天窗结构优化设计论文范文第1篇
书名：《论创新设计》
编著者：路甬祥着
出版单位：中国科学技术出版社
当今时代，信息网络与制造服务融合创新，全球制造正面临新变革。《中国制造2025》明确了建设制造强国的目标。今年“科技三会”上，习总书记吹响了建设世界科技强国的进军号，开始了向中国创造跨越的新长征。
设计是对于创新的设想与计划，是引领中国创造的先导和关键环节。在引领创造人类文明进步的进程中，设计也从农耕时代的设计1.0，工业时代的设计2.0，进化到知识网络时代的设计3.0。把握新机遇、应对新挑战，认知设计的价值和竞争力要素，提升创新设计能力，对于引领推动自主创新，加快实现中国创造至关重要。
今天，我谨以“创新设计引领中国创造”这个主题，再谈几点认识与各位分享。
一、机遇与挑战
进入新世纪，信息网络、新材料、新能源、智能制造、生物健康等技术与产业酝酿新突破、新变革，知识网络文明已现端倪。我国已成为全球制造大国、第二大经济体，但中国经济与制造仍大而不强。发展方式粗放，资源环境代价巨大，自主创新能力薄弱，主要依靠OEM和加工贸易，总体还处于全球产业链、价值链的低中端。未来十年是我国发展转型升级的关键时期。世界新科技产业革命与我国建设科技与制造强国形成新的历史交汇，既是难得的发展新机遇，也将面临新挑战。由于历史原因，我们失去了前两次科技与产业革命的机会，今天我们已从新的起点再出发。依靠科技原创突破前沿核心技术，依靠创新设计引领自主集成创新，支持经济提质增效、产业转型升级，加快实现向中国创造转变。我们比任何时候都更有信心、有能力、有条件把握新机遇、迎接新挑战、实现新目标。
人们更加关注人与自然协调发展，追求全生命周期绿色低碳设计制造和运行服务；依托网络和大数据，实现整体系统和全社会绿色化发展。我国已有220种以上大宗工业品产销量列全球首位。但单位GDP（国内生产总值）物耗能耗和排放遠高于发达国家，落后产能严重过剩。去落后产能、优化产业结构，节能减排、提质增效任务艰巨，实现绿色低碳、可持续发展挑战严峻。绿色设计制造将从产品供应侧、生产工艺源头和发展循环经济和再制造等，引领促进绿色低碳发展，创新机会与空间巨大。
万物互联、实时传感、VR/AR、AI、3D打印等技术创新和应用日新月异。全球多样化、个性化需求快速发展。为用户创造更好的体验、更高的价值，已成为提升制造服务竞争力的“焦点”和“痛点”。企业主导的工厂化、自动化、大批量制造，已向用户主导的个性化、定制式规模制造服务转变。网络协同智能成为设计制造服务的新特点、新方式。中国制造正迎来自主设计创新，促进带动向中国智造和中国创造跨越的新机遇，但也必须面对发达国家重振制造新优势和新兴发展中国家低成本制造的双重挑战。
当代设计制造服务创新，更需学科交叉融合、跨界知识融合，创新方法多样融合，终端一云端/软一硬件深度融合，开放合作融汇全球资源。开放融合成为新常态。能源运载、空间海洋、高端制造、医疗健康、民生服务、安全国防、电商金融等科技与新兴产业领域，成为自主设计制造服务协同创新的主战场、新高地。新中国成立以来，我们建立了完整的科技、教育和产业体系。改革开放三十多年，又融入了世界科技产业经济创新发展大环境。中国已成为全球科技、人才、制造和网络大国，但也仍存在信息数据分隔垄断，产学研用协同创新体制障碍，观念文化和制度创新等挑战。
信息数据已成为最具价值、可近零成本分享的创新资源。云计算、云服务、云平台等成为设计众创、制造服务的新生态。合作共赢成为新共识，共创分享成为经济发展新形态。我国网络电商、“互联网+”发展快速，市场需求和产业大数据资源居全球前列，超级计算能力领冠全球。实施“一带一路”战略，设计建设基础设施，带动优势产能转移，促进经济共同繁荣，创新机会空前、合作领域广泛。但企业数字化、信息化、网络化水平低，操作系统、工具与控制软件、先进算法等方面自主创新能力薄弱。在网络经济和数据产业全球竞争合作中，必须应对发达国家力图从云端掌控主导网络数据资源和信息安全的新挑战。
二、创新设计的价值
创新设计提升制造服务品质，赢得用户信赖，获得市场竞争优势，创造价值。奔驰公司秉承为用户提供安全可靠、舒适满意的高品质乘用车的设计理念和严格精湛的制造工艺，赢得了全球信誉，造就了高端品质的百年经典和市场价值。华为公司创新设计，突破芯片、算法、软件等核心技术，汇聚莱卡等全球高端资源，致力为客户提供更高品质、更加好用的智能手机，国内市场占比超越三星、苹果，国际市场份额也快速上升直追冠亚军。
为用户创造新体验和新价值成创新设计竞争力的核心价值。宝马公司设计追求基于高质量、高性能、高技术的强劲动力和出众的驾驶体验，倍受高端客户的青睐，赢得了竞争优势和价值。OPPO、VIVO公司优化设计，致力为细分市场用户创造更好的摄影、音乐个性化体验以及快充5分钟通话两小时等功能，受到青年用户的喜爱，在竞争激烈的国内市场，今年前三季度销售已居前位，并分别夺得全球智能手机出货量的第四、第五位。
创新设计新工艺、新装备，可实现大幅提质增效，乃至引发产业变革。奥地利Voest Alpine公司设计发明吹氧炼钢工艺与转炉装备，将熔炼过程从8～10小时缩短到10分钟，并可实现负能耗冶炼。设计创造浮法平板玻璃生产工艺与装备，引发了平板玻璃制造品质效率的革命。江苏恒通光电公司在引进消化吸收基础上，自主设计研发光棒一光纤一光缆核心技术、先进工艺装备，形成完整的产业链，成为世界顶级光纤、光缆生产供应商。
好设计可以创造新需求.开拓新市场、创造产业新生态。郑州新大方公司创新设计机电液一体化大型专用运载施工设备，打破国外垄断，填补国内空白，开拓了国际国内高铁、桥梁、船舶、风电等专用工程装备的新市场。谷歌、百度不但是全球最强大的搜索引擎，而且不断设计推出导航地图、百科全书、语言处理、图像识别等新应用，构建了知识服务产业共创分享的新平台和新生态。
绿色设计引领促进资源高效、清洁和循环利用，体现了创新设计的生态环境价值。设计创新环境友好材料、产品、制造工艺、清洁可再生能源、低碳交通物流等，将从源头促进人与自然协调可持续发展，从供给侧引领绿色低碳生产生活方式。如：通过优化建筑选址和功能布局，选用绿色材料，采用太阳能、地源和空气热泵、智能通风、采光和能源管理，废水和有机弃物循环利用等绿色智能设计，可实现能源自持的零能耗建筑。
