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]十篇結(jié)構(gòu)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）

2手臂結(jié)構(gòu)優(yōu)化變量確定

如何在可優(yōu)化變量中找到對固有頻率影響最大的設(shè)計變量通常需要進(jìn)行靈敏度分析。當(dāng)優(yōu)化參數(shù)以一很小值變化時，將此時固有頻率的變化量作為該結(jié)構(gòu)參數(shù)對固有頻率的靈敏度。通常固有頻率對結(jié)構(gòu)設(shè)計參數(shù)的靈敏度可由式(4)表示式(4)的前提條件為設(shè)計變量bj的修改量必須很小。而在實際應(yīng)用中，對不同設(shè)計變量改變同樣數(shù)值時的難易程度并不相同，而對優(yōu)化變量改變同樣百分比的數(shù)值的難易程度基本一致。例如硅片傳輸機器人柔性關(guān)節(jié)剛度數(shù)值相對較大，而手臂質(zhì)量較小，如果同樣采取0.1為改變量時，剛度修改比質(zhì)量修改更容易。因此，本文提出固有頻率權(quán)值的概念，并以權(quán)值作為優(yōu)化參數(shù)的選擇依據(jù)。2.1權(quán)值概念在結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計中，固有頻率一般為多個優(yōu)化設(shè)計變量的隱函數(shù)，可將固有頻率按式(6)進(jìn)行展開，其中偏導(dǎo)數(shù)項即為固有頻率的靈敏度，而權(quán)值向量則表示所有變量對固有頻率數(shù)值“貢獻(xiàn)”的比例。優(yōu)化變量的權(quán)值越大說明該變量對固有頻率的影響越大。2.2優(yōu)化參數(shù)確定根據(jù)上述理論，分別對硅片傳輸機器人手臂的優(yōu)化參數(shù)進(jìn)行靈敏度分析與權(quán)值分析。結(jié)構(gòu)參數(shù)對一階固有頻率的靈敏度分析結(jié)果如圖5所示，結(jié)構(gòu)參數(shù)對一階固有頻率的權(quán)值分析結(jié)果如圖6所示；結(jié)構(gòu)參數(shù)對二階固有頻率的靈敏度分析結(jié)果如圖7所示，結(jié)構(gòu)參數(shù)對二階固有頻率的權(quán)值分析結(jié)果如圖8所示。從仿真結(jié)果中可以看出：當(dāng)采用靈敏度作為選擇依據(jù)時，關(guān)節(jié)處的等效慣量靈敏度最高，而其余參數(shù)均較小，當(dāng)采用權(quán)值作為選擇依據(jù)時，手臂質(zhì)量、桿長以及柔性環(huán)節(jié)剛度對固有頻率影響較大，顯然采取權(quán)值作為判斷依據(jù)更符合實際情況。其中權(quán)值為正表示參數(shù)增大時固有頻率提升，權(quán)值為負(fù)表示參數(shù)減小時固有頻率提升。分析結(jié)果表明：對一階固有頻率的權(quán)值較大的變量為：腕關(guān)節(jié)集中質(zhì)量、末端手臂質(zhì)量、小臂與末端手長度以及同步帶的剛度；對二階固有頻率的權(quán)值較大的變量為：腕關(guān)節(jié)質(zhì)量、小臂質(zhì)量、末端手臂質(zhì)量、小臂與末端手長度以及同步帶剛度。本文只重點考慮質(zhì)量的優(yōu)化，且腕關(guān)節(jié)集中質(zhì)量主要為軸承等標(biāo)準(zhǔn)件，無法進(jìn)行優(yōu)化。因此，最終的優(yōu)化變量確定為：小臂質(zhì)量與末端手臂質(zhì)量。同時注意到大臂的質(zhì)量對一階與二階固有頻率均無影響，必要時可以考慮增加大臂的質(zhì)量來增加豎直方向上的剛度。

3手臂結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計

根據(jù)上述分析結(jié)果，最終選取硅片傳輸機器人小臂質(zhì)量與末端手臂的質(zhì)量作為優(yōu)化參數(shù)，減小質(zhì)量參數(shù)有助于固有頻率的提高。然而大幅度的減小手臂的質(zhì)量必然造成手臂在豎直方向上的剛度降低，從而使懸臂結(jié)構(gòu)在豎直方向上的靜態(tài)變形增大以及在豎直方向上的振動的加劇。因此在減小手臂質(zhì)量的同時，需要考慮對豎直方向上變形的影響。3.1優(yōu)化方法及約束方程推導(dǎo)將硅片傳輸機器人小臂與末端臂簡化為圖9所示的等截面空心梁。其中H與W為空間尺寸約束條件，通常為常數(shù)；h1、h2、h3為手臂厚度變量；L為手臂長度。OYZ為截面坐標(biāo)系，YC為截面彎曲中性軸。硅片傳輸機器人小臂與末端臂的受力均可等效為圖10所示的形式。圖10中p為手臂自身重力引起的均布載荷，F(xiàn)e為等效力，Me為等效轉(zhuǎn)矩。則手臂末端的撓度、由于硅片傳輸機器人手臂為串聯(lián)結(jié)構(gòu)，故式(8)中的等效力與等效力矩均參數(shù)均與該手臂所承載的后端的手臂的質(zhì)量以及長度參數(shù)有關(guān)。因此，在進(jìn)行硅片傳輸機器人手臂結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計時需要從末端手臂開始設(shè)計，隨后再設(shè)計小臂。3.2末端手臂優(yōu)化設(shè)計在硅片傳輸機器人末端手臂設(shè)計時，末端手臂所承受的等效力與等效轉(zhuǎn)矩由末端手與負(fù)載的參數(shù)決定。通常末端手與負(fù)載的參數(shù)為常數(shù)，且末端手等效載荷以及尺寸約束參數(shù)數(shù)值如表2所示。仿真結(jié)果表明：末端總變形隨末端手臂上壁厚度的增加而增加，但當(dāng)上壁厚度大于2mm后末端總變形基本不變；側(cè)壁的厚度對末端總變形的影響較小，基本可以忽略；末端總變形隨著末端手臂下蓋厚度增加而增加，但當(dāng)下蓋厚度大于1mm之后，總變形增加的較為緩慢。因此，末端手臂厚度尺寸最終確定為：上壁厚度2mm、側(cè)壁厚度1.5mm、下蓋厚度1.5mm。3.3小臂結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計末端手臂優(yōu)化完成后，小臂的等效力與等效轉(zhuǎn)矩參數(shù)即可以確定。小臂受力及約束尺寸參數(shù)數(shù)值如表3所示。仿真結(jié)果表明：末端總變形隨小臂上壁厚度的增加而增加，但當(dāng)上壁厚度大于2mm后末端總變形基本不變；側(cè)壁的厚度對末端總變形的影響較小，基本可以忽略；末端總變形隨著小臂下蓋厚度增加而增加，但當(dāng)下蓋厚度大于1mm之后，總變形增加的較為緩慢。因此，小臂厚度尺寸最終確定為：上壁厚度2.5mm、側(cè)壁厚度2mm、下蓋厚度1.5mm。

4優(yōu)化前后性能及參數(shù)對比

優(yōu)化前后的小臂與末端手臂的三維模型如圖17所示(手臂的下端蓋未顯示)。優(yōu)化前后手臂質(zhì)量以及硅片傳輸機器人手臂系統(tǒng)的固有頻率數(shù)值對比關(guān)系如表4所示優(yōu)化前后硅片傳輸機器人手臂系統(tǒng)由懸臂引起的豎直方向上的靜變形、靜應(yīng)力以及豎直方向上的振動頻率如圖18～23所示。由表5與表6可以看出：優(yōu)化前后末端手臂質(zhì)量降低了50%，小臂質(zhì)量降低了18.8%；一階固有頻率平均值與二階固有頻率平均值均提高了10%；豎直方向上最大靜態(tài)變形量降低了52.3%；系統(tǒng)最大應(yīng)力降低了58.3%；豎直方向上的振動頻率提高了45.2%。

篇（2）

（2）SINR：干擾高，怎么定位？

（3）覆蓋：覆蓋弱、重疊過高，原因在哪？

（4）業(yè)務(wù)：業(yè)務(wù)怎么分布、高業(yè)務(wù)在哪？

通過LTE網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)分析優(yōu)化平臺（ASOS）軟件的算法研究和軟件開發(fā)，使得網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)分析優(yōu)化體系化且流程化。ASOS可以對LTE網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)小區(qū)級的結(jié)構(gòu)分析，對弱覆蓋、重疊覆蓋、過覆蓋、下行SINR、上行SINR都可以實現(xiàn)小區(qū)級的統(tǒng)計分析，并可以實現(xiàn)弱覆蓋及上下行SINR的采樣點級的定位，快速查找問題區(qū)域。

