基于有限元分析的结构优化设计方法的研究
The research of a structure optimization design method based on FEA
李曼丽，杨志兵
LI Man-li ，YANG Zhi-bing
（北京理工大学 机械与车辆学院工业工程研究所，北京 100081）
摘 要：提出一种新的结合有限元分析和参数化建模的结构优化设计方法，并利用单参数分析和多参数
分析进行阐述。在该方法中，首先建立产品的参数化FE模型，实现修改参数后自动更新产品模型并进行计算；其次利用二次开发设计用户界面，通过单参数分析评价各参数对产品结构性能的影响程度，通过多参数分析在修改两个参数的条件下，基于权衡研究找出产品结构最佳优化方案；最后提出一种根据权重评价多参数修改条件下的设计方案的思路。
关键词：结构优化设计；有限元分析；参数化FE模型 中图分类号：TH122;TP391.7 文献标识码：A 文章编号：1009-0134(2013)09(下)-0123-04Doi：10.3969/j.issn.1009-0134.2013.09(下).37
收稿日期：2013-05-21
作者简介：李曼丽（1990 -），女，河南周口人，硕士，研究方向为CAD/CAE 。
0 引言
如今，竞争日趋激烈的环境迫切需要企业快速开发出高质量的产品，为了在降低成本同时改善产品的性能，对产品进行结构优化设计是具有实际意义的。结构优化是在满足最优结构性能时能自动生成机械零件设计的一种方法，它能够在成本较低的情况下满足设计要求。最优结构性能可能是产品的质量较轻或者便于操作者使用[1] 。
在过去的一段时间内，很多学者对机械产品如液压挖掘机、飞机零件等的结构优化设计做了一些研究[2]，验证了有限元分析（FEA ）在分析产品结构性能时所体现的重要意义的意义。FEA 是对已知工作载荷和边界条件下的结构强度计算的最强大的一门技术。随着并行工程以及DFX 技术的发展，FEA 已成为设计过程中的关键步骤。最初FEA 只是用来在设计最后验证设计的合理性，现在已经应用到设计整个过程，尤其是在上游设计阶段[3]。
然而，传统用于结构优化的FEA 技术需要花费大量的时间，不能满足快速响应的需求，因此关于FEA 的进一步的研究目前引起了学术界的注意。Qiao L.H.等提出了一种基于工程仿真的混合优化设计方法，并以钳臂为例进行验证该方法[4]。通过总结前人的研究成果，其中一些研究也提出了参数建模方法，可以有效减少设计时间，并提高设计质量。Liu Z.C.等同归对VC+ +和ANSYS 的APDL 语言进行结合开发，完成了YJ32液压机下梁
的有限元优化设计[5]。基于有限元分析和参数化建模这两个基本理论，本文提出了一种结构优化设计方法，可以帮助设计者短时间内找出产品的最优设计，最后以电焊钳钳臂为例验证该方法的有效性。
1 基于FEA 的强度分析
强度是产品设计过程中最基本的设计要求，为了测试产品是否能够承受工作载荷，需要进行有限元分析得到最大应力和最大位移，并与产品所用的材料性能进行比较。另外，设计者可以考虑采用加强筋或加强套，或者改变关键尺寸来提高产品的强度。通常情况下，有加强筋的钳臂可以承受更大的负载，直径尺寸大一些的使用寿命较长，但同时重量也增大，因此设计者要对强度和重量进行权衡，找到最优设计。强度分析被广泛用于获得特定负载条件下的结构的最佳强度/重量比。
Zhang B.等利用FEA 技术，通过参数研究方法分析内燃机的气缸盖直径这一关键参数，验证了气缸盖的结构设计中存在一个理想的参数匹配点[6]。参数和最大应力之间的匹配关系有助于产品设计。本文从两个方面阐述了一种新的结构优化设计方法：单参数分析和多参数分析。
1）单参数分析
产品结构的很多参数都会影响结构性能，并且影响的程度不同。因此，可以通过单参数分析方法找出相对重要的影响参数。在固定其他参数
的时候修改其中一个参数的值，可以得出一系列的强度分析结果，通过分析结构的趋势来判断该参数的重要性。例如，当钳臂的长度以50mm的间距变化时，钳臂的最大应力和位移发生明显的改变，因此，长度是影响钳臂结构的一个重要的参数。类似地，可以判断其他参数的重要性，并给出权重。
2) 多参数分析
更多的时候，产品结构设计时往往会同时考虑两个或更多的参数，可以称为一个组合。因此，可以通过同时修改一组参数的值得出强度分析结果，找出满足设计要求的相对优化的设计。另外，设计人员在经验积累的基础上，往往会采用一些固定参数组合，如钳臂的直径和握杆直径在设计过程中是一一对应的。基于经验的设计并没有经过验证，其实用性不一定可靠，因此可以通过多参数分析，同时修改这两个参数，得出若干组合，经过分析得出相对优化的组合。
2 FE模型的建立
有限元建模是有限元分析的关键部分，只有当CAD模型建立之后才能开始结构的有限元分析。CAD模型不能直接用来进行有限元分析，当导入到CAE分析平台之前还需要进行几何模型简化包括特征简化、特征抑制和特征删除。通过参数化CAD模型生成FE模型是非常重要的部分[7]。
传统的有限元分析过程包括：几何模型的建立，几何模型的简化，单元网格划分，边界条件及载荷处理，计算模型，分析结果。在优化设计过程中，前四个过程都是重复的，每一次修改模型都需要重复工作，浪费了大量的时间。参数化有限元建模技术在模型修改频繁的设计过程中具有很大的作用，CAD模型的几何特征都被赋予特定的参数，只要修改这些参数就能够实现模型的自动更新，避免了结构优化过程中一个个修改特征并进行前处理造成的时间浪费，同时也提高了模型质量[8]。
要实现结构优化，设计者必须找出影响结构设计的主要参数，优化方法高度依赖于用户自定义参数。首先，分析产品的结构模型并提取出特征尺寸，包括驱动尺寸和从动尺寸，都影响着产品的结构；其次，根据特征尺寸定义参数，利用公式把尺寸与用户自定义参数关联起来；最后，创建规则与检查，基于过去的经验和知识避免不合理的设计，如钳臂的直径一般是45~60mm，间隔为5mm。
如图1所示，对钳臂模型进行参数化，并编辑参数、特征尺寸、规则等，生成参数化模型，然后进行特征清理、网格划分以及边界条件处理生成FE模型。其中，参数化模型中很多细节是有限元分析中所不需要的，如冷却水管、O型圈等零件以及小孔、槽、倒角等特征，对分析结果没有多大影响，却增加了分析复杂程度，应该进行清理。当修改用户自定义参数时，FE模型自动更新，节约了FE建模时间。
3 结构优化设计方法流程
在结构优化设计过程中，模型需要频繁修改并分析。传统的方法需要不断地从CAD平台切换到CAE平台，花费很多时间，并且参数化建模技术使得修改参数时能自动更新模型，但是一个个手动操作比较繁琐，自动化程度较低，因此，期望设计时能在一个平台上进行所有的操作。通过二次开发设计面向对象的界面，实现设计自动化。本文介绍的新的优化设计方法，1）可以快速生成有限元分析模型；2）可以批量分析给定参数范围内的模型；3）根据分析后的数据作图分析，确定最优设计方案。该方法与传统方法的流程的对比如图2所示。
通过对比可以看出，传统的优化设计方法，每一个设计周期都要在CAD和CAE平台上切换，在新的优化设计方法中，所有的操作都可以在所开发的优化设计平台上进行；在“计算”步骤，传统方法只能得到一个结果，新方法中可以生成给定参数范围内的所有组合的有限元模型分析的结果；传统方法一次分析一个结果，根据以往的数据进行对比，如果结果丢失只能重新计算，新方法可以自动生成EXCEL表，并把结果绘制成折线图，方便对比并保存，避免了设计过程中的重复建模。
通过二次开发技术开发结构优化设计界面，实现自动分析代替手动操作；另外，参数化有限元模型在本方法中也是必不可少的因素，这两个方面是实现本文提出的新优化设计方法需要完成的任务。