设计为企业创造品牌和文化价值。意大利和法国的服装和饰品设计，不但创造了诸多世界著名品牌企业，还引领了全球时尚消费文化。
创新设计经营服务方式，将创造竞争新优势，重塑市场新格局。青岛红领公司设计引入数字化、网络化、智能化制造服务新业态，适应个性化、定制式需求，在服装市场产能严重过剩的大环境中，销售和赢利持续逆势大幅上扬，成为服装业转型发展的典范。
设计引领推动社会文明进步，开拓创造更美好的未来。英国因设计创造蒸汽机、工作机器、火车轮船，引领以机械化为标志的近代工业文明。德国、美国等设计电机电器、内燃机、汽车飞机等，引领以电气化、自动化为标志的现代工业文明。美国设计发明了计算机、半导体、集成电路、数控机床，引领人类电子化、数字化、信息化文明进程。信息网络-物理计算环境、大数据、VR/AR（虚拟现实/增强现实）、3D打印等为创新设计创造了新环境，注入了新动力，将设计创造智能产品、智能制造、网络智慧经营服务新业态，引领知识网络文明。
为客户、企业创造价值，保护生态环境，引领推动文明进步，开拓创造更美好的未来，是创新设计的永恒追求。
三、创新设计竞争力要素
知识技术、创新环境、体制机制、价值理念、创意创造、创新人才是创新设计竞争力要素。
知识技术是创新设计竞争力的基础和核心。医学核磁共振成像（MRI）是基于人体组织中氢原子核在磁场中受到射频电磁脉冲激勵发生核磁共振一弛豫的科学知识，并应用高灵敏线圈接收共振一弛豫信号和图像重建计算技术，设计研制的高端层析诊断设备。举世瞩目的AIphaGo软件设计基于围棋知识信息大数据、人工智能和超算技术等。谷歌无人驾驶汽车控制系统设计也是依靠雷达、激光和声频等实时传感系统、交通知识和地理信息大数据和智能计算与卫星导航控制实现的。
创新环境是培育设计竞争力的沃土。开放公平的市场环境，平等自由、民主法治、多样包容的创新社会环境，是培育创意创造、创新设计的雨露阳光。欧洲文艺复兴时期，思想解放、自由民主的社会氛围，促进了科技与艺术的繁荣，杰出艺术创作、建筑设计与技术创新大量涌现。而腐败落后的封建统治和长期闭关锁国，压抑束缚了中华民族的设计创造活力。
新中国成立以来，坚持独立自主发展道路，改革开放以来，确立发展社会主义市场经济，依法保护物权和知识产权，融入全球市场竞争合作，实施创新驱动发展战略，推进“一带一路”建设等，为创新设计创造了前所未有的大环境。万物互联、实时传感、大数据、云计算等发展迅猛，全球知识信息加速扩增汇聚，为创新设计制造服务造就了全新信息网络一物理计算环境。我国互联网、物联网、交通物流、无线宽带基础设施居世界前列，网络电商、数字中国、智能制造、智慧城市快速发展，超级计算能力领跑全球，移动终端用户超过10.6亿，政府倡导大众创业、万众创新，形成了众创共享、提升创新设计竞争力的好环境。
体制机制是创新设计竞争力的重要因素。开放合作，政产学研用金协同创新，是凝聚提升创新设计竞争力的有效体制机制。中国高铁、北斗导航、载人航天、大运20、特高压输电、长征五号等无一不是自主创新设计、发挥制度优势、开放合作、协同创新的成果。安卓系统、滴滴打车、Facebook、微信等开放共享平台设计，都是汇聚网络资源和众创动力的最好实例。
创意创造是创新设计竞争力的关键要素。创意创造可以创造开拓新市场，重塑产业新格局，引领发展新方向。乔布斯以独特的创新思维和移动网络智能终端的新创意，领导苹果公司设计创造iphone等系列产品，颠覆了已有市场格局，开创引领了智能移动终端的市场和发展走向。国内大疆的创始人汪滔前瞻创意设定消费类摄影无人机目标，领导大疆自主创新设计集成高性能摄影平台、飞控软件、高性能直流电机和动力电池，并依托无线传输、模块结构、网络营销等，创业10年成为全球最具创新活力的科技创新企业，占世界消费级无人机市场份额的70%，今年3月推出Phantom4后，市场份额更上升至90%。
价值理念是创新设计竞争力的灵魂和根基。比尔.盖茨因率先认识到操作系统和应用软件的价值，领导微软设计研发Windows、Office、lE浏览器等，一举引领个人电脑产业发展，改变了人们的生活与工作方式。马云在创建阿里巴巴之初，便树立了为广大用户提供可靠便捷电商平台的价值理念，不仅设计创造了第三方支付工具支付宝，更设计创建了阿里巴巴信用体系，共创客户信用大数据，铸就了阿里巴巴和蚂蚁金服等成功的基石，改变了亿万人的生活。
人才是创新设计竞争力的第一要素。牛顿、麦克斯韦、爱因斯坦、香农、维纳等的科学贡献和瓦特、西门子、贝尔、爱迪生、奥托、迪塞尔、本茨、莱特兄弟等人的设计创新和发明，引领推动了英德美等成为科技与工业强国。钱三强、钱学森、赵九章等为我国“两弹一星”做出了杰出贡献。改革开放以来，华为、BAT、联想、海尔、比亚迪、大疆、大华等世界瞩目的中国企业崛起，彰显了中国创新创业人才的智慧和才干。例如，华为公司以对事业的梦想追求、严谨科学的管理制度、独特的绩效分享制度和企业文化、高强度的研发投入，吸引凝聚人才，形成超强协同创新执行力，创立不到30年，便超越爱立信、阿尔卡特、朗讯、诺基亚、西门子等，成为受人尊敬的全球通信设备制造服务领军企业。深圳、杭州、北京中关村等也因创造吸引集聚创新人才的好环境，而崛起成为最具活力的创新创业城市和园区。历史雄辩地证明：人才强，则民族强、国家强、地区兴、企业兴。
四、提升创新设计能力
提升创新设计能力，关键在于更新理念、优化环境、强化基础、改革教育、培育文化，加快提升中国设计的国际竞争力、可持续发展能力和引领全球的能力。
更新理念。必须充分认识创新设计对产品、工艺、经营服务的引领作用，将创新设计作为提升自主创新能力，加快从跟踪模仿到并跑引领，建设世界科技与制造强国的重要抓手和关键环节。必须以新发展理念为指导，认识把握知识网络时代设计3.0的新特征，“绿色低碳、网络智能、开放融合、共创分享”，引导中国设计面向世界、面向未来，走向高品质、走向中高端。必须尊重设计规律，把握创新设计能力要素，解放思想、求真务实，引领推动加快实现由中国制造向中国创造、中国速度向中国质量、中国产品向中国品牌转变。
