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工程结构优化设计方法与应用（工程结构优化设计方法与应用豆瓣）

发布时间：2023-04-14 05:57:18 稿源：创意岭阅读： 121

大家好！今天让创意岭的小编来大家介绍下关于工程结构优化设计方法与应用的问题，以下是小编对此问题的归纳整理，让我们一起来看看吧。

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本文目录:

1、优化设计的方法与造价控制要点有哪些
2、工程结构设计优化在土木工程中的作用和地位是什么？详细点哦
3、斜拉桥结构优化设计初探？
4、建筑结构优化设计的重要性？

工程结构优化设计方法与应用（工程结构优化设计方法与应用豆瓣）

一、优化设计的方法与造价控制要点有哪些

优化设计的方法与造价控制要点有哪些

(一)优化设计的方法

优化设计一般是在设计阶段进行的，包括初步设计、技术设计、施工图设计阶段。优化

的内容有整个项目设计方案的优化、项目局部设计方案的优化、项目局部结构设计优化等。

1．初步设计的优化

在初步设计阶段，需要设计优化的工作很多，主要应做好以下工作：

(1)做好总平面设计优化。减少占地面积，提高土地利用率；合理布置主要建筑物

和构筑物及公用设施，做好功能分区；合理规划生产物料运输路线和方式；保证外部运

输、水、电、气供应顺畅及其他外部协作条件协调等；

(2)做好工艺设计，缩短工艺流程。确定合理的技术水平，包括建设规模、标准和

产品方案、工艺流程和主要设备的选型；

(3)合理规划主要原材料和燃料供应；

(4)做到生产与环境保护兼顾；

(5)合理配置辅助设施和公用设施：

(6)确定适当建设标准。

2．施工图设计的优化

施工图设计的优化是初步设计优化工作的延续，主要侧重于项目局部设计方案的优化

和结构设计优化等。施工图设计优化主要应做好以下工作：

(1)核实初步设计确定的总平面、工艺流程及主要设备选型、辅助设施、公用设施、

建设标准是否最优，是否还有进一步优化的可能；

(2)配套的辅助设备尽量选用标准设备、通用设备，兼顾生产运行中的保养和维修；

(3)建筑物和构筑物设计要考虑当地习惯做法，尽量采用标准图和通用图；

(4)材料的选用要考虑当地市场供应情况；

(5)选择合理的建设标准；

(6)充分考虑施工能力和施工方法；

(7)结合当地预制加工能力，合理采用预制构件，尽量工厂化生产。

3．采取各种手段优化设计

设计优化工作要有一定的手段来保证，我们通常通过设计招标、方案竞选等措施优化

设计方案。限额设计是优化设计中的一种方法。

4．技术与经济有机结合优化设计

设计优化包括两个方面，一个方面是技术优化，另一个方面是投资造价控制。这两个

方面应该兼顾，处理好技术与经济的关系才能保证设计的优化，片面地强调技术先进或

节约投资降低造价都是不正确的，要做到技术与经济有机结合。争取做到技术先进与经

济合理统筹兼顾、经济效益与环境保护兼顾、建设标准与投资造价控制兼顾。

(二)造价控制

(1)做好优化设计工作。优化设计是合理控制项目概算投资及工程建设造价水平的

重要手段：

(2)做好设计概预算的编制及管理工作。设计概预算的编制及管理是合理有效地确

定和控制项目投资水平及工程建设造价水平的基础：

(3)做好设计概预算的审查工作。设计概预算的评估审查是合理有效地确定和控制

项目投资水平及工程建设造价水平的保障。

二、工程结构设计优化在土木工程中的作用和地位是什么？详细点哦

节约材料，

方便施工，

详细就需要举例说明了，哪有时间哦。

三、斜拉桥结构优化设计初探？

结构优化设计理论和米歇尔麦斯威尔桁架似乎已有百年，从施密特使用数学规划求解结构优化设计也有40多年的历史，特别是在过去30年中，理论，算法和应用方面都取得了长足的发展。优化设计领域的航天，机械，土木工程，水利工程，桥梁，铁路，汽车，纺织和轻工业，能源工业和军事工业等方面，主要治疗这些复杂的结构系统的设计，或大规模的工程建设，或产量大，汽车，机械产品的创新设计。优化设计中的应用研究也延伸到了土地资源的开发和利用，环境监测和生态保护，和海洋工程等领域，并作为一种技术手段解决诸如系统识别，工程反分析问题。

