面布置規(guī)則，縮小剛度和質量中心的差異，這樣水平荷載就不會使建筑物有太大的扭轉作用。豎直方向上應避開使用轉換層，減少應力集中現(xiàn)象。
1．1 結構優(yōu)化設計模型
結構設計優(yōu)化就是在各種影響變量中選擇主要參數(shù)，并建立函數(shù)模型，運用科學合理的方法得出最優(yōu)解。結構總體的優(yōu)化建立模型的大致步驟是: 設計變量的合理選擇。通常的設計變量選擇對設計要求影響較大的參數(shù)，將所涉及的參數(shù)按照各自的重要性區(qū)分，將對變化影響不大的參數(shù)定為預定參數(shù)，通過這種方法可減少很多計算編程的工作量。目標函數(shù)的確定。使用函數(shù)找出滿足既定條件的最優(yōu)解。最后，約束條件的確定。房屋結構可靠度優(yōu)化設計的約束條件，包括了應力約束、裂縫寬度約束、結構強度約束、尺寸約束、從正常時的極限狀態(tài)下彈性約束到終極狀態(tài)的彈塑性約束、從可靠指標約束到確定性約束條件等。設計中，要保證各約束條件必須符合現(xiàn)行規(guī)范的要求。
1. 2 房屋建筑結構設計的基本方法
(1) 當結構平面圖在繪制結構平面布置圖時，需要輸入結構軟件進行建模。建筑物根據(jù)設防類別、烈度、結構類型和房屋高度進行相應的計算和構造措施要求。注意“地震作用”、“抗震措施”與“抗震構造措施”，提高地震作用，則結構的各構件均全面增加材料; 抗震措施指除地震作用計算和抗力計算以外的抗震設計內(nèi)容，包括抗震構造措施，其中的一般規(guī)定及計算要點中的地震作用效應(內(nèi)力和變形) 調整的規(guī)定均屬于抗震措施，提高抗震措施，著眼于把財力、物力用在增加結構薄弱部位的抗震能力上，是經(jīng)濟而有效的方法; 抗震構造措施指根據(jù)抗震概念設計原則，一般不需計算而對結構和非結構各部分必須采取的各種細部要求。設計中需要注意受壓和局部受壓的一些問題。
(2) 屋頂(面) 結構圖當建筑是坡屋面時，結構處理方式有梁板與及折板式兩種。梁板式適用于建筑平面不規(guī)整，板跨度較大，屋面坡度及屋脊線轉折復雜的坡屋面，折板式適用于相反的條件。兩種形式的板均為偏心受拉構件。板配筋時應有部分或全部的板負筋拉通以抵抗拉力。板厚基于構造需要一般不宜小于120 厚。至于坡屋面板的平面畫法，通常使用剖面示意圖加大樣詳圖的表示方法，這樣更便于施工人員正確理解圖紙。正確繪圖和設計的關鍵是設計人員真正的心知肚明，結構設計者必須要具備一定的空間概念，正確理解建筑圖紙和意圖。設計的圖紙方能讓施工人員明白。由于屋面的起坡會造成閣樓層的部分墻體超高，要結合門窗頂設置圈梁來降低墻的計算高度。
1．3 結構優(yōu)化設計方案
結構設計優(yōu)化設計多個變量、多個約束條件，屬于一個非線性的優(yōu)化問題，設定計算方案時，常將有約束條件轉變?yōu)闊o約束條件來計算。常用的方法有拉氏乘子法、符合型法等。完成計算方案的設定后只需編制相應適用的運算程序即可得到我們的最終優(yōu)化結果。
2 結構設計優(yōu)化技術在應用中的幾個問題
結構設計優(yōu)化方法應用于實踐之中，是目前一個比較廣泛的課題，利用結構優(yōu)化的方法在不改變適用性能的前提下達到降低工程造價的目的。結構設計優(yōu)化設計應用于項目的整體設計、前期設計，舊房改造，抗震設計等設計的各分部環(huán)節(jié)，發(fā)揮著巨大的效益。在按照結構設計優(yōu)化的方法及模型進行實踐的過程中，要注意下面的幾個問題。