1 LTE低速率原因分析方法

下載速率由單雙流和MCS決定，雙流和MCS由CQI決定，CQI由SINR決定，那決定SINR的因素就是網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)優(yōu)化分析的重點。

LTE低速率問題具體的表征有2個方面，一是每RB的傳輸效率低，二是PRB的調(diào)度率低。

2 LTE弱覆蓋問題分析方法

弱覆蓋發(fā)生的原因主要分為站距過大、基站未開通、移動參數(shù)配置問題、漏配鄰小區(qū)、室分信號外泄。

在LTE網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)分析平臺ASOS中，采用MRO數(shù)據(jù)對弱覆蓋進(jìn)行定位分析，發(fā)現(xiàn)弱覆蓋在小區(qū)中的具置，使得弱覆蓋問題的解決更加有目標(biāo)和針對性。

3 LTE干擾問題分析方法

下行SINR是有效信號功率和干擾信號以及噪聲功率的比值，該指標(biāo)能有效反映當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)的干擾情況。SINR決定下載速率，兩者呈線性關(guān)系。

導(dǎo)致低SINR的原因除了弱覆蓋之外，還有重疊覆蓋、切換不及時、漏配鄰小區(qū)、室分外泄、過覆蓋等。一般情況下弱覆蓋的影響最大，可細(xì)分為缺站、基站未開通等問題。外部干擾也會導(dǎo)致SINR的嚴(yán)重惡化。

對于下行SINR，在OMC網(wǎng)絡(luò)性能指標(biāo)中并沒有輸出，LTE網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)分析平臺ASOS根據(jù)專利算法，實現(xiàn)全網(wǎng)絡(luò)的下行SINR的計算和輸出，對網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)優(yōu)化將會起到巨大推動作用。

4 LTE重疊覆蓋分析方法

不同小區(qū)間的高重疊覆蓋會引起干擾，干擾的程度會在SINR中體現(xiàn)，進(jìn)而影響下載速率。將重疊覆蓋和SINR以及下載速率進(jìn)行關(guān)聯(lián)分析，得出重疊覆蓋對網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的影響程度。

篇（3）

隨著我國經(jīng)濟的持續(xù)發(fā)展，房屋建筑業(yè)也取得了很大的成就。房屋建筑離不開基本的房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計，一個好的房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計不僅可以減少建設(shè)單位的建設(shè)成本，同時還可以提升使用者的切身利益。在市場競爭異常激烈的今天，優(yōu)化房屋建筑結(jié)構(gòu)才能有效的控制建設(shè)成本，才能給建設(shè)單位帶來良好的品牌效應(yīng)，才能順應(yīng)經(jīng)濟發(fā)展潮流。因此，在房屋建筑中使用建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化方法有著重要的意義。

一、建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計方法概述

傳統(tǒng)的房屋建筑已經(jīng)不能滿足新時期人們對于居住條件的要求，因此，在房屋建筑中運用建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計將房屋的實用性、安全性、美觀性相結(jié)合是如今房屋建設(shè)企業(yè)的必由之路。在新時期的房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計中是追求適用、經(jīng)濟、安全、美觀以及便于施工五種效果的綜合。而這五種要求又相互影響甚至?xí)霈F(xiàn)相互矛盾的問題，這就需要運用到房屋建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計方法來最大程度的提升有限空間，有限資源。在綜合五種要求的情況下，選取最優(yōu)方案，實現(xiàn)經(jīng)濟化，實用性，適用性的良好目標(biāo)。

二、建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計的意義

1、提高房屋建設(shè)企業(yè)的經(jīng)濟效益。經(jīng)濟的持續(xù)發(fā)展使得人們的生活水平也越來越高，土地的價格也隨之上漲，這也勢必影響房屋建設(shè)企業(yè)的成本上漲。市場競爭日益激烈，如何在穩(wěn)定成本的基礎(chǔ)上建造出有美觀耐用的房屋也是建設(shè)企業(yè)值得思考的重大問題。因此，這就需要房屋建筑結(jié)構(gòu)的改革，優(yōu)化建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計，有效的提高房間的空間利用率和資源的使用率。在建設(shè)過程中對房屋結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化改革，精簡建造工序，減少資源浪費，有效的降低施工過程中的難度，這樣不僅可以提高企業(yè)的經(jīng)濟效益，有效的控制成本，同時還能滿足新時期人們對于房屋的需求。

2、提高房屋建筑結(jié)構(gòu)的實用性。近年來，由于我國對于房產(chǎn)需求的劇增，房屋建筑行業(yè)也得到了快速的發(fā)展，房屋建筑結(jié)構(gòu)也越來越有特色。在保證美觀，安全，經(jīng)濟的同時，我們不能忽略了一個最基本的要求，就是實用性。新時期人們對住房要求越來越高，好的房屋格局，實用便利的住房條件是人們選擇房屋的基本條件，在有限的空間和有限的資源下，將房屋的實用性得到最大發(fā)揮，這就需要房屋結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計的辦法進(jìn)行改良。因此，房屋結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計將人們對于房屋安全、美觀、實用等要求結(jié)合起來，不斷的房屋結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化與改良，滿足人們的各項需求。

三、建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的標(biāo)準(zhǔn)與原則

所謂房屋建筑設(shè)計就是對房屋建筑過程規(guī)劃、設(shè)想的過程通過視覺感官的方式描繪出來。設(shè)計的優(yōu)劣直接導(dǎo)致房屋質(zhì)量的優(yōu)劣，因此，在設(shè)計過程中就要求房屋建設(shè)企業(yè)重視房屋質(zhì)量，優(yōu)化房屋結(jié)構(gòu)。在設(shè)計過程中考量多方面因素，除了對房屋本身的材質(zhì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行考量之外，還要結(jié)合當(dāng)?shù)氐木唧w環(huán)境，地質(zhì)要求等要素進(jìn)行考慮。綜合各方面因素，對房屋建設(shè)做出科學(xué)合理的設(shè)計。

在設(shè)計過程中我們要遵守安全性、經(jīng)濟性、合理性的原則。安全是房屋設(shè)計的重中之重，也是人們在住房選擇上最注重的要求，因此在住房結(jié)構(gòu)的總體設(shè)計下也要注重各細(xì)節(jié)方面的安全性設(shè)計。同時，在住房設(shè)計上也要科學(xué)合理，房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計中各環(huán)節(jié)是相互影響相互制約的，只有保證房屋建筑的科學(xué)性和合理性，才能提高房屋建設(shè)企業(yè)的經(jīng)濟效益，才能保證房屋的結(jié)構(gòu)優(yōu)化。

四、房屋建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化的應(yīng)用措施

1、選擇科學(xué)合理的結(jié)構(gòu)形式和設(shè)計方案

房屋建造初期選擇好的設(shè)計方案直接關(guān)系到企業(yè)的總投資成本，房屋的建筑進(jìn)程以及房屋建成質(zhì)量等重要問題，所以說，好的開頭是成功的一半，由此可看出，對于前期的方案選擇尤為重要。在設(shè)計時，融入房屋結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計，就可以針對不同的房屋類型，建筑類別作出相應(yīng)的合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計和調(diào)整。相關(guān)設(shè)計師通過房屋結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計，在設(shè)計初期對建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，減少建造過程中的困難度，有效的降低建筑成本和施工損耗，因此，建房初期選擇合理的設(shè)計方案在整個建房過程中有著重要的作用。

2、設(shè)計最優(yōu)的計算進(jìn)程

建筑房屋的設(shè)計過程是一項復(fù)雜的計算過程，在整個過程中涉及很多方面的系統(tǒng)程序。因此就要求設(shè)計師在進(jìn)行計算的過程中，必須將附加約束條件轉(zhuǎn)換成不帶約束的條件，盡量提高計算過程的精準(zhǔn)度。這樣一方面利于房屋建設(shè)企業(yè)在建設(shè)過程中的過程精簡，有效的降低了建造過程中的難度，另一方面，精準(zhǔn)的計算過程也有利于房屋的建設(shè)和房屋的質(zhì)量。同時，設(shè)計師在設(shè)計計算過程中也要充分考量現(xiàn)場施工的實際情況，根據(jù)當(dāng)?shù)氐膶嶋H環(huán)境和建筑特點，制定出符合當(dāng)?shù)厍闆r的建筑方案，因此，要求相關(guān)設(shè)計人員盡量選擇程序運轉(zhuǎn)效率高，功能完善的計算程序，一方面提高自身的工作效率，另一方面確保整個設(shè)計計算過程的進(jìn)準(zhǔn)度。

3、綜合分析計算結(jié)果，積極應(yīng)用信息優(yōu)化技術(shù)

