优化设计论文大全11篇

绪论：写作既是个人情感的抒发，也是对学术真理的探索，欢迎阅读由发表云整理的11篇优化设计论文范文，希望它们能为您的写作提供参考和启发。

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当前我国的机械制造业和发达国家相比还存在较大差距，我国在内燃发动机的设计和制造方面与世界先进国家相比，落后了近二十年，燃油经济水平、平均能源利用率等各项标准也都落后于西方发达国家，这种情况在一定程度上对我国的低碳公路建设产生了负面影响，所以，在道路的施工过程中我们要加强高新技术施工设备的应用，同时，还要加强对其耗油量、燃料使用率等各项参数进行仔细评估，一旦发现有不符合标准的设备，一定要第一时间对其进行维修保养，如果依然满足不了运行需求，必须及时替换掉，积极使用高新技术环保的设备继续开展作业。

1.2施工过程中积极应用新型环保材料

随着人们环保意识的不断增强，公路建设领域也研发了很多低碳环保材料，其中温拌沥青混合料、沥青路面再生等新型材料表现最为明显。温拌沥青混合料是一种拌和温度介于热拌沥青和冷拌沥青之间，但是其性能却能够达到或接近热拌沥青混合料的环保型沥青混合料。温拌沥青混合料技术能够在很大程度上节约燃料油，减少有害气体地排放。

1.3制定科学合理的公路施工方案

在进行道路施工之前，设计规划人员要制定出科学合理的施工方案，为公路的低碳环保提供保障。具体可以从路基设计、坡度设计、防雨水冲刷设计等方面入手，此外，还要科学合理安排借土弃土的位置，合理地选择砂石料供应商，从而提高工作效率。

2加强公路运营管理过程中的低碳优化控制

2.1完善交通体系运行管理方案

前文提到交叉口的存在会在对车流量造成较大影响，所以对交叉口进行合理的信号配时设计是非常必要的，如果交叉口的间距比较短，就可以采取信号联动措施，保证交叉口具备良好的服务水平，减少交叉口对车辆正常行驶的影响，从而减少车辆的燃油消耗以及尾气排放；须对交通标志、道路标线等进行重新规划，必要的时候可以采用动态的信息展示板，这样驾驶员不仅能够获得更多的交通信息，选择最合适的行驶路线，减少了不必要地绕行，同时公路的服务水平也能够得以提升，最重要的是车辆可以保持匀速行驶，减少尾气排放，有利于实现低碳环保的目的。此外，交通运输管理部门也可以通过多种方式鼓励居民拼车出行，提高车辆的运载率，这样不仅能够缓解我国当前的交通压力，也能够减少二氧化碳地排放。

2.2完善公路的基础设施

交通运输管理部门要积极引进先进的服务系统，提高车辆通行效率，规避不必要的拥堵。当前，在交通领域内最受欢迎、应用范围最广泛的就是ETC系统，该系统是当前世界上最为先进的收费系统，车辆在通过收费站时不需要停车，而是通过车载设备实现对车辆信息地识别、付款等功能，该系统非常适用于高速公路，通过该系统能够使车辆通行速度得到巨大提升，减少拥堵，降低温室气体地排放。

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Abstract:WiththedesignandtheexperienceofYeFeiGeneralBuildinginNan''''anTechnicalSchool,thearticlediscussthepracticalapplicationoftheideasofthedesignonsiteinthepractice.Basedonthelayoutofexistingbuildingonthecampus,thedemandsofthefunctionandtheregionalcharactersoftheenvironment,wetrytoresearchrationalandeffectualconceptsofcreationinordertomaketherelationbetweenoldandnewbuildingbeharmoniousandsymbiotic.

Keywords:middleschoolyard;thebuildingofteaching;sitedesign;integrality;harmonization

在当代教育事业不断发展的大好形势下，学校招生规模在扩大，校园建设速度也在提高，在建设过程中面临校园总体布局重新整合的问题，新旧建筑和谐共处的问题，以及实现校园建设可持续发展的问题等。在既有环境中，一座新建筑的介入，建筑设计必须从建设基地特定的自然条件和人文环境出发，把新建筑视为既有环境中的一个重要组成部分，通过优化设计要素进行环境整合，只有这样，才能在一定程度上体现环境的特殊性，才能表现建筑师对建筑与环境理解的个性化，从而体现建筑与自然的和谐关系，使得建筑风格不仅兼具特定地域的环境特征和人文特色，又能提高校园整体可持续发展的适应性。

1工程概况

南安职业中等专科学校（以下简称“南安职专”）位于福建省南安市城南，泉州市鲤城区通往南安市的308省道线南侧。整个校园坐落于山丘之上，总体成北低南高的走势。从校园的总体布局上看，其主轴线从北侧的正大门始向西南方向至办公楼前的圆形绿化岛发生一次转折，使得轴线呈正南方向贯穿整个校园，叶飞将军教学楼（以下简称“将军楼”）建设基地处于这段正南轴线的东侧地块。由于山丘地形的影响，建筑沿等高线布置，使得将军楼建设基地东侧的其它建筑不是呈南北座向。将军楼是在校园中一座石构教学楼被确认为“危房”拆除后进行原址重建的项目，由南安市爱国华侨黄仲咸先生捐资人民币170万元，委托华侨大学关瑞明先生主持设计。将军楼的名称取自南安籍爱国将领叶飞先生的姓名，反映出南安人民对叶飞将军的纪念与缅怀。工程建设根据基地现状与投资情况，建筑面积控制在2600m2±5%以内，造价控制在650元/m2左右。

