優(yōu)化設(shè)計與優(yōu)化方法匯總十篇

序論：好文章的創(chuàng)作是一個不斷探索和完善的過程，我們?yōu)槟扑]十篇優(yōu)化設(shè)計與優(yōu)化方法范例，希望它們能助您一臂之力，提升您的閱讀品質(zhì)，帶來更深刻的閱讀感受。

篇（1）

引言

隨著我國社會經(jīng)濟的快速發(fā)展，我國各行各業(yè)對大型自吸離心泵的需求不斷增加，大型自吸離心泵應(yīng)用廣泛，在城市給排水、灌溉工程以及工業(yè)循環(huán)水等方面發(fā)揮著重要的作用，所以，研究大型自吸離心泵的設(shè)計方法、完善大型自吸離心泵的設(shè)計理論，能夠有效提高泵的工作效率，對提高自吸離心泵的性能有重要的現(xiàn)實意義。

1 大型自吸離心泵存在的問題

從上世紀(jì)60年代開始我國就開始了對大型自吸離心泵的研究，到90年代提出了應(yīng)用彈性橡膠閥來實現(xiàn)回流孔自動關(guān)閉的理論，在此基礎(chǔ)上研制出了外混式結(jié)構(gòu)的自吸離心泵，提高了泵的可靠性，這種離心泵得到了廣泛的使用。隨著時代的發(fā)展，對大型自吸離心泵的要求也在不斷提高，文章針對大型自吸離心泵的結(jié)構(gòu)、參數(shù)以及成本等方面對其進行了廣泛的調(diào)查，總結(jié)出了目前大型自吸離心泵存在的主要問題：（1）自吸結(jié)構(gòu)設(shè)計方法有待完善。在國內(nèi)離心泵生產(chǎn)企業(yè)中，大多數(shù)還是生產(chǎn)內(nèi)混式和外混式自吸離心泵，缺乏創(chuàng)新，離心泵的工作效率和自吸性能有待提高；（2）自吸原理比較單一。大多數(shù)自吸離心泵采用的是上世紀(jì)90年代提出的通過彈性橡膠閥壓縮來控制回流孔自動關(guān)閉從而實現(xiàn)自吸的理論，這種自吸原理雖然得到了廣泛的應(yīng)用，但隨著科學(xué)技術(shù)的進步，這種自吸原理逐漸變得單一、落后；（3）大型自吸離心泵的材料單一。我國生產(chǎn)大型自吸離心泵的主要材料是鑄鐵，這會導(dǎo)致大型自吸離心泵比較重，也會一定程度上增大工作人員的工作強度。

2 大型自吸離心泵結(jié)構(gòu)及參數(shù)設(shè)計

2.1 大型自吸離心泵結(jié)構(gòu)設(shè)計

大型自吸離心泵通過自吸系統(tǒng)將泵的進口管內(nèi)空氣排凈并實現(xiàn)快速自吸，保證了泵的工作效率，提高了泵的自吸性能。大型自吸離心泵的主要結(jié)構(gòu)由吸入段、泵體、冷卻油箱、軸承以及自吸系統(tǒng)等組成，泵與自吸系統(tǒng)采用螺栓連接，密封形式為油冷卻，保證泵工作效率和可靠性，大型自吸離心泵的結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 大型自吸離心泵三維結(jié)構(gòu)圖

2.2 大型自吸離心泵的設(shè)計參數(shù)

設(shè)計流量為Q=500m3/h，揚程H=45m，泵的轉(zhuǎn)速n=2200r/min，柴油機的功率為P=100kW，泵的效率ηh=83.5%，泵及裝置效率ηm%=65.5%。

2.3 葉輪水利設(shè)計

大型自吸離心泵內(nèi)部水的流動非常復(fù)雜，在自吸系統(tǒng)工作時涉及到氣液的混合，葉輪是非常重要的過流部分，葉輪的設(shè)計關(guān)系到泵的流量和抗氣蝕性能等，對于大型自吸離心泵的正常工作起著重要的作用。本裝置葉輪的結(jié)構(gòu)采用閉式結(jié)構(gòu)，葉輪的設(shè)計首先需要確定泵的比轉(zhuǎn)速，比轉(zhuǎn)速可以采用以下公式來計算：

n■=■=188

其次，需要確定泵的進出口直徑，泵的進口直徑是指進口管法蘭處內(nèi)徑，常用泵的進口直徑、流速以及流量之間的關(guān)系表1所示。

表1

根據(jù)圖表再加上實際情況選擇泵的進口直徑為200mm，大型自吸離心泵的出口直徑選擇與進口直徑相同，也為200mm；最后要確定葉輪的主要尺寸，葉輪直徑也叫做葉輪頸部直徑，本裝置使用的是懸臂式葉輪。通過一系列計算可得，葉輪進口直徑為200mm，葉輪出口寬度為200mm，葉片包角為120°，進口安放角為25°，出口安放角為30°，葉片厚度為8mm，葉片數(shù)為6片。

3 大型自吸離心泵自吸系統(tǒng)工作原理

本大型自吸離心泵采用了文丘里自吸系統(tǒng)，文丘里自吸系統(tǒng)是一種以壓縮空氣作為動力的排氣裝置，主要由噴嘴、逆止濾網(wǎng)以及排氣裝置外殼等組成。文丘里自吸系統(tǒng)的排氣裝置和進口管采用螺栓連接，中間安裝金屬濾網(wǎng)，用來過濾固體顆粒，文丘里自吸系統(tǒng)內(nèi)部沒有運動部件，所以不需要設(shè)置裝置，而且密封性能良好，結(jié)構(gòu)相對簡單，系統(tǒng)工作可靠性也大幅提升。文丘里自吸系統(tǒng)通過壓縮空氣產(chǎn)生射流，這時逆止閥會被打開，射流會不斷地卷吸泵體內(nèi)的空氣，然后排出。與此同時，逆止閥會組織外部的氣體進入泵體內(nèi)部，經(jīng)過這樣的反復(fù)排氣會使泵體產(chǎn)生真空，這時水流進入葉輪，水流的作用力會將逆止閥關(guān)閉，這時離心泵開始了正常工作，實現(xiàn)了大型離心泵的自吸功能。

4 大型自吸離心泵試驗研究

按照上述設(shè)計，在產(chǎn)品質(zhì)量檢測水泵試驗臺上進行檢測，并按照國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T3216-2005《回轉(zhuǎn)動力泵水力性能驗收試驗1級和2級》進行實驗。預(yù)測性能曲線與實驗性能曲線重合度非常高，由于集合造型、湍流模型以及計算方法等都會對計算結(jié)果產(chǎn)生一定的影響，所以實驗結(jié)果產(chǎn)生的誤差在可以接受的范圍之內(nèi)。同時對大型自吸離心泵自吸性能進行實驗，按照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，當(dāng)自吸離心泵自吸高度達到5米時，自吸時間應(yīng)小于120s，本裝置進行自吸實驗時，自吸高度達到5米時自吸時間為75s，遠遠高于國家標(biāo)準(zhǔn)，通過實驗可以得出，大型自吸離心泵的性能參數(shù)滿足設(shè)計要求。

5 結(jié)束語

綜上所述，文章對離心泵優(yōu)化設(shè)計理論與方法進行了分析，介紹了泵的結(jié)構(gòu)、自吸系統(tǒng)以及葉輪等的設(shè)計，通過對大型自吸離心泵試驗研究可以得出其性能參數(shù)滿足設(shè)計要求，甚至一些參數(shù)遠遠超過了國家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。對大型自吸離心泵進行研究，提高了泵的工作效率和性能，對促進我國社會經(jīng)濟發(fā)展具有重要的現(xiàn)實意義。

參考文獻

篇（2）

1.1給水管網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計模型研究

給水管網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計模型是進行優(yōu)化設(shè)計的基礎(chǔ)，其優(yōu)劣程度決定優(yōu)化設(shè)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(biāo)函數(shù)和多目標(biāo)函數(shù)兩個階段。20世紀(jì)50年代后，國內(nèi)的研究者開始對管網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計模型研究，取得一定成果的有同濟大學(xué)、哈爾濱工業(yè)大學(xué)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(biāo)函數(shù)建立管網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計數(shù)學(xué)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(rèn)識到若僅以經(jīng)濟性作為管網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計的目標(biāo)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(shè)計模型求解算法研究

給水管網(wǎng)優(yōu)化設(shè)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(biāo)單工況優(yōu)化設(shè)計模型。應(yīng)用拉格朗日未定系數(shù)法，將目標(biāo)函數(shù)進行轉(zhuǎn)換，然后用計算機進行求解。但是由于管徑為離散變量，應(yīng)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(yīng)用較少。

（2）數(shù)學(xué)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(biāo)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(shè)計，因此該算法應(yīng)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(biāo)函數(shù)和約束條件的形式要求不高，以標(biāo)準(zhǔn)管徑為變量計算結(jié)果不需要調(diào)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(yù)先假設(shè)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(fù)雜管網(wǎng)應(yīng)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(biāo)函數(shù)的最大值或最小值。在管網(wǎng)優(yōu)化設(shè)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(guān)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(zhì)。