房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計師一項漫長且復(fù)雜的過程，這就要求相關(guān)設(shè)計人員能夠與時俱進(jìn)，通過現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)化技術(shù)的支持，運用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，提高數(shù)據(jù)整理的自動化程度，有效的減少設(shè)計過程中的人力和物力。而且通過網(wǎng)絡(luò)技術(shù)對于數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確分析，可以有效的節(jié)約建設(shè)過程的成本，同時為房屋結(jié)構(gòu)的進(jìn)一步優(yōu)化提供了依據(jù)。利用信息化技術(shù)不僅可以有效的為企業(yè)節(jié)省人力和物力，還能保障設(shè)計過程的進(jìn)度和質(zhì)量。

4、在遵循科學(xué)的基礎(chǔ)上優(yōu)化房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計

房屋結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計應(yīng)建立在遵循科學(xué)的基礎(chǔ)上。在房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計中是追求適用、經(jīng)濟、安全、美觀以及便于施工等要求是建設(shè)企業(yè)的重要任務(wù)。因此，為了將這些要求在房屋建筑是得到最大的發(fā)揮，就要求相關(guān)工作者不僅要具備非常豐富的技術(shù)知識理論，還要具備豐富的施工實踐經(jīng)驗，在理論結(jié)合實踐的經(jīng)驗中，對房屋設(shè)計及施工中的細(xì)節(jié)進(jìn)行把握和裁決，確保房屋結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計的實施，同時相關(guān)工作者也要掌握國家的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)和相關(guān)規(guī)定，嚴(yán)格按照國家標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行工作。

結(jié)語

通過以上論述可知，房屋結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計方法在房屋建設(shè)中有著重要的作用，相關(guān)設(shè)計人員在確保建筑設(shè)施功能完善的同時，通過房屋結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計方法也可有效的降低建設(shè)企業(yè)的生產(chǎn)成本和精簡建設(shè)過程的難度。由此可看出，房屋結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計不僅可以有效的提高建設(shè)企業(yè)的經(jīng)濟效益，還能為居民帶來更多房屋戶型選擇。所以，在房屋建造過程中應(yīng)該廣泛的應(yīng)用到房屋結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計的方法，同時大膽創(chuàng)新，探索出更為優(yōu)異的房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計方案。

參考文獻(xiàn)：

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中圖分類號：TU318 文獻(xiàn)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(jìn)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(jìn)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(jìn)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(jìn)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(jìn)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(jìn)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(jìn)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(jìn)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(jìn)行必要的優(yōu)化設(shè)計時候，可以分成三步進(jìn)行建筑結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計。下面將對每一步驟進(jìn)行詳細(xì)的介紹：

2.1.1 要對設(shè)計變量進(jìn)行合理的選擇

通常在對設(shè)計變量進(jìn)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(jìn)行確定

在進(jìn)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(jìn)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(jìn)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(jìn)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(jìn)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(jìn)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(jìn)行設(shè)定

根據(jù)可靠度進(jìn)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(jìn)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(jìn)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(jìn)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(jìn)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(jìn)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(jìn)行合理的配置，才能達(dá)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(jìn)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(jìn)，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(jìn)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(jìn)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(dá)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(jìn)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(dá)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(jìn)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(xiàn)

[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（5）

1 硅片傳輸機器人動態(tài)特性分析

手臂結(jié)構(gòu)參數(shù)在固定頻率基礎(chǔ)上將會優(yōu)化靈敏度，根據(jù)權(quán)值特點選擇末端手臂質(zhì)量作為優(yōu)化參數(shù)的重點。變量會隨著手臂厚度的調(diào)整約束結(jié)構(gòu)尺寸以及手臂撓度，手臂末端發(fā)生的靜偏移將會構(gòu)建基礎(chǔ)模型。手臂厚度在末端靜偏移發(fā)生的規(guī)律影響下使手臂尺寸進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計，結(jié)構(gòu)經(jīng)過調(diào)整之后需要對硅片傳輸機器人性能進(jìn)行對比。這種方式能夠降低硅片傳輸機器人手臂結(jié)構(gòu)固定頻率的發(fā)生，使末端手臂發(fā)生的靜偏移會得到控制，同時將會保證參數(shù)進(jìn)行調(diào)整提升系統(tǒng)運行的振動頻率。硅片傳輸機器人柔性系統(tǒng)主要是通過多階固定頻率實現(xiàn)的模態(tài)化，但是這種模態(tài)化在固有頻率下將會發(fā)生軌跡移動，并且影響到末端手臂運行的精確度。手臂結(jié)構(gòu)優(yōu)化重點放置在對末端手臂的精確度調(diào)整上，同時根據(jù)固定頻率階數(shù)積極的構(gòu)建模態(tài)。固定頻率是系統(tǒng)固有的屬性，對于硅片傳輸機器人手臂運行的情況進(jìn)行模態(tài)分析。主要表現(xiàn)為

M（q）+q+kq=0

根據(jù)對上述關(guān)系的分析，柔性系統(tǒng)在固有頻率中對于模態(tài)振型可以通過模態(tài)振型矢量獲取。根據(jù)上述等式變化硅片傳輸機器人手臂柔性關(guān)節(jié)系統(tǒng)質(zhì)量將會發(fā)生變矩陣，在固定頻率系統(tǒng)中末端手臂發(fā)生的位置移動主要表現(xiàn)為動態(tài)特性。

硅片傳輸機器人固定頻率會隨著末端手段端點位置發(fā)生的變化而變化。根據(jù)末端位置遠(yuǎn)點距離會模擬出相應(yīng)的變化。動態(tài)系統(tǒng)在模態(tài)化關(guān)節(jié)發(fā)生的振幅比例中硅片傳輸機器人手臂結(jié)構(gòu)會在末端運動軌跡的變化中發(fā)生直線運動，振動狀態(tài)也會在末端軌跡中造成一定的影響。在進(jìn)行硅片傳輸機器人手臂結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計的時候要能夠充分的考慮振動狀態(tài)下的固定頻率發(fā)生的改變。這對于確定手臂結(jié)構(gòu)優(yōu)化變量能夠發(fā)揮重要的作用，同時使結(jié)構(gòu)靈敏度得到控制，參數(shù)頻率更加的固定。

2 手臂結(jié)構(gòu)優(yōu)化變量

2.1 優(yōu)化參數(shù)

手臂結(jié)構(gòu)參數(shù)的優(yōu)化情況需要保證一定的靈敏度，手臂結(jié)構(gòu)參數(shù)在固定頻率基礎(chǔ)上將會優(yōu)化靈敏度，根據(jù)權(quán)值特點選擇末端手臂質(zhì)量作為優(yōu)化參數(shù)的重點。變量會隨著手臂厚度的調(diào)整約束結(jié)構(gòu)尺寸以及手臂撓度，手臂末端發(fā)生的靜偏移將會構(gòu)建基礎(chǔ)模型。手臂厚度在末端靜偏移發(fā)生的規(guī)律影響下使手臂尺寸進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計，結(jié)構(gòu)經(jīng)過調(diào)整之后需要對硅片傳輸機器人性能進(jìn)行對比。

2.2 手臂結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計

對于手臂結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計應(yīng)該確定大臂、小臂以及末端手臂質(zhì)量，這是獲取優(yōu)化參數(shù)的重點。在固定頻率上能夠根據(jù)質(zhì)量變化的不同積極的調(diào)整參數(shù)變化特點，降低小臂剛度質(zhì)量將會直接的導(dǎo)致手臂豎直剛度的下降。懸臂結(jié)構(gòu)會在靜態(tài)變形中出現(xiàn)振動變化。

末端手臂的設(shè)計要根據(jù)承受的等效力變化進(jìn)行負(fù)載參數(shù)的調(diào)整，將末端受負(fù)載參數(shù)設(shè)置為常數(shù)，并且利用荷載尺寸對參數(shù)數(shù)值進(jìn)行約束。末端手臂會隨著壁厚增加變形越來越明顯，當(dāng)壁厚增加到2mm左右的時候，這種末端變形影響較小，甚至可以忽略。但是當(dāng)厚壁在1mm左右的時候，末端手臂變形較為緩慢。如圖1。

小臂受力約束參數(shù)數(shù)值也會隨著壁厚增加而增加，并且在2mm左右的時候變形不明顯，這時候?qū)τ谀┒耸直鄣挠绊戄^小。但是當(dāng)厚度在1mm以上的時候，變形較為緩慢。如圖2。

