优化设计与优化方法汇总十篇

序论：好文章的创作是一个不断探索和完善的过程，我们为您推荐十篇优化设计与优化方法范例，希望它们能助您一臂之力，提升您的阅读品质，带来更深刻的阅读感受。

篇（1）

引言

随着我国社会经济的快速发展，我国各行各业对大型自吸离心泵的需求不断增加，大型自吸离心泵应用广泛，在城市给排水、灌溉工程以及工业循环水等方面发挥着重要的作用，所以，研究大型自吸离心泵的设计方法、完善大型自吸离心泵的设计理论，能够有效提高泵的工作效率，对提高自吸离心泵的性能有重要的现实意义。

1 大型自吸离心泵存在的问题

从上世纪60年代开始我国就开始了对大型自吸离心泵的研究，到90年代提出了应用弹性橡胶阀来实现回流孔自动关闭的理论，在此基础上研制出了外混式结构的自吸离心泵，提高了泵的可靠性，这种离心泵得到了广泛的使用。随着时代的发展，对大型自吸离心泵的要求也在不断提高，文章针对大型自吸离心泵的结构、参数以及成本等方面对其进行了广泛的调查，总结出了目前大型自吸离心泵存在的主要问题：（1）自吸结构设计方法有待完善。在国内离心泵生产企业中，大多数还是生产内混式和外混式自吸离心泵，缺乏创新，离心泵的工作效率和自吸性能有待提高；（2）自吸原理比较单一。大多数自吸离心泵采用的是上世纪90年代提出的通过弹性橡胶阀压缩来控制回流孔自动关闭从而实现自吸的理论，这种自吸原理虽然得到了广泛的应用，但随着科学技术的进步，这种自吸原理逐渐变得单一、落后；（3）大型自吸离心泵的材料单一。我国生产大型自吸离心泵的主要材料是铸铁，这会导致大型自吸离心泵比较重，也会一定程度上增大工作人员的工作强度。

2 大型自吸离心泵结构及参数设计

2.1 大型自吸离心泵结构设计

大型自吸离心泵通过自吸系统将泵的进口管内空气排净并实现快速自吸，保证了泵的工作效率，提高了泵的自吸性能。大型自吸离心泵的主要结构由吸入段、泵体、冷却油箱、轴承以及自吸系统等组成，泵与自吸系统采用螺栓连接，密封形式为油冷却，保证泵工作效率和可靠性，大型自吸离心泵的结构如图1所示。

图1 大型自吸离心泵三维结构图

2.2 大型自吸离心泵的设计参数

设计流量为Q=500m3/h，扬程H=45m，泵的转速n=2200r/min，柴油机的功率为P=100kW，泵的效率ηh=83.5%，泵及装置效率ηm%=65.5%。

2.3 叶轮水利设计

大型自吸离心泵内部水的流动非常复杂，在自吸系统工作时涉及到气液的混合，叶轮是非常重要的过流部分，叶轮的设计关系到泵的流量和抗气蚀性能等，对于大型自吸离心泵的正常工作起着重要的作用。本装置叶轮的结构采用闭式结构，叶轮的设计首先需要确定泵的比转速，比转速可以采用以下公式来计算：

n■=■=188

其次，需要确定泵的进出口直径，泵的进口直径是指进口管法兰处内径，常用泵的进口直径、流速以及流量之间的关系表1所示。

表1

根据图表再加上实际情况选择泵的进口直径为200mm，大型自吸离心泵的出口直径选择与进口直径相同，也为200mm；最后要确定叶轮的主要尺寸，叶轮直径也叫做叶轮颈部直径，本装置使用的是悬臂式叶轮。通过一系列计算可得，叶轮进口直径为200mm，叶轮出口宽度为200mm，叶片包角为120°，进口安放角为25°，出口安放角为30°，叶片厚度为8mm，叶片数为6片。

3 大型自吸离心泵自吸系统工作原理

本大型自吸离心泵采用了文丘里自吸系统，文丘里自吸系统是一种以压缩空气作为动力的排气装置，主要由喷嘴、逆止滤网以及排气装置外壳等组成。文丘里自吸系统的排气装置和进口管采用螺栓连接，中间安装金属滤网，用来过滤固体颗粒，文丘里自吸系统内部没有运动部件，所以不需要设置装置，而且密封性能良好，结构相对简单，系统工作可靠性也大幅提升。文丘里自吸系统通过压缩空气产生射流，这时逆止阀会被打开，射流会不断地卷吸泵体内的空气，然后排出。与此同时，逆止阀会组织外部的气体进入泵体内部，经过这样的反复排气会使泵体产生真空，这时水流进入叶轮，水流的作用力会将逆止阀关闭，这时离心泵开始了正常工作，实现了大型离心泵的自吸功能。

4 大型自吸离心泵试验研究

按照上述设计，在产品质量检测水泵试验台上进行检测，并按照国家标准GB/T3216-2005《回转动力泵水力性能验收试验1级和2级》进行实验。预测性能曲线与实验性能曲线重合度非常高，由于集合造型、湍流模型以及计算方法等都会对计算结果产生一定的影响，所以实验结果产生的误差在可以接受的范围之内。同时对大型自吸离心泵自吸性能进行实验，按照相关标准，当自吸离心泵自吸高度达到5米时，自吸时间应小于120s，本装置进行自吸实验时，自吸高度达到5米时自吸时间为75s，远远高于国家标准，通过实验可以得出，大型自吸离心泵的性能参数满足设计要求。

5 结束语

综上所述，文章对离心泵优化设计理论与方法进行了分析，介绍了泵的结构、自吸系统以及叶轮等的设计，通过对大型自吸离心泵试验研究可以得出其性能参数满足设计要求，甚至一些参数远远超过了国家相关标准。对大型自吸离心泵进行研究，提高了泵的工作效率和性能，对促进我国社会经济发展具有重要的现实意义。

参考文献

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1.1给水管网优化设计模型研究

给水管网优化设计模型是进行优化设计的基础，其优劣程度决定优化设计是否成功。因此，所建的模型必须真实地反映管网运行特征及管理要求。其模型的发展经历单目标函数和多目标函数两个阶段。20世纪50年代后，国内的研究者开始对管网优化设计模型研究，取得一定成果的有同济大学、哈尔滨工业大学等。国内研究者一般都以管网年费用折算值最小为目标函数建立管网优化设计数学模型。此模型没有考虑管网的可靠性约束。随着研究的深入和实践证明，人们逐渐认识到若仅以经济性作为管网优化设计的目标函数与工程实际相比存在某种欠缺和不足，还需要考虑系统可靠性这一因素。

1.2给水管网优化设计模型求解算法研究

给水管网优化设计模型求解方法主要经历了以下三个阶段。

（1）拉格朗日函数优化法。该方法主要用于求解以管径和水头损失为变量的单目标单工况优化设计模型。应用拉格朗日未定系数法，将目标函数进行转换，然后用计算机进行求解。但是由于管径为离散变量，应用此法求得的管径需要进行圆整，化为市售管径，这在某种程度上破坏了解的最优性。该算法目前应用较少。