(3)隨機搜索優(yōu)化方法。

①神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法是將優(yōu)化問題的目標(biāo)函數(shù)和約束條件映射到神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)動力系統(tǒng)，利用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)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(luò)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(xué)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(jié)合。但有以下缺點：a:當(dāng)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(rèn)為是管網(wǎng)優(yōu)化技術(shù)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(biāo)準(zhǔn)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(dǎo)、連續(xù)等數(shù)學(xué)處理方式的限制；b:以離散的標(biāo)準(zhǔn)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(yīng)度值難以標(biāo)定、接近最優(yōu)解時收斂很慢等。

篇（3）

中圖分類號：TU318 文獻標(biāo)識碼：A

對于一個項目，工程結(jié)構(gòu)總體的優(yōu)化設(shè)計主要是針對圍護結(jié)構(gòu)、屋蓋系統(tǒng)、結(jié)構(gòu)體系、基礎(chǔ)形式以及結(jié)構(gòu)細(xì)部等進行相應(yīng)的設(shè)計方案的優(yōu)化設(shè)計。在設(shè)計的時候還必須考慮到相應(yīng)的布置、選型、造價以及受力等方面的問題，然后根據(jù)工程的實際情況并結(jié)合建筑物的經(jīng)濟性要求，對建筑結(jié)構(gòu)進行相應(yīng)的優(yōu)化設(shè)計。 為了適應(yīng)時展的要求，建筑的結(jié)構(gòu)形式必須不斷的進行創(chuàng)新。對于結(jié)構(gòu)設(shè)計師來說，要在確保建筑結(jié)構(gòu)具有一定的安全保證的基礎(chǔ)上設(shè)計更合理、更經(jīng)濟、更能體現(xiàn)創(chuàng)新的結(jié)構(gòu)形式。

1 結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化技術(shù)的現(xiàn)實意義

對建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計進行必要的優(yōu)化，在對于房屋結(jié)構(gòu)相關(guān)的設(shè)計中的應(yīng)用意義重大，不僅能夠滿足了建筑的實用與美觀，而且還可以有效地對工程造價進行控制。對于建筑商來說，其當(dāng)然希望用最少的投資，而獲得最大的收益，然而又必須對建筑結(jié)構(gòu)的科學(xué)性、可靠性以及安全性做出保證，這必然要求對建筑結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化設(shè)計。

結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化和傳統(tǒng)房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計進行比較我們可以發(fā)現(xiàn)：運用設(shè)計優(yōu)化的技術(shù)能夠降低整個建筑工程造價10%～40％。結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化技術(shù)能夠使得建筑結(jié)構(gòu)內(nèi)部的每個單元都得到最佳的協(xié)調(diào)，并可以對材料的性能進行最合理的利用。這樣不僅能夠保證相關(guān)規(guī)定的安全系數(shù)，還能夠?qū)崿F(xiàn)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的經(jīng)濟性與實用性。

2 結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化技術(shù)在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中的步驟

2.1 建立結(jié)構(gòu)優(yōu)化的模型

在我們對房屋結(jié)構(gòu)整體進行必要的優(yōu)化設(shè)計時候，可以分成三步進行建筑結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計。下面將對每一步驟進行詳細(xì)的介紹：

2.1.1 要對設(shè)計變量進行合理的選擇

通常在對設(shè)計變量進行選擇時，我們把對建筑結(jié)構(gòu)影響的主要參數(shù)作為設(shè)計變量。如目標(biāo)控制的相關(guān)參數(shù)（損失的期望C2 和結(jié)構(gòu)的造價C1）和約束控制相關(guān)參數(shù)（結(jié)構(gòu)的可靠度PS）等；然而還有一些影響不是太大，其變化范圍也不是很大或者由局部性以及結(jié)構(gòu)的相關(guān)要求就能夠滿足相應(yīng)的設(shè)計要求的一些參數(shù)，我們可以用預(yù)定參數(shù)來表示，這樣能夠使得我們的設(shè)計量、計算量以及編制程序的工作量均大大減小。

2.1.2 對目標(biāo)函數(shù)進行確定

在進行結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化的時候，我們還必須尋找一組能夠滿足相關(guān)的預(yù)定條件的截面相應(yīng)的幾何尺寸、鋼筋面積以及相應(yīng)的失效概率的函數(shù)，使得工程造價最少。 針對目標(biāo)函數(shù)進行的優(yōu)化設(shè)計都有條件和相對的，即為“最滿意解”而不是最優(yōu)解。

2.1.3 對約束條件進行確定

對于房屋的結(jié)構(gòu)的設(shè)計優(yōu)化來說，必須在確保結(jié)構(gòu)整體可靠的基礎(chǔ)上，對優(yōu)化設(shè)計相關(guān)的約束條件進行相應(yīng)的確定，設(shè)計優(yōu)化的約束條件主要包括裂縫寬度約束、結(jié)構(gòu)強度約束、尺寸約束、構(gòu)件單元約束、應(yīng)力約束、結(jié)構(gòu)體系約束、從可靠指標(biāo)約束到確定性約束條件以及從正常使用極限狀態(tài)下的彈性約束到最終極限狀態(tài)的彈塑性約束等約束條件。在進行結(jié)構(gòu)設(shè)計的時候，我們必須對目標(biāo)約束條件與實際的約束條件進行相應(yīng)的比較與分析，確保每個約束條件都必須滿足相應(yīng)的要求，化繁為簡，抓大放小，以實現(xiàn)最佳的設(shè)計。

2.2 對優(yōu)化設(shè)計的計算方案進行設(shè)定

根據(jù)可靠度進行的房屋結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計具有多約束且非線性的優(yōu)化問題以及復(fù)雜的多變量，在進行相應(yīng)的分析計算中，一般把有約束的優(yōu)化問題轉(zhuǎn)換成無約束優(yōu)化問題的求解。常用的優(yōu)化設(shè)計的計算方法有拉格朗日乘子法、復(fù)合形法、準(zhǔn)則法以及Powell（鮑威爾） 法等基于不同理論準(zhǔn)側(cè)的計算方法。

2.3 進行程序的相關(guān)設(shè)計

針對具體的工程設(shè)計，我們可以根據(jù)不同的設(shè)計要求選擇有限元分析軟件或者設(shè)計配筋軟件，可以選擇針對具體構(gòu)件進行有限元分析或者是針對整體結(jié)構(gòu)實際工程計算分析。針對復(fù)雜的超高超限的工程可以進行專門的不同目標(biāo)函數(shù)的優(yōu)化設(shè)計，具體可選用結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計系統(tǒng)MCADS。

2.3 結(jié)果分析

我們必須對相應(yīng)的計算結(jié)果進行必要的分析比較，選擇出最佳的設(shè)計方案。在這個過程中，我們對出現(xiàn)的問題必須全方位、多角度的考慮。例如，鋼結(jié)構(gòu)滿應(yīng)力設(shè)計中病態(tài)桿的出現(xiàn)等。這一步驟在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化中尤其重要，合理的選擇設(shè)計方案，不僅能夠確保結(jié)構(gòu)的美觀、安全性、合理性以及實用性，還能夠?qū)κ┕ぶ械馁Y金的投入有著重大的影響。在結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化中只強調(diào)經(jīng)濟性要求，而忽略技術(shù)要求，是不正確的；同樣只考慮技術(shù)要求，忽略經(jīng)濟性要求，也是不合理的。我們必須在滿足現(xiàn)行規(guī)范的前提下，區(qū)分“應(yīng)”和“宜”，對兩者進行合理的配置，才能達到相關(guān)要求。

3 結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化技術(shù)的實踐應(yīng)用

當(dāng)下，限額設(shè)計已經(jīng)成為常態(tài)，建設(shè)商經(jīng)常附加各種各樣的設(shè)計條件，對于這樣的項目我們可以從前期設(shè)計、整體設(shè)計、舊房改造以及抗震設(shè)計等方面采用結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化設(shè)計的方法來節(jié)約造價。下面對實踐應(yīng)用中的問題進行簡單的說明：

3.1 結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化應(yīng)注意前期參與

前期方案直接會影響到工程的造價，然而很多建筑物的設(shè)計往往忽略了這一點。項目立項后，結(jié)構(gòu)師應(yīng)該及時跟進，對建筑方案提出合理的指導(dǎo)意見，避免出現(xiàn)超限、超規(guī)范的情況，前期參與能夠讓我選擇合理的結(jié)構(gòu)形式以及合理的設(shè)計方案，節(jié)約造價占50%以上。

3.2 概念設(shè)計結(jié)合細(xì)部結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化