3 硅片傳輸機器人手臂結(jié)構(gòu)整體方案

手臂結(jié)構(gòu)是硅片傳輸機器人核心部件，直接影響著定位精準(zhǔn)度以及生產(chǎn)制造質(zhì)量。手臂的傳輸情況需要末端執(zhí)行器沿著設(shè)置好的軌道進(jìn)行伸縮運動，直線方向運動需要保證連桿系統(tǒng)精確直線引導(dǎo)。手臂結(jié)構(gòu)剛性越強，負(fù)載能力也就越大。針對這種情況需要齒輪的咬合力相對較大，能夠保證手臂直線進(jìn)行運動。實現(xiàn)齒輪能夠同步精確的運轉(zhuǎn)。硅片傳輸機器人手臂結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，需要在一定的空間中進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計，并且要能夠在優(yōu)化的過程中固定不變，相應(yīng)性的增加運轉(zhuǎn)重量，控制手臂剛性。手臂結(jié)構(gòu)主要體現(xiàn)了硅片傳輸機器人的主要性能，大臂、小臂以及末端執(zhí)行器等都是硅片傳輸機器人的主要部件，能夠?qū)崿F(xiàn)直線伸縮運動，以及在不同的模塊中自由進(jìn)行傳輸硅片運行。

硅片傳輸機器人手臂是一種懸臂梁結(jié)構(gòu)，在運動過程中會經(jīng)常發(fā)生軌跡的改變。并且在突發(fā)的加速或者減速中都會產(chǎn)生相應(yīng)的震蕩，因此要充分的考慮最小運動慣量，根據(jù)運行的實際狀況提升平穩(wěn)性。按照動力學(xué)要求，在滿足手臂強度剛度條件下降低運動量，特別要注意運轉(zhuǎn)軸質(zhì)心的配置。選材上，可以在硅片傳輸機器人手臂上涂抹一層致密保護膜，這樣能夠更好的起到防腐蝕作用，并且不易發(fā)生氧化。手臂尺寸要按照運動空間的要求進(jìn)行設(shè)計，選擇最優(yōu)最小的手臂尺寸，保證手臂剛度的同時降低運動慣量。手臂在外界壓力作用下不能夠發(fā)生變形，在位移情況下剛度會隨著變形的增加使剛度發(fā)生明顯的變化，合理的進(jìn)行手臂力矩的調(diào)整降低手臂彎曲變形效果。

4 結(jié)束語

硅片傳輸機器人手臂結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計需要根據(jù)各手臂靜撓度進(jìn)行確定，并且有手臂彎曲末端出現(xiàn)的豎直情況進(jìn)行靜偏移約束，在剛性桿轉(zhuǎn)動下關(guān)節(jié)系統(tǒng)會隨著固定頻率發(fā)生柔性變化，這樣就能夠獲取到優(yōu)化設(shè)計的變化參數(shù)。根據(jù)硅片傳輸機器人結(jié)構(gòu)參數(shù)調(diào)整頻率靈敏度，設(shè)置優(yōu)化變量，明確硅片傳輸機器人優(yōu)化不適應(yīng)情況，提出固定的設(shè)計參數(shù)，在頻率權(quán)值的保障下調(diào)整依據(jù)準(zhǔn)則，小臂與末端臂參數(shù)質(zhì)量直接的反映硅片傳輸機器人的變量。手臂厚度變量對結(jié)構(gòu)尺寸產(chǎn)生約束，根據(jù)末端發(fā)生的靜偏移豎直方向?qū)l(fā)生變化，側(cè)壁厚度影響相對較小。末端靜偏移會隨著厚度的變化逐漸的減小，但是當(dāng)厚度增加到一定程度的時候，就不會出現(xiàn)末端靜偏移。

參考文獻(xiàn)

[1]劉延杰，吳明月，王剛，等.硅片傳輸機器人手臂結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計方法[J].機械工程學(xué)報，2014，5：28.

篇（6）

Optimization design of hydraulic press structure based on CAE

Abstract:The involue hydraulic press is built in SolidWorks―3D mechanic design software,then analyzes stress of underbeam by the finite element software ANSYS,so obtain the contour of bending stress distribution of underbeam.According to the countor of stress distribution,improve the structure of hydraulic press,so it canprovide the dependable basic for optimization of design of hydraulic press

Keywords: Finite element;SolidWorks;Entity modeling;Lower the cost

引言

整體框架式液壓機是利用液壓傳動技術(shù)進(jìn)行壓力加工的一種鍛壓機械設(shè)備,在國民經(jīng)濟的各行各業(yè)得到了日益廣泛的應(yīng)用。液壓機機身結(jié)構(gòu)組成鏈相對簡單,其布局形式一般為三梁四柱式,有鑄造和焊接兩種結(jié)構(gòu)方式。液壓機主要功能是完成工件的壓制成型,這一過程中機身結(jié)構(gòu)要承受較大的載荷,因此,液壓機整機結(jié)構(gòu)布局要求符合整體力流最短原則和力流封閉原則。液壓機結(jié)構(gòu)主要以筋板為主,造型簡單。整機及部件具有相似性,這種相似性是進(jìn)行參數(shù)化設(shè)計分析的前提。就我國現(xiàn)在的生產(chǎn)狀況而言,液壓機結(jié)構(gòu)設(shè)計采用的仍然是傳統(tǒng)材料力學(xué)簡化計算和經(jīng)驗設(shè)計相結(jié)合的方法。雖然這種設(shè)計方法在以前經(jīng)過實踐證明具有一定的可靠性,但存在著設(shè)計周期長,結(jié)構(gòu)組建復(fù)雜等諸多的弊端,致使成本高,效益低,削弱了產(chǎn)品的競爭力。

本文利用了三維設(shè)計軟件SolidWorks進(jìn)行建模,再用ANSYS作第二次建模,然后通過ANSYS對液壓機下梁進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)劃分,加載求解,得到最大處的彎曲應(yīng)力。這樣除了在資源的利用方面得到了節(jié)省,得出來的結(jié)果也達(dá)到一定的精度。

1.液壓機的優(yōu)化設(shè)計

1.1液壓機建模

在我們的實際設(shè)計優(yōu)化中,我們根據(jù)實際情況,建立了兩個建模:一個是利用SolidWorks軟件建立的CAD模型;另一個是利用ANSYS軟件建立的CAE模型。原因是目前各個CAD/CAE軟件彼此之間的模型通用性較差不能很好的實現(xiàn)無縫對接,在導(dǎo)入中經(jīng)常會發(fā)生部分模型數(shù)據(jù)丟失的情況,所以,我們的研究方向是利用了SolidWorks軟件進(jìn)行建模,再用ANSYS作第二次建模,然后分析和優(yōu)化,這樣除了在資源的利用方面得到了節(jié)省,得出來的結(jié)果也達(dá)到一定的精度。

2.分析與優(yōu)化

2.1優(yōu)化前分析結(jié)果

使用ANSYS軟件進(jìn)行CAE模型建立,對THP61-500型整體框架式液壓機下梁進(jìn)行分析運算,然后將優(yōu)化前的變形和應(yīng)力云圖從軟件中保存出來(如圖1.圖2所示)。注:其中材料應(yīng)力變形圖為彈性材料模型所得到的應(yīng)力變形結(jié)果。

從圖中不難看出隨著整體下梁結(jié)構(gòu)上不同顏色的分布,液壓機下梁各部位在受力的情況下發(fā)生的變形是不同的。其中出現(xiàn)紅色的孔受力發(fā)生變形最大。變形最大值為0.1637mm。通常情況下,我們考慮極限值為下梁長度的1/5000。

從圖中可以看出,應(yīng)力主要集中在孔邊緣,因為整體液壓機在工作的時候,其承載了很大的壓力,最大值為64.400MPa,在許可的范圍內(nèi)。其余部分應(yīng)力分布都很均衡,受力后影響不大。

從上兩圖中可以看出,實際變形應(yīng)力值與極限值還有很大的差距。在這種情況下,液壓機在承受載荷時發(fā)生的變形很小,安全系數(shù)很高。用了很多沒必要的材料,造成了人力和物力上的浪費,無形的增加了產(chǎn)品的成本。所以我們要利用有限元技術(shù)對此進(jìn)行優(yōu)化,通過合理分配油缸的受力,降低梁的高度,減小某些筋板的厚度,去掉一些沒有用的筋板等一些方法,得到相比起來更優(yōu)化的結(jié)果。達(dá)到既能讓機器安全穩(wěn)定的運行,又能減少材料,減輕液壓機的重量,降低產(chǎn)品成本的目的。

2.2 優(yōu)化分析

優(yōu)化主要針對液壓機下梁部分的左縱板位置,橫前板,厚凸臺厚,橫后筋板厚,這幾個變量來進(jìn)行優(yōu)化。將其變量取不同數(shù)值時,與變形和應(yīng)力的關(guān)系用曲線圖的形勢表現(xiàn)出來。經(jīng)過多次的分析驗證,取下梁左縱板位置d3:0.25m,下梁橫后筋板厚t4:0.02m,下梁厚凸臺厚t11:0.06m,并且以這些數(shù)據(jù)作為參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化結(jié)果的計算。