优化环境。在创新设计已纳入《中国制造2025》的基础上，制订制造业创新设计发展行动纲要，进一步明晰提升创新设计能力，引领推动制造强国建设，加快向中国创造转变的发展目标、重大举措和路线图。完善政策法规环境，落实首台套、首批次创新设计产品的税收减免，设计企业等同高科技企业优惠税率，设计服务进出口实行零关税。加强执法监督，切实保护知识产权，为创新设计提供有效政策激励和法治保障。以市场为导向，改革创新资源配置机制、权益分享制度、设计评价制度。发挥中国工程院、中国机械工程学会、行业协会、设计协会、创新设计产业联盟等专业组织的引导促进作用，优化以企业为主体、产学研用金协同、军民深度融合的创新环境。通过红星奖、龙腾奖、中国好设计案例等评选推介，建设设计小镇、设计创业园区、中外设计园，举办设计展会、设计竞赛、设计论坛等。优化激励大众创业、万众创新的设计大环境，建设世界一流开放共享、高效安全的信息网络.物理计算环境。
强化基础。在持续增加对基础前沿研发投入，为自主创新积累知识与技术基础的同时，国家、地方与企业应加强对创新设计的投入。建立创新设计基金，加大对设计创新创业的支持力度。着力培养引进设计人才，注重提升人才质量、优化知识、能力和团队结构，强化创新设计人力资本基础。建设认定一批国家、区域、行业创新设计研究院、创新设计园区、面向中小企业的创新设计技术服务中心等，强化以市场为导向的创新设计基础技术支撑体系与产业集聚平台。要着力提升先进设计理论、工具和嵌入软件、计算方法和大数据平台的自主创新、应用普及和资源共享水平，强化数字化、网络化、智能化、绿色化设计技术基础。积极主动参与制订和采信国际先进工业标准，加快提升中国设计的质量、安全和绿色化、国际化水平。
改革设计教育。理念创意是创新设计之灵魂。设计教育首要任务是引导确立先进科学理念和价值观，培育创新创业精神和工匠精神。培育设计创造的兴趣和自信心，激发人的想象力、创造力，远比灌输知识更重要。引导认知新趋势、求索新知识、创造新技术、追求新梦想远比传授学习技艺更重要。已有设计理论是前人对设计创新规律的理解和归纳。创新设计源于实践，源于对市场和社会需求理解和前瞻。在教授设计理论的同时，更应与设计案例研讨分析、参与设计创新实践紧密结合。设计3.0更需要跨界融合科学技术、经济社会、人文艺术、生态环境等新知识，需要分析理解大数据的数学方法和计算能力，更需要培育吸引凝聚跨界人才，设计构建共创分享平台网络和机制的能力。创新设计需要全球视野，融汇国际先进设计理念、知识、技术与文化，必须众筹全球创新设计资源，创造国际化的教育环境。
建设设计文化。設计文化决定创新设计的特质和品格。在工业化、现代化的进程中，各工业国家形成了各具特色的设计文化。美国重视基础前沿研发投入，重视提升STEM（科学、技术、工程、数学）能力，尊重鼓励自由探索、创新创造，形成了创新引领的设计文化；德国是后起的制造强国，在全球市场竞争中，依靠富有特色的自然科学、数学、工程与职业教育、先进的工业标准，形成了优质诚信的德国设计制造文化；法国、意大利文化艺术底蕴深厚，孕育了优雅华丽的设计文化特质；国情传统使日本形成了精致实用的设计文化。实现向制造强国跨越，必须培育建设具有中国特色、符合时代要求，尊重创新创造、追求精益求精，格守诚信合作、祟尚共创分享的先进设计文化。
感谢各位对创新设计的关注！让创新设计引领促进经济提质增效、转型升级，推动实现中国创造！让绿色设计引领促进绿色制造、绿色消费，实现绿色可持续发展！祝贺北京绿色设计促进会成立！祝2016中国创新设计大会圆满成功！
《论创新设计》一书收录了自2009年6月至2017年1月期间路甬祥院士在创新设计方面发表的报告、讲话、文章、书信、序言和接受媒体的采访，共计60余篇，反映了中国工程院“创新设计发展战略研究”等系列咨询研究的主要成果，是路甬祥院士系统阐述创新设计理论思想的重要文集。
天窗结构优化设计论文范文第2篇
(北京中华建规划设计研究院有限公司福州公司) 摘 要：
高层建筑项 目投资大，建设周期长，对其进行优化设计能够有效的减少投资金，但是，由于设计变量、约束条件、计 算量过于庞大的原因，高层建筑的结构优化设计并未有效的展开。分析了高层建筑结构和工程优化设计理论的发展趋势，研究了高层建筑结构优化设计中存在的问题，并探讨了利用满应力设计法进行高层建筑的结构优化设计的可行性。关键词 ：高层建筑;结构设计 ;优化设计
高层建筑是随着社会生产的发展和人们生活的 需要而发展起来的，是城市和工商业发展的结果，而 建筑技术的进步，轻质高强材料的出现以及机械化、 电气化、计算机在建筑中的应用，又为高层建筑的发 展提供了物质和技术基础。
(一) 高层建筑结构的发展趋势
第一，钢筋混凝土材料重新得到重视。20世纪 9O年代以来，美国、日本等原来从高层钢结构起步 的国家开始大力发展钢筋混凝土结构。与钢结构相 比，钢筋混凝土结构具有整体性好、刚度大、位移小、 舒适度佳、耐腐蚀 、耐高温、耐火、维护方便等优点。
此外，即使是在美、日等钢铁工业发达的国家，钢筋 混凝土造价还是低于钢结构。特别是 20～40层区 间的住宅，多采用钢筋混凝土框架或框架一剪力墙 结构。我国的高层建筑中，绝大部分为钢筋混凝土 现浇结构，只有少数采用了钢结构。轻混凝土、高强 混凝土、钢管混凝土、型钢混凝土等理论技术已经成 熟 ，而非金属配筋、新型预应力钢棒等混凝土增强材 料技术的不断发展，也为钢筋混凝土材料的重新崛 起提供了条件。
第二，组合结构的高层建筑发展迅速。采用组 合结构可建造比混凝土结构更高的建筑，不但具有 优异的静、动力工作性能，而且能大量节约钢材、降 低工程造价和加快施工进度。在不同的情况下，可 以取代钢筋混凝土结构和钢结构，科技含量也较高， 对环境污染也较少，已广泛应用于冶金、造船、电力、 交通等部门的建筑中，并以迅猛的势头进入了桥梁
工程和高层与超高层建筑中。在强震国家 日本 ，组 合结构高层建筑发展迅速，钢筋混凝土组合柱应用 广泛。由于钢管内混凝土处于三轴受压状态，能提高承载力，从而可节约钢材。而香港的中国银行采 用巨形组合柱的建筑设计方法，获得了十分可观的 经济效益。随着混凝土强度的提高以及构造和施工 技术上的改进，组合结构在高层建筑中的应用可望进一步扩大。
第三，新型结构形式的应用不断增加。框架体系、剪力墙体系和框架一剪力墙(支撑)体系是高层建筑的传统结构体系。筒体结构出现于 2O世纪 6O 年代，它的问世对高层建筑的发展有重要影响。根 据筒体的不同组成方式，分为框筒体系、筒中筒体系 和多束筒体系3种类型。筒体最主要的受力特点是 它的空间受力性能。无论哪一种筒体 ，在水平力作 用下都可以看成固定于基础上的箱形