2基地条件

将军楼建设基地位于校园主轴线的东南侧，基地的正北侧为一座现有的教学楼“仙都楼”；东北侧紧挨着一座作为仓库的平房，朝向南偏西55O；在仓库背后且与之平行的是一座学生宿舍楼，形成了基地东侧半围合的形态。基地西侧为运动场，南侧为拟建的教学楼用地。地面经平整后，基地的室外标高与北侧的仙都楼一致（见图1）。

3场地设计的探索

建筑的形成过程，是吸取有利因素和排除不利因素的过程。在设计中运用节地设计思想，一方面为了能处理好建筑与其外部环境的协调关系，另一方面也能充分利用空间，达到节约土地资源的目的，对场地进行优化设计就是要提高建筑空间的使用效率，使得平面布局合理，发挥建筑空间的最大效用。

3.1总体布局

从校园总体规划图中可以看出，将军楼的选址位于教学区、宿舍区与活动区的空间节点上，针对建筑周边的既有建筑和道路的情况，对建筑平面的外轮廓进行限定，从而与环境建立起一种协调的关系，加强校园空间的整体性。考虑到建筑物的功能要求、地段的具体条件以及建筑物本身的经济性，建筑总体平面采用集中式布置。一般来说，集中式布置较分散式布置更能节约用地，因为采用集中式布置，建筑场地、道路、日照与防火间距等所需的空地比较少，这样，不仅能充分利用土地，并能兼顾之后的发展用地。具体的方法如下：

（1）对齐法：将军楼的西侧与仙都楼的西侧对齐，使将军楼角点B、F与仙都楼角点A处于同一条线上；

（2）平行法：根据设计规范要求，取d1值为25m，绘制与仙都楼平行的BC线；同样方法绘制与仓库平行的CD线，但d2值可以小于25m，根据建筑面积来计算具体取值；

（3）垂直法：直角作为教室空间的首选形状，因此，南侧边界与东南侧边界的确定采用垂直法，令FEBF，DECD，可得出带有三个直角的五边形BCDEF，其中五条边的长度待定（见图2）。

3.2单体设计

叶飞楼几乎是在学校教学区的边缘处，经过对建设地块环境的仔细研究，设计时充分考虑四周建筑走向，从图面上来看，建筑的主要形体围合成了一个凹形空间，犹如一凹形容器——兼具与外部景观间的最大渗透性和保持独立的最大内省性（见图3）。

3.2.1流线分析

基于与四周环境的互动关系，流线分析主要是对出入口的分布及交通流线进行设计，以此对人在空间环境中的活动行为加以协调组织。南面是采光通风最好的朝向，建筑物的主入口放置这一侧，并结合入口处预留的广场空间，使之能与操场互相呼应，建筑视野开阔。西北侧临着学生宿舍区，考虑另一入口放置在西北侧，以便能组织人流疏散。两个出入口节点的布置，加上以尽可能在南北侧多布置功能用房的前提，平面水平方向上自然形成了Z字折线形的交通流线。随着功能用房的叠加，竖直方向的交通核顺应而生，结合折线形水平流线的两个转折处设置楼梯，这样，折线形水平流线与点状竖直交通核构成了立体的交通系统。

3.2.2空间布局

以流线为基础的水平空间划分是在适合使用要求的几何网格上进行的，教室标准平面选用7.2m×8.4m网格上进行划分。设计时首先保证教室朝南，出于对该地区主导风向为东南向的考虑，将卫生间结合楼梯间放置在北侧，减少了对主体教室的影响。这样处理得到了五间完整的教室，并使得建筑平面布局更加完满（见图4）。

竖直方向空间布置采用功能分层的设计手法，一层设计成书库及阅览部分，便于大股人流疏散；二层以上布置成合班教室。在平面处理中，建筑体块的东北角出现折形空间，与主体走向成35°偏角。为使得教室尽量能朝南采光通风，在平面处理上设计四个折形窗，既满足了这一要求，也丰富了立面效果（见图5）。

3.2.3造型设计

基于建筑面积的控制，本方案的主体建筑层数设计为五层，在南面主入口的两侧突出的教室为四层，将军楼的造型通过这样对称的形式达到一种平衡。这一中高两底的形体构成，是闽南传统建筑交椅式建筑形象的缩影，是对传统建筑文化的一个延续，加强了建筑形象的立体感。闽南地区春夏盛行偏南风，秋冬盛行偏北风，建筑采用外廊，既符合当地气候条件，也能达到节能的目的。

在处理新建筑与原有建筑的关系时，大致是通过空间、造型、色彩等方面来建立新建筑与原有建筑两者之间的有机关系，使它们既有呼应又互相区别。基于相对有限的基地和资金条件，将军楼以实训中心楼的材质和色彩为参照体系，力求使其与周围的建筑环境和谐统一。在立面处理上，对窗与实墙的比例进行探索。在窗墙的虚实变化之中，形象得以生动体现，为使其具有较大的表现力，特别是立面上折形走廊的处理，不仅适当地放大了走廊交通空间，而且加强了立面上光影效果，增强了凹凸之感（见图6）。