4 实例验证
以电焊钳钳臂为例验证该方法，电焊钳是用于汽车白车身焊接的一种设备。传统的钳臂设计
往往是设计人员采用经验公式计算最大应力，结果不精确并且很难得到重量值，从而无法通过强度/重量比权衡得出钳臂的优化设计方案。
4.1 结构优化设计界面开发
二次开发可以满足用户的多种多样的需求。本文以CATIA V5平台为例，通过VB 6.0进行二次开发，实现的结构优化设计界面如图3所示，当修改模型的参数时，可以自动更新有限元模型，避免操作失误，使得不具备专业的FEA技术知识的一般设计者也可以使用该界面进行分析。
在机械产品结构性能分析中，通过经验公式得到的结果虽然有一定的参考性，但并不精确，另外，对钳臂的产品进行优化设计时，除了最大应力和最大位移值，还需要知道产品整个重量，从而判断是否满足应用要求，如果一个钳臂满足强度要求，但是很重，不方便操作使用，这样的设计是失败的。在结构优化设计界面中输入需要的参数，就会自动生成给定参数范围内的最大应力、最大位移和重量的值在EXCEL表中，要比根据公式得到的结果精确得多，然后通过权衡分析找出最佳设计方案。假如选择“Arm Type”和“Arm length”两个参数进行多参数分析，并根据设计要求设置参数范围，如图3所示，计算机将会自动计算出6种钳臂直径（见表1）和4种钳臂长度的24种钳臂组合的分析结果。
表1 6种钳臂类型的不同尺寸组合
类型T1T2T3T4T5T6
钳臂直径 (mm)404545506060
握杆直径 (mm)242428283235 4.2 分析结果讨论
根据设计人员的经验分析，钳臂直径和握杆直径往往是对应的组合，包括宽度和长度等参数都是影响钳臂结构性能的关键参数。目前，钳臂设计往往采用6种钳臂直径组合，如表1所示。
将钳臂的其他参数固定，length=500mm, w i d t h_1=250m m,w i d t h_2=150m m,h o l d e r
图1 由3D模型转化为参数化FE模型
图2 传统优化方法和本文优化方法对比
(a) 传统方法 (b) 本文方法
图3 结构优化设计界面
angle=0°, bending angle_1=115°, bending a n g l e_2=120°，然后选择“A r m T y p e”和“Rib”两个参数进行多参数分析，将会计算12种钳臂模型，有加强筋的6种钳臂直径模型和没有加强筋的6种钳臂模型。计算结果自动生成两个折线图，如图4所示，其中，Stress1、Dis1和Mass1分别代表有加强筋的钳臂的最大应力、最大位移和重量，类似地，Stress2、Dis2和Mass2分别代表无加强筋的钳臂的最大应力、最大位移和重量。
根据分析结果，可以找出给定载荷下满足强度要求的最优方案，尽量是承受最小的应力和位移。钳臂重量也是直接影响产品结构性能的一个因素，一般来说，重量越轻越好。在综合对比这些因素时，可以做一个权衡研究从而找到最合适的设计。
根据钳臂采用的材料，屈服强度为380MPa，从图4（a）中可以看出，无加强筋的T2、T4和有加强筋的T5是符合要求的设计，另外，允许的最大位移为4mm，从图4（b）中看出T2不能满足唯一要求，另外，无加强筋的T4比有加强筋的T5轻，因此，在本文研究情况下的最优设计是无加强筋的T4类型钳臂
。
(a) 最大应力折线图 (b) 最大位移折线图
图4 由优化设计界面得到的分析结果
另外，还可以找出每种钳臂对应的可以承受外力的范围；并且根据两个因素的同时分析，找到给定条件下的最佳参数组合。当然，在结构优化设计时一般都会考虑多种因素，因此，可以对这些关键因素都赋予权重，然后加权综合评价这些方案，从而得出最优方案。参数的权重可以通过但参数分析，逐一修改单个参数如弯折角度、钳臂宽度等，找出影响强度结果的关键因素，并进行排序赋予权重。值得一提的是，这些数据并不是一次性的，都可以存到知识库中为后续的设计提供指导。
5 结论
本文提出了一种结合有限元分析和参数化建模的结构设计方法，并提出了单参数分析和多参数分析进行结构优化。首先可以实现修改模型的特征参数时，有限元模型自动更新；其次，能够计算和重量值；最后，单参数分析能够计算该参数设置范围内的强度分析结果，包括最大应力、最大位移，可以评价该参数对结构强度性能的影响程度；多参数分析可以同时分析两个参数，自动计算两个参数多种类型的组合，并运用权衡研究选择最佳方案。
该方法以电焊钳钳臂为例验证了其原理的正确性，因此可以适用于优化大多数机械产品，节省设计时间，提高设计效率，并且为后续的设计提供指导。该方法比那些只利用有限元分析进行结构优化的研究更有效率。
当然，在寻找最优设计时还需要考虑其他因素，因此本文提出了一个新的思路，是根据单参数分析的强度分析结果评价参数的重要性，并赋予权重，考虑多个参数同时修改分析方案时可以进行加权评价，从而找出最优方案。另外，本文建立的参数化有限元模型的网格只能随着模型参数如直径尺寸的变化进行简单的线性变化，并没有涉及到网格变化的算法。这些对于结构优化设计都是具有重要的意义，是未来研究的方向。
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建筑结构优化设计 发表时间：2016-03-28T16:11:12.903Z 来源：《基层建设》2015年23期供稿作者：陈火涛吕金钊罗森陈钰璐陈湧填[导读] 华南农业大学水利与土木工程学院广东广州 510642 当然除此之外还有一些构造上及概念上的优化措施，将在概念设计，高层剪力墙结构与高层混凝土结构的优化设计中重点论述。 陈火涛吕金钊罗森陈钰璐陈湧填 华南农业大学水利与土木工程学院广东广州 510642 摘要：对建筑结构优化设计理论进行了概述，并重点介绍了基于可靠度理论的工程结构优化设计，概念设计在结构优化设计中应用，高层混凝土结构的优化设计以及高层剪力墙结构的优化设计四个方面，为结构的优化设计提供参考依据。关键词：结构设计；优化；应用 结构优化设计的任务，就是以数学规划为基础，将力学的概念、理论和近似方法和数学规划方法结合，转化成数学问题，建立数学模型，选择计算方法，运用计算机在多种可行性设计中，选择出相对而言属于最优的设计方案，达到兼顾经济性，安全性，舒适性的目的。其步骤可分为设计变量，建立目标函数，确定约束条件，经过计算分析得出优化的计算结果。[1]当然除此之外还有一些构造上及概念上的优化措施，将在概念设计，高层剪力墙结构与高层混凝土结构的优化设计中重点论述。 1.基于可靠度理论的结构优化设计 结构的可靠度指结构在设计的基准期内能够承受施工过程中以及正常使用期间的各种外加荷载和变形，有较好的工作性能，耐久性满足正常使用要求，在偶遇灾害如地震，海啸，爆炸等发生时保持必要的整体稳定性。[2] 从工程结构的可靠度理论角度分析，传统的结构优化设计存在以下几点不足：①传统的结构优化并没有完全反映体现结构的可靠性，也没有定量描述可靠度理论，得出的最优结构并不能确保结构具有足够的可靠性。②由于结构构件的尺寸和材料的性能参数具有随机不确定性，而传统结构优化设计并没有考虑这些因素因此并不能反映参数不确定性这一特点。基于以上分析论述，结构的可靠度要求考虑进工程结构优化设计的数学模型中，文献[3]给出了基于可靠度约束的结构优化算例，在结构可靠度分析基础上进行结构优化设计，实现经济合理的设计方案。 2.概念设计在结构优化设计中应用 概念设计，即在建筑物施工前，设计人员考虑建造地周围的地理环境、文化环境与社会环境等，提出相应的建筑结构设计方案，优化建筑结构设计，以期达到进一步融合周围环境与社会环境的目的。