悬臂构件 ，它比单片平面结构具有更大的抗侧刚度和承载力，并 具有很好的抗扭刚度。因此，该种体系广泛应用于 多功能、多用途、层数较多的高层建筑中。而 2O世纪 8O年代发展起来的巨形结构(巨形桁架、巨形框架)、应力蒙皮结构、隔震结构等也都已经开始了广 泛 的应用 。
第四，智能建筑的发展异军突起。现代建筑技术和高新技术产业的结合促成了智能建筑的产生，在高层建筑中有更广阔的应用前景。智能建筑是建筑、装备、服务和经营四要素各 自优化、相互联系、全面综合并达到最佳组合 ，以获得高效率、高功能与高舒适的建筑物。智能建筑是通过对建筑物的4个基本要素，即结构、系统、服务和管理，以及它们之间的
内在联系，以最优化的设计，提供一个投资合理又拥有高效率的幽雅舒适、便利快捷 高度安全的环境空间。智能建筑的构成至少必须具备三大系统：设备管理 自动化系统、通讯网络系统、办公 自动化系统，并以此应用现代 4C技术构成智能建筑结构与系统，结合现代化的服务与管理方式给人们提供一个安全、舒适的生活、学习与工作环境空间。
(二)工程优化设计理论的发展
第一，工程设计软科学的发展。实际上，人们在处理事物时都会遇到硬、软两种因素。硬因素就是有实体的物质系统中的一些因素;软因素就是精神意识系统中的一些因素。软科学和硬科学的区分是相对的，不应该也不可能给出截然划分的界限。目前的工程设计主要侧重于力学分析，具有硬科学的性质。力学分析只是荷载决定后计算结构力学反应
的一种手段，是工程设计所使用的工具之一。在工程设计中，更重要的是必须进行很多运筹、决策和规划的工作，这些工作具有软科学的特点。所以，工程设计应该是硬科学和软科学的结合 ，这就需要建立全面的、崭新的工程设计理论。在土建工程设计的前期，有许多重大的问题需要进行科学的决策，包括工程项目的可行性论证、工程项 目的总体规划及功能优化、结构的造型、结构设防水平的决策等。所有这些前期的决策工作，其影响都远大于目前的以结构计算为主的优化设计工作。
第二，工程项目功能优化的发展。在经过可行性论证决定了工程项 目的任务、规模、建设地点、建设分期等重大问题之后，就需要考虑工程建设的总体布局及规划，这也是一个重大的决策，直接影响工程的社会和经济效益、运行的功能和对环境的美学效应。在优化整个工程项 目的功能时，可以利用价值工程的某些概念和手段来改善现有的方法。价值工程是一门软科学，依靠集体智慧有组织地研究系统的功能，揭示系统中的必要功能与总成本间的最佳匹配。价值工程的基本观点是对产品及其各个组成部分进行功能分析，在很多情况下，这样做都是很有好处的，因为人类制造任何产品，实际上是为了使用该产品的功能，例如，兴建电视塔、水塔等高耸构筑物是为了求得一个工作高度，兴建房屋是为了提供一个工作、生活和娱乐的空间，兴建桥梁是为了求得一个跨越的媒介，兴建雕塑是为了美学享受或某种纪念。在进行工程项目的总体规划时，从功能出发，可以开拓视野，减少习惯的束缚。
第三，工程结构系统全局优化的发展。各个结构独立优化和拼凑而成的工程系统并不一定优化 ，只有当工程系统中各个结构之间不存在任何横向约束时，各结构的独立优化才形成工程系统的优化。只有从大系统全局进行优化，才能真正收到优化的效果。近些年，在解决抗灾结构优化设计方法的实用化问题上，研究者以设防烈度 ，d作为优化参数，并且比较容易和切实地将结构造价 c(，d)和损
失期望 (，d)表为结构设计方案 (，d)的函数，原因在于
现行规范将抗灾结构的失效简化为单失效模式 ，并地震烈度度量结构抗力和地震的作用，这就使结 的优化得到了极大的简化。此外，现行规范得 以 理地提出了三级失效准则。结合这两个举措 ，就 成了国内外所共识的“小震不坏，中震可修，大震 倒”的设计原则。
第四，工程项 目全寿命优化的发展。以往的优 设计理论针对的都是具体的结构，而在工程实际中，一般都是整个工程大系统的优化设计问题，其由 多子系统或者结构组成，具有高维数、多目标、变量种类多、约束耦合复杂等难点，故其子系统的独立优化并不能带来整个大系统的优化方法。实际的工程系统优化模型往往预先不知道，需要通过子系统或者结构的具体优化模型来构造大系统的全局优化模型。工程的全系统全寿命优化就是考虑了工程系统中的动态可靠度与模糊因素，在各个阶段的优化中都应该以工程项 目的全局作为优化对象，而各个单元的优化必须在总体全局优化的指导下进行。这是一个从工程项目可行性开始，直至工程设施报废全过程的优化体系，优化 目标不仅包括近期的投资和效益，还包括长远的经济和社会效益，后者包括服役期间使用单位企事业运营的直接经济效益的期望值和遇到灾害时工程失效带来的损失的期望值。
(三)高层建筑结构优化设计中存在的问题
目前 ，结构优化的应用远远落后于理论进展 ，特别是高层建筑土木建筑结构的优化设计应用还不普遍。其主要原因有 ：
第一，只重视结构尺寸的优化，即在给定结构的几何形状、拓扑和材料的情况下，求出满足约束条件的最优构件截面，而忽视结构整体的优化。已有的研究结果表明，形状优化比尺寸优化更有意义。单纯的尺寸优化无法接近最优的结果，因此，也就不能完全令人信服。设计人员较普遍地认为，结构设计只要结构方案和布置合理，上部结构又有 比较成熟的计算机软件进行分析计算，构件截面只要通过计算结果满足规范即可，认为上部结构相对下部结构，即地基基础部分 ，特别是软土地基的意义不大，因此对上部结构截面的优化所能达到的经济效益未予以充分的重视。
第二，优化的目标还不能完全符合工程的需要。 由于实际结构问题往往十分复杂，存在设计变量多、 约束条件多、受建筑功能限制较大等难点 ，多种因素 甚至不确定性因素使得 目标函数在建立后只能得到 相对最优解。而且，目前尚没有实用的高层建筑优 化分析软件，而应用现有的各种计算机分析软件进 行截面优化并不是简单的几次尝试就能达到效果 的，因此 ，无论是机时，还是设计进度，都较难允许实 施这种优化方法。很多高层建筑设计项目，结构方案和布置还是比较合理的，其构件截面也是同类型结构中常用的尺寸，但是计算分析后还存在某些薄弱环节，为了改善这种受力状况，增大构件截面却未能得到明显改善，反而增加了材料耗量。第三，离散变量优化问题。建筑物尺寸以及钢筋、型钢规格型号等都不是连续变化的，因此，传统的优化方法，如各种梯度算法、对偶算法等解析算法
均无法胜任。而且，由于问题的规模较大，随之带来的计算量急剧增加的“组合爆炸”问题也会使计算量急剧增加。