4结语

在校园规模不断发展的过程中，为了创建一个良性的、可持续发展的空间形态，构筑合理的、有效的空间以适应多变的需求是势在必行的。张锦秋先生在设计实践中，逐渐体会到“和谐建筑”的理念包含两个层次。第一个层次是“和而不同”，第二个层次是“唱和相应”。“和”是指相异因素的统一，“同”是指相同因素的统一。[1]在汲取既有建筑风格特征的基础之上，通过创新的手法使得新建建筑风格能做到虽有别于已有建筑，却能与之相“和”的境界，从而达到和谐共生。

场地优化设计，不但节约用地和提高平面布局的合理性，而且给建筑与其场地之间关系的处理提供了一种恰当的方式。使得新旧建筑之间能进行良性的对话，从而建筑与多变的校园环境达到和谐共生，大大提高了新建建筑在校园环境中的适应性，这是本次方案设计过程中的一重大收获和尝试。

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2变径桩设计优化

2．1设计变量与目标函数

以变径桩承力盘直径及主桩身直径作为设计变量X={d，D1，D2}，在满足承载力规定和沉降量约束等条件下，以整个变径桩桩身体积最小建立目标函数，达到节省材料的目的［7］，如图1所示。

2．2约束条件

2．2．1承载力约束变径桩单桩承载力由桩侧摩阻力和承力盘及桩底端承力组成，其值应满足单桩承载力设计值［7］。2．2．2单桩总沉降量约束［9］竖向荷载下单桩的沉降由以下三部分组成:1)桩侧荷载传送到桩端平面以下引起的土体压缩，桩端随土体压缩而产生的沉降S1;2)桩端荷载引起土体压缩而产生的桩端沉降S2;3)桩身弹性压缩而产生的桩顶沉降S3。按分层总和法分别计算各部分沉降便可计算出单桩的总沉降，对于变径桩还应考虑承力盘荷载引起的桩端以下土体压缩S4。2．2．3承力盘间距约束一般情况下，承力盘的最小间距，粘性土、粉土≥1.5D;砂土≥2.0D(D为承力盘直径)。由于承力盘的竖向间距适当增加，能充分发挥承力盘的承载作用，本次优化设计根据所采用的工程地质条件，取承力盘的间距为2.0D。2．2．4承载力下限约束值为了保证竖向荷载能沿直桩身向下传递，承力盘发挥其承受荷载的能力，对变径桩的直桩身进行桩身抗压强度约束。2．2．5承力盘抗冲切验算变径桩在承受上部荷载时，如果承力盘高度不满足要求，则会发生承力盘挑出部分的冲切破坏，因此，需进行抗冲切验算［9］。对于冲切问题，因其是沿承力盘底部45°角方向产生冲切面，盘体的任何一条冲切线都经过桩本身而不断开就可保证承力盘不被冲切破坏，因此当承力盘的一侧扩出长度/承力盘高度≤1即可保证不产生冲切破坏。为了满足抗冲切的条件，本文中承力盘的高度分别取值为:(D1－d)/2、(D2－d)/2。由表2可知，在满足承载力、沉降等约束条件下，经优化后的工程实例节约混凝土量至少在15%以上。桩基设计规范规定承力盘直径与桩身直径的比值D/d≤3，该规定只给出了D/d的上限值，并没有给出优化结果。由于没有充分的理论根据，设计人员通常按一定的能量储备设计，往往取值在2左右，很少突破2.5。根据优化结果可知，D/d取值在2.5～3.0之间。由于承力盘直径的增加，承力盘部分承担的荷载必然要增加，桩身承担的荷载必然要减小，在混凝土用量不变的情况下，就实现了小桩径(与原设计相比)或短桩(与原设计相比)可以承担大荷载的结构。

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2数值算例

以正交各向异性对称铺设的四边简支方板［0°/90°/90°/0°］为例，方板长度为a，厚度为h，且层合板的每一层都具有相同的材料参数和厚度。表1中文献［9］是复合材料固有频率的有限元解，文献［10］是根据分层理论所求的解，都具有较高的精度。表1为JD、YJJQ和GJJQ同文献［9］及文献［10］的一阶无量纲固有频率结果对比。从表中数据可以看出，当跨厚比a/h=5时，JD的误差很大，YJJQ也有较大误差，而GJJQ相比于文献有较好的结果;当a/h=10时，JD误差减小，但仍有较大误差。此时，YJJQ和GJJQ具有较好的精度;当a/h=100时，JD、YJJQ和GJJQ同文献［9］及文献［10］的解都较为接近。由表中数据可知，GJJQ精度高，可靠性好。通常，弹性模量比(E1/E2)、跨厚比(a/h)的改变对复合材料层合板固有频率有影响。以数值分析中的方板为例，图1～图3分别是基于3种理论，层合板一阶无量纲固有频率与弹性模量比、跨厚比的关系。