概念设计有效弥补理论性设计与计算性设计的不足，使结构设计方案更科学合理；进行抗震设计时概念设计能在降低地震作用效应的同时提高建筑工程的质量和安全性；科学合理的概念设计拓展了建筑物的结构设计思路，增强工程质量、安全性及工程造价。[4] 2.1应用概念设计可在多个建筑结构施工方案中择优而用。 概念设计使得建筑结构施工方案具有合理性、实用性和经济性，这要求设计人员在优化建筑结构时，充分考虑建筑物建成后的目的、抵抗外界环境的能力需要、施工条件、施工材料等因素，从而制定并选取科学合理、全面系统的建筑结构施工方案。 2.2概念设计中应用抵抗自然灾害的能力设计。 概念设计应与时俱进、因地制宜，如考虑抗震能力设计、防火能力设计、抗击风荷载能力设计等，充分考虑现代建筑结构需要适应的社会环境与自然环境，在建筑结构满足工程施工要求的同时，优化结构，使工程中各个构件环环相扣，增强建筑工程的安全性。 3.高层剪力墙结构的优化设计 剪力墙结构体系由于整体性好，侧向刚度大，抗震性能优越，且由于没有梁柱的外露突出，结构层平整，利于房间布置，因而被广泛应用于高层住宅性建筑中。对该结构体系进行优化需考虑钢筋混泥土用量大造价高，剪力墙中墙肢轴压比偏低的承载力发挥不充分，采用构造配筋的墙体延性低等常见问题，[5]如何对剪力墙结构体系进行优化，使其既发挥其抗侧能力强等优点，又降低工程造价，现就以下几方面进行论述。 3.1强周边，弱中部。剪力墙应尽量布置在结构周边，中部减少剪力墙的布置量，以提高结构的抗扭刚度，控制结构的周期比与位移比。另外，剪力墙宜沿主轴方向或其他方向双向布置，避免单向布置，并宜使两个受力方向的抗侧刚度接近。 3.2多均匀长墙，少短墙。选择对结构承受水平及竖直向荷载有利的隔墙位置布置剪力墙，尽量设置为长墙，以充分发挥剪力墙的作用。在较长的剪力墙宜开设门窗洞口，上下对齐、成列布置，形成明确的墙肢和连梁，将其分成长度较均匀的若干墙段，墙段之间宜采用弱连梁连接。 3.3剪力墙应自下到上连续布置，允许沿高度改变墙厚和混凝土强度等级，或减少部分墙肢，使侧向高度沿高度逐渐减小。这样一方面可以避免刚度突变，另一方面可以减轻自重，降低工程造价。 3.4尽量采用普通剪力墙和使墙肢长度较长，并且两端与翼墙相连，减少小墙肢和短肢墙的数量。应尽量减小墙肢长度的差异，使各片剪力墙分配的地震作用力均匀。这样发挥了剪力墙的抗侧移刚度，在满足规范层间位移角限值的情况下，减少剪力墙的数量；同时减少了开洞的数量和其两端边缘约束构件的数量从而减小暗柱的构造配筋面积，使得工程造价降低。 4.高层混凝土结构的优化设计 高层建筑的特点是建筑结构需同时承受水平和竖向的荷载作用。混凝土是高层建筑设计中的重要考虑因素。在进行结构设计时要充分考虑各种因素，确保结构的强度，刚度和延性均处于合理范围，高层混凝土结构的优化设计具体措施有以下几个方面。 4.1合理使用高强砼和高强钢筋 强砼和高强钢筋高优化构件截面尺寸的合理使用，可以减轻地基的承载量和高层建筑自重，从而减小超高层受地震破坏的程度。还减低施工单位的成本，使经效益最大化。 4.2布局优化 高层建筑宜使结构平面形状简单、规则，适合刚度和承载力分布均匀的结构单元。 4.3 抗震结构的优化
教育科研课题研究方案设计参考 一、什么是课题研究方案设计 教育科研课题方案设计，是指研究人员为完成研究任务而进行的总体谋划工作。它包括课题研究所必须的人、财、物、信息等，必须按研究的内容、要求和客观实际的可能性构成为一个包含时间序列、人员活动序列、信息传递序列等方面综合相关的合理系统。 课题方案不是研究的终结，而仅是开始的谋划，不可能做到尽善尽美。故一切方案都只能是逐步完善的，要随着研究的进展而更改，包括预期之外的新发现、新设想，我们应当允许研究者在研究过程中根据发展的需要对原有方案进行调整。我们既要反对无计划的盲目行为，也要反对消极地僵化地按计划方案一走到底。 二、课题研究方案应包括的主要内容 设计课题研究方案必须考虑和研究的主要内容与一般要求可归 纳为六个方面：(1)课题依据与意义；(2)研究目标与范畴；（3）研究任务（实验内容）(4)研究方法与步骤；(5)课题成果形式与构成；(6)课题研究保证措施。现简要分述如下： (一)课题依据与意义 课题依据包括课题形成的理论或实践上的依据。这常体现在：研究方案的“问题提出”部分中对课题有关的国内外研究具体情况分析。研究者只有明确了这些，才能真正明确课题研究的目的、意义，这是制定课题方案首先要考虑的问题。 课题的实践依据，其核心问题是认真思考和分析所选定的研究课题是否反映了现实教育实践、教育改革中迫切需要解决的问题，或对
现在、将来的指导意义的问题。倘对实践的反映越深刻，越迅速，课题的实践依据越充分，其指导意义就越大，价值也就越高。 (二)课题目标与范畴 1、研究目标 课题研究目标是研究者根据课题依据所收集到的有限资料和事实，根据自己的经验和知识，对要探索、解决的问题进行综合性思考后，所提出的一个研究目标。 2、课题研究范畴。课题研究范畴是指研究类型、研究内容、研究对象等方面的界定。当课题目标确定之后，相应地就要投入到某种范畴中去研究，要充分注意研究类型、对象、范围的界定；否则在研究过程中很容易产生目标的变更或方向的转移，也容易产生研究范围的扩大或缩小。这样，才能使研究抓住主要矛盾，各得其所，不致雷同或偏离研究主题。 （三）研究任务（实验内容） 在确定研究目标和研究范畴的基础上，确立在研究范畴内，围绕研究目标所要完成的任务。通常包括理论的探究、教师、学生能力的培养和创新型教学模式的确立等内容。要找准研究的重点和难点，并预测出将在哪些方面有所突破，便于在实验过程中有的放矢。 (四)研究方法与步骤 1、课题研究的方法。 近些年来，我国中小学教育科研较多采用行动研究法。其研究的步骤主要包括：(1)发现问题(观察、思考、发现实际工作中存在的问题)；(2)鉴定问题(选定研究主题)；(3)文献探讨(深入探讨有关文献)； (4)拟订计划(克服研究的盲目性和随意性)；(5)设立假设(将要采取的行动和对行动结果的预测)；(6)收集资料(常用观察法、问卷法；调查
社会研究方法课程设计
社会研究方法 课程设计调查报告 调查题目：关于地铁站路边摊问题的调查调查地点：北京市通州区梨园城铁站 调查对象：梨园站出站的乘客 调查时间：2012年8月27日 晚高峰期间19:00—21:00
班级：行政1002 姓名：吕铮 学号：2010012341 【内容提要】 近些年来，随着地铁的发展，路边摊成为地铁站周边一道别致的风景线：麻辣烫，铁板烧，臭豆腐，鸡蛋灌饼等，为众多上班族所钟情。我们在享受到路边摊带来便利的同时，也应该注意到路边摊的危害。卫生问题是首先需要的问题。除此之外，路边摊的存在对市政市容造成了一定的影响，也影响到了道路的正常通行。然而这种路边摊的取缔却是很难的。且不说他们流动性强，走到哪儿都可以买，就路边摊的制作也并不复杂，因此取缔路边摊难以有效执行。就政府管理而言，面对路边摊的存在不应该一味的取缔、没收，而是应该统一规范的对路边摊进行管理，同时提高路边摊的卫生规格。这样不仅使路边摊有了一席之地，使它的存在合法化，又能使市民享受到路边摊带来的便利，同时也使路边摊主有了一定的收入，既美化了市容又使摊主与顾客都能获利。 街头食品业在向城市人口、尤其是许多发展中国家城市人口提供方便、低廉食品方面发挥着重要作用；受到化学和微生物病原体污染的街头食品被视为食物源疾病的重大诱因；环境卫生不佳、设施不足和食品处理不当是街头食品的主要风险因素；增强摊贩对保障食品安