(四) 高层建筑结构优化设计的方法
对高层建筑结构方案进行优化采用何种方法，首先应分析这一问题的目标函数、目标函数中的各种变量，这些变量之间的各种数学解析关系以及与各种变量
有关的约束条件，在分析的基础上是采用间接优化还是直接优化方法来确定。高层建筑结构方案优化的目标就是材料耗量，材料耗量决定于构件的截面尺寸大小，截面尺寸必须满足通过力学分析得到各构件内力后的强度计算及位移变形等条件。因此，目标函数很难用明确的数学解析式来表达 ，不能用数学上求极小值的方法，也就是一般所说的间接优化方法来优化。高层建筑结构方案的优化只能采用直接优化法来解决，即给目标函数中变量以已知值 ，经过试算使其满足一定的约束条件，求得其目标值 ，并找出使 目标值逐步变小而趋向最佳值的路线或方向，以达到目标函数的最优值。因此，可以采用满应力法进行高层建筑结构优化设计。满应力设计法是在桁架等杆系结构的设计中发展起来的，是结构优化中最简单、最易为工程人员理解的一种准则法。所谓满应力是指结构构件在荷载作用下的最大应力达到所用材料的容许应力，此时材料的强度得到充分利用，构件截面面积将是最小，故可作为桁架最轻设计或体积最小设计的一个准则。满应力设计法是结构在规定材料和几何形状的条件下，按照满应力准则的要求，修改构件的截面尺寸，使每一构件至少在一种工况下达到或接近其容许应力限值的化算法。如果结构除了应力约束外还有界限约束，则要求每一构件应力约束和界限约束中至少有一个达到临界值。
利用满应力设计法进行高层建筑的结构优化设计要遵循以下步骤：首先，要根据常规做法和经验确定结构构件的初始截面尺寸，并按构件分类分别建立柱、墙、梁可供选择截面尺寸的数据库;其次，要对结构构件进行力学分析，算出各工况下结构的位移力，并对结构构件进行承载力计算;再次，要根据计算结果，对构件截面尺寸进行调整，在满足位移条件的前提下，尽量充分发挥构件材料的性能，即按规范计算使其接近满应力状态，但截面选择应在指定的数据库中进行，并统计截面需修改的个数;然后 ，根据修改截面的数量、性质，由人工干预决定或指定一个限值自动决定是否重新计算，即返回到第二步计算，如此循环反复，直到满足要求为止;最后，输出最后优化的构件截面尺寸及计算结果。按以上步骤，可编制完整的高层建筑结构优化分析软件，但在软件研制中，如何尽量减少内存、加快运算速度， 需做大量工作，才能使之达到较为实用的程度。当前 ，在无成熟的优化分析软件的情况下，应用现有的 高层建筑结构分析软件，采用人工分析调整构件的截面尺寸，进行反复运算，也可达到优化效果，但费工费时，较难满足设计进度要求，而且对设计人员的素质要求较高，需要有较高的分析判别能力，当结构布置较复杂时，不仅工作量大，而且有时甚至无法将优化工作进行下去，因此，人工方法只是 目前一个暂时性 的过渡办法。
参 考 文 献：
[1] 沈蒲生.高层建筑结构设计[M].北京：中国建筑工业出版社， 2006.
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[7]王全凤.高层建筑结构优化、动力和稳定的实用计算[M].
天窗结构优化设计论文范文第3篇
一、建筑结构优化设计必要性意义
合理科学的房屋设计, 才能够实现房屋建筑物环保与经济效益的最大化价值。在不断优化的过程中, 可以大幅减少房屋的设计、建设成本。相较于传统房屋设计而言, 优化设计能够为建筑企业提供更加良好的经济利益, 并为使用者提供更加舒适的生活体验。优化设计包括优化与平衡建筑施工中使用的各类资源, 如建筑材料、建筑技术与空间布局等, 目的在于实现建筑功能与价值的最大化发挥。众所周知建筑面积会随着建筑高度与层数数量增加而增加。为了能够确保高层建筑的稳定、可靠, 我们必须加强建筑物的优化, 为用户提供更加满意的房屋使用体验。当然在建筑结构与材料优化的过程里, 因平衡了空间与材料的价值, 也能够极大的减少房屋建设投入成本。这便是房屋结构的优化设计价值。
二、建筑结构优化设计步骤
(一) 目标函数选择
房屋设计时, 设计人员首先要考虑与确定的是, 房屋结构的目标函数。目标函数是由建筑物的面积参数与安全标准共同确定的。之后还要根据建筑工程中所应用的材料价值和材料质量决定房屋优化的工程总成本造价。最后, 结合工程造价成本, 与工程造价设计方案分析并确定最终设计方案, 从而最大化发挥房屋优化的价值。
(二) 结构变量选择
当完成目标函数的确定与选择后, 我们还需要针对建筑物的结构变量做出合理选择。结构变量选择指的是, 由设计人员分析并研究哪些因素会影响到房屋结构的设计稳定性与科学性, 从而选取影响因素最突出的变量, 制定合理的控制措施。以求通过变量控制达成房屋优化的合理与科学。设计过程中, 变量因素的选择将直接定性房屋结构的设计结果与设计内容。
(三) 结构条件选择
为确保房屋建筑的可靠性, 我们同时也要制定相应的判定标准约束房屋结构的定量。为房屋结构设计标准设定相应的约束条件, 以求能够实现房屋结构的最优设计。如设计人员应将建筑结构强度、房屋大小尺寸、建筑材料对应力等因素全部设计在约束条件当中, 结合房屋实际设计标准合理选择, 以求规范并提高房屋设计的科学性与规范性, 从而为后续的施工打下良好的基础。
三、建筑结构创新优化具体措施
(一) 拓扑优化
拓扑优化要求工作人员在优化并重组涉及房屋结构时, 必须明确定位结构的最理想化布局, 从而分析建筑结构的刚度硬性需求。采用托普优化的方式能够有效减少建筑承重与建筑结构重量, 是进一步加强建筑性能的必要前提。当然在拓扑优化之前, 设计人员必须考虑到这项优化方式的优势与局限。从而更加科学的使用拓扑优化, 将理念性的优化方法转变成概念性的设计成果。这样才可以真正提高建筑整体层次的设计逻辑性, 进而为房屋用户提供更加舒适的应用体验, 提高房屋设计经济效益。
(二) 外形优化
建筑结构的创新与优化设计, 需要设计工作者在实践的过程当中, 采取外形优化的手段。即在原有截面优化基础上, 在不改变建筑整体大方向布局与安全可靠性的前提下, 完善与调整建筑内部形状和结构框架。从而提高结构设计的布局质量与布局层次效果。