（2）数学规划法。

①线性规划。线性规划法是在一组线性约束条件下，求某个线性目标函数的最小值(最大值)。该方法只能解决树状管网的优化设计，因此该算法应用较少。

②动态规划法。动态规划法是一种求解多阶段决策过程最优化方法。该法对模型中的目标函数和约束条件的形式要求不高，以标准管径为变量计算结果不需要调整。该方法对小型树状管网能得到最优解;对于简单的环状管网，需预先假设一组管径并进行初始流量分配，将环状网化为树状网;对于复杂管网应用该法不能得到最优解。

③非线性规划法。非线性规划法是在一组非线性约束条件下，寻求非线性目标函数的最大值或最小值。在管网优化设计中，目前所建的模型基本都是非线性模型，因为此种模型能更好地反映管网系统各因素之间的关系，因此该方法能提高计算精度。非线性规划法能较好的反映管网系统的本质。

(3)随机搜索优化方法。

①神经网络算法。神经网络算法是将优化问题的目标函数和约束条件映射到神经网络动力系统，利用人工神经网络的动力系统演化机制，搜索到局部最优解，将最优解映射为动力系统平衡点。目前将神经网络算法用于环状管网方面的研究较少。

②蚁群算法。蚁群算法(ACOAs)是由意大利学者Dorigo于1996年提出的一种模拟蚂蚁寻食行为的算法。该算法能够智能搜索、全局优化，且易与其它算法结合。但有以下缺点：a:当规模较大时，算法效率下降得很快，需要较长的搜索时间；b:容易出现停滞现象，即搜索到一定程度后，所有个体所发现的解完全一致，不能对解空间进一步进行搜索，不利于发现更好的解，从而容易陷入局部最优。

③遗传算法。遗传算法(GA)近年来被认为是管网优化技术的飞跃，它通过模拟自然界生物种群的遗传和自然选择机制，随机搜索最优解。遗传算法是以标准管径为决策变量的，对其采用一定的编码方式，通过选择、交叉和变异等操作，求得最优解。它的优势主要在于:a:该算法不受可微、可导、连续等数学处理方式的限制；b:以离散的标准管径为决策变量避免了非线性规划法需对连续管径进行“圆整”带来的偏差；c:该算法是一种随机搜索过程，不会形成局部最优解；该算法也存在一些缺陷，如遗传算法的早熟现象、适应度值难以标定、接近最优解时收敛很慢等。

篇（3）

中图分类号：TU318 文献标识码：A

对于一个项目，工程结构总体的优化设计主要是针对围护结构、屋盖系统、结构体系、基础形式以及结构细部等进行相应的设计方案的优化设计。在设计的时候还必须考虑到相应的布置、选型、造价以及受力等方面的问题，然后根据工程的实际情况并结合建筑物的经济性要求，对建筑结构进行相应的优化设计。 为了适应时展的要求，建筑的结构形式必须不断的进行创新。对于结构设计师来说，要在确保建筑结构具有一定的安全保证的基础上设计更合理、更经济、更能体现创新的结构形式。

1 结构设计优化技术的现实意义

对建筑结构的设计进行必要的优化，在对于房屋结构相关的设计中的应用意义重大，不仅能够满足了建筑的实用与美观，而且还可以有效地对工程造价进行控制。对于建筑商来说，其当然希望用最少的投资，而获得最大的收益，然而又必须对建筑结构的科学性、可靠性以及安全性做出保证，这必然要求对建筑结构进行优化设计。

结构设计优化和传统房屋结构设计进行比较我们可以发现：运用设计优化的技术能够降低整个建筑工程造价10%～40％。结构设计优化技术能够使得建筑结构内部的每个单元都得到最佳的协调，并可以对材料的性能进行最合理的利用。这样不仅能够保证相关规定的安全系数，还能够实现建筑结构设计的经济性与实用性。

2 结构设计优化技术在建筑结构设计中的步骤

2.1 建立结构优化的模型

在我们对房屋结构整体进行必要的优化设计时候，可以分成三步进行建筑结构的优化设计。下面将对每一步骤进行详细的介绍：

2.1.1 要对设计变量进行合理的选择

通常在对设计变量进行选择时，我们把对建筑结构影响的主要参数作为设计变量。如目标控制的相关参数（损失的期望C2 和结构的造价C1）和约束控制相关参数（结构的可靠度PS）等；然而还有一些影响不是太大，其变化范围也不是很大或者由局部性以及结构的相关要求就能够满足相应的设计要求的一些参数，我们可以用预定参数来表示，这样能够使得我们的设计量、计算量以及编制程序的工作量均大大减小。

2.1.2 对目标函数进行确定

在进行结构设计优化的时候，我们还必须寻找一组能够满足相关的预定条件的截面相应的几何尺寸、钢筋面积以及相应的失效概率的函数，使得工程造价最少。 针对目标函数进行的优化设计都有条件和相对的，即为“最满意解”而不是最优解。

2.1.3 对约束条件进行确定

对于房屋的结构的设计优化来说，必须在确保结构整体可靠的基础上，对优化设计相关的约束条件进行相应的确定，设计优化的约束条件主要包括裂缝宽度约束、结构强度约束、尺寸约束、构件单元约束、应力约束、结构体系约束、从可靠指标约束到确定性约束条件以及从正常使用极限状态下的弹性约束到最终极限状态的弹塑性约束等约束条件。在进行结构设计的时候，我们必须对目标约束条件与实际的约束条件进行相应的比较与分析，确保每个约束条件都必须满足相应的要求，化繁为简，抓大放小，以实现最佳的设计。

2.2 对优化设计的计算方案进行设定

根据可靠度进行的房屋结构的优化设计具有多约束且非线性的优化问题以及复杂的多变量，在进行相应的分析计算中，一般把有约束的优化问题转换成无约束优化问题的求解。常用的优化设计的计算方法有拉格朗日乘子法、复合形法、准则法以及Powell（鲍威尔） 法等基于不同理论准侧的计算方法。

2.3 进行程序的相关设计

针对具体的工程设计，我们可以根据不同的设计要求选择有限元分析软件或者设计配筋软件，可以选择针对具体构件进行有限元分析或者是针对整体结构实际工程计算分析。针对复杂的超高超限的工程可以进行专门的不同目标函数的优化设计，具体可选用结构优化设计系统MCADS。

2.3 结果分析

我们必须对相应的计算结果进行必要的分析比较，选择出最佳的设计方案。在这个过程中，我们对出现的问题必须全方位、多角度的考虑。例如，钢结构满应力设计中病态杆的出现等。这一步骤在建筑结构设计优化中尤其重要，合理的选择设计方案，不仅能够确保结构的美观、安全性、合理性以及实用性，还能够对施工中的资金的投入有着重大的影响。在结构设计优化中只强调经济性要求，而忽略技术要求，是不正确的；同样只考虑技术要求，忽略经济性要求，也是不合理的。我们必须在满足现行规范的前提下，区分“应”和“宜”，对两者进行合理的配置，才能达到相关要求。

3 结构设计优化技术的实践应用

当下，限额设计已经成为常态，建设商经常附加各种各样的设计条件，对于这样的项目我们可以从前期设计、整体设计、旧房改造以及抗震设计等方面采用结构设计优化设计的方法来节约造价。下面对实践应用中的问题进行简单的说明：