2.3 優(yōu)化后的結(jié)果

將上節(jié)分析的優(yōu)化結(jié)果程序在ANSYS軟件中運行,得到THP61-500型整體框架式液壓機下梁優(yōu)化后的變形應(yīng)力分布云圖,如圖3和圖4所示。

從云圖中可以看出,在進(jìn)行了一系列的改進(jìn)之后,對機器上的變形分布并沒有大的影響。變形的最大值為0.387mm,其值在規(guī)定許可的范圍之內(nèi),在節(jié)省材料和減輕重量的同時,不會影響液壓機本身的正常安全使用,因此本設(shè)計達(dá)到了優(yōu)化的目的,相對優(yōu)化的比較成功。

從云圖中我們可以看出,應(yīng)力仍就集中在孔附近。最大應(yīng)力為208.268MPa,在工程中的許可范圍內(nèi),優(yōu)化相對成功。

通過表1可以看出,經(jīng)過一系列的減去前面橫筋板,減小厚凸臺厚,減小后橫筋板厚度,移動左縱板位置的優(yōu)化之后,雖然液壓機的變形及應(yīng)力有所增大,但是其變化值都在規(guī)定許可的變化范圍之內(nèi),不影響液壓機的正常使用。與此同時,液壓機下梁的重量由原本的6.015噸減為3.838噸,比優(yōu)化前減輕了2.177噸。所以本設(shè)計達(dá)到了優(yōu)化的目的,相對優(yōu)化的比較成功。

表1 優(yōu)化前后對照表

變形(DMAX) (mm) 應(yīng)力(SMAX)(MPa) 噸位(WT) (噸)

優(yōu)化前 0.163 64.40 6.015

優(yōu)化后 0.387 208.268 3.838

相對變化 +137.32% +223.39% -36.19%

3.結(jié)論

本課題對整體液壓機下梁進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn),在經(jīng)過一系列的優(yōu)化之后,使液壓機在變形及應(yīng)力都符合要求的前提下,減輕了液壓機自身的重量,從而達(dá)到優(yōu)化的目的。此設(shè)計相對于過去的設(shè)計方法,有諸多優(yōu)點。第一,使用計算機制圖,較傳統(tǒng)的手工制圖縮短了設(shè)計時間,提高了勞動效率。第二,使用CAE建模,使優(yōu)化全過程更加精確并且便于修改,避免在圖紙中修改所造成的不必要的時間浪費。第三,節(jié)省了液壓機所用材料,使本液壓機在激烈的市場競爭中占據(jù)了優(yōu)勢地位。因此,本設(shè)計在改善傳統(tǒng)設(shè)計方法的同時,也較好的達(dá)到了優(yōu)化的目的。

參 考 文 獻(xiàn):

篇（7）

中圖分類號：TH323 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

作為高壓隔膜泵液力端的核心部件，隔膜腔在輸送固液兩相流體過程中起到了非常重要的作用。隔膜腔用于連接隔膜室蓋、進(jìn)料閥和出料閥，因此隔膜腔的設(shè)計過程中需要考慮流體壓力、螺栓預(yù)緊力和其他因素的影響。本文以某大型高壓隔膜泵中隔膜腔為研究對象，基于有限元方法對隔膜腔進(jìn)行了靜力強度分析。通過ANSYS的后處理分析模塊獲得了隔膜腔的應(yīng)力分布，扭曲和應(yīng)力線性化結(jié)果。根據(jù)ASME VIII-2標(biāo)準(zhǔn)對隔膜腔的機械強度進(jìn)行了校核，并在此基礎(chǔ)上對隔膜腔的結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計。分析結(jié)果可為隔膜腔的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計和降低成本提供一定的理論基礎(chǔ)。

1 有限元模型的建立

圖1（a）給出了隔膜腔的剖面圖，從圖中可以看出兩個內(nèi)腔圓角和最小壁厚分別用R1，R2和d表示。通過三維設(shè)計軟件SolidWorks畫出隔膜腔的1/4對稱模型，如圖1（b）所示。隔膜腔的材料采用ZG20Mn，材料屬性如下：拉伸強度σb為510MPa，屈服極限σs為295MPa。根據(jù)ASME相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，材料的許用應(yīng)力可通過下式計算出來。

Sm=min（σb/2.4， σs/1.5）（1）

將SolidWorks建立的隔膜腔幾何模型輸出為SAT格式檔并導(dǎo)入有限元分析軟件ANSYS，在ANSYS的前處理模塊對隔膜腔劃分網(wǎng)格。應(yīng)力集中區(qū)域需要局部網(wǎng)格加密，最后獲得隔膜腔有限元模型的單元數(shù)為173812，節(jié)點數(shù)為36952。根據(jù)隔膜泵實際的工作狀態(tài)，定義隔膜腔的邊界條件和載荷如下：隔膜腔的對稱面施加對稱邊界約束，定義隔膜腔和隔膜室蓋螺栓連接處施加600000N的預(yù)緊力，隔膜腔和出料閥螺栓連接處定義80000N的螺栓預(yù)緊力，隔膜腔內(nèi)受液體壓力的面施加20MPa的壓力。圖2給出了隔膜腔的載荷約束圖。

2 應(yīng)力分類及強度評定

圖3給出了隔膜腔的Von Mises應(yīng)力圖和位移云圖。從圖中可以看出最大應(yīng)力出現(xiàn)在隔膜腔的相貫線處。根據(jù)ASME VIII-2標(biāo)準(zhǔn)，定義了用于強度校核的四條線性化的應(yīng)力計算路徑，如圖4所示。選擇這些路徑的原理如下：沿著壁厚的方向，根據(jù)最大應(yīng)力節(jié)點定義一條或多條應(yīng)力計算路徑。應(yīng)力線性化計算路徑還應(yīng)當(dāng)在隔膜腔的應(yīng)力集中區(qū)域進(jìn)行定義。

根據(jù)應(yīng)力產(chǎn)生的原因、應(yīng)力集中區(qū)域和應(yīng)力的性質(zhì)，壓力容器應(yīng)力可以大致分為：主整體膜應(yīng)力（Pm），主局部膜應(yīng)力（PL），主彎曲應(yīng)力（Pb）和次應(yīng)力（Q）。利用這些應(yīng)力和如下的校核方法可對隔膜腔的強度進(jìn)行校核：主總體膜應(yīng)力的等效值應(yīng)當(dāng)小于金屬材料的許用應(yīng)力（Sm）?？紤]到應(yīng)力的位置，主局部膜應(yīng)力的等效值應(yīng)當(dāng)小于1.5倍材料許用應(yīng)力（1.5Sm）。根據(jù)極限載荷設(shè)計理論，當(dāng)膜應(yīng)力和彎曲應(yīng)力同時存在時，他們的和應(yīng)當(dāng)小于1.5倍的材料許用應(yīng)力（1.5Sm）。更進(jìn)一步考慮次應(yīng)力的限制條件時，Pm（PL）+Pb+Q應(yīng)當(dāng)小于3倍的材料許用應(yīng)力（3Sm）。

通過ANSYS的后處理模塊，畫出了沿著四條應(yīng)力計算路徑的等效應(yīng)力變化曲線，如圖5所示。四條應(yīng)力計算曲線的最大等效應(yīng)力列在了表1中。

表1 不同路徑的最大等效應(yīng)力

路徑 薄膜應(yīng)力（MPa） 薄膜+彎曲（MPa） 總應(yīng)力（MPa）

1 40.12 84.25 90.74

2 33.25 82.03 94.22

3 44.45 66.49 62.83

4 45.38 58.16 62.85

將表1中的應(yīng)力數(shù)據(jù)帶入應(yīng)力校核公式，可獲得隔膜腔的應(yīng)力校核結(jié)果，如式2-5所示。結(jié)果表明隔膜腔的應(yīng)力滿足強度使用要求。

Pm=40.12MPa

PL=45.38MPa< 1.5Sm=295.05MPa （3）

Pb +PL=84.25MPa< 1.5Sm=295.05MPa（4）

Pb +PL+Q=94.22MPa< 3Sm=590.1MPa（5）

通過修改隔膜腔的結(jié)構(gòu)來優(yōu)化隔膜腔的結(jié)構(gòu)并降低制造成本。結(jié)構(gòu)的修改方法如下：保持內(nèi)腔幾何尺寸不變，壁厚減小30mm，修改結(jié)構(gòu)前后的模型對比如圖6所示。

