發布時間：2023-08-31 16:36:37
序言：寫作是分享個人見解和探索未知領域的橋梁，我們為您精選了8篇的工程結構優化設計概述樣本，期待這些樣本能夠為您提供豐富的參考和啟發，請盡情閱讀。
關鍵詞:優化設計;建筑結構;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
中圖分類號：TU318 文獻標識碼：A 文章編號：
引言
建筑結構優化設計的突出表現和最終目的， 是為了降低工程的造價， 這是比較狹義上的說法，但是在現實中對建設結構設計的優化，主要指的是廣義的說法，在降低工程造價的同時，保證其建筑的安全性，在利益最大化和質量保證中找到一個最優的平衡點，這就是目前建筑結構優化設計的意義所在。
1.建筑結構優化設計的概述
建筑結構優化設計的基本理論建筑結構的優化設計主要體現在建筑工程的決策階段、設計階段、建設階段。在建筑工程的決策階段，確定結構優化設計所要達到的總體目標，滿足本體功能，最大程度保障安全性，縮減投資成本；在建筑工程的設計階段，確定每一個子系統及整體結構的優化布局；在建筑工程的建設階段，以結構優化設計為建設原則，組織建設好每一個子系統從而實現整體結構優化布局。決策階段結構優化選擇是關鍵，設計階段結構優化設計是核心，建設階段結構優化建設是基礎，3個階段互相驗證、互為補充、缺一不可。建筑結構優化設計的基本要求:功能性建筑是人類的基礎物質生存環境，建筑結構優化的終極目標就是為了滿足人類對物質生存環境的最大化需求。
2.建筑結構設計優化方法
賞心悅目的建筑是建筑的美觀與結構設計相互協調密切配合的結果。建筑結構設計追求適用、安全、經濟、美觀和便于施工五種效果，而建筑設計優化設計技術方法的應用不但滿足了建筑美觀、造型優美的要求又能使房屋結構安全、經濟、合理，成為實際意義上的"經濟適用"房。從建筑上分析結構設計優化方法，它主要體現在建筑工程分部結構的優化設計和建筑工程結構總體的優化設計量方面。
2.1建筑結構優化計算方案
在設計模型已經優化后，工程師可以在概念、經驗和估算的基礎上借助計算機進行可靠的分析計算，經過多次計算比較和調整，使結構設計更加合理和經濟。在利用計算機結構設計程序進行結構計算時，要注意以下問題：不能盲目的依賴計算機-對于輸入的幾何圖形，構件尺寸、荷載數據等應認真核對、力求準確無誤，對計算參數的選取要正確合理，注意實際結構與計算模型的差異。最后可以利用程序的工程量統計功能進行不同結構形式的對比，以找出最優方案。
2.2進行程序設計。根據基于可靠度的結構優化模型和選擇的優化設計計算方法，編制功能齊全、運算速度快的綜合程序。
2.3結果分析。對計算結果進行分析，確定最優設計方案。
在執行以上步驟的過程中，必須要全方位、多角度考慮方方面面的問題。這主要是因為建設投資是一項耗資巨大的工程，涉及到的方面比較復雜，因此必須進行總法規和考慮，不能僅僅為了節約資金投入而忽視了設計的優化作用。要正確處理技術與經濟的對立統一是控制投資的關鍵環節。設計中既要反對片面強調節約，忽視技術上的合理要求，使項目達不到功能的傾向，又要反對重視技術，輕經濟、設計保守浪費的現象。
3.建筑結構設計優化經濟性
建筑結構優化設計的經濟性是市場經濟條件下對資源配置提出的新要求。經濟性是指通過建筑結構的優化設計，最大化的節約各種材料資源，達到減少建設成本的目標。另外，各種材料資源都存在一定的稀缺特性，建筑結構的優化設計能科學合理的減少材料的使用量，節省建設材料使用成本。
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，水衛和電氣的管線會加長；相反降低層高，可節省材料，有利于抗震，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，外墻周長系數就越小，基礎、外墻砌體、內外表面裝修都隨之減少，同時其受力性能也得到提高，增強了建筑的經濟性能6%-34%。優化方法的技術性實現，可以最合理的利用材料性能，使建筑結構內部各單元得到最好的協調，不僅可以實現建筑美觀、實用，而且在造價方面也有較大的節省，達到了建筑工程設計對適用、安全、經濟、美觀和便于施工的一般要求。通過使用優化設計手段，達到這5個方面的最佳結合，符合現今建筑商對于建筑結構的效益的需求，也符合市場可持續發展的需求。
4.工程概況及應用實例
麗翠苑住宅小區位于中山市三鄉鎮，建筑面積約57674.79m2，由5層裙樓及32層塔樓組成，裙房平面尺寸為76.65m×63.62m，塔樓平面尺寸為37.65m×32.6m，將地下二層按規范要求的嵌固構造處理，使其作為上部的嵌固端，嵌固以下埋深7m，以上99.8m（結構計算高度）。建筑總高度為106.8m（未包括出屋面的電梯，樓梯間的高度）。該結構平面布置不規則，在裙樓五層處進行高位轉換。
結構設計中裙房部分主要考慮由恒載及使用活荷載等豎向荷載引起的荷載效應，主樓部分結構設計不僅考慮豎向荷載效應，還要考慮水平地震作用及風荷載作用下產生的荷載效應的組合。綜合考慮裙樓部分大空間的設計使用要求以及主樓部分的抗側移設計要求，裙房結構承重體系采用鋼筋混凝土框架結構形式，主樓采用剪力墻承重結構體系。本建筑結構在主樓抗側力構件設計中，剪力墻主要承擔水平作用，框架承擔少部分水平荷載作用和大部分豎向荷載作用。主樓平面形狀不規則，因樓梯、電梯間均設置在核心筒內，為提高主樓結構的抗扭能力，剪力墻結合樓電梯間在主樓范圍內采取了加強處理，具體厚度根據高層建筑結構設計的變形限值，由剛度、承載力和延性三者間的最佳匹配決定。 在主樓剪力墻的布置中，盡量按照下部轉換柱的所在位置來設置，以避免二次轉換及盡量減少需要轉換的剪力墻，經過多輪的調整后，將原來方案中需要轉換的剪力墻減少了四條，使轉換結構大為減少，在保證結構安全的前提下，對經濟性亦有提高。
5.結束語
綜上所述，通過結構優化設計來降低工程造價是控制工程投資的一個有效途徑,而正確處理技術與經濟的對立統一是控制投資的關鍵。對建筑工程進行優化設計一直是結構師們共同的目標，建筑結構的優化設計是一個比較科學系統的設計過程，不能片面強調節約投資,而降低技術和質量標準,又要反對重技術、輕經濟,設計保守浪費的現象。 因為影響工程造價和建筑質量的因素有很多，所以在實際的建筑機構設計中，一定要充分的考慮各方面的因素，在每個細節上都力求優化， 只有這樣才能實現建筑結構優化設計的最終目的，以更好的服務于我國建筑業的發展。
參考文獻：
1.談建筑結構的優化設計[J].建筑科學，2009(4).
2.張紅友.優化結構設計減少建筑投資成本[J]. 陜西建筑，2008(11).
3.高立人,方鄂華,錢稼茹.高層建筑結構概念設計[M].北京:中國計劃出版社,2005.
