浅谈:结构设计优化基本概念
作者:乐以忘忧 来源:建筑专业人才网 日期:2020-07-25 浏览
传统的结构优化设计,实际上指的是结构分析,其过程大致是假设-分析-校核-重新设计。重新设计的目的也是要选择一个合理的方案,但它只属分析的范畴;且只能凭设计者的经验作很少几次重复以通过“校核”为满足。结构优化指的是结构综合,其过程大致可归纳为:假定-分析-搜索-最优设计四个阶段。其中的搜索过程是修改并优化的过程。建筑英才网http://www.bptjob.cn)首先判断设计方案是否达到最优(包括满足各种给定的条件),如若不是,则按某种规则进行修改,以求逐步达到预定的最优指标。

1.结构优化设计的数学模型   
结构优化设计可定义为:对于已知的给定参数,求出满足全部约束条件并使目标函数取最小值的设计变量的解。

2.设计变量
  设计变量指在设计过程中所要选择的描述结构特性的量,它的数值是可变的。设计变量可以是各个构件的截面尺寸、面积、惯性矩等设计截面的几何参数,也可以是柱的高度、梁的间距、拱的矢高和节点坐标等结构总体的几何参数。设计变量通常有连续设计变量和离散设计变量两种类型。
  (1)离散设计变量。这类变量在优化中是跳跃式变化的,如可供选用的型钢的截面面积和钢筋的直径都是不连续的。
  (2)连续设计变量。这类变量在优化过程中是连续变化的,如拱的矢高和节点坐标等。

3.目标函数   
   目标函数是用来衡量设计好坏的指标。采用何种指标来反映设计好坏与结构本身的技术经济特性有关。通常采用的目标函数有:结构重量、结构体积、结构造价三种。   

4.约束条件
  结构优化的约束条件一般有几何约束条件和性态约束条件两种。
  (1) 性态约束条件。即对结构的工作性态所施加的一些限制。如构件的强度、稳定约束以及结构整体的刚度和自振频率等方面的限制。
  (2)几何约束条件。即在几何尺寸方面对设计变量加以限制。如工字型截面的腹板和翼缘的最小厚度限制。