根據(jù)相同的應(yīng)力分析方法，用ANSYS軟件對修改結(jié)構(gòu)后的隔膜腔進(jìn)行應(yīng)力分析。修改結(jié)構(gòu)后的隔膜腔的應(yīng)力線性化路徑的定義位置與改結(jié)構(gòu)之前的位置相同。修改結(jié)構(gòu)的隔膜腔的最大等效應(yīng)力列在表2中。

表2 不同路徑的最大等效應(yīng)力

（修改結(jié)構(gòu)）

路徑 薄膜應(yīng)力（MPa） 薄膜+彎曲 （MPa） 總應(yīng)力（MPa）

1 60.38 137.25 148.67

2 50.42 128.57 155.38

3 68.76 109.32 126.04

4 69.81 97.49 132.72

根據(jù)表2中的等效應(yīng)力，按照ASME VIII-2標(biāo)準(zhǔn)對隔膜腔的強度進(jìn)行校核，可以看出修改結(jié)構(gòu)后的隔膜腔同樣滿足強度要求。

3 結(jié)論

通過對用于遠(yuǎn)距離管道輸送的某型隔膜泵隔膜腔的應(yīng)力分析和校核，可得到如下結(jié)論：

可通過有限元分析軟件ANSYS對隔膜腔進(jìn)行靜應(yīng)力分析，并且獲得了工作壓力下隔膜腔的最大應(yīng)力位置和最大應(yīng)力值。

根據(jù)ASME VIII-2標(biāo)準(zhǔn)中對應(yīng)力的分類，在隔膜腔1/4對稱模型上定義了四條不同的應(yīng)力線性化計算路徑，并且通過ANSYS后處理模塊獲得了等效應(yīng)力變化曲線。隔膜腔的機械強度通過相關(guān)的應(yīng)力校核方法進(jìn)行了校核，結(jié)果顯示修改結(jié)構(gòu)前后的隔膜腔結(jié)構(gòu)均滿足強度要求。

通過減小壁厚獲得了一種新的隔膜腔結(jié)構(gòu)，新結(jié)構(gòu)通過校核滿足強度使用要求，通過比較結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)新結(jié)構(gòu)減小了重量，降低了制造成本。

參考文獻(xiàn)

篇（8）

DOI：10.16640/ki.37-1222/t.2017.13.096

0 引言

房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計，是當(dāng)下房屋出售過程中，銷量的最重要的影響因素之一。為了迎合顧客的要求，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化人才緊缺。建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化在房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計中有著重要的作用，它涉及到房屋的安全性方面、實用性方面、美觀性方面等，使房屋除卻使用價值外，更具有其他的價值，讓人們的生活更加豐富，更有質(zhì)量。

1 建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化方式簡述

建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化方式，是我們專業(yè)人員在長期的時間、實踐中總結(jié)出來的一種帶有科學(xué)化的、合理化的房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計的方式。它包含著很多的方面，比如房屋建設(shè)前期調(diào)查考研。這需要建筑設(shè)計師有長遠(yuǎn)的目光，立足于整體，綜合多方面的聯(lián)系等做出基礎(chǔ)的決定；在設(shè)計時，還要考慮到建筑的難度，周圍環(huán)境的合理利用，消費者需求需要等。因此基于這些綜合條件下，設(shè)計師們的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化才能為房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計做到最好的效果。

總體而言，我們可以總結(jié)以下幾點：設(shè)計理念基于多個學(xué)科的知識，是跨領(lǐng)域的智慧集結(jié)體；建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化，更注重房屋的質(zhì)量，無論是怎么優(yōu)化，質(zhì)量是基礎(chǔ)，切勿中看不中用；建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計向“外表”側(cè)重，即多側(cè)重于房屋建筑的外表設(shè)計，多注重房屋外部美觀性；建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化方式緊跟社會主流，倡導(dǎo)衛(wèi)生環(huán)保理念 ；房屋建筑結(jié)構(gòu)要求有特色，多利用環(huán)境的特色進(jìn)行創(chuàng)意建造，且考慮施工便易度。

2 建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化方式在房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計中的重要性

無論是怎樣的房屋建筑設(shè)計，首要所考慮的就是房屋的質(zhì)量。并且在實踐中我們不難發(fā)現(xiàn)，我們傳統(tǒng)地房屋建筑設(shè)計，質(zhì)量保證是絕對主要的，因此在一定程度上忽略了一些“加分項”。當(dāng)然除此之外，建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化方式在房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計中還發(fā)揮著重大的作用。

隨著經(jīng)濟的發(fā)展，房屋占地面積越來越多，為了節(jié)省土地，房屋的層數(shù)不斷增加。這樣的高層次疊起，導(dǎo)致工程量增加，經(jīng)濟等的投入增加，房屋賣價也隨之增長，循環(huán)下來，最終導(dǎo)致消費者需要高價買房。

建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化方式，是在多方面影響因素的基礎(chǔ)上做出的科學(xué)化房屋建造方式。它不僅提倡房屋建筑的質(zhì)量，并且秉承著外表美觀的理念。從整體出發(fā)，具體問題具體分析的設(shè)計，多方面考慮房屋建筑的造價問題，以最少的、最好的建造成本打造最優(yōu)的房屋，帶動經(jīng)濟的發(fā)展，為人們謀利益，當(dāng)然這也是促進(jìn)企業(yè)快速發(fā)展的重要保障。

總的來看，房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計中的建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化方式是當(dāng)前房地產(chǎn)相關(guān)企業(yè)重點發(fā)展的部分，收益利益的同時，也打造良好的品牌，長久發(fā)展。

3 建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化方式在房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計中要求

建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化方式在房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計的實踐過程中，無論是設(shè)計人員，還是施工人員，都面臨著巨大的壓力，想要達(dá)到房屋建造的最好狀態(tài)，只有雙方共同協(xié)作才是最好的方式。

首先是設(shè)計人員。前面我們也提及到，設(shè)計是跨越了多個學(xué)科知識的智慧結(jié)晶，尤其是在藝術(shù)修為上，必須要有較深的造詣，才能夠擁有設(shè)計的靈感。除此之外，設(shè)計人員的整體性觀念必須要強。建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化方式是基于多方面的影響因素。設(shè)計人員把握整體的設(shè)計，也要考慮當(dāng)下房屋建造技術(shù)的程度，最大化的設(shè)計出既美觀又實用的房屋建筑。

其次是施工人員。施工人員并不是機械的按照設(shè)計師所設(shè)計出的房屋結(jié)構(gòu)進(jìn)行施工，其中也是含有靈活靈用的成分。當(dāng)然，施工人員必須要遵守：質(zhì)量第一、安全第一。為了提高自身的能力，施工人員應(yīng)該多學(xué)習(xí)相關(guān)的理論知識，并將其應(yīng)用到實踐中，在實踐中鍛煉自己、提高自己。

最后就是設(shè)計人員與施工人員雙方的巧妙配合。雙方應(yīng)該積極溝通，為對方提供更好的理解，達(dá)到最優(yōu)的房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計效果，實現(xiàn)雙贏，促進(jìn)經(jīng)濟的發(fā)展。

4 建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化方式在房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計中的實踐

實踐出真知，只有經(jīng)過實踐的檢驗才能真正成為大眾所需要的。房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計也不例外。建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化方式在房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計中的實踐，我們可以得出以下幾點：

（1）綜合理念的考慮。無論是哪種房屋建筑，在建造的過程中都有著層次性和多方性的特征。針對于房屋建筑的層次性，它包括著房屋建造的設(shè)計理念方面、構(gòu)造方面、建造施工方面等。綜合理念的考慮，是極其重要的。

（2）施工期的規(guī)劃。當(dāng)房屋建造時，施工時間是有規(guī)定的。但是建構(gòu)結(jié)構(gòu)優(yōu)化方式考慮到了多方面的因素，因此施工期間，房屋建造需要進(jìn)行規(guī)劃，要考慮到房屋建造的階段性。

（3）房屋基本結(jié)構(gòu)。對于一個房屋建筑而言，基礎(chǔ)打造是必修課。首先是房屋的樁，既要選好樁的材料、樁的位置，又要考慮好環(huán)境對樁的影響。其次是對于房屋上部結(jié)構(gòu)[5]的考慮。房屋不倒，要考慮好受力的重心。在建造結(jié)構(gòu)上優(yōu)化這些短處而且房屋的排水系統(tǒng)也是一個重點。在選擇排水管的時候一定要結(jié)合實際，適當(dāng)選擇。

（4）房屋內(nèi)線路鋪設(shè)。當(dāng)房屋建造好之后，電路也是一個問題。首先要考慮好電路之間的關(guān)系問題，合理安排。其次要注意電線的鋪設(shè)，不能雜亂的在外，要注意安全。