【關鍵詞】深基坑；支護細部結構；優化；應用
前言：作為一項復雜的系統工程，深基坑工程在穩定性與可靠性都方面很大程度受支護方案的設計是否合理而影響，很多方案中存在極小誤差便可使基坑出現失穩并增加工程造價等問題。對此對支護細部結構優化過程中應考慮到施工環境與施工狀況，實現工期縮短并使造價得以節約的目標。然而現行優化支護結構方面仍存在一定的不足，需在此基礎上采取相應的優化措施以使設計質量得以提高。
一、支護結構優化的相關理論概述
對深基坑支護的概念，根據以往學者研究可將其概括為利用支擋方式實現對深基坑周邊環境的保護以及側壁的加固。目前支護結構在深基坑中的應用若從結構原理或應用材料性質角度，主要可劃分為邊坡穩定式、水泥土擋墻式以及板墻與排樁式三類支護體系，需在設計與開挖中以工程實際情況包括經濟因素、環境因素、地質氣候條件、材料應用以及施工技術等進行結構型式的合理選擇。同時需提及的是在設計支護結構方面首先需做好方案的優化工作，其具體指為根據深基坑設計要求與施工目標等進行方案的確定。目的在于深基坑工程中關于支護結構方面在選擇過程中存有許多制約因素，無法利用普通施工中根據費用最低的要求進行決策，因此引入多目標決策模糊方式進行方案的優選。在完成方案確定后，具體施工前還需保證地下水位至少保持在基坑底1.0m以下，同時設置相應的支撐靠梯，避免存在踩踏支撐進行作業的情況[1]。
二、優化支護細部結構中存在的主要問題
盡管現階段我國在深基坑支護技術方面已逐漸趨于完善，且從許多相關理論內容與實踐中都可尋找相關的優化方法與模型。但從整體深基坑工程方面因支護結構的不合理設計仍會出現較多的安全事故問題，其原因在于支護技術方面存在一定的不足，具體表現在以下幾方面。
（一）優化細部結構設計方面存在的弊端
優化細部結構過程中若以數學語言進行描述主要需考慮到如何選取變量、構建目標函數并確定相關的約束條件等內容。但如前文所述深基坑支護結構本身受較多不確定因素影響，設計中存有許多離散變量，一定程度上使優化過程中易出現組合爆炸問題。為簡化優化細部結構設計過程，通常需利用基本李學內容對其分析，這就要求充分考慮支護結構的安全性、土壓力等內容，將造價最后為設計的主要目標進行函數的優化，以此得出相應的設計模型。由此可看出，該過程在實際操作過程中需考慮許多學科內容且涉及極為繁瑣的計算過程，是細部結構設計優化的難點所在。
（二）深基坑支護方案存在的問題
深基坑支護的合理設計要求提供符合施工要求的具體方案。以往許多設計人員與學者在此方面提出極多理論性極強的設計模型與方法，要求施工決策人員與操作者需掌握更多學科內容，不具備較強的實用性，導致具體設計過程中仍以工程人員依靠個人經驗進行具體判斷。同時在支護方案構建方面，雖然關于細部結構如何進行優化設計已提出許多策略，但如何構建深基坑支護方案集仍不完善，其要求實際施工時對施工相關條件如水文地質條件、經濟因素以及環境因素考慮其中。因此，深基坑支護方案的缺失或不完善成為制約細部結構優化的主要問題[2]。
三、完善支護細部結構優化的具體路徑
（一）對優化細部結構的內容與設計原則進行明確
在優化內容方面，完成支護方案確定后主要優化設計相關的支護參數，如施工方案中體現的錨支護，在細部優化中便需對錨桿的具體設計位置、樁距數等內容進行體現并優化。而在設計原則方面，要求滿足相關施工規范標準的基礎上，注重對支護結構的相關設計要求如強度、滑動位移以及沉陷等考慮其中。同時需對支護高度與基坑平面位置進行確定，分析如何利用當前技術優化相關的支護參數等。
（二）優化細部結構設計的路徑
優化過程中主要從四方面進行，即：首先，進行設計變量的選擇。要求將趁機坑支護結構的相關參數如結構形狀、尺寸等內進行分析，將變量數量作為優化細部結構設計的準數。其次，進行目標函數的確定。目標函數的確定要求立足于優化設計的主要目標對工程完成準確定位，如其中是否滿足經濟型目標或結構位移偏量的控制等方面，需通過目標函數進行體現。再次，做好約束條件的明確工作。具體將設計變量在去職過程中限定在一定區間范圍內，保證設計時符合約束條件要求。最后，設計模型的構建。在完成選取設計變量、確定目標函數與約束條件的基礎上便需進行細部結構優化相關模型的構建，使其在符合約束條件要求時保證目標函數中的相關數值為最優，可采用最大值或最小值對最優值進行描述，以該設計模型為指導完成具體設計過程[3]。
（三）具體工程實例分析
以我國某地區工程為實例，其場地地面標高大約在46.65m左右，且地下室埋深為24.8m。根據實際勘測調查，場地在地震設防烈度方面控制在8度，被劃入第一組地震分組，綜合分析該場地為能夠建設的一般性場地。而在水文地質方面，通過勘察結果得出地下水在30.0m之內可細化為三層，其中一層在埋深方面為4.80m左右，屬上層滯水。第二層在埋深方面約為19.10m左右，屬潛水，多以大氣降水為補給方式。第三層埋深則在23.41m左右，主要以卵石層為主，分析其可能向承壓水方面進行轉變。完成勘察與分析過程后便進行深基坑支護方案的確定，首先在護坡樁方面將預攪拌混凝土應用其中并利用旋挖鉆機完成成孔過程。其次在預應力錨桿方面，要求結合國內與進口錨桿鉆機完成成孔過程，并對成孔直徑進行控制。最后利用樁間土支護的方式，將鋼板網片在表面進行鋪設，在其中植入短錨筋，并完成混凝土的噴射過程。但注意該過程實施前需做好噴射厚度與鋼筋直徑的計算等。完成支護方案設計后，便需優化細部結構的設計，針對該工程實際情況，在支護方案中主要考慮護坡樁問題，將5道預應力錨干設置其中，在支護高度方面設計為24.80m，并對樁頂設計的標高、護坡樁樁徑以及混凝土強度等方面嚴格控制。通過優化設計后，發現在支撐道數不變的情況下可優化支撐位置，且通過樁間距的控制無需利用過多配筋量，很大程度上減少施工成本，具有明顯的優化效果[4]。
結論：支護結構的優化是保證深基坑整體結構設計合理的重要途徑。實際優化設計過程中應正視深基坑支護結構優化的內涵，立足于當前優化設計過程中存在的不足，在此基礎上通過方案的確定、變量的選擇、目前函數的確定以及相關模型的構建完成優化設計的具體計算，通過文中的實例也充分說明在保證設計方案等合理的情況下，只需探求其中既可滿足經濟效益提高又符合結構安全標準的平衡點，便可實現支護細部結構優化的目標。
參考文獻：
[1]丁敏. 深基坑支護細部結構優化及應用分析[D].重慶大學，2012.
[2]潘威，趙軒.深基坑支護細部結構優化及應用分析[J].建設科技，2015，07：109-110.