3层合板固有频率的优化设计

1)优化模型建立及设计变量。基于高阶剪切变形原理，建立层合板固有频率等效模型，再将层合板固有频率等效为单层正交各向异性材料的材料属性。复合材料层合板的减振降噪性能通常受其固有频率影响，而有很多因素影响固有频率，如铺设角度、跨厚比、弹性模量比、湿热等等。对其进行优化设计，能提高层合板的性能。以上例中的层合方板为例，基于高阶剪切变形理论下，对层合板的固有频率进行优化，选择铺设角度作为设计变量。2)目标函数及约束条件。本文以上例材料参数作为层合板的初始参数，以层合板固有频率最大化作为优化目标，文中得到的(8)式则是固有频率的目标函数。铺设角取值范围∈［0°90°］。3)优化设计方法。文中以改进的适应度函数［11］遗传算法对目标函数进行优化。遗传算法引导搜索的主要依据就是个体的适应度值。也就是说，遗传算法依靠选择操作来引导算法的搜索方向。选择操作是以个体的适应度作为确定性指标，从当前群体中选择适应度值高的个体进行交叉和变异，寻找最优解。如果适应度函数选择不当，它直接影响到遗传算法的收敛速度、稳定性及能否找到最优解。本文选择种群规模(NIND)为20;遗传代数(GEN)为40;交叉概率(px)为0．7;变异概率(pm)为0．01;代沟(GGAP)为0．95，采用进化代数固定的终止策略。从图4看出，优化目标值随着遗传代数增加呈递增趋势，优化到第10代时找到全局最优解。优化结果为x=0．735，y=0．769，z=15．31;即θ1=44．5°，θ2=44．9°，为15．31。由表2可知，优化后的效果较明显，ω～11从12．40提高到了15．31。

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生产管柱的轴向应力应该包括管柱的自重、井内钻井液的浮力、压力载荷、弯曲载荷、冲击载荷、温度载荷、管柱屈曲以及管柱摩阻等因素的共同作用。

1.2轴向应力弯曲载荷

当管柱发生弯曲时，由于狗腿度所产生的弯曲应力会产生附加的轴向力，计算中考虑了弯曲应力产生的附加轴向力的影响。

1.3三轴应力

当三轴应力超过屈服强度时，就会引起管柱屈服失效。三轴安全系数是材料屈服强度与三轴应力的比值，只是为了与单轴破坏准则（屈服强度）进行比较而设立的一个理论值。

2海上生产管柱结构设计实例分析

海上高温高压气井生产管柱需要满足气井全寿命周期内压力温度的变化，同时需重点分析高温高压气藏的应力敏感、井筒承压能力、现有海上施工工艺的成熟度、海洋作业环境以及后期修井措施等问题，确保施工作业的顺利进行、气井开发的安全高产。陆地高温高压气田常规射孔生产联作一趟下入的管柱形式能否满足海上气田生产和修井要求，还需进行进一步分析。以东方气田D2井为例，对一趟下入式和两趟下入式生产管柱分别进行了深入的分析。东方气田D2井的目的层为黄流组，压力因数1．50～1．93，地温梯度4．17℃／100m，完钻井深3358m，177．8mm（7in）尾管回接完井。

2.1井筒温度预测分析

利用Wellcat软件对洗井结束、开始生产、开始生产后关井、生产1a后、生产10a后这5种工况的井筒温度进行了预测和分析。由于地层与井筒和井筒内流体的传热作用，随着深度的增加，流体和井筒的温度是增加的，并最终趋向于井底的地层温度。开始生产时从井口到井底的温度变化是最小的，但是温度是最高的。生产10a后井口温度明显降低，这是由于长时间生产造成地层压力降低导致产量降低，并最终导致井口温度明显降低的显著原因。

2.2射孔生产联作一趟下入式生产管柱受力分析

D2井射孔联作一趟下入式生产管柱。基于以上5种工况下的井筒温度分布，利用Well－cat软件分别计算了初始状态、管柱下放、生产封隔器坐封、环空打压验封、过提、管柱内加压射孔、生产初期、稳定生产期、关井、油管掏空、油管泄漏等不同工况下生产管柱的受力情况。

2.3射孔生产联作两趟下入式生产管柱受力分析

考虑到气藏的高压特性和海上作业的安全风险，生产管柱若采用上部封隔器一道密封难以保证长期生产的井筒完整性，一旦封隔器密封失效，油套管环空连通，井筒全部充斥高压气，事故风险极高。所以，推荐D2井采用两趟下入式生产管柱，双封隔器坐封，形成两道环空屏障，保障井筒安全，管柱类型为射孔联作式生产管柱。第一趟管柱利用钻杆将射孔枪送入井底，送入到位后坐封顶部封隔器，脱手。第二趟下入生产管柱，下部插入密封，再投堵坐封生产封隔器，然后管柱内加压射孔。该管柱类型的主要特点是射孔管柱和生产管柱需要两趟下入工序，完井工期相对多，射孔作业后，射孔枪留在井内；但对于气井长期生产管柱设置双重密封，井筒安全更可靠。后期压力衰竭，上提上部生产管柱进行修井操作，简单易行。基于5种工况下的井筒温度分布，计算多种可能工况下生产管柱的受力情况。分析结果表明在各种工况条件下的生产管柱强度校核均可以满足设计要求。管柱内加压射孔工况下生产封隔器以上管柱受拉，以下生产管柱受压，两封隔器之间管柱受压最为严重，井口受拉最为严重。加压射孔时管柱强度安全系数大于临界安全系数，此时轴向安全系数为1．661，接近临界安全系数。因此在这一工况操作时，要严格注意封隔器有可能发生解封以及油管破坏的风险。