在沒有具體數(shù)值量化的情況下，我們可以使用概念設(shè)計。例如，對地震的烈度進行設(shè)防時，由于它存在這不確定的因素，所以我們無法找到與實際相符合的計算式，所以在進行設(shè)計優(yōu)化的時候我們可以使用概念設(shè)計的方法，把相應(yīng)的數(shù)值作為參考與輔助相關(guān)的依據(jù)。同時在設(shè)計過程中，相關(guān)結(jié)構(gòu)設(shè)計人員必須合理并靈活的使用結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化的方法，從而達到最佳的效果。

在設(shè)計過程中必須對細(xì)部的結(jié)構(gòu)進行相應(yīng)的設(shè)計優(yōu)化，物盡其材。例如，豎向柱構(gòu)件采用高強度混凝土能夠有效減少柱子截面，而對于水平構(gòu)件來說就可以降低混凝土標(biāo)號，這樣既可以達到受力要求，又可以節(jié)約成本。后期的優(yōu)化設(shè)計和細(xì)部結(jié)構(gòu)精細(xì)化設(shè)計能節(jié)約一定的經(jīng)濟成本。此階段通過優(yōu)化設(shè)計能節(jié)約造價10%以上。

3.3 下部地基基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的設(shè)計優(yōu)化

基礎(chǔ)的設(shè)計尤為重要，基礎(chǔ)造價能占到結(jié)構(gòu)成本的30%左右，在地基基礎(chǔ)的結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化中，我們必須選取合適的基礎(chǔ)方案，確定合理的持力層，盡量選擇天然地基，樁基能不用則不用，可以有效降低成本、節(jié)約工期。如果不可避免的采用樁基，需根據(jù)樁端持力層的厚度選擇合理的樁長，并根據(jù)土層情況確定是否采用后壓漿灌注樁；而對于管樁，同樣直徑可以考慮選用方樁，能夠提高20%的摩擦力。通過對多種設(shè)計方案進行必要的分析比較，然后選取最佳的設(shè)計方案。

4 結(jié)語

對于住宅建筑，目前限額設(shè)計已經(jīng)成為常態(tài)，傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計理論與方法已經(jīng)無法滿足建設(shè)商的要求，在目前的設(shè)計中采用優(yōu)化設(shè)計已經(jīng)成為無法回避的問題。通過選擇合理的結(jié)構(gòu)體系以及基礎(chǔ)方案，充分利用材料強度，降低自重，活學(xué)活用規(guī)范做到精細(xì)化設(shè)計能夠節(jié)約可觀的工程造價，適應(yīng)建設(shè)綠色可持續(xù)發(fā)展社會的要求。

參考文獻

[1]張炳華.土建結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計[M].上海：同濟大學(xué)出版社，2008：34-36.

篇（4）

基金項目:本項目為2014年省科技廳科技計劃項目承擔(dān)的“基于ANSYS的門式起重機金屬結(jié)構(gòu)的力學(xué)性能分析及優(yōu)化研究”的研究項目，（編號為：20142BBE50009）

集裝箱起重機中最為復(fù)雜的故障是門架變形，其中，門架的下?lián)献冃危瑢ζ鹬貦C的正常運行危害最大。本文采用有限元分析軟件ANSYS建立了起重機的有限元模型，對其進行結(jié)構(gòu)應(yīng)力分析、模態(tài)分析，從應(yīng)力分布和應(yīng)力集中兩個方面對該起重機進行評價和校核。

1起重機門架結(jié)構(gòu)有限元模型的建立

集裝箱起重機門架是由標(biāo)準(zhǔn)型鋼構(gòu)成，結(jié)構(gòu)對稱。首先建立起重機門架整體三維模型。

1.1起重機主要性能參數(shù)。該起重機主要性能參數(shù)為：額定載荷320T；跨度25m；桁高12m；起升速度9.5/19 m/min；最大起升高度10/12m；小車輪距3035mm；小車質(zhì)量5t；吊鉤總重2T；材料全部采用Q235。門式起重機門架的主要結(jié)構(gòu)與參數(shù)如圖1所示。

1-前端梁 2-道軌 3-后端梁 4-主梁 5-前上橫梁

6-后上橫梁7-門腿 8-底橫梁

1.2起重機有限元模型單元選擇

采用ANSYS中的三維梁單元，劃分單元建立有限元分析模型。門架結(jié)構(gòu)有限元模型劃分后的單元95401個，節(jié)點數(shù)182120。圖2為該起重機劃分單元后的有限元網(wǎng)格模型。

2應(yīng)力分布分析

2.1固定載荷

按圖1所示的工況位置，要求額定起門力：工況1（16T）、工況2（在門架中間帶運行吊重11T運行）工況3（10T）、工況4（9T）、工況5（（懸臂處5T）；規(guī)定起重機主梁方向為Z方向，垂直地面向上方向為Y方向，X向垂直于起重機平面。

2.2移動載荷

起升載荷16T，同時，取動力系數(shù)1.25；起重機自重，在建模過程中單位采用SI（MKS），取重力加速度g =10；抓斗和小車結(jié)構(gòu)自重共為5T；水平慣性載荷：根據(jù)有關(guān)文獻，取加速度0.13 m/s2，取加速度放大倍數(shù)1.5。選擇對門架最危險的工況1、工況2和工況5載荷組合進行分析，如果這三工況沒有問題，其它工況也就沒有問題。

2.3計算結(jié)果分析

1）小車在工況1起吊16T額定載荷時，由圖3~6所示。

由上各工況的位移、等效應(yīng)力數(shù)據(jù)分析可以看出：

（1）X方向最大位移為9.566，最大位移發(fā)生在小車位于工況2上，滿足規(guī)范要求的；

（2）Y方向最大位移為11.658，最大位移發(fā)生在小車位于工況5上，位移動載數(shù)值過大；（3）Z方向最大位移為13.98，最大位移發(fā)生在小車位于工況5上，最大位移13.98；

（4）最大等效應(yīng)力為333MPa，最大等效應(yīng)力發(fā)生在小車位于工況5上。

2.4方案優(yōu)化設(shè)計比較

重新對圖2進行結(jié)構(gòu)優(yōu)化，在ansys中進行一系列的操作，得到有限元模型有95300個單元，181367個節(jié)點，稱為方案2，比較后發(fā)現(xiàn)，門架結(jié)構(gòu)和受力上沒有什么變化，只是將主梁懸臂端變?yōu)橐惶菪谓Y(jié)構(gòu)，也就是說只進行小車工況5時（在懸臂端）的計算即可。

通過現(xiàn)場實際測量，如表4所示。數(shù)據(jù)表明，實際測量值與有限元分析計算結(jié)果比較吻合，有限元分析結(jié)果有較高的計算精度。

3結(jié)論

本文研究的對象為集裝箱門式起重機門架，采用有限元分析軟件ANSYS對門架進行分析，并在原來的基礎(chǔ)上進行優(yōu)化設(shè)計，達到了以下目的：

篇（5）

中圖分類號：S611 文獻標(biāo)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(dǎo)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(gòu)來保證特殊狀態(tài)下乘客的安全。一套設(shè)計合理的產(chǎn)品須滿足如下幾個基本要求：

1）結(jié)構(gòu)、功能及強度要求

2）使用性能要求。

3）標(biāo)準(zhǔn)化及成本、工藝等要求

以下以轎架上橫梁設(shè)計為例，介紹最優(yōu)化方法和CAE有限元分析方法在電梯結(jié)構(gòu)設(shè)計方面的具體應(yīng)用。

2 上橫梁受力分析及結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)形式和尺寸參數(shù)是設(shè)計的關(guān)鍵所在。 以載重1600kg轎架設(shè)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(jié)構(gòu)的加工工藝，截面A加工較C更為簡單，所設(shè)計的上橫梁基本結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)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(yīng)力為

3參數(shù)優(yōu)化及有限元分析

3.1 上橫梁結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化計算

結(jié)構(gòu)優(yōu)化的目的是為尋求零部件結(jié)構(gòu)參數(shù)的最優(yōu)配置，力求綜合滿足各設(shè)計目標(biāo)。如使所設(shè)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(shè)計目標(biāo)以及對上橫梁的受力分析，確立上橫梁結(jié)構(gòu)參數(shù)的最優(yōu)化數(shù)學(xué)模型如下:

其中優(yōu)化目標(biāo)為：上橫梁重量最小，對應(yīng)的目標(biāo)函數(shù)為：

約束條件1為：最大應(yīng)力小于材料屈服極限235MPa，其對應(yīng)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(yīng)的約束條件方程為

根據(jù)設(shè)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(biāo)函數(shù)及約束條件，并在matlab中應(yīng)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(dāng)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(biāo)，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(biāo)準(zhǔn)，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(jié)構(gòu)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(jié)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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)靜力解析，得出的結(jié)果見下圖3.1。

圖3.1 上橫梁ansys仿真結(jié)果圖

從圖3.1可以看出上橫梁的最大應(yīng)力為211.46MPa，為壓應(yīng)力，而最容易引起破壞的拉應(yīng)力的為81.67，均小于材料Q235的屈服強度極限，由圖右的應(yīng)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(jié)論