3.1 结构设计优化应注意前期参与

前期方案直接会影响到工程的造价，然而很多建筑物的设计往往忽略了这一点。项目立项后，结构师应该及时跟进，对建筑方案提出合理的指导意见，避免出现超限、超规范的情况，前期参与能够让我选择合理的结构形式以及合理的设计方案，节约造价占50%以上。

3.2 概念设计结合细部结构设计优化

在没有具体数值量化的情况下，我们可以使用概念设计。例如，对地震的烈度进行设防时，由于它存在这不确定的因素，所以我们无法找到与实际相符合的计算式，所以在进行设计优化的时候我们可以使用概念设计的方法，把相应的数值作为参考与辅助相关的依据。同时在设计过程中，相关结构设计人员必须合理并灵活的使用结构设计优化的方法，从而达到最佳的效果。

在设计过程中必须对细部的结构进行相应的设计优化，物尽其材。例如，竖向柱构件采用高强度混凝土能够有效减少柱子截面，而对于水平构件来说就可以降低混凝土标号，这样既可以达到受力要求，又可以节约成本。后期的优化设计和细部结构精细化设计能节约一定的经济成本。此阶段通过优化设计能节约造价10%以上。

3.3 下部地基基础结构的设计优化

基础的设计尤为重要，基础造价能占到结构成本的30%左右，在地基基础的结构设计优化中，我们必须选取合适的基础方案，确定合理的持力层，尽量选择天然地基，桩基能不用则不用，可以有效降低成本、节约工期。如果不可避免的采用桩基，需根据桩端持力层的厚度选择合理的桩长，并根据土层情况确定是否采用后压浆灌注桩；而对于管桩，同样直径可以考虑选用方桩，能够提高20%的摩擦力。通过对多种设计方案进行必要的分析比较，然后选取最佳的设计方案。

4 结语

对于住宅建筑，目前限额设计已经成为常态，传统的结构设计理论与方法已经无法满足建设商的要求，在目前的设计中采用优化设计已经成为无法回避的问题。通过选择合理的结构体系以及基础方案，充分利用材料强度，降低自重，活学活用规范做到精细化设计能够节约可观的工程造价，适应建设绿色可持续发展社会的要求。

参考文献

[1]张炳华.土建结构优化设计[M].上海：同济大学出版社，2008：34-36.

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基金项目:本项目为2014年省科技厅科技计划项目承担的“基于ANSYS的门式起重机金属结构的力学性能分析及优化研究”的研究项目，（编号为：20142BBE50009）

集装箱起重机中最为复杂的故障是门架变形，其中，门架的下挠变形，对起重机的正常运行危害最大。本文采用有限元分析软件ANSYS建立了起重机的有限元模型，对其进行结构应力分析、模态分析，从应力分布和应力集中两个方面对该起重机进行评价和校核。

1起重机门架结构有限元模型的建立

集装箱起重机门架是由标准型钢构成，结构对称。首先建立起重机门架整体三维模型。

1.1起重机主要性能参数。该起重机主要性能参数为：额定载荷320T；跨度25m；桁高12m；起升速度9.5/19 m/min；最大起升高度10/12m；小车轮距3035mm；小车质量5t；吊钩总重2T；材料全部采用Q235。门式起重机门架的主要结构与参数如图1所示。

1-前端梁 2-道轨 3-后端梁 4-主梁 5-前上横梁

6-后上横梁7-门腿 8-底横梁

1.2起重机有限元模型单元选择

采用ANSYS中的三维梁单元，划分单元建立有限元分析模型。门架结构有限元模型划分后的单元95401个，节点数182120。图2为该起重机划分单元后的有限元网格模型。

2应力分布分析

2.1固定载荷

按图1所示的工况位置，要求额定起门力：工况1（16T）、工况2（在门架中间带运行吊重11T运行）工况3（10T）、工况4（9T）、工况5（（悬臂处5T）；规定起重机主梁方向为Z方向，垂直地面向上方向为Y方向，X向垂直于起重机平面。

2.2移动载荷

起升载荷16T，同时，取动力系数1.25；起重机自重，在建模过程中单位采用SI（MKS），取重力加速度g =10；抓斗和小车结构自重共为5T；水平惯性载荷：根据有关文献，取加速度0.13 m/s2，取加速度放大倍数1.5。选择对门架最危险的工况1、工况2和工况5载荷组合进行分析，如果这三工况没有问题，其它工况也就没有问题。

2.3计算结果分析

1）小车在工况1起吊16T额定载荷时，由图3~6所示。

由上各工况的位移、等效应力数据分析可以看出：

（1）X方向最大位移为9.566，最大位移发生在小车位于工况2上，满足规范要求的；

（2）Y方向最大位移为11.658，最大位移发生在小车位于工况5上，位移动载数值过大；（3）Z方向最大位移为13.98，最大位移发生在小车位于工况5上，最大位移13.98；

（4）最大等效应力为333MPa，最大等效应力发生在小车位于工况5上。

2.4方案优化设计比较

重新对图2进行结构优化，在ansys中进行一系列的操作，得到有限元模型有95300个单元，181367个节点，称为方案2，比较后发现，门架结构和受力上没有什么变化，只是将主梁悬臂端变为一梯形结构，也就是说只进行小车工况5时（在悬臂端）的计算即可。

通过现场实际测量，如表4所示。数据表明，实际测量值与有限元分析计算结果比较吻合，有限元分析结果有较高的计算精度。

3结论

本文研究的对象为集装箱门式起重机门架，采用有限元分析软件ANSYS对门架进行分析，并在原来的基础上进行优化设计，达到了以下目的：

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中图分类号：S611 文献标识码： A

1 引言

电梯轿架的主要功能是支撑整个轿厢系统，载着轿厢在曳引钢丝绳的作用下沿着电梯导轨上下运行，它要具有足够强度的同时也要保证轿厢内乘客乘坐舒适，且要有与安全制动装置相配合的机构来保证特殊状态下乘客的安全。一套设计合理的产品须满足如下几个基本要求：

1）结构、功能及强度要求

2）使用性能要求。

3）标准化及成本、工艺等要求

以下以轿架上横梁设计为例，介绍最优化方法和CAE有限元分析方法在电梯结构设计方面的具体应用。

2 上横梁受力分析及结构选型

在轿架系统中，上横梁需承受所有的重量，所以上横梁所用物料的结构形式和尺寸参数是设计的关键所在。 以载重1600kg轿架设计为例，其中轿架各部分重量分布如下表：

表2.1系统配置参数

2.1 截面选型

上横梁承受的主要载荷类型是弯矩，因此要优化截面类型就要选择截面面积最小且抗弯系数最大的截面形状。截面形状为简单的矩形时（矩形高度为h，宽度为b），截面的抗弯系数为

ABC

图2.1三种常见上横梁截面

取3种截面的高度尺寸相同，在相同面积下比较其惯性矩及抗弯截面系数，根据截面惯性矩如下计算公式及具体截面的惯性矩算法可对图2.1三种截面抗弯系数进行对比。

（以上公式：即面积元素A对Z轴的惯性矩为：面积A与其到Z轴的距离平方的乘积。）

经比较，截面A和C的惯性矩和截面抗弯系数在高度和面积相同的情况下大于截面B，考虑到结构的加工工艺，截面A加工较C更为简单，所设计的上横梁基本结构型式如下图2.2所示（图右为上横梁横截面示意图）。