2.4环空密闭空间流体膨胀分析

D2井生产管柱上部采用油管携带式封隔器，下放至2651m；下部采用插入密封式封隔器，下放至2920m（两者之间相差269m）。这样出现了封隔器以上的油套环空和两个封隔器之间两个密闭区域。以下对环空密闭空间流体膨胀情况进行了分析。由环空密闭空间温度变化引起密闭压力变化结果：区域1（0～2651m），环形空间由于温度升高引起的圈闭压力为69．8MPa，可以在生产过程中通过井口放压控制压力；区域2（2651～2920m），密闭环空流体膨胀压力上升19．20MPa，通过强度校核，发现流体膨胀不会对油管及封隔器产生破坏。常规射孔生产联作一趟下入式管柱和两趟下入式生产管柱形式在不同工况条件下均能够满足海上气田开采要求，但考虑海上作业条件和风险承受能力，并结合后期井筒安全保障和修井作业难度，推荐海上高温高压气田采用射孔生产联作两趟下入式生产管柱。

3认识与建议

1）油管和井下工具应根据地层压力、流体性质及产能情况进行优化设计，满足井下温度和压力的要求，同时确保在高温高压的地质条件下满足生产的需要。在满足安全和工程需要前提下，高温高压气井尽量减少井下工具数量。

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1．1高层住宅结构设定意义

经济快速发展使得城市的现代化程度越来越高，城市人口的不断增加导致城市的高层住宅建筑也越来越多，居民对高层住宅的安全性要求也越来越高。高层住宅的设计需要考虑的因素包括建筑的高度、安全性、舒适性和经济性等等，并且在施工结束后的工程验收过程中的检测标准也是非常严格，高层住宅必须经过严密的检查才能投入居住。因此，建筑的结构对高层住宅的建设非常重要，而近年来，由于剪力墙能够增加高层住宅建筑的可靠性的特点，使得剪力墙结构的应用范围变得越来越广泛。

1．2剪力墙的概念和结构

所谓剪力墙结构就是将现代产品钢筋混凝土应用到高层住宅的墙体中，其基本作用就是代替传统的梁柱加强高层住宅的结构安全性。剪力墙结构的使用使得墙体在承受横竖力时更能体现支撑的良好效果。同时，剪力墙结构能够具备传统支撑结构不具备的优点，即剪力墙结构的整体性能大大的优于传统支撑结构的整体性能，并且剪力墙结构的运用增加了房间的装修空间，从而更大的提高高层住宅的房间使用率。但是剪力墙自身存在也一些不可避免的缺点，那就是在房屋的平面使用方面可能会受限制。而且由于剪力墙的整体性比较好，所以进行部分拆除或者破坏的工作难度较大。目前，大部分的剪力墙结构的施工成本较高和施工比较困难，所以需要对原有的剪力墙结构进行优化工作，降低施工成本和提高建筑整体的安全性能。

2剪力墙优化设计

2．1剪力墙抗震优化设计

现代社会，人们对建筑的抗震性能意识不断提高。对于高层住宅建筑，地震所带来的危害将会更大。因此，在对高层住宅进行结构设计时，一定要考虑建筑的抗震指数。对于高层住宅剪力墙结构，可能由于本身刚度比较差，所以在发生地震时变形就会非常严重，对于地震的防御力就很低。因此，对于高层住宅剪力墙的刚度问题要进行优化设计，符合抗震的要求，保证结构合理和经济性。

2．2剪力墙结构设计优化

高层住宅建筑的设计不仅仅要求是能够达到最基本的建筑使用标准，更要注意的注重结构合理性问题。高层建筑的设计过程中需要考虑建筑层数比较多，并且在施工时要保证地基足够坚固，支撑之后将要建造的上面的楼层的重量。在设计时，既要保证剪力墙能够保证较好的抗震性，又要保证足够的刚度。对于现有的剪力墙结构中的一些缺点，比如建筑成本比较高，而且在施工时难度比较大，对于钢材的使用量也非常大，也需要被考虑在优化设计中。可能这些缺点就是因现有剪力墙的结构不合理性造成，所以在进行优化设计的过程中就要考虑到这些问题。优化设计者要充分考虑到各方面可能影响到剪力墙结构的因素，在优化设计时能够改进这些问题，争取使得优化后的剪力墙在使用过程中尽量避免出现原有的不足。优化过后的剪力墙结构需要表现出抗震性好、建造成本低、施工时比较简单、对钢材的使用量降低等优点，因此对高层住宅的剪力墙优化设计的探索具有重要意义。

2．3剪力墙位置优化

剪力墙在其设计的过程中通常为双向布置，一般沿着主轴方向或者其他的方向，此种做法可有效的提高空间工作性能，且极易实现两个方面手里的抗侧刚度接近。剪力墙的位置、数量均要得当适宜，若是剪力墙的数量太少，那么结构抗侧刚度则无法满足设计要求，但是数量过多，那么墙体的利用率则会大大降低，从而导致结构抗侧刚度过大，加大地震力和自重，无法充分满足设计要求。在设计剪力墙肢截面的时候，尽量达到规则、简单、竖直刚度均匀等要求。在对建筑进行抗震设计时，剪力墙底部则需加强部位不应采用错洞墙和叠合错洞墙，有效的避免设计过程中墙肢刚度相差悬殊的洞口。同时剪力墙必须应用从上到下的连续布置方式，避免强敌刚度突变，且对剪力墙平面外地弯矩进行控制，保证剪力墙平面外地稳定性。