在電梯行業(yè)中，現(xiàn)代設(shè)計理論和方法的使用也越來越多，本文應(yīng)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(shè)計和有限元方法在電梯部件結(jié)構(gòu)設(shè)計中的應(yīng)用。

參考文獻

[1] 傅海明.電梯轎廂的ansys優(yōu)化設(shè)計.機電信息.2012（6）

篇（6）

在建筑設(shè)計的工作中，通常需要進行建筑設(shè)計方案的優(yōu)化，建筑設(shè)計方案優(yōu)化的工作開展是在建筑設(shè)計的招標(biāo)工作完成之后，中標(biāo)的設(shè)計單位需要與建筑的建設(shè)單位進行接洽，對于建筑物種的一些細(xì)節(jié)進行必要的探討，對于建筑設(shè)計中的不合理的地方進行優(yōu)化，這是建筑工程中非常重要的一項工作，本文就針對建筑設(shè)計方案的優(yōu)化工作中的相關(guān)問題予以分析探討。

一、開展建筑設(shè)計方案優(yōu)化工作的意義

在建筑設(shè)計方案的招標(biāo)的過程中，中標(biāo)的設(shè)計方案會在一定程度上優(yōu)于其他方案，但并不是說中標(biāo)的方案是完美的，因為在建筑方案的設(shè)計過程中不允許設(shè)計單位與建設(shè)單位之間有過多的交流，這就使得設(shè)計人員在進行建筑方案的設(shè)計過程中，不能完全的與建設(shè)單位進行設(shè)計思想的交流，在這樣的情況下設(shè)計出來的方案是很難完全符合建設(shè)單位的設(shè)計要求的，另一方面，為了加快招標(biāo)的進度，通常在招標(biāo)的過程中都要求設(shè)計單位進行概念設(shè)計方案，對于建筑中的具體的細(xì)節(jié)在設(shè)計方案中并沒有反映，確定中標(biāo)方案之后再進行設(shè)計方案優(yōu)化是非常有必要的。

現(xiàn)代的建筑項目在建設(shè)的過程中，要考慮的影響因素非常的多，法規(guī)、景觀、環(huán)保、交通等各種內(nèi)外部的制約條件都需要全面的考慮，在招標(biāo)的初期，沒有設(shè)計方案的初期模型或效果圖，建設(shè)單位很難就此提出詳細(xì)的要求，對于建筑風(fēng)格、功能需求等的描述往往是一個模糊的概念，在確定中標(biāo)方案之后，還需要對建筑設(shè)計中的各項技術(shù)要求進行進一步的細(xì)化，確定出詳細(xì)的建筑設(shè)計方案。

在建筑設(shè)計方案的招標(biāo)過程中，參與競標(biāo)的設(shè)計方案是各種各樣的，招標(biāo)的過程同樣是一個集思廣益的過程，在招標(biāo)的過程中，能夠發(fā)現(xiàn)各種設(shè)計方案中的亮點，以及有使用價值的設(shè)計思路，在招標(biāo)工作結(jié)束之后，中標(biāo)的單位，能夠通過與其他設(shè)計單位進行比較，找出自身的設(shè)計方案中的不足，對自己的中標(biāo)方案進行改進與優(yōu)化，由此可見，進行建筑設(shè)計方案的優(yōu)化是有重大的意義的。在一些大型的復(fù)雜的建設(shè)項目中，設(shè)計方案的優(yōu)化已經(jīng)成為必不可少的環(huán)節(jié)，在建筑設(shè)計方案的招標(biāo)工作結(jié)束之后，建設(shè)單位不能忙于開始建設(shè)工作，要對設(shè)計方案進行深入充分的優(yōu)化，對于設(shè)計中的各項工作予以明確，這樣才能為后續(xù)的工作打好基礎(chǔ)，有利于后續(xù)工作的順利開展。

二、建筑設(shè)計方案優(yōu)化的原則及方法

建筑設(shè)計方案的優(yōu)化是建筑設(shè)計工作中的重要的組成部分，開展建筑設(shè)計方案的優(yōu)化是非常有必要的，但是有的建設(shè)單位在開展建筑設(shè)計方案的優(yōu)化的過程中，采取了錯誤的方法，導(dǎo)致對招標(biāo)方案的改動不僅沒有起到設(shè)計方案優(yōu)化的作用，反而使原有的設(shè)計方案遭到了丑化，因此，在進行建筑設(shè)計方案的優(yōu)化的過程中，要遵循一定的原則，采用正確的優(yōu)化方式來開展優(yōu)化工作。

1、自頂向下的開展優(yōu)化工作

中標(biāo)的設(shè)計方案大多采用的是概念設(shè)計，在設(shè)計方案的優(yōu)化階段要開展具體的、深入的方案設(shè)計，這時要首先進行宏觀上的優(yōu)化設(shè)計，對于本階段需要完成的重要事項予以重點的關(guān)注，對于具體的局部的細(xì)節(jié)可以在工程的設(shè)計階段進行詳細(xì)的設(shè)計，在后續(xù)的設(shè)計工作中有可能會對一些早早確定的設(shè)計細(xì)節(jié)進行廢棄，以達到優(yōu)化的目的。

2、堅持中標(biāo)設(shè)計方案中的核心內(nèi)容，杜絕顛覆性的方案修改

大型的項目建設(shè)中的中標(biāo)方案是受到建設(shè)單位的高層的領(lǐng)導(dǎo)的認(rèn)可的，并且在法律中是具有明確的規(guī)定的，在建筑設(shè)計方案的優(yōu)化工作中，不能對設(shè)計方案進行顛覆性的修改，只能充分的挖掘原有方案中的亮點。

3、方案優(yōu)化的過程中應(yīng)該選用專業(yè)的設(shè)計人員

在建筑設(shè)計方案的優(yōu)化工作中，很容易出現(xiàn)對中標(biāo)方案的丑化現(xiàn)象，造成這樣現(xiàn)象的因素有很多，但是其中的主要的影響因素是非專業(yè)因素的影響，很多建設(shè)單位的領(lǐng)導(dǎo)強行的將自己的主觀意識應(yīng)用于建筑設(shè)計的方案優(yōu)化中，對建筑設(shè)計師的設(shè)計空間有了一定的抑制作用，建筑設(shè)計方案的優(yōu)化工作要能夠保證優(yōu)化之后的方案具有合理性與科學(xué)性，這是一項具有很強的專業(yè)性的工作，建筑師在方案的優(yōu)化工作中要能夠運用專業(yè)的技術(shù)手段與方法，在優(yōu)化工作中起到主導(dǎo)的作用，建設(shè)單位要給予建筑設(shè)計師充分的優(yōu)化權(quán)力，促進優(yōu)化工作的順利進行。

三、建筑設(shè)計方案優(yōu)化工作中應(yīng)該注意的要素

1、建筑設(shè)計方案優(yōu)化工作中的成本要素

在建筑的設(shè)計中對成本指標(biāo)必須嚴(yán)加控制，在建筑方案的設(shè)計階段，設(shè)計單位關(guān)注的是建筑成本的估算，但在建筑設(shè)計方案的優(yōu)化階段，需要結(jié)合中標(biāo)方案中的各項設(shè)計內(nèi)容，對成本要素進行分析，并開展基于成本的各項技術(shù)指標(biāo)的協(xié)調(diào)工作。

2、建筑設(shè)計方案優(yōu)化工作中的功能要素

在方案的優(yōu)化階段，建筑設(shè)計方案的初步形態(tài)已經(jīng)顯現(xiàn)，這時需要對中標(biāo)方案中的功能要素進行分析，并對相應(yīng)的功能要素進行驗證，在對功能的梳理、分析的過程中，往往會激發(fā)出新的創(chuàng)意及想法，使得建筑設(shè)計方案中的功能要素更加的完善。

3、建筑設(shè)計方案優(yōu)化工作中的文化要素

建筑設(shè)計中的文化要素通常難以用具體的語言來進行描述，但是其涉及的范圍十分的廣泛，涉及到建筑單位的組織文化、風(fēng)格定位、地域風(fēng)情、民族、文脈、歷史等各方面的內(nèi)容，建筑設(shè)計中的難點之一就是對建筑物的文化要素進行正確的把握、合理的表達，要想在招標(biāo)工作中，設(shè)計方案得到認(rèn)可，對文化要素進行獨特的詮釋是非常重要的，在設(shè)計方案的優(yōu)化階段，同樣需要對建筑設(shè)計中的文化要素進行反復(fù)的推敲、論證，對建筑物進行準(zhǔn)確的文化定位。

結(jié)束語

為了保證建筑工程設(shè)計的質(zhì)量，很多大型的建筑項目在進行設(shè)計方案的選擇的過程中，都會以招標(biāo)的形式來進行，而建筑設(shè)計方案的優(yōu)化逐漸成為建筑項目的設(shè)計過程中必不可少的程序，對建筑設(shè)計方案進行科學(xué)合理的優(yōu)化，能夠有效的提升建筑項目中的設(shè)計方案的質(zhì)量，這就需要建設(shè)單位重視建筑設(shè)計方案的優(yōu)化工作，在優(yōu)化工作中遵循優(yōu)化原則，選擇正確的方法進行設(shè)計方案的優(yōu)化。