图2.2 上横梁结构型式及横截面示意图

2.2 上承重梁受力情况分析

取单根梁为研究对象，上横梁长度为L，其受力简图如下图所示：

图2.1 上横梁受力简图

单根梁所受力为：

2.3截面模量计算

为便于计算，将上横梁槽钢截面简化分解成如图2.2所示的模块，其中上横梁高度为h，宽度为b，厚度值为t，分别计算截面3个部分的惯性矩得：

上横梁所受应力为

3参数优化及有限元分析

3.1 上横梁结构参数优化计算

结构优化的目的是为寻求零部件结构参数的最优配置，力求综合满足各设计目标。如使所设计的部件在强度满足时，具有更小的原材料消耗量，最佳的制作装配工艺等。根据引言所述的设计目标以及对上横梁的受力分析，确立上横梁结构参数的最优化数学模型如下:

其中优化目标为：上横梁重量最小，对应的目标函数为：

约束条件1为：最大应力小于材料屈服极限235MPa，其对应的约束条件为：

约束条件2为：上横梁的最大挠度σ≤【σ】，其中【σ】为上横梁最大容许挠度，【σ】=3，其对应的约束条件方程为

根据设计经验，初步确定上述各参数变化范围为：

根据表2.1所列出的电梯轿厢的各部分重量值，计算得出作用在上横梁上的总重量为：

又由文中2.2对上横梁的受力分析所得，单根梁所承受的力和弯矩分别为

将上述公式所计算值代入目标函数及约束条件，并在matlab中应用数值搜索和穷举法对优化方程进行求解得：

t=8.32mmb=76.8mm h=230.6mm

当上横梁截面参数取上述3个值时，满足优化优化目标，此时为参数的优化值，即保证零件强度的情况下，材料重量最小。

因此，根据GB型材标准，选用厚度的槽钢作为载重1600kg轿架上横梁材料。此时，根据式3.1函数，计算的上横梁的实际重量为

按优化计算值，在solidworks中创建上横梁实际结构模型，测得上横梁实际重量值和惯性矩分别为：

此为优化的最终结果。

3.2优化解的有限元验算

根据3.1中对上横梁横截面参数优化计算得出的最优解，在solidworks中，创建上横梁结构的简易模型，并依据对上横梁的受力分析，在ansys 12.0环境下对该参数下的上横梁进行结构静力解析，得出的结果见下图3.1。

图3.1 上横梁ansys仿真结果图

从图3.1可以看出上横梁的最大应力为211.46MPa，为压应力，而最容易引起破坏的拉应力的为81.67，均小于材料Q235的屈服强度极限，由图右的应变示意中，上横梁的最大变形为2.7263mm，小于容许挠度【σ】=3，因此优化计算得出的截面参数t=9，b=80，h=250合格。

4结论

在电梯行业中，现代设计理论和方法的使用也越来越多，本文应用最优化思想和现代CAD/CAE手段以电梯轿架零部件上横梁为例，说明了优化设计和有限元方法在电梯部件结构设计中的应用。

参考文献

[1] 傅海明.电梯轿厢的ansys优化设计.机电信息.2012（6）

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在建筑设计的工作中，通常需要进行建筑设计方案的优化，建筑设计方案优化的工作开展是在建筑设计的招标工作完成之后，中标的设计单位需要与建筑的建设单位进行接洽，对于建筑物种的一些细节进行必要的探讨，对于建筑设计中的不合理的地方进行优化，这是建筑工程中非常重要的一项工作，本文就针对建筑设计方案的优化工作中的相关问题予以分析探讨。

一、开展建筑设计方案优化工作的意义

在建筑设计方案的招标的过程中，中标的设计方案会在一定程度上优于其他方案，但并不是说中标的方案是完美的，因为在建筑方案的设计过程中不允许设计单位与建设单位之间有过多的交流，这就使得设计人员在进行建筑方案的设计过程中，不能完全的与建设单位进行设计思想的交流，在这样的情况下设计出来的方案是很难完全符合建设单位的设计要求的，另一方面，为了加快招标的进度，通常在招标的过程中都要求设计单位进行概念设计方案，对于建筑中的具体的细节在设计方案中并没有反映，确定中标方案之后再进行设计方案优化是非常有必要的。

现代的建筑项目在建设的过程中，要考虑的影响因素非常的多，法规、景观、环保、交通等各种内外部的制约条件都需要全面的考虑，在招标的初期，没有设计方案的初期模型或效果图，建设单位很难就此提出详细的要求，对于建筑风格、功能需求等的描述往往是一个模糊的概念，在确定中标方案之后，还需要对建筑设计中的各项技术要求进行进一步的细化，确定出详细的建筑设计方案。

在建筑设计方案的招标过程中，参与竞标的设计方案是各种各样的，招标的过程同样是一个集思广益的过程，在招标的过程中，能够发现各种设计方案中的亮点，以及有使用价值的设计思路，在招标工作结束之后，中标的单位，能够通过与其他设计单位进行比较，找出自身的设计方案中的不足，对自己的中标方案进行改进与优化，由此可见，进行建筑设计方案的优化是有重大的意义的。在一些大型的复杂的建设项目中，设计方案的优化已经成为必不可少的环节，在建筑设计方案的招标工作结束之后，建设单位不能忙于开始建设工作，要对设计方案进行深入充分的优化，对于设计中的各项工作予以明确，这样才能为后续的工作打好基础，有利于后续工作的顺利开展。

二、建筑设计方案优化的原则及方法

建筑设计方案的优化是建筑设计工作中的重要的组成部分，开展建筑设计方案的优化是非常有必要的，但是有的建设单位在开展建筑设计方案的优化的过程中，采取了错误的方法，导致对招标方案的改动不仅没有起到设计方案优化的作用，反而使原有的设计方案遭到了丑化，因此，在进行建筑设计方案的优化的过程中，要遵循一定的原则，采用正确的优化方式来开展优化工作。

1、自顶向下的开展优化工作

中标的设计方案大多采用的是概念设计，在设计方案的优化阶段要开展具体的、深入的方案设计，这时要首先进行宏观上的优化设计，对于本阶段需要完成的重要事项予以重点的关注，对于具体的局部的细节可以在工程的设计阶段进行详细的设计，在后续的设计工作中有可能会对一些早早确定的设计细节进行废弃，以达到优化的目的。

2、坚持中标设计方案中的核心内容，杜绝颠覆性的方案修改

大型的项目建设中的中标方案是受到建设单位的高层的领导的认可的，并且在法律中是具有明确的规定的，在建筑设计方案的优化工作中，不能对设计方案进行颠覆性的修改，只能充分的挖掘原有方案中的亮点。

3、方案优化的过程中应该选用专业的设计人员

在建筑设计方案的优化工作中，很容易出现对中标方案的丑化现象，造成这样现象的因素有很多，但是其中的主要的影响因素是非专业因素的影响，很多建设单位的领导强行的将自己的主观意识应用于建筑设计的方案优化中，对建筑设计师的设计空间有了一定的抑制作用，建筑设计方案的优化工作要能够保证优化之后的方案具有合理性与科学性，这是一项具有很强的专业性的工作，建筑师在方案的优化工作中要能够运用专业的技术手段与方法，在优化工作中起到主导的作用，建设单位要给予建筑设计师充分的优化权力，促进优化工作的顺利进行。