全所需遵循的基本原则和措施的认识是降低街头食品卫生风险的一项最具成本效益的办法。（本段文字援引世界卫生组织《关于增强街头摊贩食品安全的基本措施》一文） 【关键词】 路边摊危害管理合法化 【调查过程与方法】 近年来，路边摊成为地铁站、车站附近的特色，路边摊的种类也越来越丰富。路边摊的存在为上班族提供了便利，可以免去他们工作一天之后还要回家做饭的麻烦。丰富的种类、低廉的价格，使得路边摊的市场不断扩大，随之而来就是路边摊所带来的问题。众所周知，路边摊最大的问题就是食品安全问题，且不说地沟油、亚硝酸盐会给人身带来什么样的危害，灰尘、反复使用的竹签、一次性筷子等都难以保证安全。为了了解路边摊的存在情况以及往来乘客对路边摊的看法，我于2012年8月27日晚高峰期间（19:00—21:00）来到八通线梨园站，对出站乘客做关于路边摊的随机调查。调查内容主要包括：乘客对路边摊的态度，路边摊的危害以及路边摊主的态度。本次调查共有28人接受访问，现将其中7人的访问内容整理出来： 【被访问者1：上班族】 路边摊的存在已经很长时间了，但是一直没有城管来取缔，路边摊的存在确实给我们带来了便利，它价格低廉，种类繁多，可以省去我们下班之后做饭的麻烦。关于卫生问题吧，我觉得这些东西都不算很干净，但是不是经常吃就没什么问题吧。再说那么多人都吃呢，怎
结构优化设计的综述与 发展 -CAL-FENGHAI-(2020YEAR-YICAI)_JINGBIAN
结构优化设计的综述与发展 摘要：结构优化设计，就是在计算机技术等高科技手段的支持下，为了提升机械产品的性能、工作效率，延长机械产品的工作寿命，对机械产品的尺寸、形状、拓扑结构和动态性能进行优化的过程。这是机械行业发展的必然要求，也是信息时代的必然要求。结构优化设计，必须在保证机械产品满足工作需要的前提下，通过科学的计算来实行。文章将简单对结构优化设计的发展状况进行介绍，列举几种优化设计方法，以及讨论未来优化的发展情况。 关键词：结构优化设计发展优化设计方法 1 结构优化设计 结构优化简单来说就是在满足一定的约束条件下，通过改变结构的设计参数，以达到节约原材料或提高结构性能的目的。结构优化设计通常是指在给定结构外形，给定结构各元件的材料和相关载荷及整个结构的强度、刚度、工艺等要求的条件下，对结构进行整体和元件优化设计。结构优化设计一般由设计变量、约束条件和目标函数三要素组成。评价设计优、劣的标准，在优化设计中称为目标函数；结构设计中以变量形式参与的称为设计变量；设计时应遵守的几何、刚度、强度、稳定性等条件称为约束条件，而设计变量、约束函数与目标函数一起构成了优化设计的数学模型。结构优化的目的是让设计的结构利用材料更经济、受力分布更合理。 结构优化设计根据设计变量选取的不同可以分为截面（尺寸）优化、形状优化、拓扑优化三个层次。尺寸优化是选取结构元件的几何尺寸作为设计变量，例如，杆元截面积、板元的厚度等等[1]。而形状优化是选取结构的内部形状或者是节点位置作为设计变量。拓扑优化就是选取结构元件的有无作为设计变量，为0-1型逻辑型设计变量。 2 结构优化设计研究概况与现状 结构优化设计最早可以追溯到17世纪，伽利略和伯努利对弯曲梁的研究从而引发了变截面粱形状优化的问题。后来Maxwell和Michell提出了单载荷仅有应力约束条件下最小重量桁架结构布局的基本理论，为系统地分析结构优化理论作出了重大的贡献。然而长期以来，由于缺乏高速可靠的计算手段和理论，结构优化设计一直无法获取较大发展。 到上世纪六十年代，有限元技术借助于计算机技术，得到了极大的发展。1960年Schmit在求解多种载荷情况下弹性结构的最小重量问题时，首次在结构优化中引入入数学规划理论，并与有限元方法结合应用，形成了全新的结构优化思想，标志着现代结构优化技术的开始[2]。 1973年Zienkiewicz和Campbell[3]在解决水坝的形状优化问题时，首次以节点坐标作为设计变量，在结构分析方面使用了等参元，在优化方法上使用了序列线性规划的方法。其后，众多的学者在此基础上，逐渐发展形成了使用边界形状参数化方法描述连续体边界的方法，即采用直线、圆弧、样条曲线、二次参数曲线、二次曲面、柱面等方式来描述边界。 1982年，Iman提出了设计元法。该方法把结构分成若干子域，每个子域对应一个设计元。设计元由一组控制设计元几何形状的主节点来描述，接着选择一组设计变量来控制主节点的移动。该方法可以有效地减少设计变量，但也存在网格畸形的缺点。 1986年Belegundu提出了基于自然设计变量和形状函数的形状优化方法[4]。他选择了作用在结构上的假想载荷等一系列自然变量，把由假想载荷产生的位移加到初始
建筑结构优化设计建议 侯善民 201305 2013.05
第一章 第章基础 1、基础类型： ? 天然地基基础 ?复合地基→天然地基+增加体（柔性桩、刚性桩）? 桩基：常规桩基 后处理加强的后注浆钻孔灌注桩 先处理加强的劲性复合予制静压桩
第一章第章基础 ? 天然地基承载力不宜低于预期复合地基承载力的百分之四 十软土地基上采用复合地基要慎重组成复合地基的增采用复合地基应注意： 十，软土地基上采用复合地基要慎重。组成复合地基的增强体桩基，应具备一定刚度，并且不能是端承桩；随着复合地基承载力需求增大增强体桩基的支承刚度与 ? 随着复合地基承载力需求增大，增强体桩基的支承刚度与桩身强度，要求也需相应提高，对于20层~30层的高层建筑不宜采用单纯摩阻桩桩端进入较好的持力层但持筑，不宜采用单纯摩阻桩，桩端进入较好的持力层。但持力层不宜是强风化以上的岩层，桩身强度承载力要满足计算底板与桩基持力层选择需慎重 算，底板与桩基持力层选择需慎重。
第一章南京某小区复合地基事故第章基础 南京某小区复合地基事故： 该小区位于河西，七层砖混住宅，场地内有深厚的淤泥质软土层，增强体刚性桩未穿过软土层，施工也存在质量问题，建造过程中一直到结构封顶，沉降持续发展，最后采用锚杆静桩较好的才控制住降静压桩，压入深层较好的土层，才控制住沉降。最近几年，我们做了一批20层~30层100米以内的高层剪力墙住宅，采用刚性桩复合地基都取得成功。例如：淮安恒大、淮安中南、合肥融侨等都是20万~30万㎡的高层住宅小区，天然地基承载力约在200k 左右采用予应力管桩作为增加体然地基承载力约在200kpa左右，采用予应力管桩作为增加体， 复合地基承载力可达到500Kpa左右
.. . .. . . 幼儿园课题研究方案文(篇） 幼儿园课题研究方案文幼儿园课题研究方案文幼儿园课程是实现幼儿园教育目的的手段，是为幼儿精心选择和组织的学习经验。 幼儿园课程改革的研究是当前幼教领域的重要研究方向。 下面是幼儿园课题研究方案文，欢迎参阅。 幼儿园课题研究方案文1： 《利用本土资源，优化幼儿园体育教学活动》课题方案一、课题的提出体育是使人的身体健康成长和增强体质的教育，幼儿园开展的体育活动也都是遵循幼儿身体生长发育规律，增强体质、提高健康水平为目的所进行的系列教育活动。 幼儿园开展的体育活动其形式是多样化的，其中户外体育活动就是幼儿园的常见活动，大多都在户外进行，通过教师有目的、有计划的制定教学方案，开展符合本班年龄特点的教学活动，从而来发展幼儿的走、跑、跳跃、投掷等动作，幼儿园第一要注意的是儿童的健康，由此可见，鹤琴先生是多么重视儿童的健康教育，而户外体育活动正是能提高人体健康的活动，《纲要》指出： 幼儿园体育的重要目标是培养幼儿对体育活动的兴趣，要根据幼儿的特点组织生动有趣、形式多样的体育活动，吸引幼儿参与。 幼儿通过体育锻炼，不仅锻炼了身体，并对促进幼儿独立生活与活动能力的发展，促进智力发展有重要意义。 目前我园教师对体育教学活动把握不准，出现容与幼儿身心发S. . . . . ..