一、关于结构优化设计的概述

一个好的设计应该首先确保工程结构具有足够的可靠性，即：满足工程结构的安全性，适用性和耐久性要求。在过去的很长一段时间，人们主要集中在结构可靠性，随着科技的发展和现代计算工具和方法，人们越来越注重经济结构设计。在科学的结构分析方法出生之前，结构设计是基于经验的方法，结构设计的主要目的就是满足安全使用，该方案还仅仅是不可行解，最优解。只检查安全性检查功能。随着生产的迅速发展，新技术不断涌现，结构工程师和逐步掌握结构分析的理论和方法应用于工程实践，初期由于理论的不完善和计算手段的限制，结构设计仍然倾向于结构安全和较少考虑计划经济。在近代，特别是在业务研究，拓扑结构，有限元方法的出现和计算机技术的发展和越来越广泛的应用在工程，结构设计的可靠性和经济的方案已成为可能，为应运而生的结构优化设计理论。

二、斜拉桥优化模型的建立

斜拉桥的设计满足强度，刚度，变形，频率和其他要求和施工要求。在本文中，这些规定的约束函数形式，他们通常是设计变量的隐式函数。

2. 1频率约束条件

桥梁结构频率（特别是低阶）反映了结构尺寸，类型，材料类型和边界条件和特点，考虑结构的总体频率作为约束条件之一。为防止斜拉桥发生共振，或避免一些负面频率区域的情况下，大桥斜拉桥动力特性应符合一定的要求。此外，研究表明，基本频率的桥梁结构最直接地反映冲击系数，桥梁结构按照通常的做法，在国内外各种桥梁设计规范，用于在车辆荷载垂直静态效应的基础上乘以增大系数为移动车辆荷载垂直动态效果，即

Sz = ( 1+ u) Si

式中: Sz在移动车辆荷载作用下, 桥梁结构在竖向产生的总荷载效应;

Si在移动车辆荷载作用下, 桥梁结构在竖向产生的静力效应;

(1+ u) 考虑移动车辆荷载对桥梁结构产生的竖向动力效应的增大系数.

(1+ u)定义为冲击系数. 从现场实测和理论研究得知, 每次移动车辆( 一辆或多辆)过桥时, 对桥梁结构产生的最大竖向动力效应均出现在最大静力效应处, 因此在取得每次移动车辆过桥时的应变( 应力或挠度) 的时间历程曲线的基础上, 冲击系数( 1+ u) 亦可用下列公式来描述, 即

( 1+ u) = ydmax/ Y jmax

式中: Yjmax 在最大竖向动力效应处的静力应变( 应力或挠度) 的最大值;Y dmax与Y jmax对应的动应变( 应力或挠度) 的最大值.通过对实桥的测试结果进行回归分析, 总结出冲击系数与基频f 1之间的函数关系如下

(1+ u) = 0. 9843+ 0. 4068logfi

并且指出, 无论是桥梁建筑材料，结构类型，如果有区别，不论大小，如果有区别，只要是相同的基本频率的桥梁结构，在相同的条件下行动的车辆荷载，可以得到相同的脉冲函数。本文介绍的基本频率（或频率）为约束条件也可以对冲击系数的研究将帮助。在优化设计中, 桥梁结构整体频率特性以两种约束函数的形式表述:

其中W , W为预先设定的频带禁区的下、上限,W i , W j为关切频率, 是临近约束频率的固有频率. 本文利用序列二级算法求解形如W2i≤W2, W2j≥W2的数学模型.第一级优化是求解在尺寸约束及频率下限约束下的优化问题. 由于频率下限约束限制了结构的尺寸上限, 为了使结构在满足约束条件的前提下有一个较大的选择余地, 目标函数应取原目标函数( 重量) 的最大值. 第一级优化的数学模型为

第二级优化求解在频率上限及约束下的目标函数极小值( 结构最轻重量) 问题. 只是在该优化问题中, 尺寸约束的上限应取由第一级优化求得的优化值, 这样形成了新的设计空间. 第二级优化的数学模型为

2. 2斜拉桥优化模型的建立

通常带频率约束的优化计算模型表达式为

其中, m, n 分别表示约束条件数和设计变量数,

斜拉桥设计参数的分析表明：斜拉桥结构主要受的特点，主跨比，边，角和束电缆，塔电缆截面尺寸效应。此外，斜拉桥是平均静定结构，通过调整线张力可以有效减少体重开始温度，造成梁弯曲位移。本文取按有限元划分的全桥各单元的截面特性( 面积A i、惯性矩I i)为设计变量建立优化模型. 定义目标函数为

式中pi为结构各种材料比重, Ai为结构各断面面积、li为结构各单元长度、c1为各部分结构造价( 包括材料费、劳动力价格等) .

三、优化求解方法

本研究主要是关于斜拉桥的动力优化问题的基本概念，将“三个支柱”理论，即结构分析，优化模型及算法结构分析采用有限元方法用于优化设计的状态变量（即，挠度，应力，特征值优化模型）。建立综合考虑的分析变量的（横截面面积，惯性矩，几何尺寸，形状参数，如弹性模量）和设计变量（使用组件的大小）之间的联系以及建立目标函数（通常结构成本和重量）和约束功能和优化算法求解非线性选择约束优化方法可行方向的方法。除了加快算法的效率，采取有效的近似方法，并介绍了敏感性分析的方法计算的优化过程中所使用的目标函数和约束函数的梯度。类似的做法常见于一些国内外大型软件, 如Access, SAPOP, START S 以及 I-DEAS 等系统中. 图 1 表示了优化迭代过程的流程, CBDEA 可看作“黑箱式”寻优程序块。

第3 步利用了泰勒一阶近似法( T SA) , 其近似式可表为

第 7 步计算搜索步长使用了一步步检验与纠错的方法, 在循环的每一步都要使目标函数按比例减小一个量. 定义目标函数的减小量为原值的β值, 即 f ( Xk+ 1) =β f ( X k) ( 0. 90 ≤β≤0. 95)。

在结构动力优化，寻求有效的计算结构固有频率和振型对于设计变量的灵敏度的方法是非常重要的。此外，敏感性分析也被用来计算搜索方向，构造函数和参数修改研究。 Fox, Adelman, Haftka, Gardani 等人都给出了一些计算公式, 本文主要应用中心有限差分法进行了该方面的研究。

在无法或难以提供解析梯度值，不同梯度值的精度，算法的收敛性将产生较大的影响。采用高精度差分方法是一种有效的方法来提高精度，但计算会带来的副作用，并运用可行方向法企的主要目标之一是尽量减少一些功能评价的目的。因此，本文采用的计算中心差分法。没有更多的功能评价的前提下的差别，一步长度自动调节，所以当变量和约束函数值的迭代过程中发生变化时，差一步变化，可以有效地提高准确性差。方法如下, 取差分步长因子a 为

a=10-5×Xi,102并且满足要求

如不满足, 则作如下修改

四、结构优化设计在桥梁工程中的应用状况

虽然早在第十九世纪中叶出现了现代意义上的结构优化设计理论，但由于桥梁结构设计变量，复变函数来管理，需要大容量和手术时间长等原因，优化设计在桥梁结构设计的研究后。在十九年代开始有了桥梁结构优化设计研究。在最早的发展最为成熟的桁架桥的设计优化。大跨度桥梁设计研究是在第二十世纪末，大跨度桥梁和计算机技术的迅速发展，逐步发展。由于大跨度桥梁结构复杂，不确定的频率较高，结构较为复杂，设计变量较多等原因，进行综合优化设计难度大。以往的研究还只是一种局部优化，如：索力优化，优化，动态优化等。