2．1 前期參與
因為前期方案的確定直接影響建筑的總投資，而現(xiàn)在存在的普遍問題就是前期方案階段結構設計并不進行參與，建筑師進行建筑設計時大多并不考慮結構的合理性以及它的可行性，但是建筑設計的結果卻直接對結構設計造成影響，某些方案可能會增加結構設計的難度，并使得建筑的總投資提高。如果在方案的初期，結構優(yōu)化設計就能參與進來，那么我們就能針對不同的建筑類別，選擇合理的結構形式，合理的設計方案，獲得一個良好的開端。
2．2 細部結構設計優(yōu)化
概念設計應用于沒有具體數(shù)值量化的情況，設計過程中需要設計人員靈活的運用結構設計優(yōu)化的方法，達到最佳的效果。與宏觀把握相對應的，設計的過程同時要注意對于細部的結構設計優(yōu)化，比如現(xiàn)澆板中的異形板拐角處易出現(xiàn)裂縫，可劃分為矩形板。注意鋼筋的選擇，I 級鋼和冷軋帶肋鋼市場價格差不多，但是他們的極限抗拉力卻相差很大，所以在塑性滿足要求的情況下，現(xiàn)澆板的受力鋼筋就可選擇冷軋帶肋鋼筋。在做里面設計的時候，外立面上的懸挑板及配筋，滿足基本的規(guī)范要求即可，達到既安全又經(jīng)濟的目的。
2．3 地基基礎結構設計
地基基礎的結構設計優(yōu)化首先要選擇合適的方案，如果為樁基礎，那么要根據(jù)現(xiàn)場地質條件選擇樁基類型，盡量節(jié)省造價。樁端持力層對灌注樁樁長的選擇影響很大，應多進行比較以確定最合適的方案。
3 結構設計優(yōu)化的的功用
3．1 降低總造價
進行結構優(yōu)化設計中，多層住宅和高層住宅相比較，層數(shù)越多，總建筑面積增大，單位建筑面積占用的土地面積就越小，節(jié)約了用地成本，但建筑層數(shù)的增多，建筑總高度也會加大，樓與樓之間的間距也要加大，這時占用的土地節(jié)約量就不與建筑層數(shù)增加比例相同了。對于基礎部分而言，雖然也是各層共用的，但是層數(shù)增加，傳給基礎的荷載將會增大，我們需要增大基礎，這樣單位面積的造價有所降低，但是卻沒有屋蓋的效果那樣明顯。
3．2 提高建筑結構經(jīng)濟性
建筑的層高增加，由于墻體面積和柱體積增加，結構的自重會增加，基礎和柱的承載力相應增加，水衛(wèi)和電氣的管線會加長; 相反降低層高，可節(jié)省材料，有利用抗震，同時建筑的總高度減小，兩建筑之間的日照距離就會減小，間接的節(jié)約了用地。建筑面積相同，建筑使用不同的平面形狀時，它的外墻周長也就會不同，這樣當選擇圓形或是越接近于方形時，外墻周長系數(shù)就越小，基礎、外墻砌體、內(nèi)外表面裝修都隨之減少，同時其受力性能也得到提高，增強了建筑的經(jīng)濟性能。優(yōu)化方法的技術性實現(xiàn)，可以最合理的利用材料性能使建筑結構內(nèi)部各單元得到最好的協(xié)調，不僅可以實現(xiàn)建筑美觀、實用，而且在造價方面也有較大的節(jié)省，達到了建筑工程設計對適用、安全、經(jīng)濟、美觀和便于施工的一般要求。通過使用優(yōu)化設計手段，達到這5個方面的最佳結合，符合現(xiàn)今建筑商對于建筑結構的效益的需求，也符合市場可持續(xù)發(fā)展的需求。