展目标不匹配、容选择随意而不系统，教学活动策略单一的现象，致使体育锻炼效益差，目标达成度低。 且现今的幼儿园体育教学活动存在着一些问题，如过于强调社会对幼儿体育的要求，而忽视幼儿主题的体育需要;重宽松、自由的情景创设，轻跳一跳，摘下果子的发展要求;存在密度强度不达标;体育教学活动没有系统性，未从各年龄段幼儿的体能发展出发来设计相应的教学活动。 由于以上的问题，影响了幼儿身心和谐发展。 基于以上需要，立足我们幼儿园，对利用本土资源，优化幼儿园体育教学活动进行研究，通过选择科学、系统的教学容，运用适宜的、有效的教学策略，促进幼儿的身心发展，形成具有我园一定特色的适合各年龄段幼儿的体育教学模式，整体提高我园体育教学活动水平。 二、研究条件根据本课题的需要，我们成立了体育中心组，组织大家学习新《纲要》中的主导思想、教育方针，另外，通过对幼儿园体育活动容、策略等相关资料的搜集、汇总、分析，正确把握有关幼儿园体育教学的相关理论。 参与本课题研究的有年轻教师，她们朝气蓬勃，富有创新;有骨干教师，她们事业心强、经验丰富，都已达到学前本科学历，参与过多个区级、市级课题的研究，取得了一定的成绩。 有多篇论文在国家级、省市级论文评比中获奖和发表，有两位老师还参加了区级的课题中心组，相信在老和新的完美结合下，我们一
机械结构优化设计 ——周江琛 2013301390008 摘要：机械优化设计是一门综合性的学科，非常有发展潜力的研究方向，是解决复杂设计问题的一种有效工具。本文重点介绍机械优化设计方法的同时，对其原理、优缺点及适用范围进行了总结，并分析了优化方法的最新研究进展。关键词：优化方法约束特点函数 优化设计是一门新兴学科,它建立在数学规划理论和计算机程序设计基础上,通过计算机的数值计算,能从众多的设计方案中寻到尽可能完善的或最适宜的设计方案,使期望的经济指标达到最优,它可以成功地解决解析等其它方法难以解决的复杂问题,优化设计为工程设计提供了一种重要的科学设计方法,因而采用这种设计方法能大大提高设计效率和设计质量。优化设计主要包括两个方面:一是如何将设计问题转化为确切反映问题实质并适合于优化计算的数学模型,建立数学模型包括:选取适当的设计变量,建立优化问题的目标函数和约束条件。目标函数是设计问题所要求的最优指标与设计变量之间的函数关系式,约束条件反映的是设计变量取得范围和相互之间的关系;二是如何求得该数学模型的最优解:可归结为在给定的条件下求目标函数的极值或最优值的问题。机械优化设计就是在给定的载荷或环境条件下,在机械产品的形态、几何尺寸关系或其它因素的限制范围内,以机械系统的功能、强度和经济性等为优化对象,选取设计变量,建立
目标函数和约束条件,并使目标函数获得最优值一种现代设计方法,目前机械优化设计已广泛应用于航天、航空和国防等各部门。优化设计是20世纪60年代初发展起来的，它是将最优化原理和计算机技术应用于设计领域，为工程设计提供一种重要的科学设计方法。利用这种新方法，就可以寻找出最佳设计方案，从而大大提高设计效率和质量。因此优化设计是现代设计理论和方法的一个重要领域，它已广泛应用于各个工业部门。优化方法的发展经历了数值法、数值分析法和非数值分析法三个阶段。20世纪50年代发展起来的数学规划理论形成了应用数学的一个分支，为优化设计奠定了理论基础。20世纪60年代电子计算机和计算机技术的发展为优化设计提供了强有力的手段，使工程技术人员把主要精力转到优化方案的选择上。最优化技术成功地运用于机械设计还是在20世纪60年代后期开始，近年来发展起来的计算机辅助设计（CAD），在引入优化设计方法后，使得在设计工程中既能够不断选择设计参数并评选出最优设计方案，又可加快设计速度，缩短设计周期。在科学技术发展要求机械产品更新日益所以今天，把优化设计方法与计算机辅助设计结合起来，使设计工程完全自动化，已成为设计方法的一个重要发展趋势。 优化设计方法多种多样，主要有以下几种：1无约束优化设计法；无约束优化设计是没有约束函数的优化设计，无约束可以分为两类，一类是利用目标函数的一阶或二阶导数的无约束优化方法，如最速下降法、共轭梯度法、牛顿法及变尺度法等。另一类是只利用目标函数值的无约束优化方法，如坐标轮换法、单形替换法及鲍威尔法等。此法具有计算
教育科研培训：课题选题及研究方案的设计 金慧蓉2009-9 一、选题 (一)选题的意义 所谓选题，即挑选确定教育科研的课题。选题好，相当于课题成功的一半。 教育科研的课题，就是针对教育教学工作中内具有普遍性、规律性的问题进行研究的题目，并且有明确而集中的研究范围、目的、内容和任务。 课题即问题。有些问题可以成为课题，但作为学校管理者和教师，问题不一定就是课题，尤其是一些政策性的问题很难成为教师所研究的课题。但如文献性的、纯理论的、纯学术性的课题研究，离我们的实际很远，我们一般不予提倡。作为教师，主要研究教育教学中的问题，以及与之密切有关的问题，教、较微观的层面。太大、太宏观，我们没有那种承受能力。 教育科学研究课题一般有基础理论研究和应用研究等类型。作为基层学校的教师所选择的课题，应基本属于应用性的（将理论同教育实践联系起来，开辟应用的途径，或将实践经验上升对教育一般规律的认识等）。 （二）选题三要素 选题，大致可以从需要性、新颖性、可行性等方面去考虑。 所谓需要性，是指研究课题应根据教育实践的需要来选择，要求对教育改革和发展有现实意义，或在教育教学理论上有学术价值。 所谓新颖性，是指属于新的问题、目前尚未有人研究过的问题、问题的新的角度，或者新的学校乃至新的区域作验证性的研究。 所谓可行性，是指选择的课题应有研究的可能性。包括研究者自身的能力水平、智力性向、兴趣爱好，以及设施经费及环境条件等是否具备。如选择的课题是力所能及的，体会最深的小课题，涉及范围小、任务单纯，目标集中，容易出成果。有的课题开口小，但研究有深度，往往会有很重要的理论和实践意义，它的价值并不比有些大课题低。 （三）关于课题的来源， 应该是十分广泛的，我这里列举几个方面： 1、从教育教学中碰到了问题或遇到困难，在反思中确立课题（这种问题是具有普遍意义的特定问题，又有明确而集中的研究范围、研究目的和任务的，才能成为研究课题）。 如某幼儿园老师，根据幼儿在家里很会说而幼儿园上课时不说不会说的问题，反思
《结构优化设计》 大作业报告 实验名称: 拓扑优化计算与分析 1、引言 大型的复杂结构诸如飞机、汽车中的复杂部件及桥梁等大型工程的设计问题，依靠传统的经验和模拟实验的优化设计方法已难以胜任，拓扑优化方法成为解决该问题的关键手段。近年来拓扑优化的研究的热点集中在其工程应用上，如: 用拓扑优化方法进行微型柔性机构的设计，车门设计，飞机加强框设计，机翼前缘肋设计，卫星结构设计等。在其具体的操作实现上有两种方法，一是采用计算机语言编程计算，该方法的优点是能最大限度的控制优化过程，改善优化过程中出现的诸如棋盘格现象等数值不稳定现象，得到较理想的优化结果，其缺点是计算规模过于庞大，计算效率太低;二是借助于商用有限元软件平台。本文基于matlab软件编程研究了不同边界条件平面薄板结构的在各种受力情况下拓扑优化，给出了几种典型结构的算例，并探讨了在实际优化中优化效果随各参数的变化，有助于初学者初涉拓扑优化的读者对拓扑优化有个基础的认识。