实践中, 设计人员首先应了解到建筑的整体状况。并按照国内现行的房屋设计标准, 适当微调初始设计蓝图。利用外形优化设计方式, 设计人员首先要按照建筑的使用类型与使用方向调整建筑的外部结构。实际过程中可以使用连续性及杆系结构。其中的杆系结构设计中, 节点坐标的选择是至关重要的工作。通常会将节点坐标, 当做是结构设计变量做细节调整, 用以满足外形设计的优化要求。
(三) 截面优化
房屋细节优化体现为房屋设计的安全性与可靠性内容, 设计人员在调整与处理房屋截面时, 必须充分考虑房屋结构的安全性与可靠性, 通过科学的计算, 了解截面部位的问题并改良。以求通过这一步骤提升截面结构的稳定性与美观性。设计人员可以利用有限元方法来计算设计变量的应力特点和结构位移情况。之后利用电子设备验算与处理设计的相应数据, 并根据统计结果与测量数据判断需要调整的截面区域结构, 对相应部位做优化预处理。
(四) 地基结构优化
作为房屋的基础, 地基结构的设计将直接决定房屋的质量及稳定性价值。设计人员应合理优化, 以便建筑整体结构更加安全。如实际施工时, 在选取桩基类型时, 桩基类型的判断因素应包括稳定、性价比, 尽可能的减少工程总成本造价, 其次根据桩端持力层厚度, 合理选择灌注桩长度, 用对比的方式优化与选择设计方案。只有当房屋结构的所有因素全部做好了相应的细节处理, 才能够真正发挥优化设计的最大价值, 减少设计施工投入成本的同时, 为住户提供更加满意的用房需要。
结语:合理、科学的房屋结构设计, 不仅能够节约房屋投资与建设成本, 同时还能够为使用者提供更加舒适与安全的使用空间。当然房屋的优化与设计对于技术的优化是有很大的要求的。作为一项综合性强、复杂度高的系统性工作, 为实现房屋结构的优化与设计, 我们必须提高这项工作的研究力度, 从而加强房屋的优化与设计能力。只有控制了房屋的设计与优化能力, 才可以实现建筑质量与经济效益的协调。细节决定成败, 只有优化了房屋设计的细节, 用户才能够得到更加贴心与舒适的房屋使用体验。
摘要：如今人们的审美意识加强, 使得现代建筑已经不再像过去一般, 仅需要满足消费者简单的入住与办公需求即可, 同时还要在满足使用者基本入住、办公需求以外, 兼具一定的美感层次设计。现代美学建筑设计中, 美观、实用、性价比、施工便利、结构安全是最重要的五大因素。这些因素无一不要求建筑设计者, 必须针对建筑的性能做合理的优化, 从而让建筑的整体结构与层次更加安全与合理。本文将介绍优化建筑结构的几种方法, 希望能够为其他建筑设计设提供一定的借鉴帮助。
关键词：建筑结构,优化设计,优化方式,数学模型
参考文献
[1] 李永辉.建筑结构设计优化设计新方法探析[J].建材与装饰, 2017 (47) :91.
[2] 李贵江.建筑结构设计优化设计新方法探析[J].江西建材, 2017 (02) :82+87.
天窗结构优化设计论文范文第4篇
在弹性联轴器的设计中, 存在着许多不确定的因素, 如设计参数的随机性;联轴器的结构、材料性能在工作中的变化等。在传统的设计中, 一般通过强度校核来调整、确定参数。很难再有效地可行区域内, 直接找到最优的设计方案。为了改进在设计过程中的局限性, 提出了许多的优化方法, 其中包括有限元法优化设计、离散优化设计和模糊优化设计等。
1 联轴器的有限元法优化设计
有限元优化设计是用较简单的问题代替复杂的问题, 然后再求解。在联轴器的设计过程中, 把受力面进行网格划分, 对每一单元设定一个近似解, 在求解其域的满足条件, 从而使问题得到解决。有限元优化法计算精度高, 且可以适用于各种形状。
有限元法优化设计的过程为: (1) 对联轴器的有限元数值进行分析, 建立联轴器的几何模型; (2) 根据其几何模型对联轴器进行网格划分, 建立有限元模型; (3) 分析其受力情况, 结合材料的特性建立目标函数, 确定限制域; (4) 根据求解情况, 对联轴器进行优化分析和设计。
如王猛等在对爪式联轴器进行有限元法的优化后发现, 应力的最大值可以有原来的53.5MPa减小到37.9MPa, 减小了将近30%。虽然在实际中还有很多的影响因素, 但对于设计的改进还是有很大帮助的。
2 联轴器的离散优化设计
离散优化设计就是在限定域内, 有规律地散布一定量的实验点, 多方向的寻找优化目标。与有限元法最大的区别在于, 在寻优过程中, 只对设定的点进行筛选, 而不是对全域进行优化。但在实际科研与生产中基本可以满足需要。
离散优化设计的过程和有限元法基本一样。但有限元法建立的目标函数为积分函数。而离散优化则不需要采用积分形式。
如郭卫在等刚度直杆弹簧联轴器的离散优化时得出:在转矩为4300000N·mm、取材50CrVa时, 离散优化后的刚度与传统设计的相比降低24%左右, 扭转角增大30%左右, 效果相当明显。
3 联轴器的模糊优化设计
在联轴器的设计中, 存在着许多不确定的因素, 通过统计的方法确定其分布规律就是模糊优化设计的原理。比如45钢的许用应力就是一个模糊概念, 其规定值为90MPa, 但与90.1MPa之间并没有太大的差异。许用应力本省就是一个模糊边界量。
因此, 在联轴器的设计过程中, 可以假定工作应力和压力服从某一种统计规律的随机变量, 强度为隶属函数的模糊变量, 来进行优化设计。
其过程主要包括: (1) 模糊优化数学模型的建立, 包括目标函数及约束函数; (2) 建立隶属函数, 求解模糊优化函数。由于变量的限值是模糊地, 所以, 为了求解的方便, 一般采用线性隶属度函数。
如郭卫等在对联轴器的模糊优化[1]中发现:模糊优化得到的刚度值比传统设计的减小40%左右, 而且总片数减少了22片, 不仅具有良好的缓冲和减振效果还可以节省材料和成本。
本文主要介绍了有限元法优化设计、离散优化设计和模糊优化设计的原理及应用。与传统的设计方法相比, 各种参数都得到了很好的改进, 虽然这种改进并不能代表工作中的各种情况, 但这种变化完全符合理论与实际, 对联轴器的设计改进与优化具有很大的作用。
摘要：弹性联轴器是依靠弹性元件的变形来补偿轴线的相对位移和传递转矩, 具有缓冲减震的能力。本文对弹性联轴器的优化设计做了简单的介绍, 主要包括有限元法优化设计、离散优化设计和模糊优化设计。
关键词：联轴器,有限元法,离散优化,模糊优化
参考文献
[1] 郭卫, 赵栓峰, 杨桂红.基于遗传算法的叠簧弹性联轴器的模糊优化设计.[EB/OL]h t t p://w w w.d o c88.c o m/p-5780334862.html.