2．4剪力墙厚度优化

在对剪力墙进行厚度优化设计时可完全依靠ansys软件进行设计，图1剪力墙结构模型利用梁单元BEAM4和壳单元SHELL63建立剪力墙结构模型，如图1，并充分的发挥ansys软件强大模态分析功能采用30阶莫泰，得到模型的30阶自振频率，从而对剪力墙的固有频率与振型进行了优化设计，优化后的各阶频率均小于优化前，这就使得整个结构变的“更柔”而且降低了工程的成本。在墙体厚度的优化设计中，设计变量为剪力墙厚度，约束条件为最大层间位移角，目标函数为混凝土用量。优化后的墙体厚度从0.25m减小到0.214m，混凝土的用量也从2544m3降到了2181m3。

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(二)增强建筑结构优化设计课程教学的连续性建筑结构课程通常为48课时至64课时，持续周期为一个学期，在学期结束后课程内容便很少涉及，课程得不到连续性学习。建筑结构设计优化是一门凌驾于多门建筑课程的综合学科，要在不同的建筑课程中融会贯通，在其他课程中反复实践和利用，才能将建筑结构优化设计的知识进行实际操作。这就要求不光要有独立的建筑结构课程和结构专业的教师，其他建筑课程和教师在教研中要融入结构优化的理念，通过启发性教学方法，使学生伴随建筑知识的增长提高结构优化设计能力。

(三)利用多媒体技术进行教学建筑结构设计要求学生对建筑的整体和个体构件都充分了解，传统的板报式讲授并不能直观地反映建筑构件实例的三维立体形象，学生和老师都应鼓励使用三维立体的软件设计建筑模型，提供设计作品的感官性的同时可以增强课程的趣味性。比如教师通过模型构件的软件设计立体的建筑模型，建筑的框架结构、构件受力情况和施工方法等都可以通过多媒体技术形象地呈现在大屏幕上，启发学生进行构件优化设计的灵感。老师和同学也可以通过计算机软件的交互作用，进行构件的交流和整体结构优化的探讨。学生可以通过软件完成教学作业，较徒手绘图简捷省力。新媒体技术能够很好的引发学生的课堂兴奋，也容易产生视觉疲劳，教师要掌握好重难点，合理分配计算机教学和传统板报式教学的课时。

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电子设计自动化（EDA）是以电子系统设计软件为工具，借助于计算机来完成数据处理、模拟评价、设计验证等工序，以实现电子系统或电子产品的整个或大部分设计过程的技术。它具有设计周期短、设计费用低、设计质量高、数据处理能力强，设计资源可以共享等特点。电路通用分析软件OrCAD/PSpice9以其良好的人机交互性能，完善的电路模拟、仿真、设计等功能，已成为微机级EDA的标准系列软件之一。本文基于OrCAD/PSpice9的电路优化设计方法，通过实例分析了有源滤波器的优化设计过程。

2．OrCAD/PSpice9软件的特点

OrCAD/PSpice9是美国OrCADINC.公司研制的一种电路模拟及仿真的自动化设计软件，它不仅可以对模拟电路、数字电路、数/模混合电路等进行直流、交流、瞬态等基本电路特性的分析，而且可以进行蒙托卡诺（MonteCarlo）统计分析，最坏情况（WorstCase）分析、优化设计等复杂的电路特性分析。相比PSpice8.0及以前版本，具有如下新的特点：

·改变了批处理运行模式。可以在WINDOWS环境下，以人机交互方式运行。绘制好电路图，即可直接进行电路模拟，无需用户编制繁杂的输入文件。在模拟过程中，可以随时分析模拟结果，从电路图上修改设计。

·以OrCAD/Capture作为前端模块。除可以利用Capture的电路图输入这一基本功能外，还可实现OrCAD中设计项目统一管理，具有新的元器件属性编辑工具和其他多种高效省时的功能。

·将电路模拟结果和波形显示分析两大模块集成在一起。Probe只是作为其中的一个窗口，这样可以启动多个电路模拟过程，随时修改电路特性分析的参数设置，并可在重新进行模拟后继续显示、分析新的模拟结果。

·引入了模拟类型分组的概念。每个模拟类型分组均有各自的名称，分析结果数据单独存放在一个文件中，同一个电路可建立多个模拟类型分组，不同分组也可以针对同一种特性分析类型，只是分析参数不同。

·扩展了模型参数生成软件的功能。模型参数生成软件ModelED可以统一处理以文本和修改规范两种形式提取模型参数；新增了达林顿器件的模型参数提取；完成模型参数提取后，自动在图形符号库中增添该器件符号。

·增加了亚微米MOS器件模型EKV2-6。EKV2-6是一种基于器件物理特性的模型，适用于采用亚微米工艺技术的低压、小电流模拟电路和数/模混合电路的模拟分析。

3．电路优化设计

所谓电路优化设计，是指在电路的性能已经基本满足设计功能和指标的基础上，为了使得电路的某些性能更为理想，在一定的约束条件下，对电路的某些参数进行调整，直到电路的性能达到要求为止。OrCAD/PSpice9软件中采用PSpiceOptimizer模块对电路进行优化设计，可以同时调整电路中8个元器件的参数，以满足最多8个目标参数和约束条件的要求。可以根据给定的模型和一组晶体管特性数据，优化提取晶体管模型参数。

3.1电路优化基本条件

调用PSpiceOptimizer模块对电路进行优化设计的基本条件如下：

·电路已经通过了PSpice的模拟，相当于电路除了某些性能不够理想外，已经具备了所要求的基本功能，没有其他大的问题。

·电路中至少有一个元器件为可变的值，并且其值的变化与优化设计的目标性能有关。在优化时，一定要将约束条件（如功耗）和目标参数（如延迟时间）用节点电压和支路电流信号表示。