2、拓扑优化研究现状 结构拓扑优化是近20年来从结构优化研究中派生出来的新分支，它在计算结构力学中已经被认为是最富挑战性的一类研究工作。目前有关结构拓扑优化的工程应用研究还很不成熟，在国外处在发展的初期，尤其在国内尚属于起步阶段。1904 年Michell在桁架理论中首次提出了拓扑优化的概念。自1964 年Dorn等人提出基结构法，将数值方法引入拓扑优化领域，拓扑优化研究开始活跃。20 世纪80 年代初，程耿东和N. Olhoff在弹性板的最优厚度分布研究中首次将最优拓扑问题转化为尺寸优化问题，他们开创性的工作引起了众多学者的研究兴趣。1988年Bendsoe和Kikuchi发表的基于均匀化理论的结构拓扑优化设计，开创了连续体结构拓扑优化设计研究的新局面。1993年Xie.Y.M和Steven.G.P 提出了渐进结构优化法。1999年Bendsoe和Sigmund证实了变密度法物理意义的存在性。2002 年罗鹰等提出三角网格进化法，该方法在优化过程中实现了退化和进化的统一，提高了优化效率。目前常使用的拓扑优化设计方法可以分为两大类：退化法和进化法。结构拓扑优化设计研究，已被广泛应用于建筑、航天航空、机械、海洋工程、生物医学及船舶制造等领域。 3、拓扑优化建模（SIMP） 结构拓扑优化目前的主要研究对象是连续体结构。优化的基本方法是将设计区域划分为有限单元，依据一定的算法删除部分区域，形成带孔的连续体，实现连续体的拓扑优化。连续体结构拓扑优化方法目前比较成熟的是均匀化方法、变密度方法和渐进结构优化方法。 变密度法以连续变量的密度函数形式显式地表达单元相对密度与材料弹性模量之间的对应关系，这种方法基于各向同性材料，不需要引入微结构和附加的均匀化过程，它以每个单元的相对密度作为设计变量，人为假定相对密度和材料弹性模量之间的某种对应关系，程序实现简单，计算效率高。变密度法中常用的插值模型主要有:固体各向同性惩罚微结构模型(solidisotropic microstructures with penalization，简称SIMP)和材料属性的合理近似模型(rational approximation ofmaterial properties，简称RAMP)。而本文所用即为SIMP插值模型。
结构形式的合理优化方法 1、推敲地下室布置 地下室结构在结构成本中所占的比重很大，而且地下室的结构离散性比较大，对其他部分的影响和关联不明显，做好地下室结构的优化设计对于控制整个结构成本至关重要。 首先，要注意公共大地下室的面积的充分利用，做好单层地下室和多层地下室的方案比较。其次，要把握好支护成本的降低，尽量抬高整个±0.000的标高，因为这不仅降低了支护的成本还节约了土方的开挖和外运，减少了地下水丰富区域的水压力的影响，对地下室的底板和抗拔桩的设计都起到了有利影响。对地下室的结构成本控制还要把握好地下室顶部覆土厚度的控制和顶部活荷载的控制，地下室顶部覆土的厚度一般与景观布置和地下管线的埋设要求有关系，这就要求在设计管理过程中把景观设计和管网设计提前介入，做好精细化设计和专业配合工作，严格控制好地下室顶部覆土的厚度。最后，要把握好地下室顶板和底板的布置方案，对这些结构布置方案要做好多方案成本比较，要全方位的把握方案的可行性，对方案的取舍要慎之又慎。 2、控制层高 在满足建筑立面和使用净高的前提下，减少层高不仅可以减少竖向构件的长度和体积，同时还可以减少基础等土建成本和外装、设备及运营成本。对于一般中档房屋来讲，层高每减少100mm，成本可减少30～40元/㎡，地下室还会更高些。减少层高可以通过结构专业控制梁高、设备专业每层综合布线来实现。某些部位还可以采用变截面梁或在梁中预埋套管等措施来保证楼层净高的要求。 3、控制宽高比（即结构高度和结构有效宽度的比值） 建筑高宽比越大，主体结构抗倾覆力矩也越大，安全所需抗侧力构件（剪力墙）便越长，由此便会增加结构成本。控制高宽比成为了结构优化设计的显著环节。 4、优化剪力墙设置 底部商业、底层复式住宅或架空层层高一般较高，为满足规范要求，剪力墙墙厚必须增加较多，同时因变成了短肢剪力墙，配筋也将进一步增加，此时可以通过验算超限墙体的稳定性来减小墙厚，由此一来，墙厚变小，成本也将大大降低。
探讨建筑结构优化设计分析 发表时间：2018-11-15T14:24:03.870Z 来源：《建筑学研究前沿》2018年第20期作者：徐皓宇[导读] 本文将介绍几种具体方法来优化建筑结构的设计,以供参考。 华东建筑设计研究院有限公司上海市 200041 摘要：在建筑结构设计过程中,安全性,施工便利性,经济性,实用性和美观性是必须考虑的五个基本问题。同时也要求设计人员优化建筑结构设计,使建筑更合理,更安全,更实用。为此,本文将介绍几种具体方法来优化建筑结构的设计,以供参考。 关键词：建筑结构；结构设计；优化途径 1 引言 在我国经济快速发展的背景下，人们的生活水平不断提高，对居住条件也提出了更高的要求。近年来，随着环保、节约等理念的不断发展，在建筑行业中，节能环保型社会建设理念逐渐深入人心，这种情况下，为了更好地满足建筑使用者的需求，必须对建筑结构进行优化设计，力求在满足投资成本控制目标的前提下，使建筑的各项功能达到使用者的预期，进而使建筑的经济和社会效益最大化。鉴于此，本文对建筑结构优化设计进行研究，具有重要的现实价值。 2 建筑结构设计优化的主要内容 建筑结构设计包括基础部分结构设计、主体部分结构设计、建筑上部结构设计、围护结构设计、细部结构设计等。此外，建筑结构设计的优化可以从成本控制、结构构件受力情况、结构布置方式、材料选型等方面入手[1]。由此可知，在对建筑结构进行优化时，必须在满足建筑基本使用要求和相关设计规范的前提下，结合建筑结构设计的实际情况，以经济效益最大化为最终目标，进行建筑结构的优化设计。需要注意的是，在建筑设计方案完成后，会不可避免地出现一些不完善地方，导致资金的大量浪费。因此，建筑结构的优化设计必须贯穿建筑建设的全过程，以提高经济效益，实现对资金的合理利用。 3 建筑结构优化设计的重要性与基本要求 3.1 建筑结构优化设计的重要性 在建筑设计中，结构设计优化的重要性主要体现在2方面：降低建筑总造价；提高建筑的经济性。具体来说，通过建筑结构优化设计，可以在资源上降低建筑的建设成本。同时，还可以在资源条件有限的情况下，使建筑的质量与功能水平达到最优，提高空间利用率，使资源功效最大化。建筑质量包括建筑环境与使用功能，而建筑结构设计优化是基于一定经济发展原理而进行的[2]。因此，建筑结构优化可以实现对投资资金、建筑质量、功能水平、土地资源空间利用的合理优化。由此可知，建筑结构优化具有节约建筑成本的重要作用，既是实现建筑成本节约与建造高质量工程的重要途径，也是确保建筑行业未来实现可持续发展的重要保障。 3.2 建筑结构优化设计的基本要求 在对建筑结构设计进行优化时，需要遵循以下几要求：（1）功能性。