篇（7）

中圖分類號：TP393 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：2095-1302（2017）05-0-02

0 引 言

模擬集成電路設(shè)計通常分為三個步驟[1-3]：首先根據(jù)電路性能要求選擇合適的電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，然后設(shè)計電路參數(shù)，最后設(shè)計版圖并驗證。而最為重要的是前兩步。在選好一個電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)后，如何完成電路的參數(shù)設(shè)計，即根據(jù)預(yù)期的電路性能參數(shù)來確定電路中器件尺寸、電阻、電容等參數(shù)的取值非常重要。傳統(tǒng)的設(shè)計方法首先根據(jù)電路設(shè)計指標(biāo)列出方程，從方程中計算尺寸并進行仿真。如果所得結(jié)果不符合要求，則需更改方程得到新的器件尺寸繼續(xù)調(diào)試，不斷重復(fù)直至符合電路要求。這一過程繁瑣、冗長且難以保證結(jié)果，是模擬電路設(shè)計效率難以提高的主要原因。

目前，電路領(lǐng)域提高電路設(shè)計效率的方法主要是基于優(yōu)化的方法。基于優(yōu)化的方法是將電路性能指標(biāo)作為優(yōu)化的目標(biāo)函數(shù)，利用函數(shù)優(yōu)化的方法來完成電路設(shè)計。一般優(yōu)化設(shè)計方法有兩種，即基于方程的優(yōu)化和基于仿真的優(yōu)化。基于方程的優(yōu)化中目標(biāo)函數(shù)由解析公式計算而得，雖然優(yōu)化速度快但精度低。基于仿真的優(yōu)化中目標(biāo)函數(shù)通過電路仿真獲得，雖然精度高，但計算量大，優(yōu)化速度慢。

如何獲得精度與基于仿真方法相當(dāng)?shù)臏?zhǔn)確解，又使計算量不致過大，是近年來電路優(yōu)化研究領(lǐng)域備受關(guān)注的課題。人們雖采用多種方法嘗試，但最常見的是先構(gòu)造電路性能指標(biāo)的宏模型，再進行優(yōu)化。宏模型的計算相當(dāng)于一個解析式的計算，因此可較快完成，只要宏模型構(gòu)造得當(dāng)，精度可達到與仿真接近的程度。需要研究的主要問題是宏模型的形式，如簡單多項式、統(tǒng)計回歸、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與模糊邏輯、SVM等，及宏模型的構(gòu)造算法。

本文采取的方法是一種基于方程與誤差增量模型的混合優(yōu)化方法，可大幅減少仿真器的調(diào)用次數(shù)，降低計算成本，同時又具備與基于仿真方法幾乎相同的精度。方法的主要思想是以基于方程的優(yōu)化結(jié)果作為出發(fā)點，通過構(gòu)造電路性能準(zhǔn)確值與解析近似之間的差值增量模型，求解一系列誤差不斷減小的近似優(yōu)化問題，通過迭代逐步獲得問題的準(zhǔn)確解；每一次迭代在上一次優(yōu)化解附近構(gòu)造新的差值增量模型再調(diào)用優(yōu)化算法，相當(dāng)于采用基于方程的方法求解，因此速度很快；電路仿真只在構(gòu)建誤差增量模型時需要，而一次迭代解附近的誤差增量模型一般用二次多項式近似即可，因此所需仿真次數(shù)不多。整體上可達到既減少仿真次數(shù)，又不影響精度的目的。我們稱這種方法為基于誤差增量模型的優(yōu)化方法。

1 基于誤差增量模型的優(yōu)化

電路性能指標(biāo)的解析表達雖然存在誤差，但大致反映了性能隨設(shè)計變量的變化情況。將其準(zhǔn)確值表達為：

f（x）=fa（x）+fd（x） （1）

其中，fa（x）是性能的近似解析表達，fd（x）=f（x）-fa（x）是誤差增量。基于這一表達，本文提出的基于方程與基于仿真的混合優(yōu)化方法如下：

（1）用基于方程的方法進行一次初始優(yōu)化，即求解：

（2）

獲得一個近似最優(yōu)解x0作為初始點；

（2）在點xk附近構(gòu)造電路性能準(zhǔn)確值與解析近似之間的誤差增量模型，包括目標(biāo)函數(shù)：

（3）

與約束函數(shù)：

（4）

由于只需在一點附近的增量誤差近似，因此通常用二次插值即可構(gòu)造這一模型[4]。

（3）求出如下題的最優(yōu)解：

（5）

這一步的優(yōu)化目標(biāo)與約束函數(shù)均是解析計算，因此可以很快完成。

（4）重復(fù)步驟（2）、（3），直至該過程收斂。

這種混合優(yōu)化方法的基本思想從基于方程的近似最優(yōu)解出發(fā)，通過迭代逐步消除誤差，與一般非線性問題的迭代求解類似。該方法的特點在于充分利用了電路的性能解析表達式。解析表達雖有誤差，但包含了目標(biāo)與約束函數(shù)的基本特性，反映了函數(shù)變化的總體趨勢，降低了每次迭代時誤差增量函數(shù)的復(fù)雜性，可用較簡單的函數(shù)形式近似，也有利于設(shè)計者更好地理解優(yōu)化過程。該方法既改善了電路性能解析表達式精度不高的問題，又可大幅減少仿真器調(diào)用次數(shù)，提高優(yōu)化效率。

2 兩級運放設(shè)計實例

以一個帶米勒補償?shù)膬杉夁\放為例，說明利用該方法進行優(yōu)化設(shè)計的過程。電路采用TSMC 0.35 μm工藝，其中CL=3 pF，VDD=2.5 V，VSS=-2.5 V，電路要求的性能指標(biāo)見表3所列，考慮到的性能指標(biāo)有功耗（Power），單位增益（Av），單位增益帶寬（UGB），擺率（SR）以及相位裕度（PM）。CMOS兩級運算放大器電路如圖1所示。兩級運放性能指標(biāo)見表1。

圖1 CMOS兩級運算放大器電路

表1 兩級運放性能指標(biāo)

性能

指標(biāo) Av PM UGB Power SR Area

設(shè)計

要求 >70 dB >65° >10 MHz 10 V/μs

對該電路，性能的近似表達式為[5-8]：

SR=I5/Cc

Power=（VDD-VSS）?（I5+I7+IBias）

AV=gM1?gM6/（（gds1+gds3）?（gds6+gds7）） （6）

Area=2?W1?L1+2?W3?L3+W5?L5+W6?L6+W7?L7+W8?L8

UGB=ωc/2π

PM=180°-tan-1（ωc/p1）-tan-1（ωc/p2）-tan-1（ωc/z1）

f3db=p1/2π

Ω玫緶方行優(yōu)化設(shè)計，采用Matlab工具箱中的約束優(yōu)化工具fmincon，將功耗作為目標(biāo)函數(shù)，表1中的其他性能指標(biāo)作為約束條件，做基于方程的優(yōu)化。為保證電路正常工作，需要對電路中的晶體管添加約束。對于NMOS管，有：

Vds≥Vgs-VT>0 （7）

對于PMOS管：

-Vds>VT-Vgs>0 （8）

除此之外晶體管需滿足工藝庫對器件尺寸的要求：

Wi≥1 μm， i=1，2，…，8

Wi≤195 μm， i=1，2，…，8

之后，利用誤差增量模型進行優(yōu)化設(shè)計，并以一次基于仿真的優(yōu)化設(shè)計作為比較。基于方程的優(yōu)化設(shè)計見表2所列，方程和誤差增量模型的混合優(yōu)化設(shè)計見表3所列，基于仿真的優(yōu)化設(shè)計見表4所列。

表2 基于方程的優(yōu)化設(shè)計

電路性能 參數(shù) 器件尺寸 參數(shù)（μm）

UGB 9.66 MHz W1 2.94

Power 0.40 mW W3 5.30

PM 63.32° W5 5.52

Av 72.58 dB W6 66.79

SR 10.00 V/μs W7 46.59

Area 146.40 μm2 W8 6.06

表3 方程和誤差增量模型的混合優(yōu)化設(shè)計

電路性能 參數(shù) 器件尺寸 參數(shù)（μm）

UGB 10.00 MHz W1 2.81

Power 0.43 mW W3 8.73

PM 65.00° W5 5.53

Av 72.89 dB W6 131.28

SR 10.00 V/μs W7 57.12

Area 223.10 μm2 W8 6.06

表4 基于仿真的優(yōu)化設(shè)計

電路性能 參數(shù) 器件尺寸 參數(shù)（μm）

UGB 10.00 MHz W1 2.80

Power 0.44 mW W3 8.84

PM 65.00° W5 5.53

Av 72.89 dB W6 132.73

SR 10.00 V/μs W7 57.14

Area 224.78 μm2 W8 6.06

可見，利用基于仿真和方程的混合優(yōu)化方法可以得到和完全基于仿真方法相近的結(jié)果。且通過表5可以看出，混合優(yōu)化方法減少了仿真器的調(diào)用次數(shù)，提高了優(yōu)化效率。

表5 混合設(shè)計和基于仿真設(shè)計的F-count比較

混合優(yōu)化設(shè)計方法 基于仿真優(yōu)化設(shè)計方法

F-count 136 335

3 結(jié) 語

本文提出了一種基于方程和誤差增量模型的混合優(yōu)化方法，即通過對性能誤差建立二階模型來建立新的性能方程。再采用Matlab的優(yōu)化工具箱進行基于方程的優(yōu)化。本文通過運算放大電路優(yōu)化實例來驗證該方法的有效性，且相較于基于仿真的優(yōu)化方法減少了調(diào)用Hspice的次數(shù)，節(jié)約了時間。

參考文獻

[1] B.Razavi. Design of analog CMOS integrated circuits[M]. McGraw-Hill Comp.， 2001.