·存在一定的算法，使得优化设计的性能能够成为以电路中的某些参数为变量的函数，这样PSpice才能够通过对参数变化进行分析来达到衡量性能好坏的目的。

3.2电路优化设计步骤

调用PSpiceOptimizer进行电路优化设计，一般按以下4个步骤：

(1)新建设计项目，完成电路原理图设计。这一歩的关键是在电路中放置OPTPARAM符号，用于设置电路优化设计过程中需要调整的元器件名称及有关参数值；

(2)根据待优化的特性参数类别调用PSpiceA/D进行电路模拟检验，确保电路设计能正常工作，基本满足功能和特性要求；

(3)调用PSpiceOptimizer模块，设置可调整的电路元器件参数、待优化的目标参数和约束条件等与优化有关的参数。这一歩是优化设计的关键。优化参数设置是否合适将决定能否取得满意的优化结果；

(4)启动优化迭代过程，输出优化结果。

电路优化设计的过程框图如图1所示。

3.3电路优化设计实例

滤波器电路如图2所示。优化目标要求中心频率（Fc）为10Hz；3dB带宽(BW)为1Hz，容差为10%；增益（G）为10，容差为10%。

在图2中，滤波器电路共有三个可调电位器R

gain、Rfc和Rbw，用来调整中心频率、带宽以及增益，且这种调整是相互影响的。三个可变电阻的阻值是由滑动触点的位置SET确定的，显然SET值的范围为0～1，所以将三个电位器的位置参数分别设置为aG、aBW和aFc。

由于对滤波器的优化设计是交流小信号分析，因此应将分析类型“Analysistype”设置为“ACSweep/Noise”；扫描类型“ACSweepType”设置为“Logarithmic”;“Points/Decade”设置为100；起始频率“Start”和终止频率“End”分别设置为1Hz和100Hz。

为了进行优化设计，在电路图绘制好后，应放置OPTPARAM符号并设置待优化的元器件参数。本例中参数属性设置值如表1所示。

设置好待调整的元器件参数以后，调用PSpiceOptimizer模块并在优化窗口中设置增益（G）、中心频率（Fc）和带宽(BW)三个优化指标。并利用PSpice中提供的特征值函数定义这三个优化指标，具体设置见表2。

调用PSpiceA/D进行模拟计算，在相应窗口中显示中心频率的值为8.3222，带宽为0.712187，增益为14.8106。显然这与要求的设计指标有差距，需要通过优化设计达到目标。

在优化窗口中选择执行Tune/Auto/Start子命令，即可开始优化过程。优化结束后，优化窗口中给出最终优化结果，如图3所示。

由图3可见，系统共进行了三次迭代，自动调用了9次电路模拟程序。当3个待调整的元器件参数分别取aG=0.476062；aFc=0.457928；aBW=0.702911时，可以使3个设计指标达到G=10.3499，Fc=9.98953，BW=1.00777。

可见，对电路进行优化设计后，电路指标均能满足设计要求。另外，完成优化设计后，还可以从不同角度显示和分析优化结果。

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长期以来城市建设注重地面工程而忽视了地下排水工程的系统设计与规划。在城市规划初期应将市政排水系统设计作为一个独立的系统去规划与设计,并配备足够的资源才能保证在特殊情况下城市的应急排水能够高效和有序的进行。而目前诸多城市的做法往往只是在道路系统设计中考虑地下排水和地表排水,且片区的排水设计无相关性,当放到城市一个整体中时,排水缺陷问题就会暴露。

1.2行业相关标准不健全

目前,城市道路排水系统上下游管道直径参数取值不当,在城市化进程加快的今天,如今的城市排水能效受到诸多因素的影响,有气候的因素,有经济发展不平衡因素和道路工程自身因素等,如今的市政排水设计标准没有能够适应现在的城市路面系统,排水管网直径参数或大或小,排水专用管道与市政其他管道的管线让线冲突与高程出现误差,造成排水性能的降低都是规范要具体规定和严格实施的具体内容。

1.3排水设计无分层设计,混合排流现象造成排水负担

城市排水来源有天然雨水和城市生活污水,而目前城市排水系统一般都是污水与雨水混合排水,这会给排水管道造成过重的排水负担。在发生特大降水时,这种负担将会转变为排水压力,使得降水无法排离城市路面,造成道路大面积或者片区大面积积水,行车在比较低的地段时候由于积水较厚将会淹没行车和行人,同样的现象在北京洪灾中出现过。

1.4排水系统设计思维固化,排水渠道单一

城市排水思路固化的表现是将积水排到地面下或者排出去,而如果能合理循环利用降水可以缓解城市排水管网的排水压力,并且给需要水的地方供水,不需要水的地方排水,这就是雨水排水循环系统的工作原理。目前排水循环系统不仅体现在城市排水设计中,也存在于市政建筑排水设计中,如现在建筑中水回用技术将生活污水和自然用水循环,一方面可以节约用水,一方面可以缓解市政排水负担。

1.5排水应急措施不当,信息预测不准确

现在是互联网时代,对一些市政应急措施的预测应及时、有效、快捷、方便。如在一些降水多发城市和社区应分区进行降水的实现预测,在城市建设和规划初期就可以确定该片区的排水能力和应采取的排水措施,这将得益于如今高速发展的互联网技术和计算机技术,从目前情况来看,由于多数城市对市政排水系统设计的不够重视,很难在计算机技术和信息技术方面采取有效的控制和预测方案,在排水管网的设计与规划、运行、调度、后期维护管理环节存在诸多弊端。