建筑结构设计优化的最终目的是为了更好地满足人类对居住条件的多方面需求，随着社会发展水平的提高，人们对建筑的功能性需求，除了传统的实用性功能，还增添了美观性、舒适性、智能性等多种新的需求。因此，建筑结构的优化设计必须符合功能性需求[3]。（2）安全性。安全是人类对居住环境最主要的要求，过于追求优化而忽视安全性是绝对不可以的。（3）经济性。随着市场经济的不断发展，对资源配置提出了新的要求，而建筑结构优化设计必须遵循这一要求，提高各种材料资源的利用效率，进而缩减建设成本。此外，可以通过结构优化设计减少许多稀缺或价格昂贵的材料的使用量，进而降低材料使用成本。（4）环保性。这是继经济性之后，对建筑结构优化设计的又一更高的要求。在优化建筑结构设计时，应在满足建筑功能性与安全性需求的前提下，尽量选择节能环保型材料。同时，在优化设计的整体布局上，一方面要重点关注建筑主体内部结构的环保和统一；另一方面，也要对废旧材料进行环保性处理或应用。 4 建筑结构设计优化的具体路径 4.1 优化建筑结构的整体布局 首先，建筑结构的设计人员和决策人员必须站在全局的角度，通过点、线、面，对建筑结构优化设计的整体布局进行确定，之后再利用点、线、面三者之间的架构关系，通过材料的选择与应用、构件的布置等，实现单个构件与整体结构的优秀奥协调，进而使每一个构件均可以实现最佳受力情况，以此实现单个构件的最佳化利用，同时提高建筑整体结构的刚性、承重力以及延展性。 4.2 优化建筑材料的选择 在建筑结构中，各个点、线、面均具备一定的力学承载力特征，而材料是力学承载力的载体。因此，材料在建筑结构设计的优化中，具有至关重要的作用。钢筋混凝土是一种混合性材料，通过将各种材料按比例配置，可以显著增强构件的刚性以及强度，这也是结构设计优化的一部分。并且近年来，地震、泥石流等自然灾害不断增多，在建筑材料的使用上，必须重视材料的抗震性、抗土性等性能，这就要求在建筑结构设计优化时，必须综合考虑材料的质量、特性、与周围环境的适合程度以及价格等，力求在牺牲最小经济性的前提下，使建筑结构在安全性、功能性以及环保性上达到最优。 4.3 优化构件布置 在建筑结构的优化设计中，构件布置主要包括柱、梁与剪力墙的布置。现阶段，在高层建筑中，主要应用框架-剪力墙结构体系，框架-剪力墙结构比较灵活，很容易满足建筑物的使用要求，且该体系具有较好的承载力、整体性以及抗震性，在发生地震等自然灾害时，可以有效减小结构自身的侧移[4]。因此，在该体系的实践应用中，除了剪力墙的刚度必须满足建筑强度要求，还需要赋予结构一定的侧向刚度。而在梁的选择与布置上，一般情况下，常规梁最具经济性，但建筑层数不宜过高，在当今土地资源极为有限的前提下，难以实现建筑经济效益的最优化。而宽扁梁虽然可以缩小梁的截面高度，增加建筑层数，进而获得更大的建筑面积。但是，其经济性比较有限。预应力梁可以很好地满足建筑的特殊需求，但价格较高。总之，在对建筑结构设计进行优化时，必须对多方面因素进行综合考量，以满足建筑功能性需求与质量需求为基本前提，尽可能地通过构件布的优化，降低建筑成本，提高建筑的经济效益与社会效益。 4.4 合理应用概念设计
基于有限元分析的结构优化设计方法的研究 The research of a structure optimization design method based on FEA 李曼丽，杨志兵 LI Man-li ，YANG Zhi-bing （北京理工大学 机械与车辆学院工业工程研究所，北京 100081） 摘 要：提出一种新的结合有限元分析和参数化建模的结构优化设计方法，并利用单参数分析和多参数 分析进行阐述。在该方法中，首先建立产品的参数化FE模型，实现修改参数后自动更新产品模型并进行计算；其次利用二次开发设计用户界面，通过单参数分析评价各参数对产品结构性能的影响程度，通过多参数分析在修改两个参数的条件下，基于权衡研究找出产品结构最佳优化方案；最后提出一种根据权重评价多参数修改条件下的设计方案的思路。 关键词：结构优化设计；有限元分析；参数化FE模型 中图分类号：TH122;TP391.7 文献标识码：A 文章编号：1009-0134(2013)09(下)-0123-04Doi：10.3969/j.issn.1009-0134.2013.09(下).37 收稿日期：2013-05-21 作者简介：李曼丽（1990 -），女，河南周口人，硕士，研究方向为CAD/CAE 。 0 引言 如今，竞争日趋激烈的环境迫切需要企业快速开发出高质量的产品，为了在降低成本同时改善产品的性能，对产品进行结构优化设计是具有实际意义的。结构优化是在满足最优结构性能时能自动生成机械零件设计的一种方法，它能够在成本较低的情况下满足设计要求。最优结构性能可能是产品的质量较轻或者便于操作者使用[1] 。 在过去的一段时间内，很多学者对机械产品如液压挖掘机、飞机零件等的结构优化设计做了一些研究[2]，验证了有限元分析（FEA ）在分析产品结构性能时所体现的重要意义的意义。FEA 是对已知工作载荷和边界条件下的结构强度计算的最强大的一门技术。随着并行工程以及DFX 技术的发展，FEA 已成为设计过程中的关键步骤。最初FEA 只是用来在设计最后验证设计的合理性，现在已经应用到设计整个过程，尤其是在上游设计阶段[3]。 然而，传统用于结构优化的FEA 技术需要花费大量的时间，不能满足快速响应的需求，因此关于FEA 的进一步的研究目前引起了学术界的注意。Qiao L.H.等提出了一种基于工程仿真的混合优化设计方法，并以钳臂为例进行验证该方法[4]。通过总结前人的研究成果，其中一些研究也提出了参数建模方法，可以有效减少设计时间，并提高设计质量。Liu Z.C.等同归对VC+ +和ANSYS 的APDL 语言进行结合开发，完成了YJ32液压机下梁 的有限元优化设计[5]。基于有限元分析和参数化建模这两个基本理论，本文提出了一种结构优化设计方法，可以帮助设计者短时间内找出产品的最优设计，最后以电焊钳钳臂为例验证该方法的有效性。 1 基于FEA 的强度分析 强度是产品设计过程中最基本的设计要求，为了测试产品是否能够承受工作载荷，需要进行有限元分析得到最大应力和最大位移，并与产品所用的材料性能进行比较。另外，设计者可以考虑采用加强筋或加强套，或者改变关键尺寸来提高产品的强度。通常情况下，有加强筋的钳臂可以承受更大的负载，直径尺寸大一些的使用寿命较长，但同时重量也增大，因此设计者要对强度和重量进行权衡，找到最优设计。强度分析被广泛用于获得特定负载条件下的结构的最佳强度/重量比。 Zhang B.等利用FEA 技术，通过参数研究方法分析内燃机的气缸盖直径这一关键参数，验证了气缸盖的结构设计中存在一个理想的参数匹配点[6]。参数和最大应力之间的匹配关系有助于产品设计。本文从两个方面阐述了一种新的结构优化设计方法：单参数分析和多参数分析。 1）单参数分析 产品结构的很多参数都会影响结构性能，并且影响的程度不同。因此，可以通过单参数分析方法找出相对重要的影响参数。在固定其他参数
第一章 第章基础 1、基础类型： ? 天然地基基础 ?复合地基→天然地基+增加体（柔性桩、刚性桩）? 桩基：常规桩基 后处理加强的后注浆钻孔灌注桩 先处理加强的劲性复合予制静压桩