[2] 王猛, 刘吉普, 杨湘洪.基于有限元的爪式联轴器失效分析与优化[J].机械研究与应用, 2005, 18 (1) :84～87.
[3] 基于有限元分析的万向联轴器十字轴优化设计[EB/OL].http://www.chuandong.com/publi sh/tech/t hesis/2007/12/thesis_0_43_1580.html.
[4] 郭卫, 陈龙民, 等.刚度直杆弹簧联轴器的离散优化设计[J].西安矿业学院学报, 1997, 17 (1) :40～43.
天窗结构优化设计论文范文第5篇
结构设计方案的优劣决定了结构设计的成败。对于同一个建筑设计方案, 结构设计方案往往不是唯一的。不同的结构方案会使工程造价和工程质量产生很大的差别, 所以选择合理的结构方案便显得尤为重要。在结构方案的选择上, 应遵循以下的一些基本原则:要用整体的概念在特定的建筑空间中来完成结构总体方案的构思处理好构件与结构、结构与结构的关系, 充分利用和发挥整体结构和构件的最佳受力状态, 使结构具备足够的承载力、刚度和良好的延性;尽可能使结构的受力与传力途径简单、直接、明确;保持整个结构安全可靠度的协调一致性;使结构平面布置的抗侧力刚度中心与建筑物的外力作用中心或质量重心尽量接近或重合, 以避免或减小外力作用下结构的扭转效应, 因为抵抗结构的扭转所需增加的材料用量是很大的可以说结构平面布置的不规则既不经济又不安全;积极主动的参与建筑设计的方案阶段, 加强与建筑师的沟通与协调。
2 进行正确的结构计算
一体化计算机结构设计程序的不断完善和全面应用, 使结构工程师从繁重复杂的结构计算中解脱出来。工程师可以在概念、经验和估算的基础上借助计算机进行可靠的分析计算, 经过多次计算比较和调整, 使结构设计更加合理和经济。在利用计算机结构设计程序进行结构计算时, 要注意以下问题:不能盲目的依赖计算机;对于输入的几何图形、构件尺寸、荷载数据等应认真核对、力求准确无误;对计算参数的选取要正确合理;注意实际结构与计算模型的差异。
3 提高材料的利用率
结构设计的目的便是花尽可能少的钱, 做最安全、适用的建筑, 这就要求结构设计时对材料的选用要合理, 利用要充分。要根据结构构件的不同受力特点、工作环境和材料的力学性能特点, 选用合适的建筑材料。在钢筋混凝土结构中, 以受压为主的柱子, 就要充分发挥钢筋混凝土材料中混凝土抗压性能好的特点, 尽可能采用高标号混凝土, 不但可以减小构件截面, 增加使用空间, 还能减轻结构自重。梁板以受弯为主, 可采用高强度钢筋, 以减少钢筋用量, 同时要注意钢筋混凝土结构中钢筋与混凝土强度的匹配, 最大限度地发挥出材料的性能。
对于高层建筑的结构转换层和受力复杂的结点部位以及大跨度结构, 可采用型钢混凝土和预应力混凝土或钢结构等, 以达到适用、安全、经济的目的。实际工程中因材料选择不当造成浪费的情况很多。
4 正确理解运用《规范》
《规范》是我们在设计中必须遵循的“最低”标准, 是国家的技术经济政策、科技水平和工程实践经验的总结。全面理解规范条文的概念、定义、前提条件和适用范围, 是正确运用《规范》的前提和基础。作为一个结构工程师, 一方面必须熟悉、理解和吃透规范条文的真实含义, 另一方面必须客观理性地正确对待规范。对《规范》中的“强制性条文”要不折不扣的执行, 而对《规范》中的“非强制性条文”工程师可以运用自己的理论知识、结构概念和实践经验, 在《规范》条文思想的指导下, 针对具体的设计对象、环境和使用条件, 以工程的安全性和经济性为目标, 创造性地灵活选用规范中的数据。盲目照搬硬套不但会限制创新成果、影响设计创作, 阻碍工程技术的进步, 也会造成不必要的浪费。因为即使规范再详细, 也不可能包罗实际工程中遇到的所有技术问题。对《规范》中的构造措施要给予足够的重视。
在实际工程中, 一些设计人员过分依赖结构计算分析结果, 不同程度地存在忽视结构构造措施的问题。以抗震设计为例我们都知道, 地震是一种很复杂的自然现象, 我们对地震发生时建筑物的破坏机理还不十分清楚, 对地震的破坏现象也只是停留在感性认识阶段, 建筑物抗震计算的原理也只是一种近似方法。建筑抗震设计是建立在对震害分析和总结的基础上, 通过概念设计、结构计算和构造措施三部分来实现的。所以, 我们在进行建筑抗震设计时, 不但要遵循《规范》提出的抗震设计原则和抗震计算方法, 同时还要重视抗震构造措施。
5 树立精品意识
对结构优化设计的过程是结构工程师打造设计精品的过程。要求结构工程师不仅要具备深厚扎实的专业基本理论基础、丰富的实际工作经验, 更要有尽心尽力、精益求精、追求完美的精品意识。设计单位要提高市场竞争能力, 必须实施精品战略、走精品之路。改变以往在管理上重业务经营轻技术质量, 造成设计人不注重技术水平的提高, 设计只要保证不出大的质量问题, 方案的好坏、造价的高低无关紧要, 使优化设计失去内在动力。导致对设计方案不认真进行经济分析, 而是为保险起见, 随意加大安全系数, 造成投资浪费。只有在单位内部管理上把设计质量同个人效益挂钩, 才能提高设计人员的质量意识和经济观念, 促使结构专业经济化。
预算专业可以提前介入到结构设计的方案阶段, 为结构工程师提供必要的经济分析数据, 改变以前设计过程中不算帐, 设计完了预算见分晓的现象, 通过结构工程师与造价工程师对设计质量和经济指标进行全过程的控制, 实现设计产品技术质量与经济的统一。要落实各级技术岗位责任制, 通过各环节层层把关, 把提高设计质量、创设计精品的工作贯穿于整个设计过程之中。
6 结语
通过结构优化设计来降低工程造价是控制工程投资的一个有效途径, 而正确处理技术与经济的对立统一是控制投资的关键。不能片面强调节约投资, 而降低技术和质量标准, 又要反对重技术、轻经济, 设计保守浪费的现象。建筑结构设计的首要任务是满足建筑功能的需求, 实现建筑物适用、安全、美观、经济的目标。结构造价在建筑工程中所占的比重很大, 通过精心设计所带来的经济效益是十分可观的。实现安全与经济的最佳结合, 也是衡量一个结构设计人员专业水平和能力的主要标准。
摘要：文章结合在建筑结构设计工作中选择合理的结构方案时应遵循的一些基本原则, 探讨了在进行正确的结构计算时应注意的一些问题, 并从材料选用、《规范》运用以及设计者精品意识培养等方面对建筑结构设计进行了综合的分析。
关键词：结构设计,结构计算,材料选用
参考文献
[1] 林同炎, S.D.斯多台斯伯利.结构概念和体系 (第2版) [M].北京:中国建筑工业出版社, 1999.