三、建筑设计方案优化工作中应该注意的要素

1、建筑设计方案优化工作中的成本要素

在建筑的设计中对成本指标必须严加控制，在建筑方案的设计阶段，设计单位关注的是建筑成本的估算，但在建筑设计方案的优化阶段，需要结合中标方案中的各项设计内容，对成本要素进行分析，并开展基于成本的各项技术指标的协调工作。

2、建筑设计方案优化工作中的功能要素

在方案的优化阶段，建筑设计方案的初步形态已经显现，这时需要对中标方案中的功能要素进行分析，并对相应的功能要素进行验证，在对功能的梳理、分析的过程中，往往会激发出新的创意及想法，使得建筑设计方案中的功能要素更加的完善。

3、建筑设计方案优化工作中的文化要素

建筑设计中的文化要素通常难以用具体的语言来进行描述，但是其涉及的范围十分的广泛，涉及到建筑单位的组织文化、风格定位、地域风情、民族、文脉、历史等各方面的内容，建筑设计中的难点之一就是对建筑物的文化要素进行正确的把握、合理的表达，要想在招标工作中，设计方案得到认可，对文化要素进行独特的诠释是非常重要的，在设计方案的优化阶段，同样需要对建筑设计中的文化要素进行反复的推敲、论证，对建筑物进行准确的文化定位。

结束语

为了保证建筑工程设计的质量，很多大型的建筑项目在进行设计方案的选择的过程中，都会以招标的形式来进行，而建筑设计方案的优化逐渐成为建筑项目的设计过程中必不可少的程序，对建筑设计方案进行科学合理的优化，能够有效的提升建筑项目中的设计方案的质量，这就需要建设单位重视建筑设计方案的优化工作，在优化工作中遵循优化原则，选择正确的方法进行设计方案的优化。

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中图分类号：TP393 文献标识码：A 文章编号：2095-1302（2017）05-0-02

0 引 言

模拟集成电路设计通常分为三个步骤[1-3]：首先根据电路性能要求选择合适的电路拓扑结构，然后设计电路参数，最后设计版图并验证。而最为重要的是前两步。在选好一个电路拓扑结构后，如何完成电路的参数设计，即根据预期的电路性能参数来确定电路中器件尺寸、电阻、电容等参数的取值非常重要。传统的设计方法首先根据电路设计指标列出方程，从方程中计算尺寸并进行仿真。如果所得结果不符合要求，则需更改方程得到新的器件尺寸继续调试，不断重复直至符合电路要求。这一过程繁琐、冗长且难以保证结果，是模拟电路设计效率难以提高的主要原因。

目前，电路领域提高电路设计效率的方法主要是基于优化的方法。基于优化的方法是将电路性能指标作为优化的目标函数，利用函数优化的方法来完成电路设计。一般优化设计方法有两种，即基于方程的优化和基于仿真的优化。基于方程的优化中目标函数由解析公式计算而得，虽然优化速度快但精度低。基于仿真的优化中目标函数通过电路仿真获得，虽然精度高，但计算量大，优化速度慢。

如何获得精度与基于仿真方法相当的准确解，又使计算量不致过大，是近年来电路优化研究领域备受关注的课题。人们虽采用多种方法尝试，但最常见的是先构造电路性能指标的宏模型，再进行优化。宏模型的计算相当于一个解析式的计算，因此可较快完成，只要宏模型构造得当，精度可达到与仿真接近的程度。需要研究的主要问题是宏模型的形式，如简单多项式、统计回归、神经网络与模糊逻辑、SVM等，及宏模型的构造算法。

本文采取的方法是一种基于方程与误差增量模型的混合优化方法，可大幅减少仿真器的调用次数，降低计算成本，同时又具备与基于仿真方法几乎相同的精度。方法的主要思想是以基于方程的优化结果作为出发点，通过构造电路性能准确值与解析近似之间的差值增量模型，求解一系列误差不断减小的近似优化问题，通过迭代逐步获得问题的准确解；每一次迭代在上一次优化解附近构造新的差值增量模型再调用优化算法，相当于采用基于方程的方法求解，因此速度很快；电路仿真只在构建误差增量模型时需要，而一次迭代解附近的误差增量模型一般用二次多项式近似即可，因此所需仿真次数不多。整体上可达到既减少仿真次数，又不影响精度的目的。我们称这种方法为基于误差增量模型的优化方法。

1 基于误差增量模型的优化

电路性能指标的解析表达虽然存在误差，但大致反映了性能随设计变量的变化情况。将其准确值表达为：

f（x）=fa（x）+fd（x） （1）

其中，fa（x）是性能的近似解析表达，fd（x）=f（x）-fa（x）是误差增量。基于这一表达，本文提出的基于方程与基于仿真的混合优化方法如下：

（1）用基于方程的方法进行一次初始优化，即求解：

（2）

获得一个近似最优解x0作为初始点；

（2）在点xk附近构造电路性能准确值与解析近似之间的误差增量模型，包括目标函数：

（3）

与约束函数：

（4）

由于只需在一点附近的增量误差近似，因此通常用二次插值即可构造这一模型[4]。

（3）求出如下题的最优解：

（5）

这一步的优化目标与约束函数均是解析计算，因此可以很快完成。

（4）重复步骤（2）、（3），直至该过程收敛。

这种混合优化方法的基本思想从基于方程的近似最优解出发，通过迭代逐步消除误差，与一般非线性问题的迭代求解类似。该方法的特点在于充分利用了电路的性能解析表达式。解析表达虽有误差，但包含了目标与约束函数的基本特性，反映了函数变化的总体趋势，降低了每次迭代时误差增量函数的复杂性，可用较简单的函数形式近似，也有利于设计者更好地理解优化过程。该方法既改善了电路性能解析表达式精度不高的问题，又可大幅减少仿真器调用次数，提高优化效率。

2 两级运放设计实例

以一个带米勒补偿的两级运放为例，说明利用该方法进行优化设计的过程。电路采用TSMC 0.35 μm工艺，其中CL=3 pF，VDD=2.5 V，VSS=-2.5 V，电路要求的性能指标见表3所列，考虑到的性能指标有功耗（Power），单位增益（Av），单位增益带宽（UGB），摆率（SR）以及相位裕度（PM）。CMOS两级运算放大器电路如图1所示。两级运放性能指标见表1。

图1 CMOS两级运算放大器电路

表1 两级运放性能指标

性能

指标 Av PM UGB Power SR Area

设计

要求 >70 dB >65° >10 MHz 10 V/μs

对该电路，性能的近似表达式为[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玫缏方行优化设计，采用Matlab工具箱中的约束优化工具fmincon，将功耗作为目标函数，表1中的其他性能指标作为约束条件，做基于方程的优化。为保证电路正常工作，需要对电路中的晶体管添加约束。对于NMOS管，有：

Vds≥Vgs-VT>0 （7）

对于PMOS管：

-Vds>VT-Vgs>0 （8）

除此之外晶体管需满足工艺库对器件尺寸的要求：

Wi≥1 μm， i=1，2，…，8

Wi≤195 μm， i=1，2，…，8

之后，利用误差增量模型进行优化设计，并以一次基于仿真的优化设计作为比较。基于方程的优化设计见表2所列，方程和误差增量模型的混合优化设计见表3所列，基于仿真的优化设计见表4所列。