關鍵詞：結構設計， 建筑結構 ，優化方法
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
中圖分類號：S611文獻標識碼：A 文章編號：
1房屋結構設計中的建筑結構設計優化方法的理論概述
1.1房屋結構設計中建筑結構設計優化方法的理念及意義
在進行工程項目的結構設計過程中，除了要考慮設計對象的基本使用功能和兼顧其安全適用性以外，還應盡可能將設計對象設計的更加完美，這就是結構設計優化問題。定義為工程結構在滿足約束條件下按預定目標求出最優方案的設計方法。隨著我國社會精神文明建設的不斷發展，人們對于居住環境精神領域的追求已然形成一種時尚。對于人居環境的改善，其根本主要體現為美觀與結構之間的協調、配合，使得建筑工程滿足美觀的同時也能實現在經濟規劃方面的實際意義。
房屋結構設計中建筑結構設計優化的內容主要是通過對基礎結構、屋蓋系統結構方案、維護系統結構方案等其他結構綜合進行設計的過程。在整個過程之中強調的是一切從實際出發，緊貼工程進度、發展的實際情況，以控制工程造價成本為中心的結構優化設計理念。
1.2建筑結構設計優化方法的實踐價值
與傳統的設計相比，在設計中采用優化方法可以使建筑工程造價降低5%~30%，可以盡量減少建筑結構的近期投資并提高建筑結構的可靠度。結構設計優化方法的應用能充分利用材料性能，對結構內部的各個單元進行協調，規范建筑結構安全度，為建筑整體布局提供合理決策。
2結構設計優化方法在建筑結構設計中的步驟
(1)整體優化模型
房屋結構設計優化方法一般從三個方面展開。第一，選擇設計變量。在設計過程中將所要選擇的描述結構特性的參數確立為設計變量，比如目標控制參數和約束控制參數。而將那些變化范圍不是很大或者對設計要求而言局部設計考慮就能滿足設計要求的參數確立為預定參數，這樣做可以大大減少計算、編排、設計的工作量。第二，確定目標函數。尋求一組可以滿足預定條件的鋼筋截面積和截面幾何尺寸以及是小概率，已達到總費用最小。第三，確定約束條件。房屋結構設計的約束條件包括強度和穩定約束、截面尺寸約束、結構整體約束、構建單元約束、正常使用狀態下的變量從上限到下限的約束條件等。在設計時，若要使結構設計優化方法應用于實際房屋工程，則必須通過建筑結構設計中實際約束條件與目標約束條件相比較，保證每項約束條件都能符合規范，實現最優。
(2)設定優化設計計算方案
由于房屋結構設計中適用性優化問題較為復雜，屬于多變量、多約束非線性優化問題，所以在計算當中，通常是將有約束優化問題轉化為無約束來求解。其中可以利用的結構優化設計計算方法有拉式乘子法、復合形法等。
(3)進行程序設計
根據在以上整體優化模型和選擇優化設計計算方案的基礎上進行編制，做出功能齊全、運算快速的綜合程序。
(4)結果分析
在得出計算結果后，對結果進行分析，最終確定理想的優化設計方案。
筆者以上敘述了結構設計優化方法在建筑結構設計中的步驟，考慮到建筑工程投資數額巨大，涉及范圍較廣，所以在具體執行過程中應當從多角度全方位的考慮問題。正確處理技術與經濟之間的關系，不能僅僅為了節約資金就忽視建筑結構設計優化技術、方法。在設計中不但要保證技術上的合理要求，還應控制投資不被浪費。
3結構設計優化方法在房屋建筑結構設計中的應用
結構設計優化方法在實際應用中主要是在不改變房屋建筑使用性能的前提下，利用結構優化設計技術達到降低工程成本、提高經濟性的目的。一般應用在建筑的整體設計、前期設計以及抗震設計等各個階段，在以下筆者分為三方面逐一進行論述。
3.1結構優化設計方法應注重前期參與
房屋建筑項目屬于長期的投資計劃過程，所以說在實際當中非常容易受到影響，故而前期方案就顯得尤為重要。目前存在的主要問題就是設計人員在前期方案階段忽視結構設計優化方法，在設計中不考慮建筑結構的合理性，這樣持續下去在后期必然會因為增加結構設計困難而加大成本投入。要知道前期方案的確定的好會會直接影響到總投資成本的高低，所以在前期方案階段使優化設計參與其中，能夠有效避免投資過多所造成的浪費。
3.2概念設計優化方法在建筑結構設計中的作用
對于同一建筑工程結構設計方案在結構優化設計方法的布置上均會出現多種不同的情況，即就是幾經確定了建筑物的結構設計布置，在不同種荷載情況下也存在著不同的分析方法。而且在分析的過程中，設計的參數、材料、荷載、承載能力的取值都不是唯一的。尤其是建筑物細部結構問題的處理更是復雜多變。應對以上問題要想單純利用計算機是無法實現的，作為工程設計人員就必須根據自己的判斷展開設計，但是這種判斷只適用于一般規律指導下進行，所以說概念設計優化方法在沒有具體數值量化的情況下作為輔依據，可以避免設計偏差，從而達到最佳效果。
3.3概念設計處理的實際建筑工程結構設計問題
在這一問題上我們所希望的是通過概念設計，能使房屋建筑工程結構在遭遇各種外力作用下不受破壞會將破壞程度降到最低，因此對可能遭遇的破壞因素進行分析就顯得尤為重要，這里必須提到的一個因素就是地震，因為地震無法預測而且破壞力極強，所以在對房屋結構的設計中就應當考慮到工程區域在歷史上的地震活動情況和自然災害發生情況，根據這些未雨綢繆，從計算及構造等各個方面入手采取一些提高抗震、抗災害的措施辦法。若要構建這樣的結構優化設防思想，就必須把概念設計作為重點。
4結束語
綜上所述，可以說對房屋結構設計中的建筑結構設計優化方法的研究是一項非常復雜的綜合性問題。我前邊增提到，安全、適用、經濟、美觀、便與施工等五種效果是房屋設計優化的原則，但是這五種效果之間又相互獨立、相互矛盾。所以盡管在結構優化技術已經廣泛應用的今天，如何使這五種因素更好的融合仍然需要我們在以后的應用實踐中多探索、多積累，達到一種用最低造價實現最佳效益，既美觀又合理，魚和熊掌兼得的設計效果。
參考文獻：
[1]張炳華.土建結構優化設計[M].上海.同濟大學出版社.2008，34-36.
[2]張友鴻.優化結構設計減少建筑投資成本[J].陜西建筑.2008（09），12-13.