5 結(jié)束語

綜合以上來看，建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化方式牽扯到了方方面面，其中不變的理念就是房屋建筑的質(zhì)量和外在美觀度的結(jié)合。無論是設(shè)計者還是施工者，又或是企業(yè)本身，都是在積極的探尋建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化方式，期望能達(dá)到房屋建造結(jié)構(gòu)的最優(yōu)。并且隨著時代的發(fā)展，我們相信，建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化方式會更優(yōu)化，人們的住房環(huán)境會越來越美。

篇（9）

中圖分類號：TB482文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A

一、結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化方法

依據(jù)設(shè)計的要求，把力學(xué)概念與結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計進(jìn)行有機結(jié)合，讓參與計算的量部分可以以變量部分出現(xiàn)，進(jìn)而形成結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化方案域，運用數(shù)學(xué)手段，在域中找到可以滿足要求的結(jié)構(gòu)優(yōu)化最佳設(shè)計方案。由此可見，結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計不僅可以提高整體設(shè)計水量及設(shè)計質(zhì)量，還可縮短設(shè)計周期，從而降低整體工程造價，提高經(jīng)濟及社會效益。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，不僅要按照一切從實際出發(fā)的原則，更應(yīng)該結(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(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計。在滿足設(shè)計要求后，在進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計時應(yīng)該盡量縮小剛度、質(zhì)量中心的差異使平面布置規(guī)則，水平荷載就不會使建筑物有太大的扭轉(zhuǎn)作用。為降低應(yīng)力集中，豎直方向上應(yīng)避開使用轉(zhuǎn)換層。

結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計的本質(zhì)以力學(xué)理論和數(shù)學(xué)規(guī)劃理論為理論基礎(chǔ)，以計算機技術(shù)為工具，對建筑結(jié)構(gòu)涉及到的各個變量進(jìn)行尋找優(yōu)化決策的先進(jìn)的設(shè)計方法，其本質(zhì)就是求極值問題。（1）優(yōu)化數(shù)學(xué)模型。建立正確合理的優(yōu)化數(shù)學(xué)模型是結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計的關(guān)鍵步驟，基于正確的優(yōu)化數(shù)學(xué)模型是得到正確優(yōu)化結(jié)果的基礎(chǔ)。例如，在優(yōu)化模型中，數(shù)學(xué)模型中的等式約束個數(shù)應(yīng)當(dāng)小于設(shè)計變量的個數(shù)，這樣才能求得最優(yōu)解。（2）優(yōu)化數(shù)學(xué)算法和優(yōu)化迭代控制。對于建立的優(yōu)化數(shù)學(xué)模型，雖然可用的優(yōu)化算法有多種，但是采用不同的優(yōu)化算法所得到的優(yōu)化效果和所花費的求解時間會有差別。所以，快速、有效的數(shù)學(xué)優(yōu)化算法也是結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計的一項關(guān)鍵技術(shù)。（3）結(jié)構(gòu)分析方法。絕大多數(shù)的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計問題難以采用解析法求解，而是采用數(shù)值法的方法。數(shù)值解的尋優(yōu)實際上是一個優(yōu)化迭代過程，而每次優(yōu)化迭代都需要進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析。實現(xiàn)以上提到的關(guān)鍵技術(shù)需要經(jīng)過建立可靠的優(yōu)化模型，然后采用適當(dāng)?shù)膬?yōu)化算法進(jìn)行求解。這其中選擇計算簡便且正確率高的優(yōu)化算法顯得尤為重要。

二、民用建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計和經(jīng)濟性的關(guān)系

第一點，結(jié)構(gòu)設(shè)計和用地之間的關(guān)系。在多層或者高層的民用建筑中，我們常說的總建筑的面積具體講是每層的建筑面積之和，如果層數(shù)越多，那么單位建筑的面積分?jǐn)偟恼嫉孛娣e相應(yīng)的就會越小。然而隨著層數(shù)日益變多，總體住宅高度也會不斷上升，隨之屋子間的距離也相應(yīng)的變大。通過這一闡述我們了解到，用地節(jié)約的多少并不會根據(jù)建筑樓層增加而按一定的約數(shù)變高。

第二點，結(jié)構(gòu)設(shè)計和造價之間的關(guān)系。一般建筑的樓層會在一定程度上影響到單位建筑的面積，但對每部分的結(jié)構(gòu)來講，具體的影響程度是不一樣的。在屋蓋的區(qū)域，無論有多少層，都統(tǒng)一使用統(tǒng)一相同的房屋蓋。它跟層數(shù)增加無關(guān)，所以對屋蓋的資金投入也不會加大。因此，屋蓋處的單位面積資金投入會根據(jù)層數(shù)的不斷上升而表現(xiàn)出很明顯的降低。在建筑的基礎(chǔ)處，每層都共同使用一個基礎(chǔ)，因此隨著層數(shù)不斷增加，相應(yīng)的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)承受的荷重就會增加，因此我們必須要增加基本的荷載力?；A(chǔ)地區(qū)的單位開銷雖然會根據(jù)層數(shù)的增加而呈現(xiàn)出降低的意思，但是這種意思并不像屋蓋那樣如此明顯。一些承重體，比如墻、梁或者柱等，會隨著層數(shù)的不斷增加而不斷地增加荷載能力以及抗震能力等，相應(yīng)的這些分部的單位房屋造價會有一定的提升。

第三點，高層住宅結(jié)構(gòu)設(shè)計與經(jīng)濟性的關(guān)系。一般而言，住宅層數(shù)高矮將本質(zhì)的影響住宅開銷，其根本原因乃是伴隨層高不斷上升，墻體面積和柱體積也會慢慢上升，而且會加大結(jié)構(gòu)自重，進(jìn)而還會增加柱以及基礎(chǔ)承受荷載力，于是讓電氣以及水衛(wèi)的管線同比例變長。如果將層高降低，那么可以有效地節(jié)省材料物資，而且還可以節(jié)約能源等，對于抗震非常有利，能最大程度的節(jié)約金錢輸出。另一方面，減少層高不但可以降低房屋的高矮，有效地縮小建筑和建筑間日照的距離，所以降低層高也在一定程度上對于節(jié)約土地資源有很大的作用。

三、結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化技術(shù)應(yīng)用實踐

結(jié)構(gòu)方案的建立過程即工程結(jié)構(gòu)設(shè)計。伴隨急速更新發(fā)展的計算機硬、軟件產(chǎn)業(yè)，憑借計算機、力學(xué)、數(shù)學(xué)一系列方法，將結(jié)構(gòu)設(shè)計做到最優(yōu)化技術(shù)推廣。結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計及傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計其設(shè)計原則和過程是相同的，不同之處在于傳統(tǒng)設(shè)計缺少安全、經(jīng)濟性作為衡量準(zhǔn)則。最優(yōu)設(shè)計則是在安全、經(jīng)濟準(zhǔn)則基礎(chǔ)之上，利用計算機作為輔助技術(shù)，非常便利地實現(xiàn)了分析計算、設(shè)計、出效果圖等整套程序的自動化，大大提升了設(shè)計整體效果及質(zhì)量。為了達(dá)到降低工程造價之目地，在不更改使用性能的基礎(chǔ)之上，就要對結(jié)構(gòu)進(jìn)行最優(yōu)化設(shè)計。由此可見結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化技術(shù)的應(yīng)用已經(jīng)是較為寬廣的課題之一。它不僅應(yīng)用于項目的前期、整體、抗震設(shè)計，在舊房改造期間的各個環(huán)境均有廣泛應(yīng)用。結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化技術(shù)在應(yīng)用實踐中應(yīng)注意的問題如下：

1前期方案設(shè)計期間將結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化參與其中

建筑方案設(shè)計前期如有一個優(yōu)秀的、合理的設(shè)計方案，并參與結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化，就會爭取到非常優(yōu)秀的開端。但目前在前期設(shè)計方案中結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化參與其中的并不多，如果能對建筑類別有所針對，并進(jìn)行合理選擇結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化方案，將降低建筑的總投資成本，因此在建筑方案設(shè)計初期應(yīng)注意建筑方案的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計，考慮結(jié)構(gòu)的合理及可行性。

2概念設(shè)計結(jié)合細(xì)部結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化

概念設(shè)計主要作用于無具體數(shù)值量化現(xiàn)象，比如無確定性的地震設(shè)防烈度，現(xiàn)實難免與計算式存在區(qū)別，那么設(shè)計時應(yīng)采取概念設(shè)計方法，使數(shù)值成為輔助及參考根據(jù)。為達(dá)到最佳優(yōu)化設(shè)計效果，設(shè)計人員應(yīng)該靈活運用結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化方案。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方向容易出現(xiàn)的裂縫，可歸結(jié)為矩形板。鋼筋選擇時應(yīng)注意：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相差卻相當(dāng)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，應(yīng)在滿足基本規(guī)范要求之上，以達(dá)到安全、經(jīng)濟之目的。