[2]代揚.模擬集成電路自動化設(shè)計方法的研究[D].長沙：湖南大學(xué)，2004.

[3]陳曉.工作點驅(qū)動的模擬集成電路優(yōu)化設(shè)計方法研究[D].杭州：杭州電子科技大學(xué)，2015.

[4] RM Biernacki，JW Bandler，J Song，et al. Efficient quadratic approximation for statistical design[J].IEEE Transactions On Circuits And Systems，1989，36（11）：1449-1454.

[5] Metha Jeeradit.Mixed Equation-Simulation Circuit Optimization[D].For The Degree Of Doctor Of Philosophy，2011.

篇（8）

中圖分類號：TU318文獻標(biāo)識碼： A 文章編號：

在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的過程中，在基本滿足建筑師設(shè)計意圖的基礎(chǔ)上，平面布置應(yīng)盡量規(guī)則，對稱，盡量縮小質(zhì)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(zhuǎn)效應(yīng)。豎向布置上，在滿足功能要求的前提下，盡量使豎向承重構(gòu)件上下貫通; 能不使用轉(zhuǎn)換層的就應(yīng)避免使用，以減小結(jié)構(gòu)分析和設(shè)計上的困難，另外也不經(jīng)濟，還容易造成應(yīng)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(yán)重的應(yīng)力集中現(xiàn)象。

1 結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計的模型和方案

房屋工程分部結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計包括: 基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)方案的優(yōu)化設(shè)計、屋蓋系統(tǒng)方案的優(yōu)化設(shè)計、圍護結(jié)構(gòu)方案的優(yōu)化設(shè)計和結(jié)構(gòu)細(xì)部設(shè)計的優(yōu)化設(shè)計。對以上幾個方面的優(yōu)化設(shè)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(yīng)該按照一切從實際出發(fā)的原則，結(jié)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(biāo)進行結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計。進行結(jié)構(gòu)設(shè)計時，應(yīng)在滿足設(shè)計意圖后，盡量使平面布置規(guī)則，縮小剛度和質(zhì)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(zhuǎn)作用。豎直方向上應(yīng)避開使用轉(zhuǎn)換層，減少應(yīng)力集中現(xiàn)象。

1．1 結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計模型

結(jié)構(gòu)設(shè)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(xué)合理的方法得出最優(yōu)解。結(jié)構(gòu)總體的優(yōu)化建立模型的大致步驟是: 設(shè)計變量的合理選擇。通常的設(shè)計變量選擇對設(shè)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(yù)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(biāo)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(jié)構(gòu)可靠度優(yōu)化設(shè)計的約束條件，包括了應(yīng)力約束、裂縫寬度約束、結(jié)構(gòu)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(biāo)約束到確定性約束條件等。設(shè)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(jié)構(gòu)設(shè)計的基本方法

(1) 當(dāng)結(jié)構(gòu)平面圖在繪制結(jié)構(gòu)平面布置圖時，需要輸入結(jié)構(gòu)軟件進行建模。建筑物根據(jù)設(shè)防類別、烈度、結(jié)構(gòu)類型和房屋高度進行相應(yīng)的計算和構(gòu)造措施要求。注意“地震作用”、“抗震措施”與“抗震構(gòu)造措施”，提高地震作用，則結(jié)構(gòu)的各構(gòu)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(shè)計內(nèi)容，包括抗震構(gòu)造措施，其中的一般規(guī)定及計算要點中的地震作用效應(yīng)(內(nèi)力和變形) 調(diào)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(jié)構(gòu)薄弱部位的抗震能力上，是經(jīng)濟而有效的方法; 抗震構(gòu)造措施指根據(jù)抗震概念設(shè)計原則，一般不需計算而對結(jié)構(gòu)和非結(jié)構(gòu)各部分必須采取的各種細(xì)部要求。設(shè)計中需要注意受壓和局部受壓的一些問題。

(2) 屋頂(面) 結(jié)構(gòu)圖當(dāng)建筑是坡屋面時，結(jié)構(gòu)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(zhuǎn)折復(fù)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(gòu)件。板配筋時應(yīng)有部分或全部的板負(fù)筋拉通以抵抗拉力。板厚基于構(gòu)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(shè)計的關(guān)鍵是設(shè)計人員真正的心知肚明，結(jié)構(gòu)設(shè)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(shè)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(jié)合門窗頂設(shè)置圈梁來降低墻的計算高度。

1．3 結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計方案

結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化設(shè)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(shè)定計算方案時，常將有約束條件轉(zhuǎn)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(shè)定后只需編制相應(yīng)適用的運算程序即可得到我們的最終優(yōu)化結(jié)果。

2 結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化技術(shù)在應(yīng)用中的幾個問題

結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化方法應(yīng)用于實踐之中，是目前一個比較廣泛的課題，利用結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化設(shè)計應(yīng)用于項目的整體設(shè)計、前期設(shè)計，舊房改造，抗震設(shè)計等設(shè)計的各分部環(huán)節(jié)，發(fā)揮著巨大的效益。在按照結(jié)構(gòu)設(shè)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(jié)構(gòu)設(shè)計并不進行參與，建筑師進行建筑設(shè)計時大多并不考慮結(jié)構(gòu)的合理性以及它的可行性，但是建筑設(shè)計的結(jié)果卻直接對結(jié)構(gòu)設(shè)計造成影響，某些方案可能會增加結(jié)構(gòu)設(shè)計的難度，并使得建筑的總投資提高。如果在方案的初期，結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)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(jié)構(gòu)形式，合理的設(shè)計方案，獲得一個良好的開端。

2．2 細(xì)部結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化

概念設(shè)計應(yīng)用于沒有具體數(shù)值量化的情況，設(shè)計過程中需要設(shè)計人員靈活的運用結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化的方法，達到最佳的效果。與宏觀把握相對應(yīng)的，設(shè)計的過程同時要注意對于細(xì)部的結(jié)構(gòu)設(shè)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(shè)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(chǔ)結(jié)構(gòu)設(shè)計

地基基礎(chǔ)的結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化首先要選擇合適的方案，如果為樁基礎(chǔ)，那么要根據(jù)現(xiàn)場地質(zhì)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(yīng)多進行比較以確定最合適的方案。

3 結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化的的功用

3．1 降低總造價

進行結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)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(chǔ)部分而言，雖然也是各層共用的，但是層數(shù)增加，傳給基礎(chǔ)的荷載將會增大，我們需要增大基礎(chǔ)，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(jié)構(gòu)經(jīng)濟性

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1、房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化原則

1.1、安全性

在房屋建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化的過程中的過程中首先要考慮的就是穩(wěn)定性與房屋建筑結(jié)構(gòu)的安全性，并且在優(yōu)化時要盡量節(jié)約房屋建筑結(jié)構(gòu)的優(yōu)化成本，在進行優(yōu)化方案設(shè)計的過程中要緊跟當(dāng)今社會所倡導(dǎo)的綠色健康無公害的步伐，積極將健康綠色的理念引入到房屋建筑設(shè)計的方案中。另一方面房屋建筑優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計也應(yīng)積極響應(yīng)國家所倡導(dǎo)的節(jié)能理念，要充分利用自然能，設(shè)計時應(yīng)充分考慮怎么設(shè)計才能讓自然能發(fā)揮其最佳的效果。

1.2、環(huán)保性

房屋基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)直接關(guān)系到房屋結(jié)構(gòu)的整體功能和穩(wěn)定，因此在基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)設(shè)計環(huán)節(jié)中要全面應(yīng)用建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化方法，對地基地質(zhì)、樁基類型、基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)等方面的設(shè)計進行全面地控制，合理確定樁基工程的形式，把握樁身長度和直徑，優(yōu)化基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的方案，確定基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)、施工技術(shù)和資金投入的平衡點，在全面進行建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化的基礎(chǔ)上，提升和保證房屋整體結(jié)構(gòu)強度、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。