關鍵詞：結構設計；優化技術；存在問題
中圖分類號：TU318文獻標識碼： A
引言：
目前，建筑在我們的城市建設當中所占的比例是越來越大，結構設計是其中極為重要的一個環節，通過優化設計手段進一步加深對結構優化設計中的重要性認識，創造合適的條件，確定合理的目標，采用科學的控制方法，各個方面達到最佳結合，降低工程的總造價，這不僅符合現今建筑商對于建筑結構效益的追求，也是市場可持續發展的需求，更是適應綠色環保的要求。
一、建筑結構設計優化概述
對于現代的建筑來說，任何建筑物的設計都要包括建筑設計、結構設計、給排水設計、暖氣通風設計和電氣設計等。所有的設計都要遵循以下四步：方案設計―結構設計―構件設計―繪施工圖。建筑結構設計的基本要求，即是對建筑物結構的強度、剛度以及穩定性的設計計算和驗算，使其滿足各自對應的容許條件，從而保證建筑物結構的可靠性和安全性。建筑結構設計主要是指建筑基礎結構和上部結構。由于建筑工程所涉及到的內容非常豐富，建筑結構設計優化所包含的內容比較豐富，其中包括以下幾個方面的具體內容，第一，基本結構的總體和分部優化；第二，以建筑的基本功能要求和舒適性要求為基礎，對建筑結構的造價進行控制，也就是要對造價進行最優化設計。
之所以對建筑結構設計進行優化是因為優化設計能夠實現對有限的空間和資源進行充分利用，提高各種設備和材料的使用效率，相關研究統計數據顯示，建筑結構的優化設計與傳統設計相比能夠節省5%～33%的工程造價，因此，在建筑結構設計中要積極應用建筑結構優化設計技術，以推動建筑工程企業的常遠發展，實現資源的充分利用。
二、關于優化設計技術中存在的問題
1、重視結構尺寸，忽略結構整體
設計人員優化建筑方案時，通常根據已給的條件來規劃，以符合條件的構件截面要求，而忽略了整體結構的優化性。其實形狀的優化設計要比尺寸的優化重要得多，單純的尺寸優化不能滿足優化結構的需求。不少設計人員片面的認為結構方案和布置規劃經過計算機軟件對上部結構的分析后，一旦構件截面符合計算結構的規定，對于地基部分，特別是軟地基部分，上部結構重要性就變低了。所以設計人員一般對上部結構的構件截面沒有足夠的重視。
2、優化目標不能完全符合工程的需求
在實際優化設計過程中，時常伴隨著很多難題，因為工程設計工作中的約束條件較多、建筑功能的限制性較多、變量也多等一系列不確定因素，致使目標函數僅能獲取相對的最優解。當今利用計算機軟件來優化截面，僅僅幾次試驗根本無法實現預期效果。因此設計的進度與時機都限制了優化方法的實現。
3、離散變量問題
由于建筑物尺寸、型鋼規則型號、鋼筋等都是變量，如何獲取配筋和截面的最優解？如何同時滿足結構正常使用狀態和承載力極限狀態？如何考慮結構大震、中震、小震計算？傳統的梯度算法、對偶算法已經不能滿足當今的工程設計需要。當前隨著問題日益增多，引發了計算量劇增的組合性爆炸難題。
4、建筑結構設計與經濟成本之間的關聯
層數和建筑本身的成本有著非常緊密的關聯，由于層數變多了，為滿足抗震設防的要求，所選取的結構受力方式會發生改變以及構件的總體體量就會變大，而且相應所受到的地震力和結構的本身重量增加，導致豎向構件、基礎的配筋率變大。要是降低建筑總高度的話，就能夠節省物質，而且對于結構抗震來講也很有益處，對于建筑方面，也能縮小建筑之間的日照距離，取得節約用地的效果。在相同建筑面積時，建筑平面形狀不同，建筑的外墻周長系數也不相同。顯然平面形狀越接近方形或圓形，外墻周長系數越小，外墻砌體、基礎、內外表面裝修等也隨之減少；對于結構方面，建筑體型均勻，利于構件水平方向及豎向的規則布置，避免薄弱層，減少結構計算時間，降低施工難度?？紤]到上述綜合因素，單體建筑的平面布置越規則，越能節省造價。
三、 結構設計優化技術在建筑結構設計中的應用
3.1 直覺優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、材料、荷載的取值也不是惟一的：細微之處的處理更是不一樣的，此類內容經由電腦是無法有效的分辨的，要靠著工作者自己辨別。此項判斷必須在設計的常見規律的指引之下開展，其就是之前講到的概念設計內容。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。
3.2 概念設計處理的實際建筑設計問題該項設計要分析的內容非常多。人們都是希望能夠借助于該項設計，確保結構在各項力的干擾之下不受到影響，或是把這種影響降到最小。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。
四、如何對建筑結構的設計進行優化
1、關于建筑結構的規則性問題。新的建筑設計規則在這方面的內容出現了較大的變動，新規則在這方面增添了相當多的限制條件。因此，建筑結構工程師在遵循新規則的這些限制條件上必須嚴格注意，每一步設計都要按照規定去執行，以避免后期施工圖設計階段工作的被動。
由于針對建筑結構規則性問題應采取相應的優化結構設計措施有：結構設計始終要牢記“強柱弱梁、強剪弱彎、強壓若拉原則”，注意構件的延性性能；加強薄弱部位；注意鋼筋的錨固長度，尤其是鋼筋的執行段錨固長度；考慮溫度應力的影響力。
2、結構的超高關鍵問題。對于超高限建筑物,應當采取科學謹慎的態度。因為在地震力作用下,超高限建筑物的變形破壞性態會發生很大的變化。隨著建筑物高度的增加,許多影響因素將發生質變,即有些參數本身超出了現有規范的適宜范圍,如安全指標、延性要求、材料性能、荷載取值、力學模型選取等。因此，必須對結構的該項控制因素嚴格注意。
所以在優化設計時，針對抗震規范和超高規范，設計中應對結構的總高度有著嚴格的限制，尤其是新規范中針對以前的超高問題，除了將原來的限制高度設定為A級高度以為，增加了B級高度，處理措施與設計方法都有較大改變。在實際工程設計中，出現過由于結構類型的變更而忽略該問題，導致施工圖審查時未予通過，必須重新進行設計或需要開專家會議進行論證等工作的情況，對工程工期、造價等整體規劃的影響相當巨大。
3、嵌固端的設置問題。不僅關系到結構中某些構件內力分配的準確性,而且還影響結構產生側移的真實性,以及結構局部的經濟性,由于多層建筑通常都帶有地下室和人防，嵌固端有可能設置在地下室頂板，也有可能設置在人防頂板等位置。
如何對嵌固端進行結構設計優化，需要做到：多層建筑在進行結構分析計算之前必須首先確定結構嵌固端的所在位置,在這個問題上，結構設計工程師需要注意如下幾個方面的問題如：嵌固端樓板的設計、嵌固端上下層剛度比的限制、嵌固端上下層抗震等級的一致性、在結構整體計算時嵌固端的設置、結構抗震縫設置與嵌固端位置的協調等。而忽略其中任何一個方面都有可能導致后期設計工作的大量修改或埋下安全隱患。在建筑設計中，結構工程師應盡可能少采用或不用短肢剪力墻，以避免給后期設計工作增加不必要的麻煩。