表2 基于方程的优化设计

电路性能 参数 器件尺寸 参数（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 方程和误差增量模型的混合优化设计

电路性能 参数 器件尺寸 参数（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 基于仿真的优化设计

电路性能 参数 器件尺寸 参数（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

可见，利用基于仿真和方程的混合优化方法可以得到和完全基于仿真方法相近的结果。且通过表5可以看出，混合优化方法减少了仿真器的调用次数，提高了优化效率。

表5 混合设计和基于仿真设计的F-count比较

混合优化设计方法 基于仿真优化设计方法

F-count 136 335

3 结 语

本文提出了一种基于方程和误差增量模型的混合优化方法，即通过对性能误差建立二阶模型来建立新的性能方程。再采用Matlab的优化工具箱进行基于方程的优化。本文通过运算放大电路优化实例来验证该方法的有效性，且相较于基于仿真的优化方法减少了调用Hspice的次数，节约了时间。

参考文献

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

[2]代扬.模拟集成电路自动化设计方法的研究[D].长沙：湖南大学，2004.

[3]陈晓.工作点驱动的模拟集成电路优化设计方法研究[D].杭州：杭州电子科技大学，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.

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中图分类号：TU318文献标识码： A 文章编号：

在建筑结构设计的过程中，在基本满足建筑师设计意图的基础上，平面布置应尽量规则，对称，尽量缩小质量中心和刚度中心的差异; 使建筑物在水平荷载作用下不致产生太大的扭转效应。竖向布置上，在满足功能要求的前提下，尽量使竖向承重构件上下贯通; 能不使用转换层的就应避免使用，以减小结构分析和设计上的困难，另外也不经济，还容易造成应力集中;竖向刚度最好不要突变，而要渐变，否则突变处在水平荷载作用下会出现严重的应力集中现象。

1 结构优化设计的模型和方案

房屋工程分部结构优化设计包括: 基础结构方案的优化设计、屋盖系统方案的优化设计、围护结构方案的优化设计和结构细部设计的优化设计。对以上几个方面的优化设计还包括选型、布置、受力分析、造价分析等内容，在实施过程中，还应该按照一切从实际出发的原则，结合具体工程的实际情况，围绕房屋建筑的综合经济效益的目标进行结构优化设计。进行结构设计时，应在满足设计意图后，尽量使平面布置规则，缩小刚度和质量中心的差异，这样水平荷载就不会使建筑物有太大的扭转作用。竖直方向上应避开使用转换层，减少应力集中现象。

1．1 结构优化设计模型

结构设计优化就是在各种影响变量中选择主要参数，并建立函数模型，运用科学合理的方法得出最优解。结构总体的优化建立模型的大致步骤是: 设计变量的合理选择。通常的设计变量选择对设计要求影响较大的参数，将所涉及的参数按照各自的重要性区分，将对变化影响不大的参数定为预定参数，通过这种方法可减少很多计算编程的工作量。目标函数的确定。使用函数找出满足既定条件的最优解。最后，约束条件的确定。房屋结构可靠度优化设计的约束条件，包括了应力约束、裂缝宽度约束、结构强度约束、尺寸约束、从正常时的极限状态下弹性约束到终极状态的弹塑性约束、从可靠指标约束到确定性约束条件等。设计中，要保证各约束条件必须符合现行规范的要求。

1. 2 房屋建筑结构设计的基本方法

(1) 当结构平面图在绘制结构平面布置图时，需要输入结构软件进行建模。建筑物根据设防类别、烈度、结构类型和房屋高度进行相应的计算和构造措施要求。注意“地震作用”、“抗震措施”与“抗震构造措施”，提高地震作用，则结构的各构件均全面增加材料; 抗震措施指除地震作用计算和抗力计算以外的抗震设计内容，包括抗震构造措施，其中的一般规定及计算要点中的地震作用效应(内力和变形) 调整的规定均属于抗震措施，提高抗震措施，着眼于把财力、物力用在增加结构薄弱部位的抗震能力上，是经济而有效的方法; 抗震构造措施指根据抗震概念设计原则，一般不需计算而对结构和非结构各部分必须采取的各种细部要求。设计中需要注意受压和局部受压的一些问题。

(2) 屋顶(面) 结构图当建筑是坡屋面时，结构处理方式有梁板与及折板式两种。梁板式适用于建筑平面不规整，板跨度较大，屋面坡度及屋脊线转折复杂的坡屋面，折板式适用于相反的条件。两种形式的板均为偏心受拉构件。板配筋时应有部分或全部的板负筋拉通以抵抗拉力。板厚基于构造需要一般不宜小于120 厚。至于坡屋面板的平面画法，通常使用剖面示意图加大样详图的表示方法，这样更便于施工人员正确理解图纸。正确绘图和设计的关键是设计人员真正的心知肚明，结构设计者必须要具备一定的空间概念，正确理解建筑图纸和意图。设计的图纸方能让施工人员明白。由于屋面的起坡会造成阁楼层的部分墙体超高，要结合门窗顶设置圈梁来降低墙的计算高度。

1．3 结构优化设计方案

结构设计优化设计多个变量、多个约束条件，属于一个非线性的优化问题，设定计算方案时，常将有约束条件转变为无约束条件来计算。常用的方法有拉氏乘子法、符合型法等。完成计算方案的设定后只需编制相应适用的运算程序即可得到我们的最终优化结果。

2 结构设计优化技术在应用中的几个问题

结构设计优化方法应用于实践之中，是目前一个比较广泛的课题，利用结构优化的方法在不改变适用性能的前提下达到降低工程造价的目的。结构设计优化设计应用于项目的整体设计、前期设计，旧房改造，抗震设计等设计的各分部环节，发挥着巨大的效益。在按照结构设计优化的方法及模型进行实践的过程中，要注意下面的几个问题。

2．1 前期参与

因为前期方案的确定直接影响建筑的总投资，而现在存在的普遍问题就是前期方案阶段结构设计并不进行参与，建筑师进行建筑设计时大多并不考虑结构的合理性以及它的可行性，但是建筑设计的结果却直接对结构设计造成影响，某些方案可能会增加结构设计的难度，并使得建筑的总投资提高。如果在方案的初期，结构优化设计就能参与进来，那么我们就能针对不同的建筑类别，选择合理的结构形式，合理的设计方案，获得一个良好的开端。

2．2 细部结构设计优化

概念设计应用于没有具体数值量化的情况，设计过程中需要设计人员灵活的运用结构设计优化的方法，达到最佳的效果。与宏观把握相对应的，设计的过程同时要注意对于细部的结构设计优化，比如现浇板中的异形板拐角处易出现裂缝，可划分为矩形板。注意钢筋的选择，I 级钢和冷轧带肋钢市场价格差不多，但是他们的极限抗拉力却相差很大，所以在塑性满足要求的情况下，现浇板的受力钢筋就可选择冷轧带肋钢筋。在做里面设计的时候，外立面上的悬挑板及配筋，满足基本的规范要求即可，达到既安全又经济的目的。