大跨度桥梁结构优化设计是目前主要集中在局部优化，全局优化和优化理论在三个方面。局部最优不等于整体最优，但有利于整体最优，并促进发展的桥梁结构。由于局部最优设计变量的相对较少，研究的难度大大降低，研究的深度和更深入的。大跨度桥梁的局部结构优化一直参与了大跨度桥梁结构设计和施工的所有方面，包括：加劲梁截面优化，调整索力优化，电缆或索力优化，结构优化，索塔，或吊索锚固优化，悬索桥锚碇的优化，墩基础的优化。大跨度桥梁静不定结构，结构复杂，设计变量，建筑设计涉及到很多因素，因此，必须进行全面的整体优化或全过程的优化依然存在困难。困难在于，不仅在其建立目标函数，它是建立目标函数，寻求最优解的计算速度和可能性。整体优化：包括总成本最优，动态性能优化，整体施工工艺优化及结构优化设计及景观设计方面的协调。

伴随着快速发展的斜拉桥施工，近年来在全国范围内建立了大型斜拉桥。主梁斜拉桥结构优化设计可以有效改善应力状态，使斜拉桥的设计，确保安全，经济合理。

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四、建筑结构优化设计的重要性？

工程结构优化设计方法与应用（工程结构优化设计方法与应用豆瓣）

社会的发展促使人们的生活水平得到了很大的提高，注重物质生活水平的追求也不断提高，这就形成了对建筑水平多样化的要求，要想在节约建筑成本与建造高质量工程中有效统一，就需要一定的建筑结构优化设计，建筑结构优化设计不仅能够在资源上节约成本的支出，还能够实现在资源的有限条件下使建筑的质量功能水平最优化，能够提高空间的利用率，发挥资源的最大功效，建筑的高质量包括建筑的环境以及使用功能，结构设计优化符合一定的经济发展原理，对资金，土地资源空间，建筑质量与水平都能做到合理的优化，建筑结构优化对于建筑行业的发展以及未来的经济可持续发展都有着很重要的作用。

建筑结构优化设计的特点内容分析

建筑结构设计的优化是通过整体建筑的要求决定的，首先要了解整体建筑的设计理念，这样才能够进一步的确定建筑的整体结构，才能开展建筑设计的优化工作，确保在有限的空间及资金条件下，优化建筑水平，建筑结构设计也有着自身的特点，要考虑建筑结构的整体性，把握好建筑的一般结构类型，了解建筑结构的特点，这样才能够在进行建筑结构设计的时候充分考虑到各种条件方面的优化，还要根据建筑的整体结构，还有建筑结构的特点来设计合适的结构类型，确定具体的结构配置，以及所需资源的构件，对各种建筑结构进行设计优化时，还要考虑整体建筑的布局类型，实现科学技术与建筑艺术性设计的结合，通过对建筑结构的进行优化来找出最好的建设方案进行建筑设计。

建筑结构优化设计中存在的问题

在进行结构设计的优化过程中会存在很多的问题，对于一些低层建筑物，建筑结构设计原理基本上都是一致的。但是由于土地资源的有限性，空间的局限性，目前高层建筑不断地发展，对于高层建筑来说，建筑结构设计就要增加新的控制因素，较高的承载需要结构上的绝对稳定，这就给建筑结构的设计增加了一定的困难，越高层建筑承载力需要越大，在安全稳固方面就越困难，这些问题都会对建筑结构设计的优化造成很大的压力。另外对于建筑结构设计的技术要求来说，要想优化技术水平，就要了解建筑结构设计的要求跟使用功能，这就需要在考虑众多细节问题的同时也要把握经济的适用性，优化技术是要从建筑整体跟组成构件出发，对于建筑中的各个结构部分都要做到优化解决，用有限的资金做出最优的方案，实现经济与质量的有效结合。