結束語：
對于任何的建筑來講，建筑是凝固的藝術，建筑師總是希望通過建筑物表達自己的設計意圖，力求藝術性和實用性的完美結合。結構師在保證安全性的前提下，當然應該敢于挑戰新的結構形式，使建筑師的意圖得以實現。在開展設計的時候，要在合乎其思想的前提下，保證平面的布局規整，降低質量和剛度中心間的不同。確保建筑體在橫向的受力性的干擾下不會存在很嚴重的扭轉反應。對于豎向的布局，要在合乎功能規定的背景之中，保證豎直方向的承重件是連通的。在可以不使用轉換層的時候就不用，以此來降低結構分析以及設計層次中的面對的一些不利現象。而且它還會使得應力聚集。要保證豎向的剛度是逐漸發展的，以此來防止應力聚集。其對于提升橫向的受力性來講益處非常多。
參考文獻：
[1]鄒俊.住房結構設計優化方法在住房結構設計中的現實應用[J].科技傳播，2010
關鍵詞：幕墻結構；優化設計
中圖分類號：TU318 文獻標識碼：A 文章編號：
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
建筑幕墻的優化設計是最優化設計方法在建筑幕墻設計領域的應用。幕墻的最優化設計，簡單的說，就是從所有可能的設計方案中，尋求最優的設計方案，以最大限度地滿足設計所提出的目標。
最優化的理論和方法是隨著計算機的迅速普及而發展起來的，正因為最優化的宗旨是追求最優目標，這就決定了它的應用價值，最優化問題的解決意味著在相同條件下獲得最優的方案、最好的效果和最優的經濟指標。最優化的應用和推廣，必將使建筑幕墻的設計提高到一個新水平。
目前,幕墻的設計，多采用類比法，參考已有的設計或經驗數據，進行分析對比，從而確定所需的設計參數。也有選擇有限的幾種方案進行計算，最后根據設計要求確定一組較好的設計參數。一般來說，這樣確定的設計方案，不是最佳的設計方案。但是，如果采用最優化方法進行設計，則可以獲得最佳的設計方案。
最優化設計方法，是根據設計要求建立數學模型，選用有效的最優化計算方法，設計編寫優化軟件，在計算機上完成設計計算，最后獲得最佳的設計方案。
二、優化設計模型的建立
幕墻優化設計首先要解決的關鍵問題就是將工程實際問題轉化成數學模型,
建立數學模型的三個基本要素是:目標函數,設計變量和約束條件。
1、 目標函數
目標函數是設計所追求的目標，它是用來衡量設計方案優劣的目標。幕墻優化設計可以是優化結構形式、確定優化的截面尺寸、成本最低、生產率最高等。
目標函數分單目標函數和多目標函數。單目標函數的求解比較簡明準確，而多目標函數的求解比較繁瑣。
當前，幕墻優化設計開展的工作主要是優化截面尺寸，使得幕墻的結構重量最輕。
玻璃幕墻中橫梁的截面示意圖見圖1。圖及以下公式所用的符號，除標明者外，皆與現用的《玻璃幕墻工程技術規范應用手冊》以下簡稱《規范》相同。
圖1橫梁截面示意圖
由圖1可知，橫梁的設計方案是由參數b、d、t、h進行描述的，但實踐經驗與計算結果表明，起主要作用的是h、b。 筆者曾以h、b為設計變量在計算機上進行優化，未能找到合理的優化解。所以，本文僅以h為設計變量，b、d、t為預定函數，既為優化設計計算帶來很大的方便，又不影響到優化的效果。
由圖1可知， 橫梁凈截面積為：A 。即：
A
故目標函數為：Z=（1）
2．設計變量
是設計變量。
幕墻的一個設計方案,一般可用一組參數來表示,在這些參數中,有的是預先確定的,即在設計過程中固定不變的量,即設計常量,如材料的彈性模量E、材料的泊松比γ、材料的線膨脹系數α、材料的強度設計值等等；有些參數實質上不是常量,但在某些具體問題中可以看成常量,如風荷載,它是與地區、建筑物高度、建筑物所處的地面粗糙度、建筑物的體型等有關的量,但有的時候、有的情況下，可以作為常量處理。另一類是在優化過程中經過逐步調整、最后達到最優值的獨立參數,叫做設計變量。優化設計的目的就是使各個設計變量達到最優的
組合。優化截面尺寸的設計中,截面的幾何參數、物理參數就是設計變量。
應當指出,合理地確定荷載和作用,是幕墻設計中十分重要的工作,作用在幕墻上的荷載有重力荷載、風荷載、雪荷載,此外還有使結構產生變形和內力的作用,有地震作用、溫度作用。如果取值過大,所設計的結構尺寸會偏大,造成浪費；如果過小,則所設計的結構不夠安全。
設計變量的個數就是優化問題的維數,若有n個設計變量X1,X2,…,Xn的優化問題,變量按一定次序排列就構成一個數組.設計變量的個數越多,設計自由度就越大,容易得到比較理想的設計方案,但隨之而來的是,使設計復雜起來,優化計算更加困難,所以,應盡量減少設計變量的數目,將一些參數定為設計常量,而只將那些對目標函數影響較大的設計參數確定為設計變量,以使優化設計容易進行。
3．約束條件
約束條件也叫約束函數，是設計變量本身或者設計變量之間應遵循的限制條件的數學表達式。
在優化過程中，設計變量不斷改變其數值，以望達到目標函數的最小值。但設計變量的改變要受到限制和約束，設計變量在設計中的取值范圍、上下邊界也都必須有一定的限制，它們都是設計變量的函數。
為了保證幕墻結構能正常工作，在設計每一構件時，首先要使構件在外力作用下不破壞，即每一構件要有足夠的強度。第二要考慮構件在外力作用下要變形，但變形不能超過某一允許范圍，即每一構件要有足夠的剛度。最后，構件在外力作用下，可能原來的形狀不能繼續維持而要突然改變，即原來的平衡形式不能保持穩定。幕墻構件設計時，應當考慮以上三方面以及參數本身、構造方面的要求，以數學表達式的方式寫出。但對具體工程的具體構件，往往有時只考慮某些主要方面，有時可以以強度為主要的，有時則可能以撓度為主要的。假如所設計的構件能符合強度、剛度和穩定性的要求，就認為設計是安全的。
一般而言，橫梁在設計中應考慮強度、剛度、整體穩定、局部穩定。立柱應考慮強度、剛度和局部承壓。拉彎構件應考慮強度和剛度。壓彎構件應考慮強度、整體穩定、局部穩定和剛度。
幕墻結構的連接通常有焊接、鉚釘連接和螺栓連接。與主體結構的連接有前置式的預埋件連接，后置式的膨脹螺栓連接（有的省市禁用）、化學錨栓連接、穿透螺栓連接等。
三、 實例計算
一幕墻工程，48層,H=144m，7度抗震設計，基本風壓WO=0.48kN/m2，雙層中空鍍膜玻璃，鋁合金型材。最大的玻璃尺寸：1.5×2.1m,引用例題中的如下計算數據： =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。
附設計（非優化）的結果b=130mm，t=3mm，d=4mm, Ao=1292mm2。
優化設計可節省造價： 。
表1 列出幾種不同的b、t、d時，h的優化情況。
四、結束語