第一章第章基础 ? 天然地基承载力不宜低于预期复合地基承载力的百分之四 十软土地基上采用复合地基要慎重组成复合地基的增采用复合地基应注意： 十，软土地基上采用复合地基要慎重。组成复合地基的增强体桩基，应具备一定刚度，并且不能是端承桩；随着复合地基承载力需求增大增强体桩基的支承刚度与 ? 随着复合地基承载力需求增大，增强体桩基的支承刚度与桩身强度，要求也需相应提高，对于20层~30层的高层建筑不宜采用单纯摩阻桩桩端进入较好的持力层但持筑，不宜采用单纯摩阻桩，桩端进入较好的持力层。但持力层不宜是强风化以上的岩层，桩身强度承载力要满足计算底板与桩基持力层选择需慎重 算，底板与桩基持力层选择需慎重。
第一章南京某小区复合地基事故第章基础 南京某小区复合地基事故： 该小区位于河西，七层砖混住宅，场地内有深厚的淤泥质软土层，增强体刚性桩未穿过软土层，施工也存在质量问题，建造过程中一直到结构封顶，沉降持续发展，最后采用锚杆静桩较好的才控制住降静压桩，压入深层较好的土层，才控制住沉降。最近几年，我们做了一批20层~30层100米以内的高层剪力墙住宅，采用刚性桩复合地基都取得成功。例如：淮安恒大、淮安中南、合肥融侨等都是20万~30万㎡的高层住宅小区，天然地基承载力约在200k 左右采用予应力管桩作为增加体然地基承载力约在200kpa左右，采用予应力管桩作为增加体， 复合地基承载力可达到500Kpa左右
建筑结构优化设计与结构措施研究 发表时间：2018-11-07T10:02:41.990Z 来源：《建筑学研究前沿》2018年第17期作者：陈强斌李永清 [导读] 随着我国时代的发展和经济水平的不断提高，我们在保证建筑的安全性和实用性的同时对建筑的美观性和和经济性方面的要求也正在不断地提高。 浙江施朗龙山工程设计有限公司 310000 摘要：建筑结构设计优化措施是顺应建筑行业发展的产物，也是市场经济条件下对资源配置提出的新要求，其为建筑结构优化设计提供了重要的参考，具有不可估量的参考价值。对建筑结构进行优化是实现建筑行业长远发展的重要途径，将建筑结构设计优化的结构措施应用于结构设计，能够体现建筑结构设计的科学性和经济性。同时装配式建筑发展已作为建筑业转型升级的重要突破口。本文探讨了浙江省嘉兴市孔雀城A地块项目中B住宅的建筑结构优化设计与采取的结构措施。 关键词：建筑结构；优化设计；结构措施；经济性；预制混凝土墙、板 引言 随着我国时代的发展和经济水平的不断提高，我们在保证建筑的安全性和实用性的同时对建筑的美观性和和经济性方面的要求也正在不断地提高。既要保证建筑安全、实用，还要做到建筑经济、美观，与此同时也要加强对施工便利性和时效性的考虑。所以对建筑结构做完整的优化设计也是十分重要的。 1 工程概况 本工程高层住宅采用装配整体式剪力墙结构，地下1层，地上28层，上部层高均为2.8m。建筑总长56.1m，总宽13.05m，结构总高度78.5m。建筑抗震设防类别为丙类，建筑结构安全等级为二级，所在地区抗震设防烈度为7度，设计地震基本加速度0.10g，设计地震分组为第一组，场地类别为Ⅳ类，50年一遇的基本风压0.45kN/m2，地面粗糙度B类，风载体型系数1.4。基础采用桩筏基础。桩采用直径 600mm预应力混凝土空心管桩。局部采用预制混凝土墙和预制混凝土板（60mm+80mm），填充墙外墙采用B07 加气混凝土砌块，内墙采用B06 加气混凝土砌块。混凝土强度为C50~C30，钢筋采用HRB400级，箍筋采用HPB400级。抗震等级：剪力墙二级。 2 建筑结构优化设计 2.1 建筑结构平面布置 在进行建筑工程结构设计时必须遵循其基本原则，主要就是要遵循可靠性原则、经济性原则、安全性原则、适用性原则、美观原则以及便于施工原则等，要保证结构设计的科学性和合理性就必须有效的将这几个方面结合起来。在进行建筑工程结构设计的工作过程中可以对其加以优化改变，提高其合理性，在保证结构设计科学性的同时提高其设计效率。本工程的标准层单元结构平面布置详见标准层平面布置图（图中阴影填充部分为剪力墙和框架柱）。高层剪力墙结构在方案阶段的抗震概念设计尤为重要，其首要问题就是进行合理的剪力墙布置。剪力墙布置遵循均匀、分散、对称和周边的原则；在平面布置上尽可能均匀、对称以减小结构扭转。不能对称时应使结构的刚度中心和质量中心接近。本工程建筑平面因采用通长的外走廊来节省楼电梯的面积和个数，使的平面不规则性很差；建筑的高宽比和长宽比均不利造成结构的经济性指标很难满足。结构优化措施是在走廊的内侧增设框架柱和剪力墙使结构竖向构件外移，在开洞区域局部补充抗震板；消除平面不规则。在楼电梯和主体相接处加厚楼板提高抗震性能。同时在建筑两侧增设长墙来平衡刚度满足Y向层间位移角的计算要求；加高X向外边梁的截面来满足X向层间位移角的计算要求。其中连梁剪压比超限的问题则考虑从整体上的剪力墙布置去协调。同时考虑扩大洞口宽度或减小梁截面，增大连梁的跨高比，减小该片联肢墙刚度，转移其承担的部分地震力，从而降低连梁内力达到不超筋的目的；对调整确有困难的梁，也通过合理的降低梁的弯剪刚度而不减小梁截面的方法进行调整。 2.2 预制混凝土墙和预制混凝土板的结构优化 装配式建筑是传统建筑业与先进制造业良性互动、建筑工业化和建筑信息化深度融合的产物。装配式住宅一体化设计，各专业间互为条件，互相制约，大量施工及安装工作需在前期设计时精准确定，必须通过最大限度配合实现最优方案。建筑方面采用预制混凝土墙板的结构设计重点在于建筑体形控制。结构设计时选取预制板块尽量规整，减少预制板块规格，合理利用“少规格、多组合”的原则，控制构件标准化，尽量统一模数。装配整体式剪力墙结构中，墙体间的接缝及连接较多，主要为预制构件之间的接缝及预制构件与现浇混凝土之间的界面，施工时接缝处剪力墙墙身钢筋连接要求较高，装配或绑扎较难；为尽量降低现场操作的复杂性，使装配后的墙板整体性能等同现浇剪力墙结构，对于预制墙体的选择采用如下原则：（1）竖向受力相对较小，承重构件竖向应上下对齐无转换；（2）方便现场装配连接，利于发挥预制结构精度高、质量好的地方；（3）本工程的边缘构件均采用现浇混凝土墙。同时剪力墙结构底部加强部位的剪力墙采用了现浇混凝土；考虑对弹性计算的内力进行调整适当放大现浇墙肢在水平地震作用下的剪力和弯矩。装配整体式剪力墙结构中预制板的厚度选取多种多样。其中图集的最小厚度规定如下：预制厚度≥60mm，现浇板厚度≥60mm，叠合板总厚度≥120mm。本工程初始采用厚度为 60mm+60mm后调整为60mm+80mm的叠合板。两者对比中120mm厚的叠合板做法有叠合板现浇部分钢筋容易露筋，保护层厚度难以保证，设备管线不易预埋等缺点。同时采用140mm的叠合板有叠合板底筋可不伸入支座，现场吊装简便，施工操作性便捷，施工质量容易保证等优点。结构优化采用60mm+80mm的叠合板进行设计。 3 建筑结构优化的结构措施 3.1从整体控制结构经济性的结构措施 本工程建筑方案选型时期，结构对建筑提出的优化有以下几点：（1）建筑外部体形的长宽比例、对称性以及复杂程度直接影响建筑物