1.3、經(jīng)濟性

考慮開發(fā)商的經(jīng)濟效益設(shè)計師們在優(yōu)化結(jié)構(gòu)時，也要考慮建筑項目資源分配的最優(yōu)化，盡力的為開發(fā)商節(jié)約資源和成本。

1.4、創(chuàng)新性

實驗一些新的結(jié)構(gòu)和思路建筑設(shè)計師在對建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計進行綜合考慮時，需要充分結(jié)合之前的經(jīng)驗和教訓(xùn)，大膽的進行創(chuàng)新，實驗一些新的結(jié)構(gòu)和思路，不斷引進新的技術(shù)。總之，要注重使得其設(shè)計的建筑作品在優(yōu)化的同時也要具有實用價值。

2、房屋建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化方法

2.1、建立結(jié)構(gòu)優(yōu)化模型

結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計通常情況下分為兩部分，一部分是結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計模型，另一部分就是結(jié)構(gòu)優(yōu)化計算方案。所謂的結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化就是變量中選擇出主要的參數(shù)，然后根據(jù)數(shù)據(jù)分析建立起函數(shù)模型，運用函數(shù)模型借助較為科學(xué)的方法計算出最優(yōu)解。建立模型的步驟一般有以下幾步：一、選擇合理的設(shè)計變量。設(shè)計變量的選擇對于模型的構(gòu)建具有重要的意義，設(shè)計變量的選擇將會影響到對設(shè)計要求影響較大的參數(shù)的選擇，進一步涉及到參數(shù)重要性的區(qū)分問題。選擇出了合理的設(shè)計變量在很大的程度上能夠減少計算編程的工作量；二、確定目標(biāo)函數(shù)。首先找出滿足函數(shù)條件的最優(yōu)解，然后確定約束條件。在房屋的優(yōu)化設(shè)計中存在著很多的約束條件，其中有：應(yīng)力約束、裂縫寬度約束、結(jié)構(gòu)強度約束、尺寸約束、從彈塑性約束等，在進行優(yōu)化設(shè)計時要確保所有的約束條件都在規(guī)定的范圍內(nèi)，能夠滿足設(shè)計規(guī)范，即在規(guī)范條件內(nèi)滿足約束條件。

2.2、設(shè)計計算方案和程序

在進行結(jié)構(gòu)優(yōu)化中，設(shè)計人員應(yīng)保證計算方案合理優(yōu)化。在這個過程中，涉及很多約束條件和變量，所以在設(shè)計人員在進行計算中，要了解這些約束條件，然后進行合理的分析，最后考慮工程的變量，運用數(shù)學(xué)計算方式，進行優(yōu)化設(shè)計。在模型建立和設(shè)計方案確定后，設(shè)計人員要根據(jù)設(shè)計方案制定相應(yīng)的程序，然后將這些變量錄入到計算機中，然后有設(shè)計變動，就要在基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)上進行改寫，將新的程序錄入到計算機中。計算機在計算中只需要相關(guān)編程數(shù)據(jù)，然后計算出對應(yīng)的結(jié)果。

2.3、認(rèn)真分析統(tǒng)計結(jié)論

設(shè)計師在進行大量復(fù)雜的計算之后，要認(rèn)真對統(tǒng)計結(jié)果進行分析，并找出各個設(shè)計方案所得結(jié)果的異同，綜合考慮設(shè)計情況與進展確定最優(yōu)設(shè)計方案。在進行結(jié)論分析時，設(shè)計師還有對一些細(xì)節(jié)問題多加留意。房屋的建設(shè)是一個漫長的過程，需要消耗大量的人力、物力，建設(shè)成本對于建設(shè)單位的利益和房屋使用者的利益都有很大的影響。因此，設(shè)計師需要在把握細(xì)節(jié)的基礎(chǔ)上，從宏觀上把握當(dāng)事人的利用，有效節(jié)約建設(shè)成本，進一步優(yōu)化建設(shè)方案。在進行建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計時，設(shè)計師要杜絕脫離建筑實際，盲目追求創(chuàng)新的現(xiàn)象。同時，設(shè)計師應(yīng)當(dāng)具有全局意識，一切從企業(yè)、人民的利益出發(fā)。

2.4、靈活運用建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范

設(shè)計人員需要全面理解規(guī)范條文，正確靈活的運用建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范。例如在規(guī)范中對剪力墻設(shè)計的要求是剪力墻需要上下貫通，剪力墻的布置位置最好是在結(jié)構(gòu)的，因為這樣可以增強結(jié)構(gòu)的抗扭作用，從而讓建筑結(jié)構(gòu)的剛度有連貫性且變化情況穩(wěn)定，但是作為一個優(yōu)秀的工程結(jié)構(gòu)設(shè)計師，應(yīng)該靈活運用這個要求，不僅要考慮規(guī)范的要求，還需要考慮溫度對樓層的影響，從而控制剪力墻的間距，防止剪力墻裂縫增大而增加建筑結(jié)構(gòu)的不安因素。

2.5、具體設(shè)計要點把控

2.5.1、主體優(yōu)化

房屋建筑的上部結(jié)構(gòu)設(shè)計應(yīng)當(dāng)建立相應(yīng)的模型并進行系統(tǒng)的優(yōu)化。整個過程最先一步就應(yīng)當(dāng)合理地設(shè)置剪力墻，保證剪力墻整體的質(zhì)量是均勻的，這樣能將樓層中平面剛度的中心點重合于樓層整體的結(jié)構(gòu)重心，從而減少地震或者風(fēng)力等對其的破壞性。在房屋建設(shè)時，如果條件允許，要盡可能地對剪力墻進行大開間的構(gòu)造，加長剪力墻的墻肢長度，這樣就能減少墻肢的數(shù)量，還能在符合標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上減少混凝土的使用。

2.5.2、結(jié)構(gòu)細(xì)部優(yōu)化

對于房屋建筑結(jié)構(gòu)來說，一定要重視房屋建筑的分部結(jié)構(gòu)優(yōu)化工作。首先，在建筑物進行前期設(shè)計時，就應(yīng)該深入考慮方案的合理性，為后期結(jié)構(gòu)設(shè)計做好鋪墊，才能完成合理完整的建筑物。與此同時，中國有句老話叫“千里之堤毀于蟻穴”，說的就是重視細(xì)節(jié)的道理，主體結(jié)構(gòu)構(gòu)建好了，但是如果局部位置出現(xiàn)問題，將危及整座建筑物，結(jié)構(gòu)細(xì)部的優(yōu)化工作包括了結(jié)構(gòu)細(xì)部的設(shè)計工作，如平時我們工作中給常見的矩形現(xiàn)澆板做設(shè)計時，需要對其先做分析，避免在拐角處有裂縫，這都是細(xì)節(jié)，但如果不注意，引起的后果將不堪設(shè)想。

2.6、注重利用計算機技術(shù)

通過建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計和計算機技術(shù)的結(jié)合，設(shè)計師利用計算機仿真的設(shè)計優(yōu)化方法對建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計帶來了很多新的思路。建筑設(shè)計師能夠利用計算機軟件建立各種便于分析的模型并通過計算機的優(yōu)化計算為設(shè)計師提供精確的數(shù)據(jù)最后達到建筑設(shè)計的優(yōu)化。計算機技術(shù)的運用可以說把建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計這樣一個工程的問題轉(zhuǎn)變成一個數(shù)學(xué)的問題。特別對于大型的復(fù)雜的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中，計算其技術(shù)擁有人腦不可替代的優(yōu)勢。對于一些超高建筑的抗震、抗風(fēng)等等設(shè)計問題計算機技術(shù)的合理運用能夠分析得到很多精確的數(shù)據(jù)為建筑設(shè)計師在具體的設(shè)計中提供可靠的參考數(shù)據(jù)，可以大大提高建筑設(shè)計師的工作效率。

總言之，現(xiàn)今隨著我國建筑工程項目的逐漸展開，有關(guān)建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計的問題將更加的突出，為了有效的適應(yīng)城市的整體美觀規(guī)劃，相關(guān)人員要不斷強化對建筑結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計在房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計中的應(yīng)用，在保證建筑基礎(chǔ)功能的基礎(chǔ)上進行設(shè)計，提高建筑主體的質(zhì)量，已最終滿足人們對房屋建筑的現(xiàn)實需求。

參考文獻

[1]何冬霞.建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化方法在房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計中的實際應(yīng)用[J].中華民居（下旬刊），2013，10：18-19.