建筑幕墻是關系到人民生命財產安全的行業，國家實行生產許可證制。對建筑幕墻的要求是，安全可靠，實用美觀和經濟合理。優化設計就是解決安全與經濟效益之間矛盾的最佳選擇，在確保安全可靠的前提下，獲取極大的經濟效益。
實踐表明，最優化設計除安全適用外，可做到重量最輕（可節省10%～14%左右的材料）、成本最低、節省能源、加工制作和安裝施工勞動力最省、工期最短。使建筑幕墻設計做到技術先進、經濟合理、安全適用、確保質量。
關鍵詞：結構設計；技術；房屋建筑
1概述
房屋建筑的靈魂是優秀的結構設計，同樣的，建筑整體的質量提升也不能離開結構設計?，F代的人們，隨著生活水平的提高，對建筑的要求也越來越高，因此，創新和多元就成為建筑設計新代名詞。形態設計上的創新性和多元化不是想能實現就可能的，首先要工作者應該先考慮到建筑結構設計本身的因素，安全、實效等，不然建筑的質量和安全就會受到很大的影響，并且人們的生命財產安全也會受到很大程度的威脅。
2結構設計優化技術的注意事項與相關作用
2.1房屋結構設計的優化技術
2.1.1節省工程造價。在房屋建筑結構的設計整個過程中，整個房屋建筑的質量作為重點是需要第一時間被設計人員重視的，在此基礎上，將房屋的工程整體造價給減少。據國內部分地區的項目優化可知，房屋項目的總體施工成本只要是建立在整體優化房屋結構之上的，成本都會比初步制定的原方案要低，這樣建筑項目工程的整體性能就更加有保障了。
2.1.2建筑結構的安全性應該如何去保證。在建筑設計全過程當中，需要保證結構安全就必須優化技術應用。在實踐工作當中，設計工作人員也會在初步設計圖紙的原有上，將先進技術進行綜合的利用，擴大一步優化房屋建筑結構的整體性，讓建筑結構的安全性能得以更大的提升。
2.2在結構設計優化技術中需強調的事情
2.2.1重視工程前期的項目工程。設計是房屋建筑的項目的核心，建筑性能、功能、施工質量等是直接受到設計質量的影響。所以我們在應用的優化技術里，首先應該注意目前的前期工作，將每一個大小技術環節加入到房屋建筑結構設計里，在根據設計的相關結果，使得技術優化提議能夠做到更加的有效、安全以及可靠，進而使得項目初期的穩定過渡更加的有保障，在整個房屋結構中，后期結構優化分析的思想能夠被充分的給表現出來。
2.2.2應該著重重視內部結構的優化設計出現的問題。在設計建筑結構內部時，對房屋建筑整體結構的優化有深厚的認識是設計工作者應該做到的，對于內部結構的對應優化，作為一個好的設計者應該給予該有的重視度，不能夠輕易的忽視掉這一塊，在工程項目的各個方面都要體現出“優化設計”。
2.2.3與計算機等新型技術進行配合。隨著國家經濟水平的飛速高升，信息化也隨之發展起來，在未來工程項目當中，其發展的主要方向就是結合好優化技術以及計算機技術。進而將房屋建筑結構設計中的應用分析進行進一步的優化。
3建筑結構設計優化
在房屋建筑結構設計上來言，工作人員要做到能夠保證建筑結構的安全性、耐久性與功能，滿足客戶的要求是房屋結構進行設計的最終目的，在此基礎上在使得建筑能夠具備更加多的價值，如：建筑除了其自身美觀性能之外，其還具備照明功能等一系列的功能。而將設計進行優化這方面，則需要在初步建筑的設計的原有上，加深對建筑結構的可行性的分析，并在這個基礎上，通過多種多樣的措施將施工經費降低?，F今，普遍被引用進去的優化技術思想有以下幾點。（1）參數變量的理智選擇。在房屋建筑結構的設計工作中，專業的設計工者在進行工作時，大都會大量收集與工程有關的的資料，并將其充分的利用。比如，房屋價格的參數、預期時發生的損失都是最為常見的建筑工程目標的參數。在優化設計的進行里，設計工作者應該具備分析突發事件的能力，以避免參數發生變化給整個工程造成的影響，影響正常的完工。在優化分析當中，設計工作者應該準確的判斷和選擇變化較小的參數和影響因素較弱的參數當作設計的指標，這樣一來對于建筑的結構設計、編程等工作作業的難度會降低很多，設計工作者的目標點也很容易進行確定，進而進行再次設計。（2）函數的確定。在優化設計中，類似函數中獲取目標函數是每個設計人員通常會做的。如：在鋼結構施工中，設計工作者的測量會選擇一開始就設定好的房屋的橫截面尺寸以及和鋼筋的尺寸面積最一致的函數來進行，十分仔細的分析組函數的性質，最終從鋼結構項目的施工中，將成本給控制住。
4在鋼結構中的應用
建筑材料質量對結構的整體性能的影響是在鋼結構的設計里最關鍵的一點。其在優化應用當中，設計工作者應該從下面三點進行認真的思考與研究：第一，和其他的施工技術進行對比參照，鋼結構在當前工程項目里應用的優勢在哪里，存在的那些問題，如何解決；第二，哪些內容為鋼結構在當前工程應用中的具體項目，當中涉及哪些重要的核心技術；第三，工程項目中鋼結構的施工整個過程，會存在幾個可以優化的項目。對結構整體性能而言，其結構材料的選擇也能夠對其產生很大的影響，設計人員在進行房屋建筑設計中，應該重視鋼結構的使用，將現在使用的與傳統的鋼的結構相比，當前鋼優秀的地方有這三大點：其一，是和磚石結構以及混凝土相比，鋼結構擁有很強的力學性能，對于結構受力體系，它能夠做到將其從平面轉向空間中，將建筑的安全性給大大的增強；其二，鋼結構輕盈且形態美；其三，鋼材料擁有很多的類型，有多樣化的建筑方法，這樣能夠將建筑施工的進度加快，進而將成本減少。
5實際工程案例分析
（1）工程案例簡介。此工程項目為某地的商業樓，有7層地上建筑，一層地下建筑，鋼結構框架剪力墻為整體結構形式。在還沒對建筑項目實施前，全方面考慮業主意見和施工現場環境后，再決定怎樣優化設計整個工程項目的結構，以及如何將計算機技術積極的運用在優化工程中，從而保證各項目的優化措施得到準確落實。（2）前期的工作參與。在當前的項目工作中，積極的推動工程的優化工作內容是每一個設計工作人員在工程的前期應該做到的，據施工的對應條件和工程項目的相關要求，對整體建筑的結構進行理智的取舍，使得施工經濟利益有最大的滿足。與此同時在施工工作時，與生產勞動人員保持密切的技術施工交流是設計工作者還應該重視與關注的，將從生產勞動人員那里聽到的內容進行認真的分析與思考，然后進行總結，再返匯給在第一線的勞動工作者，以此對建筑結構進行優化，這樣做可以有利的保證各結構優化措施可以得到圓滿的落實。（3）效益的分析。在優化設計完成后，將建筑整體性能進行改善，并將預期減低的成本和工程造價減少，提示項目優化能夠被很好的應用在在該項目工程中。從不一樣的工程項目種類的應用情況來看，工程數據分析與工程建模是計算機技術的應用范圍主要體現，通過獲取各種工程的參數，將工程結構的模型給建構好，使在短時間內，技術工作人員可掌握參數標準下的工程結構穩定性，進而將控制建筑結構整體的安定性給完善好。
6結束語