3結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化―――下部地基基礎(chǔ)

樁基礎(chǔ)類型的選擇，要依據(jù)現(xiàn)場地質(zhì)條選擇最為合適的結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化方案，以降低工程總造價為目的。例如對灌注樁樁長的選擇影響較大的樁端持力層的選擇，要多進(jìn)行比較，最終確定最為合適的方案。

總之，建筑是凝固的藝術(shù)，好的建筑師總希望可以通過建筑來合理的表達(dá)本身設(shè)計意圖，希望擁有藝術(shù)性以及實用性能的美妙融合。建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計師們應(yīng)嚴(yán)格遵“安全、經(jīng)濟、合理”的設(shè)計理念，努力探索更合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計方案，保證建筑工程取得良好的經(jīng)濟效益和質(zhì)量效益。

篇（10）

隨著經(jīng)濟的發(fā)展，人們的生活水平也得到了一定的發(fā)展，居民對于購房過程中逐漸考慮多方面因素，無論是安全性還是經(jīng)濟性和外觀設(shè)計，都成為了主導(dǎo)消費者選擇的因素。因此在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中，不僅要對施工過程是否合理進(jìn)行考慮，還要實現(xiàn)對設(shè)計方案的不斷優(yōu)化，從經(jīng)濟型以及安全性和外觀設(shè)計等方面提高建筑的基本價值。文章對建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計優(yōu)化方案在房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中的作用進(jìn)行研究分析，希望能夠更好的促進(jìn)我國建筑設(shè)計者的創(chuàng)新意識的發(fā)展。

1結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化方案的理論分析

站在理論層次來看，在進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化的過程中，要充分考慮到安全性以及可靠性在建筑整個過程的發(fā)展和體現(xiàn)。與此同時，還要盡可能的保證建筑物的設(shè)計美觀和結(jié)構(gòu)合理。因此要想達(dá)到這些目標(biāo)，需要不斷的對結(jié)構(gòu)設(shè)計方案進(jìn)行合理的分析設(shè)置，并對計算方式進(jìn)行合理的選擇，以便能夠更好的滿足當(dāng)前的既定目標(biāo)。在實際設(shè)計的過程中，想要對房屋工程結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，就需要從圍護結(jié)構(gòu)以及屋蓋系統(tǒng)和其他細(xì)節(jié)部分進(jìn)行考慮。采取合理的方法對其造價以及結(jié)構(gòu)進(jìn)行整理的安排優(yōu)化，不斷實現(xiàn)經(jīng)濟性以及安全性目標(biāo)的達(dá)成。為了更好的適應(yīng)時代的發(fā)展需求，建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計中要充分創(chuàng)新，不斷提高設(shè)計的特殊性以及新穎性。從對稱性以及獨特性的角度出發(fā)，對建設(shè)設(shè)計方案進(jìn)行不斷的修改完善，并運用實際所學(xué)知識來實現(xiàn)對構(gòu)架的合理布置，避免使用轉(zhuǎn)換層機構(gòu)。對不規(guī)則建筑設(shè)計的原則要進(jìn)行恰當(dāng)?shù)奶幚砼c使用，從根本上完善設(shè)計方案，實現(xiàn)設(shè)計過程的整體優(yōu)化。

2結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化技術(shù)具體運用

2.1建立優(yōu)化結(jié)構(gòu)相關(guān)模型

在對房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計中，要充分對建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化方法進(jìn)行使用。在具體實施的過程中，可以從三個步驟來實現(xiàn)最終的設(shè)計優(yōu)化目的。（1）對設(shè)計變量的選擇。在進(jìn)行設(shè)計變量的選擇過程中，要對影響建筑結(jié)構(gòu)的相關(guān)參數(shù)進(jìn)行系統(tǒng)的研究分析，并進(jìn)行綜合考慮選擇。將對建筑結(jié)構(gòu)影響的參數(shù)作為當(dāng)前模型中的設(shè)計變量，這些變量主要包含損失的期望值以及結(jié)構(gòu)的過后家和約束控制的相關(guān)參數(shù)等，最大程度的保證設(shè)計便變量選擇的合理性。（2）確定目標(biāo)函數(shù)。在進(jìn)行實際優(yōu)化的過程中，除了對必要的參數(shù)進(jìn)行選擇之外，還需要尋找到一些相關(guān)條件來實現(xiàn)對工程造價的降低，而這些條件主要包括相關(guān)建筑截面的具體尺寸以及鋼筋的截面積等。（3）確定相關(guān)約束條件。在對房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化過程中，要保證房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計的合理性以及可靠性，確保相關(guān)的設(shè)計條件能夠得到滿足。而設(shè)計優(yōu)化過程中的約束條件主要有裂縫寬度、結(jié)構(gòu)強度、應(yīng)力約束以及結(jié)構(gòu)體系約束和尺寸約束等，在進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計的過程中，要充分的對目標(biāo)約束條件與實際情況形成對比，確保約束條件能夠滿足相關(guān)的規(guī)定要求，從而力求設(shè)計達(dá)到最佳。

2.2選擇合理的優(yōu)化計算方案

在進(jìn)行方案設(shè)計的過程中，設(shè)計者要充分考慮當(dāng)前的施工過程中的內(nèi)部和外部環(huán)境，確保各種因素能夠在可行的范圍之內(nèi)。借助對約束條件以及非線性優(yōu)化問題等的具體研究和分析，最計算方案之中選取最適合當(dāng)前施工狀況的方案，從而確保方案設(shè)計更具有合理性。而在對設(shè)計方案進(jìn)行優(yōu)化的方法選擇中，拉氏乘子法、復(fù)合形法以及Powcll法使用相對較為頻繁。

2.3對程序問題進(jìn)行設(shè)計優(yōu)化

在對房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計的優(yōu)化過程中，通過確定設(shè)計變量以及目標(biāo)函數(shù)和約束條件從而實現(xiàn)對計算方法的合理選擇，最終不斷的實現(xiàn)對房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計的優(yōu)化活動。而在優(yōu)化過程中，還需要對對相關(guān)程序進(jìn)行創(chuàng)新設(shè)計，以便于能夠更好的對設(shè)計過程中出現(xiàn)的任何一個問題進(jìn)行運算，確保設(shè)計方案的合理性。

2.4結(jié)果分析

在進(jìn)行計算的過程中，要對計算結(jié)果的合理性進(jìn)行再次的分析研究，最終來選取適合相關(guān)房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計的方案。在方案選取的過程中，要對能夠產(chǎn)生影響的諸多因素都考慮在內(nèi)，并且從多角度來看待這些因素所產(chǎn)生的問題，這能夠更好的促進(jìn)設(shè)計優(yōu)化的作用，從而確保設(shè)計方案的合理性以及安全性。在施工問題上，設(shè)計方案能夠更好的優(yōu)化當(dāng)前資源使用的程度和效率，確保資源不被合理的浪費的同時又能夠保障相關(guān)技術(shù)支出不受縮減，其能夠起到一個整體的統(tǒng)籌作用。

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

在對于項目工程設(shè)計的過程中，無論前期設(shè)計還是后期設(shè)計，無論舊房改造還是抗震設(shè)計，結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化技術(shù)運用在工程的每一個環(huán)節(jié)之中。因此，在結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中，要合理的選擇結(jié)構(gòu)的形式以及對設(shè)計方案進(jìn)行深層次的優(yōu)化，將概念設(shè)計和細(xì)節(jié)設(shè)計相結(jié)合，從而實現(xiàn)對方案最終的優(yōu)化；在結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化技術(shù)的實踐作用之中，要充分將其運用在對地基基礎(chǔ)的設(shè)計問題上，其能夠更好的幫助房屋建筑實現(xiàn)安全性和可靠性，確保房屋建造的質(zhì)量。

4結(jié)束語

分析建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化方法，可以得知，其對于房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計的作用是無法取代的。因此，選擇合理的優(yōu)化方案能夠保證房屋建設(shè)在達(dá)到相關(guān)建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)要求的基礎(chǔ)上實現(xiàn)經(jīng)濟最大化。建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計優(yōu)化是一個相對復(fù)雜的概念，只有不斷的加強研究和分析才能夠更好的實現(xiàn)其在現(xiàn)實生活中的運用。文章在對建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計過程以及問題等多方面分析角度下，希望能夠給相關(guān)的設(shè)計人員帶來一定思考和啟發(fā)，從而提高建筑結(jié)構(gòu)的優(yōu)化方案設(shè)計，實現(xiàn)房屋建造的安全性以及穩(wěn)定性。希望文章對建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計方案的論述，能夠促進(jìn)讀者對這一概念的更好的理解和思考。

作者:郭睿 單位:中鐵工程設(shè)計院有限公司

參考文獻(xiàn)：