篇（10）

前言：社會生活水平提高，對建筑實用性以及經(jīng)濟性提出更高要求。在建筑設(shè)計時，根據(jù)實際需要對房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計進行優(yōu)化，從而保證房屋結(jié)構(gòu)的經(jīng)濟合理性，并且能夠增加建筑本身的美感。為此，下文對建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化方法進行詳細(xì)介紹，立足于結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化的原則，結(jié)構(gòu)優(yōu)化不僅要符合社會的基本需求，還要在原有建筑基礎(chǔ)上進行創(chuàng)新。

1.建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化方法

1.1原則

1.1.1符合社會需求

建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化方法要立足于社會發(fā)展，并符合社會發(fā)展的要求。首先，為了滿足人們的基本日常生活功能，向人們提更加舒適的生活環(huán)境以及生活條件，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化方法更加人性化。其次，在結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化中，需要將建筑的環(huán)保以及人們生活的安全放在首要位置，做到建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化真正為人民服務(wù)[1]。

1.1.2創(chuàng)新性與經(jīng)濟性

結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化的出現(xiàn)緩解了建筑結(jié)構(gòu)中的漏洞，改善其不足之處，因此建筑設(shè)計師應(yīng)該在充分考慮設(shè)計之后總結(jié)經(jīng)驗，并對建筑結(jié)構(gòu)大膽創(chuàng)新，不斷采用新型科學(xué)技術(shù)。但是需要注意的是建筑設(shè)計優(yōu)化要更加實用。此外，還要充分考慮建筑設(shè)計的經(jīng)濟效益，實現(xiàn)資源配置最優(yōu)化，盡量為開發(fā)商節(jié)約成本，合理利用資源[2]。

1.2建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化方法的重要性

對建筑結(jié)構(gòu)進行合理的優(yōu)化，對房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計來說具有重要意義，它不僅能夠在人們生活中實現(xiàn)實用性與美學(xué)相結(jié)合，還對建筑設(shè)計工程造價能夠有效控制。對于建筑的投資來說，投資少，收益多是建筑發(fā)展的經(jīng)濟目標(biāo)，然而在這樣的基礎(chǔ)上對建筑設(shè)計開展科學(xué)合理的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計是設(shè)計的重要舉措。與傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計相比，運用設(shè)計優(yōu)化的建筑工程能夠減少很多工程造價，結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化能在各個環(huán)節(jié)中起到最佳協(xié)調(diào)作用，并能夠?qū)Σ牧线M行合理利用。結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化不僅能夠提高建筑的安全系數(shù)，還能增加建筑設(shè)計的實用性。對建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計進行優(yōu)化之后，企業(yè)能夠獲得更高的經(jīng)濟效益。房屋結(jié)構(gòu)中各個單元實現(xiàn)有機結(jié)合，從而提高了建筑的質(zhì)量，為人們的生活安全帶來保障[3]。

2.建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化方法步驟

2.1結(jié)構(gòu)優(yōu)化模型建立

2.1.1設(shè)計變量選擇

將對建筑結(jié)構(gòu)有影響的參數(shù)視為設(shè)計變量，如損失期望、結(jié)構(gòu)造價等。將影響作用小，變化范圍小的參數(shù)視為預(yù)定參數(shù)。

2.1.2目標(biāo)函數(shù)

在進行建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化時，需要尋找到能夠滿足預(yù)定條件的截面幾何尺寸、鋼筋的截面積以及一些相關(guān)的概率函數(shù)，減少工程造價。

2.1.3確定約束條件

對房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化而言，需要提高結(jié)構(gòu)的可靠度，并制定相關(guān)的設(shè)計優(yōu)化約束條件。其中主要的條件有：建筑裂縫寬度約束、結(jié)構(gòu)強度約束、尺寸約束、結(jié)構(gòu)體系約束以及彈性約束等條件。在實際的結(jié)構(gòu)優(yōu)化中，需要設(shè)計師對目標(biāo)約束條件與實際的約束條件反復(fù)進行對比與分析，保證工程能夠遵循具體要求，從而實現(xiàn)最佳設(shè)計[4]。

2.2方案制定與程序設(shè)計

設(shè)計師在進行分析計算中，將約束問題轉(zhuǎn)化為無約束問題的求解，其中最常見的優(yōu)化方法有Powell、復(fù)合形法等，根據(jù)計算方法可以編寫出運算速度較快的綜合應(yīng)用程序。

2.3分析結(jié)果

設(shè)計師需要根據(jù)最佳的計算結(jié)果選擇出合理的設(shè)計方案，并對問題進行多角度考慮，合理的設(shè)計方案能夠保證建筑結(jié)構(gòu)美觀、安全以及更加實用。在結(jié)構(gòu)設(shè)計中應(yīng)該主張經(jīng)濟節(jié)約，并充分重視技術(shù)上的問題，需要設(shè)計者將建筑設(shè)計優(yōu)化兼顧實用性與經(jīng)濟性。

3.結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化技術(shù)的實踐應(yīng)用-以A地區(qū)建筑為例

3.1 A地區(qū)住宅房屋概況

A地區(qū)住宅整體高度為17層，建筑的主體采用鋼結(jié)構(gòu)框架的剪力墻形式。在對實際情況進行考察并對現(xiàn)場建筑場景進行分析之后，對該住宅建筑使用結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計方案，結(jié)構(gòu)優(yōu)化對傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計模式進行改造與創(chuàng)新。在結(jié)構(gòu)設(shè)計中主要以人力施工為主，采用計算機輔助設(shè)計方式，對施工中的各個環(huán)節(jié)進行優(yōu)化，使得整體建筑設(shè)計實現(xiàn)了全局合理性優(yōu)化。與結(jié)構(gòu)優(yōu)化之前作對比，建筑在設(shè)計方面更加的合理，減少了建筑成本，降低工程造價。

3.2直覺優(yōu)化

直覺優(yōu)化技術(shù)是指與建筑設(shè)計在同一方案中，可以實施諸多不同的結(jié)構(gòu)布置設(shè)計，例如，在確定了結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化的A地區(qū)住宅中，同種荷載下也可以有很多不同形式的分析方法。在具體的結(jié)構(gòu)分析中，設(shè)計參數(shù)、荷載的取值以及材料都不是唯一的，在建筑的內(nèi)部細(xì)節(jié)處理也不盡相同，這些問題計算機不能處理，需要相關(guān)設(shè)計人員作出分析與判斷[5]。

3.3對A區(qū)住宅建筑優(yōu)化設(shè)計的前期處理

對房屋建筑結(jié)構(gòu)作出設(shè)計需要最優(yōu)化的設(shè)計方案，在房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計前期，工作人員應(yīng)該積極參與其中，并對工程的實際情況充分了解，對建筑結(jié)構(gòu)以及框架作出合理選擇。一個好的設(shè)計方案是房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計的保障，在對A地區(qū)建筑進行結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計的過程中，需要相關(guān)設(shè)計人員能夠嚴(yán)格遵守設(shè)計方案，不僅需要對設(shè)計方案細(xì)節(jié)了解，好需要對工程環(huán)境的合理性作出判斷，并在結(jié)構(gòu)不規(guī)范之處作出調(diào)整。

3.4 A地區(qū)房屋結(jié)構(gòu)組成優(yōu)化

3.4.1混凝土結(jié)構(gòu)裂縫

A地區(qū)房屋結(jié)構(gòu)主要以鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)組成，難免會出現(xiàn)混凝土結(jié)構(gòu)裂縫，因此，需要對混凝土結(jié)構(gòu)裂縫進行優(yōu)化設(shè)計，對混凝土結(jié)構(gòu)進行受力分析，分解到結(jié)構(gòu)構(gòu)件中的細(xì)節(jié)中，對進行數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)處理，計算出混凝土框架最優(yōu)化結(jié)構(gòu)。

3.4.2基礎(chǔ)拉梁結(jié)構(gòu)優(yōu)化

為了提高房屋建筑的抗震效應(yīng)，需要對建筑的基礎(chǔ)拉梁進行設(shè)計優(yōu)化。首先，在進行拉梁設(shè)計優(yōu)化時，必須要確定建筑地址的防烈度，然后設(shè)計師對建筑拉梁的長度和橫截面積進行確定。在結(jié)構(gòu)設(shè)計中為了保證建筑的抗震結(jié)構(gòu)和建筑拉梁鋼筋混凝土框架保持一致，需要減少設(shè)計中鋼筋的利用率，從而能夠使拉梁優(yōu)化設(shè)計效果達到最佳。

結(jié)論：綜上所述，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化能夠促進建筑品質(zhì)不斷提高，實現(xiàn)了人們對居住環(huán)境的高標(biāo)準(zhǔn)以及高要求。隨著建筑行業(yè)不斷發(fā)展，建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計作用突出，在形式上能夠適應(yīng)城市發(fā)展的美觀規(guī)劃，在經(jīng)濟上減少成本，提高資源使用率。然而，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化比較復(fù)雜，并且綜合性較強，因此設(shè)計師在對建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化時需要對設(shè)計進行深入研究，并作出合理的優(yōu)化方案。

參考文獻：

[1]王鵬.建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化方法在房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計中的實際應(yīng)用分析[J].中國建材科技，2014，04：162-163.

[2]陳俊.淺談結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化設(shè)計技術(shù)與其在房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計中的應(yīng)用[J].科技致富向?qū)В?013，02：172.