從一個優秀的建筑設計人員角度來說，應該對房屋結構優化設計的復雜性有一個明確的認知，并在實踐工作當中加強學習，并漸漸深入問題，從而將自己提升到一個更高的專業水平上，將國內的建筑結構設計優化技術推向更高的水平。讓國家建筑更上一層樓。
作者:覃維 單位:四川中泰貴嘉建筑設計有限公司
參考文獻:
【關鍵詞】屋蓋；風荷載；風振系數；結構優化
1 概述
風災是自然災害的主要災種之一，近年來隨著全球氣候變暖的加劇，風災更加頻繁和嚴重，這對于我們的工程建設也提出了更高更廣泛的要求，要求我們的工程師在未來的工程設計中更加重視和認真考慮風的影響，在工程實施過程中作出更加可靠和合理的應對，減輕和避免風災造成的危害。
在現代工業廠區中大量存在敞開式的大型屋蓋結構，例如罐區頂蓋、露天倉庫、裝卸站臺等等。以上這些屋蓋結構一般都是以輕鋼結構為主，結構自重很輕，一般屋面恒荷載為0.2～0.3kN/m2，活荷載為0.3～0.5kN/m2，設計荷載較小，而對于眾多風荷載較大的地區，由于結構 自身剛度較小，一般結構自振周期都大于0.25S，因而在風荷載作用下的振動作用明顯，而且隨著結構自振周期的增長，風振也隨著增強，這就使得此類結構的風荷載由于風振的影響而比一般結構增加許多，因而使得很多此類結構的設計中風荷載成為設計荷載的主導，風荷載的大小決定了荷載的量級，左右了最終設計結果。因此在設計中對于風荷載的準確計算變的非常重要，由于恒活荷載是相對固定的，因此根據風荷載的分布調整結構方案，使最終設計成果得到優化也成為可能。
2 開敞式屋蓋結構的風荷載的計算
本文以某工程為例，18米跨度的對稱雙坡屋蓋結構，檐底標高9米，屋面坡度0.1，柱距6米，本文以某屋面恒荷載0.2kN/m2，屋面活荷載0.5kN/m2，基本風壓0.6kN/m2，地面粗糙度類別A類，風壓高度變化系數1.38。
風振系數的計算，初步計算采用STS軟件，假定風振系數為1，其他系數按默認值計算，得到初步的梁柱尺寸和相應的基本自振周期，梁柱取HN400×150，第一振型周期為1.043秒，根據荷載規范7.4.2近似計算風振系數
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
可見屋蓋結構的風荷載比普通結構的風荷載由于風振的影響增加了1.41倍，影響可觀。
前后屋面的體型系數分別為-1.3和-0.7
前后屋面的風荷載值為
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
風荷載值遠大于屋面的恒荷載與活荷載，結構設計的控制組合為恒+風的組合，荷載方向向上，剛架梁下翼緣受壓，剛架梁的整體穩定問題也要著重考慮。
3 開敞式屋蓋結構考慮風荷載的優化
眾所周知，眾多科技領域中凡是與大氣氣流作用相關的科技無不與相關成品的外形有關，從龐大的航天器到纖細的導彈，從風馳電掣的F1賽車到奧林匹克運動會上的高科技運動衣，外形改變了氣流，也從根本上決定了氣流作用的特性。也因此改變外形也就成了改變氣流作用的關鍵，F1賽車的外形的每一次改動無不與此相關。我們的工程領域同樣如此，無數科技都被應用到建筑外形的研究，以適應日益暴躁的地球氣候。在我國越來越多的大學開始建設自己的建筑風洞用來研究風荷載對建筑的作用和影響。當然，這里的只言片語只是為在我們行業了解和應用尚不廣泛和深入的風工程科技的進一步應用起一個拋磚引玉的作用，風工程的領域寬廣，尤其在建筑工程中的應用的研究還不是非常深入，尤其與航空領域相比，相信今后這方面會越來與深入和廣泛。
此處仍以上述工程為例，由上面的計算可知，輕型屋蓋結構由于其自身固有的結構特質的原因，自重輕，自身剛度小，結構基本自振周期長，在風荷載作用下的振動影響顯著，所以有必要在以其固有特點為前提下進行結構調整，降低風荷載的作用影響，從而減小風災危害，降低建設成本。
由于輕型屋蓋自身剛度和周期特性為固有特性，因此只能從其他角度著手，從風荷載的計算公式中我們可以看出，屋蓋的風荷載體型系數是唯一能夠方便進行調整的因素，而屋蓋的風荷載體型系數是由屋蓋的坡度決定的，通過調整屋蓋的坡度來降低風荷載作用是唯一的明顯的道路，同時也是一條有效的道路，下面我們就此展開詳細論述。
從荷載規范表7.2.1的第27項B項可知，四面開敞的雙坡屋面的風荷載體型系數隨著屋面坡度的變化有一個從負到正的方向的變化，對屋面坡度進行調整以適應荷載組合的變化以盡量降低風荷載的影響。由于其他荷載方向均為向下，而且都是固有荷載，按荷載組合來看，應當把風荷載作用方向調整為向上，并且把風荷載的作用值控制在與其他荷載進行組合時的荷載效應不超過其他無風荷載的荷載組合的效應。下面就以前述的工程為例，調整屋面坡度以滿足上述設計要求。
已知：屋面恒荷載DL=0.2kN/m2，屋面活荷載LL=0.5kN/m2，前屋面風荷載值W1=2.67kN/m2，后屋面風荷載值W2=1.43kN/m2，此時的屋面坡度α≤10°，根據荷載效應基本組合公式，在恒荷載、活荷載、風荷載作用下的荷載組合如下：
（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
由以上荷載組合可知，方向向下的最大荷載組合為1.2恒+1.4活方向可能向上的就是1.0恒+1.，以本工程為例，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，要使風荷載影響降低，應使Wmax ≤0.67kN/m2
以風荷載最大的屋面為例計算，
-0.67=1.38×2.41×μs ×0.6×1.05 μs = -0.32
按荷載規范表7.3.1的27款的公式計算
（30°-10°）/（1.6+1.3） = （α-10°）/（1.3-0.32）
α= 17°
由上可知，要使風荷載的影響降至最小，可將屋面坡度調整為17°左右。
以上計算非常簡略，因為由于實際工程中，風荷載的作用的度量非常復雜，要使實際工程結構能夠基于風荷載的考慮進行設計的優化，需要通過軟件進行反復的試算和調整才能得到更加合理的結構方案，本文僅在于為當前設計者提供一個新的設計思路，為將來在實際工程中的結構優化提供有益的幫助，考慮風荷載作用的結構優化設計更有待將來的工程設計進行檢驗和論證
參考文獻：
[1]沈祖炎 等，《鋼結構基本原理》，北京：中國建筑工業出版社
【關鍵詞】 機械 優化設計 理論 方法
中圖分類號：S611 文獻標識碼： A
引言：近年來，隨著我國經濟的發展，我國機械工程規模開始加大，機械工程速度也開始變得迅猛，人對于機械行業來說，機械設計是一項復雜系統的工作，機械設計的治療關系到工程質量的好壞，因此，對于機械設計人員而言，做出最優的設計，符合實際的實際是設計人員應盡的責任。
一、機械優化設計理論概述
1、機械優化設計的概念