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天窗结构优化设计论文范文第6篇
市政桥梁结构的设计需要根据城市的实际情况去深入挖掘, 既要满足城市便捷、安全通行的需求, 又要在此基础上提升城市的整体品质。在进行市政桥梁结构设计的优化时, 可以积极的借鉴国际先进的技术和建造经验, 适当的引入新型材料、新型结构理念和施工设备, 从而更好的满足日益多元化的市政桥梁建设需求。
1 我国桥梁结构设计方面的问题
1.1 市政桥梁的结构耐久性上存在不足之处
市政桥梁的建设和使用都是在外界环境中进行的, 桥身长期暴露在空气中很容易受到环境和一些化学物质的影响, 再加上桥梁结构还会受到来自车辆的压力, 地震等地理环境的影响以及超载等因素的综合作用, 桥梁材料的老化和变质等等会对桥身造成不同程度的损伤, 因而对桥梁结构的耐久性产生影响。目前, 由于桥梁倒塌造成的交通事故频发, 不仅导致使用者的人身安全没有保证, 还会对经济造成一定的损失。因此, 在市政桥梁结构设计的过程中, 应该着重桥梁整体结构和耐久性等细节的考虑, 保证桥梁交通的安全性。
1.2 市政桥梁的结构设计中经常出现桥梁结构疲劳损伤的问题
桥梁出现结构疲劳损伤主要是由于桥梁在运行中存在符合运行的现象, 进而在桥梁的内部形成循环变化的应力, 这些应力会导致内部结构出现振动。长时间积累之后, 就会出现桥梁结构的疲劳损伤。为了减少桥梁结构疲劳损伤的情况, 桥梁建造施工人员应该对桥梁的宏观裂纹进行有效的控制, 减少材料和结构出现脆性断裂的现象。
2 桥梁结构设计的原则
2.1 结构安全
在桥梁设计中, 最重要的一部分就是结构, 结构的安全性直接关系到桥梁的正常使用、在设计结构时:要考虑结构自身的安全性, 需要通过可靠的结构结算分析以及合理缜密的构造处理来保证;要将恒载、活载、自然荷载等其他荷载考虑在内;对于突然性的高强度的荷载。例如强风荷载、高强度的冻胀力、水力等因素也需要考虑在内。
2.2 耐久适用
桥梁结构设计常常受到地形条件的限制。因此, 对于地形条件较复杂的地区, 桥梁布设往往会出现高墩大跨结构, 对于这类结构形式的桥梁, 在下部结构进行刚度分配时, 稳定性、耐久性等因素是结构设计时的关键点。对于难以采用标准跨径结构和互通式立交中弯曲半径较小的桥梁, 可以采用钢筋混凝土现浇结构及预应力混凝土现浇结构。对结构形式的选择直接关系到结构的安全和使用。
2.3 经济合理性原则
在桥梁设计时, 除了要考虑施工技术、结构形式等因素外, 还要考虑桥梁造价问题, 这是一个现实的问题, 在考虑的时候应遵循基本达标、择优而取、最少污染的原则:必须要达到桥梁的最基本要求, 且经济指标是否接近最佳范围;要和其他方案反复比较, 确立最佳方案;所选方案要尽量减少对自然环境的破坏, 尽量和自然环境相协调、相结合。
3 市政桥梁结构优化设计策略
3.1 借鉴他国的经验
我国相对发达国家的发展时间较短, 有很多现代化的设施仍处于自行摸索的状态, 而桥梁的设计恰恰就处于其中, 如果想要在桥梁设计中少走弯路, 借鉴他国桥梁设计的先进理念与成功案例是必不可少。
3.2 解决耐久性问题
为了最大程度的提高市政桥梁的使用寿命, 加强市政桥梁使用的安全性, 解决市政桥梁的耐久性问题在市政桥梁设计中是十分重要的。这就需要设计师在进行桥梁设计之前, 必须要进行实地考察, 确定影响桥梁寿命的因素, 以便在设计时能最大限度的规避这些因素。
3.3 改善桥梁超载的情况
在改善桥梁超载的状况时, 要根据实际情况, 具体的分析, 从而采取最有效的措施。对于落成年代较久远的桥梁来说, 必须有专人经常地测试其承重量, 及时的维修, 从而避免桥梁在使用过程中突然崩塌的状况发生, 并且要制定严格的交通规则, 避免车辆负载超重的状况发生, 另外设计师在设计桥梁时必须考虑到桥梁上的日常车流量, 以便所设计的桥梁在投入实际应用中, 由于桥梁超载所出现安全问题的可能性降到最低, 从而在最大程度上保证桥梁使用的安全性以及桥梁的使用寿命, 这在一定程度上对促进当地的经济发展有着举足轻重的作用。
3.4 优化桥梁结构的疲劳状况
桥梁在交通运输中起到十分重要的作用, 因此, 其质量与结构被设计师广泛重视。桥梁结构的疲劳状况实际上是无法避免的, 因为桥梁长时间的暴露在外界, 经历风吹日晒, 即便没有车辆, 风雨都会对桥梁的内部结构造成损害, 所以只能优化桥梁的疲劳状况。这就需要设计师在设计桥梁时对桥梁的内部材料的均匀度做出一定的要求, 最大程度的保证桥梁的内部结构的稳定性, 而且在桥梁落成后要经常地检查, 虽然早期轻度的结构疲劳不容易被检测出来, 但是经常的检查可以避免出现比较大的交通事故, 在一定程度上保障了市民出行与车辆往来的安全。
3.5 加强桥梁的抗震性能
随着近些年来地震暴发频率的逐渐增多, 加强市政桥梁的抗震性能在桥梁设计中是十分重要的。设计师在设计桥梁时, 采取纵向横向相互交错的结构走向, 一定要保证桥梁结构的稳固性, 优化桥梁连接公路的接口处。再者, 所选择的材料要具有一定的抗震性, 比如软胶等, 添加减震消能装置。这在一定程度上保证了地震爆发时, 交通公路还能使用, 从而保证人员能得到及时疏散, 救援能及时的开展, 在一定程度上降低了人员的损失, 保证了居民的生命财产的安全。
4 结语
综上所述, 随着交通建设的飞速发展, 桥梁建设日益增多, 优化桥梁结构的设计也变得非常重要, 但是我国桥梁结构设计中出现的问题还是很多, 设计人员要在设计时要充分考虑结构中具有影响力的因素, 整体提升桥梁结构的可靠性。
摘要：随着我国城市化进程的不断加快, 市政桥梁工程的建设也在飞速发展。市政桥梁不同于其他类型的桥梁, 它的存在不仅要具有实用性, 还应该能够对周围景观和观景起到一定的协调作用。文章主要对市政桥梁结构优化设计进行了简单的分析。
关键词：市政桥梁,结构,优化设计
参考文献
[1] 于微微, 冯家骏.关于市政桥梁结构设计要点的探讨[J].城市建设理论研究 (电子版) , 2017 (34) :183.