2．3 地基基础结构设计

地基基础的结构设计优化首先要选择合适的方案，如果为桩基础，那么要根据现场地质条件选择桩基类型，尽量节省造价。桩端持力层对灌注桩桩长的选择影响很大，应多进行比较以确定最合适的方案。

3 结构设计优化的的功用

3．1 降低总造价

进行结构优化设计中，多层住宅和高层住宅相比较，层数越多，总建筑面积增大，单位建筑面积占用的土地面积就越小，节约了用地成本，但建筑层数的增多，建筑总高度也会加大，楼与楼之间的间距也要加大，这时占用的土地节约量就不与建筑层数增加比例相同了。对于基础部分而言，虽然也是各层共用的，但是层数增加，传给基础的荷载将会增大，我们需要增大基础，这样单位面积的造价有所降低，但是却没有屋盖的效果那样明显。

3．2 提高建筑结构经济性

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1、房屋建筑结构设计优化原则

1.1、安全性

在房屋建筑结构优化的过程中的过程中首先要考虑的就是稳定性与房屋建筑结构的安全性，并且在优化时要尽量节约房屋建筑结构的优化成本，在进行优化方案设计的过程中要紧跟当今社会所倡导的绿色健康无公害的步伐，积极将健康绿色的理念引入到房屋建筑设计的方案中。另一方面房屋建筑优化结构设计也应积极响应国家所倡导的节能理念，要充分利用自然能，设计时应充分考虑怎么设计才能让自然能发挥其最佳的效果。

1.2、环保性

房屋基础结构直接关系到房屋结构的整体功能和稳定，因此在基础结构设计环节中要全面应用建筑结构设计优化方法，对地基地质、桩基类型、基础结构等方面的设计进行全面地控制，合理确定桩基工程的形式，把握桩身长度和直径，优化基础结构的方案，确定基础结构、施工技术和资金投入的平衡点，在全面进行建筑结构设计优化的基础上，提升和保证房屋整体结构强度、结构稳定性。

1.3、经济性

考虑开发商的经济效益设计师们在优化结构时，也要考虑建筑项目资源分配的最优化，尽力的为开发商节约资源和成本。

1.4、创新性

实验一些新的结构和思路建筑设计师在对建筑结构设计进行综合考虑时，需要充分结合之前的经验和教训，大胆的进行创新，实验一些新的结构和思路，不断引进新的技术。总之，要注重使得其设计的建筑作品在优化的同时也要具有实用价值。

2、房屋建筑的结构设计优化方法

2.1、建立结构优化模型

结构优化设计通常情况下分为两部分，一部分是结构优化设计模型，另一部分就是结构优化计算方案。所谓的结构设计优化就是变量中选择出主要的参数，然后根据数据分析建立起函数模型，运用函数模型借助较为科学的方法计算出最优解。建立模型的步骤一般有以下几步：一、选择合理的设计变量。设计变量的选择对于模型的构建具有重要的意义，设计变量的选择将会影响到对设计要求影响较大的参数的选择，进一步涉及到参数重要性的区分问题。选择出了合理的设计变量在很大的程度上能够减少计算编程的工作量；二、确定目标函数。首先找出满足函数条件的最优解，然后确定约束条件。在房屋的优化设计中存在着很多的约束条件，其中有：应力约束、裂缝宽度约束、结构强度约束、尺寸约束、从弹塑性约束等，在进行优化设计时要确保所有的约束条件都在规定的范围内，能够满足设计规范，即在规范条件内满足约束条件。

2.2、设计计算方案和程序

在进行结构优化中，设计人员应保证计算方案合理优化。在这个过程中，涉及很多约束条件和变量，所以在设计人员在进行计算中，要了解这些约束条件，然后进行合理的分析，最后考虑工程的变量，运用数学计算方式，进行优化设计。在模型建立和设计方案确定后，设计人员要根据设计方案制定相应的程序，然后将这些变量录入到计算机中，然后有设计变动，就要在基础结构上进行改写，将新的程序录入到计算机中。计算机在计算中只需要相关编程数据，然后计算出对应的结果。

2.3、认真分析统计结论

设计师在进行大量复杂的计算之后，要认真对统计结果进行分析，并找出各个设计方案所得结果的异同，综合考虑设计情况与进展确定最优设计方案。在进行结论分析时，设计师还有对一些细节问题多加留意。房屋的建设是一个漫长的过程，需要消耗大量的人力、物力，建设成本对于建设单位的利益和房屋使用者的利益都有很大的影响。因此，设计师需要在把握细节的基础上，从宏观上把握当事人的利用，有效节约建设成本，进一步优化建设方案。在进行建筑结构优化设计时，设计师要杜绝脱离建筑实际，盲目追求创新的现象。同时，设计师应当具有全局意识，一切从企业、人民的利益出发。

2.4、灵活运用建筑结构设计规范

设计人员需要全面理解规范条文，正确灵活的运用建筑结构设计规范。例如在规范中对剪力墙设计的要求是剪力墙需要上下贯通，剪力墙的布置位置最好是在结构的，因为这样可以增强结构的抗扭作用，从而让建筑结构的刚度有连贯性且变化情况稳定，但是作为一个优秀的工程结构设计师，应该灵活运用这个要求，不仅要考虑规范的要求，还需要考虑温度对楼层的影响，从而控制剪力墙的间距，防止剪力墙裂缝增大而增加建筑结构的不安因素。

2.5、具体设计要点把控

2.5.1、主体优化

房屋建筑的上部结构设计应当建立相应的模型并进行系统的优化。整个过程最先一步就应当合理地设置剪力墙，保证剪力墙整体的质量是均匀的，这样能将楼层中平面刚度的中心点重合于楼层整体的结构重心，从而减少地震或者风力等对其的破坏性。在房屋建设时，如果条件允许，要尽可能地对剪力墙进行大开间的构造，加长剪力墙的墙肢长度，这样就能减少墙肢的数量，还能在符合标准的基础上减少混凝土的使用。

2.5.2、结构细部优化

对于房屋建筑结构来说，一定要重视房屋建筑的分部结构优化工作。首先，在建筑物进行前期设计时，就应该深入考虑方案的合理性，为后期结构设计做好铺垫，才能完成合理完整的建筑物。与此同时，中国有句老话叫“千里之堤毁于蚁穴”，说的就是重视细节的道理，主体结构构建好了，但是如果局部位置出现问题，将危及整座建筑物，结构细部的优化工作包括了结构细部的设计工作，如平时我们工作中给常见的矩形现浇板做设计时，需要对其先做分析，避免在拐角处有裂缝，这都是细节，但如果不注意，引起的后果将不堪设想。

2.6、注重利用计算机技术

通过建筑结构优化设计和计算机技术的结合，设计师利用计算机仿真的设计优化方法对建筑结构优化设计带来了很多新的思路。建筑设计师能够利用计算机软件建立各种便于分析的模型并通过计算机的优化计算为设计师提供精确的数据最后达到建筑设计的优化。计算机技术的运用可以说把建筑结构优化设计这样一个工程的问题转变成一个数学的问题。特别对于大型的复杂的建筑结构设计中，计算其技术拥有人脑不可替代的优势。对于一些超高建筑的抗震、抗风等等设计问题计算机技术的合理运用能够分析得到很多精确的数据为建筑设计师在具体的设计中提供可靠的参考数据，可以大大提高建筑设计师的工作效率。

总言之，现今随着我国建筑工程项目的逐渐展开，有关建筑结构优化设计的问题将更加的突出，为了有效的适应城市的整体美观规划，相关人员要不断强化对建筑结构的优化设计在房屋结构设计中的应用，在保证建筑基础功能的基础上进行设计，提高建筑主体的质量，已最终满足人们对房屋建筑的现实需求。

参考文献

[1]何冬霞.建筑结构设计优化方法在房屋结构设计中的实际应用[J].中华民居（下旬刊），2013，10：18-19.