機械優化設計是指最優化技術在機械設計領域的移植和應用，是以最低成本獲得最高效益。其根據機械設計理論、方法與標準規范等建立能夠正確反映實際工程設計的數學模型，利用數學手段和計算技術，在眾多的方法中快速找出最優方案。機械優化設計通過把機械問題轉化為數學問題，加以計算機輔助設計，優選設計參數，在滿足眾多設計目的和約束條件的情況下，獲得最令人滿意、經濟效益最高的方案。目前，機械優化設計已成為解決機械設計問題的有效方法。
2、 機械優化設計研究的內容
機械優化設計主要研究的是其建模和求解兩部分內容。 如何選擇設計變量、列出約束條件、確定目標函數。其中，設計變量是指在設計過程中經過逐步調整，最后達到最優值的獨立參數。設計變量的數目確定優化設計的維數，維數越大，優化設計工作越復雜，但效益越高，所以選取適當的設計變量顯得尤為重要。約束條件即是對約束變量的限制條件，起著降低設計變量自由度的作用。目標函數即是指各個設計變量的函數表達式，工程中的優化過程即是指找出目標函數的最小值（最大值）的過程。一般而言，目標函數的確定相對容易，但約束條件的選取顯得比較困難。
二、機械優化設計理論主要方法
1準則優化法
準則優法主要是通過力學以及物理或者是其他原則構造評優準則所應用的，然后在進行尋優。這個項方式的主要優點就是有著直觀的概念以及簡單的計算方式，同時能夠對于優化效率約束能很好地降低，在工程方面廣泛的使用；有弊就有利，這項方式只是考慮了很少的方面或者是一個點，使得優化效率大大的降低，甚至是沒有約束。
2線性規劃法
線性規劃法主要是通過數學極值原理所對于目標函數為設計變量線性優化所設計的，可以說是機械優化設計中最為常用的一個方式。有單純形法和序列線性規劃法。
3神經網絡法
神經網絡可以說是一個大型的自適應非線性動力能夠，所具備的有點為聯想、概括、類比，同時要是局部出現問題對于整個系統卻沒有很大的影響。最早發現神經網絡優化能力人員是美國物理學家Hopfield ，根據動力系統以及統計學原理，將系統穩定性以及最優化對策，同時系統能量函數和目標函數優化相互之間對應，優化設計變量以及神經網絡參數相對應，在整個系統逐漸演變的過程中，在1986Tank首次提出了求解線性優化問題的造型化神經網絡。神經網絡穩定平衡點是這項方式的主要點，對于整個網絡能量函數極小點所進行的優化設計，通過較為強大的計算方式以及近似分析、非線性建模能量將計算效率進行優化，所進行這個過程的關鍵點就是神經網絡構造，一般都是使用在求解組合優化、約束優化以及復雜優化。
4、多目標優化法
機械設計所追求的最終目的就是優化功能、強度以及經濟性，但是在實際工作中機械優化設計都是優化目標設計方式。在實施目標優化的過程中還是存在著很多的困難，對于研究人員有著一定的挑戰性，但是這些理論方式還是不夠完善的，將其劃分為兩種：一種是將多目標優化轉化為一個或者是一系列的目標優化方式，將所得優化結果當做目標優化的解，第二種是直接求非劣解，在這中間要選擇最好的作為最優解。
三、現代機械優化設計理論與方法
1、利用現代計算機軟硬件技術的設計方法。
在產品開發初期借助于設計方法學，利用多媒體工具進行系統的開發。根據這一指導思想，利用數學系統理論，同時考慮系統工程理論產品設計技術和系統開發方法學，研制出適合于產品設計初期使用的多媒體開發系統軟件。根據這一設計方法，往往把產品的整個開發過程概括為產品規劃、開發和生產規劃三個階段，并且充分利用了現有的CAD尖端技術D虛擬現實技術。（1）、產品規劃D構思產品。其任務是確定產品的外部特征，如色彩、形狀、表面質量、人機工程等，并將最初的設想用CAD立體模型表現出來，建立能夠體現整個產品外形的簡裝模型。（2）、開發D設計產品。該階段主要根據系統合成原理，在立體模型上配置和集成解元素，把實現功能的關鍵性解元素配置到立體模型上之后，即可對產品的配置進行分析。產品配置分析是綜合產品規劃和開發結果的重要手段。（3）、生產規劃D加工和裝配產品。在這一階段中運用CAD技術，用計算機圖案顯示解元素在相應位置的裝配過程，即通過虛擬裝配模型揭示造型和裝配間的關系，由此發現難點問題，并找出解決問題的方法。借助于現代計算機軟硬件技術，通過三維圖形軟件、多媒體和超媒體技術及虛擬現實技術進行設計。
2、積極開發發展綠色設計、制造。
（1）、綠色設計制造時現代設計制造的可持續發展模式。人們已經認識到環境與發展是密不可分的。要從根本上解決環境問題，必須轉變發展模式和消費模式，即為資源型發展模式逐步轉變為技術型發展模式，依靠技術進步，節約資源和能源，提高效益，減少廢物排放，實施清潔生產和文明消費，建立資源和環境相聯系的新的發展模式。這是人類探索了幾個世紀終于領悟到的發展觀D可持續發展。（2）、發展綠色設計制造將為企業發展帶來新的機遇。開發綠色設計制造是人類可持續發展戰略的重要組成部分，是每個企業家必須考慮的企業行為，但是不少企業認為綠色制造投入大見效慢經濟效益不如直接抓成本、抓質量、抓品種等見效快，因而無視對環境的污染，甚至寧愿被罰款，也不愿意采取措施。實際上，環境全面改善，一方面可改善員工的健康狀況和提高工作安全性，減少不必要的開支；另一方面在綠色制造環境下工作的員工心情舒暢，有助于提高員工的主觀能動性和工作效率，以創造出最大的利潤，使企業具有更好的社會形象，為企業增加無形資產。（3）、發展綠色制造將推行新一輪技術創新。在全球性競爭激烈的背景下，利用高新技術和現代化管理來提高生產率，節約自然資源投入，以及節約勞動和各種形式的資本，是促進經濟增長與發展的主要源泉。
四、機械優化設計的前景
機械優化設計是最優化理論、電子計算機技術和機械工程相結合的一門學科，包括機械優化設計、機械零部件優化設計、機械結構參數和形狀優化設計等。近年來，隨著數學規劃理論與計算機技術的飛速發展及廣泛應用，許多新興優化算法，如遺傳算法、神經網絡法等相繼被提出，機械優化設計廣泛地被應用到建筑結構、化工、航天航空等諸多領域并取得飛速發展。機械優化設計具有廣闊的發展前景。
機械優化設計給機械工程界帶來的巨大經濟效益是顯而易見的，但其工程效應比起預期遠遠小得多。歸結其原因，主要有以下兩點：（1）建模難度大。（2）最優方法的選取難度大。 雖然有以上不足之處，但是機械優化設計的發現前景仍是非常廣大的，且各領域也在積極做出相關的研究探索，并已取得一定的成就。
結語
縱觀幾十年來機械優化設計的發展歷程，其發展是非常迅速且令人可喜的，雖然仍存在建模困難、優化方法選取等等方面的一些挑戰，但是其前景仍舊是非常廣闊的。研究機械優化設計的理論與方法無論是學術領域還是實際經濟效益方面都具有研究意義。
參考文獻：
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