建筑结构优化设计的应对不足措施

首要要对建筑结构设计的重新认知，要提高建筑结构设计的优化技术，在进行建筑结构设计时提高对建筑质量的要求并且结合建筑的美观等问题。具体的表现在：设计师在设计建筑结构方案时，要结合建筑参数，对工程的目标进行一个预测规划，这样可以实现建筑工程中的资源经济控制，有利于建筑结构设计的优化设计工作，更好的实现工程建筑的目标；建筑结构设计要根据建筑的设计来确定最终的方案，根据固有的建筑面积最大限度的设计出结构的合理限度性以及空间的利用率，减少工程造价成本；而且由于建筑本身承担的功能作用就是安全稳定持久耐用，以及美观性，所以在进行建筑结构设计时要考虑多方面的影响，包括建筑的整体功能，建筑的安全稳定，还有各种可以完善建筑的设计施工，在设计时综合对这些条件进行考虑设计，实现建筑结构设计优化的目的。

建筑结构设计优化的应用方法分析

建筑结构设计优化是为了解决在建筑结构设计中经常出现的一系列问题，所以建筑结构设计在应用时要注重对结构设计技术优化的分析，建筑结构设计不是单一方案，是根据具体的建筑情况规划的多方案的结构方案，对于同一个建筑方案有着不同的建筑结构方法，这就使得在选择的过程中，不断地对比研究，重在完成高质量的同时减少资源的利用以及资金的节俭，最大限度的降低工程的造价，这就要求设计师在进行设计时，要具有较高的建筑结构设计经验和设计优化水平，科学合理地优化设计方案。同时在进行建筑结构设计时，也要注意结构应用技术优化的作用，在对设计师的培训选择中，注重对经验的要求，培养设计师的创造性，这样才能更好的进行设计的优化工作，实现建筑结构设计优化的技术与应用完美的结合。

建筑结构优化设计相关图例分析

我国各个城市都有自己的图书馆，纵览现代图书馆的设计，可谓千姿百态，不拘一格。有的利用老旧的图书馆加以施工，给人一种复古的感受，而有的图书馆设计采取新颖的设计理念设计，带给了人们现代的感觉。总的来说图书馆内部不但要讲求通达、方便、舒适，而且其外部造型更要具集典雅庄重、美观于一体，既要坚持馆舍总体布局科学、适用的原则，在功能上满足人们的需求，又要给人以建筑艺术美的享受。具体来说现代图书馆设计应具备以下几个功能特点：（1）内部设施要有灵活性。（2）合理的建筑布局。（3）方便读者的使用。（4）馆舍可扩展性。（5）内部设施的使用性。（6）室内布置的统一性。（7）舒适的阅读环境。（8）确保文献的保存。图1为某图书馆建筑几乎采用了完全的特制玻璃外围设计，这样不但能为内部环境的透明度和光照条件加强，而且可以减轻热量的吸收，眩光等影响；内部设计采用多层组合的方式进行功能上的分层布局模式。而且它是围绕中央大厅的设计形式，结合了中国古建筑中具有庭院的设计风格。该图书馆建筑面积超过540，000平方英尺，在满足收藏图书的同时，布局了多个现代化的电子阅读室，音乐厅，画廊室，以及会议设施，大大在单一的图书馆基础上扩展了该建筑的实用性。其外形设计不但表达对自由和知识的重要性，更加发展了现代建筑的结构设计理念，无论是从内部设计还是外观的结构设计都有了巨大的进步，符合建筑结构优化的设计。

建筑结构设计优化不仅能够节约资源降低工程报价，还能够在一定程度上控制工程的投资激烈化，达到更高的建筑质量水平，实现建筑功能的各种功能，并且能够结合现在人们的需求理念在建筑物的艺术风格上满足人们对高质量生活水平的追求。

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