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前言：社会生活水平提高，对建筑实用性以及经济性提出更高要求。在建筑设计时，根据实际需要对房屋结构设计进行优化，从而保证房屋结构的经济合理性，并且能够增加建筑本身的美感。为此，下文对建筑结构设计优化方法进行详细介绍，立足于结构设计优化的原则，结构优化不仅要符合社会的基本需求，还要在原有建筑基础上进行创新。

1.建筑结构设计优化方法

1.1原则

1.1.1符合社会需求

建筑结构设计优化方法要立足于社会发展，并符合社会发展的要求。首先，为了满足人们的基本日常生活功能，向人们提更加舒适的生活环境以及生活条件，建筑结构设计优化方法更加人性化。其次，在结构设计优化中，需要将建筑的环保以及人们生活的安全放在首要位置，做到建筑结构优化真正为人民服务[1]。

1.1.2创新性与经济性

结构设计优化的出现缓解了建筑结构中的漏洞，改善其不足之处，因此建筑设计师应该在充分考虑设计之后总结经验，并对建筑结构大胆创新，不断采用新型科学技术。但是需要注意的是建筑设计优化要更加实用。此外，还要充分考虑建筑设计的经济效益，实现资源配置最优化，尽量为开发商节约成本，合理利用资源[2]。

1.2建筑结构设计优化方法的重要性

对建筑结构进行合理的优化，对房屋结构设计来说具有重要意义，它不仅能够在人们生活中实现实用性与美学相结合，还对建筑设计工程造价能够有效控制。对于建筑的投资来说，投资少，收益多是建筑发展的经济目标，然而在这样的基础上对建筑设计开展科学合理的结构优化设计是设计的重要举措。与传统结构设计相比，运用设计优化的建筑工程能够减少很多工程造价，结构设计优化能在各个环节中起到最佳协调作用，并能够对材料进行合理利用。结构设计优化不仅能够提高建筑的安全系数，还能增加建筑设计的实用性。对建筑结构设计进行优化之后，企业能够获得更高的经济效益。房屋结构中各个单元实现有机结合，从而提高了建筑的质量，为人们的生活安全带来保障[3]。

2.建筑结构设计优化方法步骤

2.1结构优化模型建立

2.1.1设计变量选择

将对建筑结构有影响的参数视为设计变量，如损失期望、结构造价等。将影响作用小，变化范围小的参数视为预定参数。

2.1.2目标函数

在进行建筑结构设计优化时，需要寻找到能够满足预定条件的截面几何尺寸、钢筋的截面积以及一些相关的概率函数，减少工程造价。

2.1.3确定约束条件

对房屋结构设计优化而言，需要提高结构的可靠度，并制定相关的设计优化约束条件。其中主要的条件有：建筑裂缝宽度约束、结构强度约束、尺寸约束、结构体系约束以及弹性约束等条件。在实际的结构优化中，需要设计师对目标约束条件与实际的约束条件反复进行对比与分析，保证工程能够遵循具体要求，从而实现最佳设计[4]。

2.2方案制定与程序设计

设计师在进行分析计算中，将约束问题转化为无约束问题的求解，其中最常见的优化方法有Powell、复合形法等，根据计算方法可以编写出运算速度较快的综合应用程序。

2.3分析结果

设计师需要根据最佳的计算结果选择出合理的设计方案，并对问题进行多角度考虑，合理的设计方案能够保证建筑结构美观、安全以及更加实用。在结构设计中应该主张经济节约，并充分重视技术上的问题，需要设计者将建筑设计优化兼顾实用性与经济性。

3.结构设计优化技术的实践应用-以A地区建筑为例

3.1 A地区住宅房屋概况

A地区住宅整体高度为17层，建筑的主体采用钢结构框架的剪力墙形式。在对实际情况进行考察并对现场建筑场景进行分析之后，对该住宅建筑使用结构优化设计方案，结构优化对传统结构设计模式进行改造与创新。在结构设计中主要以人力施工为主，采用计算机辅助设计方式，对施工中的各个环节进行优化，使得整体建筑设计实现了全局合理性优化。与结构优化之前作对比，建筑在设计方面更加的合理，减少了建筑成本，降低工程造价。

3.2直觉优化

直觉优化技术是指与建筑设计在同一方案中，可以实施诸多不同的结构布置设计，例如，在确定了结构设计优化的A地区住宅中，同种荷载下也可以有很多不同形式的分析方法。在具体的结构分析中，设计参数、荷载的取值以及材料都不是唯一的，在建筑的内部细节处理也不尽相同，这些问题计算机不能处理，需要相关设计人员作出分析与判断[5]。

3.3对A区住宅建筑优化设计的前期处理

对房屋建筑结构作出设计需要最优化的设计方案，在房屋结构设计前期，工作人员应该积极参与其中，并对工程的实际情况充分了解，对建筑结构以及框架作出合理选择。一个好的设计方案是房屋结构设计的保障，在对A地区建筑进行结构优化设计的过程中，需要相关设计人员能够严格遵守设计方案，不仅需要对设计方案细节了解，好需要对工程环境的合理性作出判断，并在结构不规范之处作出调整。

3.4 A地区房屋结构组成优化

3.4.1混凝土结构裂缝

A地区房屋结构主要以钢筋混凝土结构组成，难免会出现混凝土结构裂缝，因此，需要对混凝土结构裂缝进行优化设计，对混凝土结构进行受力分析，分解到结构构件中的细节中，对进行数据结构处理，计算出混凝土框架最优化结构。

3.4.2基础拉梁结构优化

为了提高房屋建筑的抗震效应，需要对建筑的基础拉梁进行设计优化。首先，在进行拉梁设计优化时，必须要确定建筑地址的防烈度，然后设计师对建筑拉梁的长度和横截面积进行确定。在结构设计中为了保证建筑的抗震结构和建筑拉梁钢筋混凝土框架保持一致，需要减少设计中钢筋的利用率，从而能够使拉梁优化设计效果达到最佳。

结论：综上所述，建筑结构设计优化能够促进建筑品质不断提高，实现了人们对居住环境的高标准以及高要求。随着建筑行业不断发展，建筑结构优化设计作用突出，在形式上能够适应城市发展的美观规划，在经济上减少成本，提高资源使用率。然而，建筑结构设计优化比较复杂，并且综合性较强，因此设计师在对建筑结构设计优化时需要对设计进行深入研究，并作出合理的优化方案。

参考文献：

[1]王鹏.建筑结构设计优化方法在房屋结构设计中的实际应用分析[J].中国建材科技，2014，04：162-163.

[2]陈俊.浅谈结构设计优化设计技术与其在房屋结构设计中的应用[J].科技致富向导，2013，02：172.