2世界著名城市排水系统优化设计案例

日本是台风多发国家,东京地下排水系统设计就是为了避免城市遭受台风和雨水的寝室而设计和修建的。东京地下排水系统92年开工,06年竣工,历时14年工程堪称世界最先进的地下排水系统。其排水标准5～10年一遇,地下开挖一系列的混凝土立坑,极大提高了雨水的蓄存能力,东京地下排水系统的河道深度高达60m。东京设有降雨信息系统,通过对雨水的数据的收集与统计,合理进行排水调度。古罗马下水道建设2500年至今仍在使用,渠道系统岩石砌筑,将暴雨造成的河流从罗马城排除,渠道系统最大达3×4m的截面尺寸,从古罗马城广场直通台伯河。巴黎的下水道设置了地面上的标路牌,因此可以看出巴黎对地下排水工程的重视程度。巴黎降水频繁,但据报道并没有出现城市因降水而导致的交通堵塞和积水现象。巴黎下水道处于地面以下50m,水道纵横交织,总厂2347km,规模远超巴黎地铁,因此足以可见排水的速度与能效。

3市政排水系统优化设计对策

3.1平面管网优化设计

已定平面管径与埋深的确定优化方法分为直接与间接优化。直接优化是指对各种参数的调节与对比来求得最优化的解决方案。间接优化是指建立数学模型,选择最优化的管径与埋深组合方案。如常用的遗传算法、线性与非线性规划法、动态规划法。管线的优化设计要遵循满足排水功能和效能的前提下,使排水的工程量小。管线的布置和管网优化设计的重要部分。布线原则如下。(1)排水的干管和支管尽量直线型布局不要有弯曲现象。(2)布线利用地形与地势的因素,结合污水厂的设置和重力系统将污水排出。(3)合理的管线埋深(4)管线的长度最优化与挖方的最优化可采用动态优化的方法进行最优方案的选择。例如排水线的引入。(5)管线平面布置方案也可以采取不同管段坡度、管道长度、挖方量三种权重计算,最后根据平面布置方案选择合理的管径和埋深,造价成本的控制也是此过程中需要注意的。

3.2管道设计的优化

排水管道的设计可以采用德国对青岛地下排水管道的造型,蛋形型管材截面形似鸭蛋,设计上宽下窄,排水管道顺畅,污水无法积存与管内,管道的上部分是水泥,下半部分是水泥上贴了层瓷瓦,可以起到防腐蚀的效果。排水管道设置反水阀,被水冲刷了的赃物只能进入水斗,而不会进入排水管道,不会造成管道堵塞,赃物也便于清理,反水阀同时也可以避免管道臭气散发到空气中。

3.3排水系统设计与计算机信息系统的结合

在市政排水设计中,为了发挥排水的效能,应结合计算机信息技术来改善排水的各个环节。如设置降雨信息系统,收集城市雨水和降雨频次数据,以便于各片区排水调度。利用信息系统的预测与统计的结果,在一些容易发生积水和浸水的路面和片区设置雨水调整池。

3.4城市排水与市政基础建设

提高行业标准以便于采取比较恰当的事前和事中处理。在城市市政建设中,地下工程的排水可以设置雨水蓄存措施,如在地下开挖混凝土立坑,同时在下水道内设置高马力水泵,提高疏通地下水的能力。城市路面工程的铺装设计中,采用透水性能强的路面铺装层,可以加强雨水的地下渗透能力,分担排水管道的排水压力,减少地表径流,还可以大大补充表层地下水资源。排水基础设计应考虑修建地下暗渠和地上明渠。并定期和不定期对城市大小河道进行梳理和整治。

3.5排水系统的后期修养与维护

法国巴黎下水道设计中,排水道两旁设置宽约1m的供检修人员通行的便道。维修人员可以定期对下水道的排水泵房、排水管道和其他排水设施的修理和围护,保证排水工作能顺利进行。对市政排水系统的维护人员应该进行定期和不定期的技术培训,使他们能够及时掌握世界排水优秀工程中的新经验、新做法、新的维护手段。这对保证城市道路和地下排水工程的顺畅进行提供了更好的保障。

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1案例概况

本工程为办公楼，初步方案为框架结构，但是为了减少造价改为砌体结构。根据建筑抗震规范规定该建筑所在的城市抗震设防烈度为7度，设计基本地震加速度为0．159，设计地震分组为第一组，设计使用年限51年。建设场地为II类，基本风压为0．35KN/m2，基本雪压为0．35KN/m2。结构层数为4层，结构形式采用砖混结构，基础采用条形基础。

2结合案例

进行对建筑节诶狗优化设计措施进行分析

2．1建筑结构形式设计

户型选择主要由建筑类型与功能决定，而建筑设计方案决定建筑类型与功能。在建筑结构形式优化没计中，砌体结构与底部框架剪力墙结构是设计的主要部分。根据本次案例的实际情况，文章做一下具体设计:

(1)加强砌体结构设计。砖砌体是建筑承重与抗侧移的结构部分，可以灵活的布置建筑平面，但不适于做跃层结构与受力大的突兀结构。为了有效减少建筑构造柱的配筋，可在保证建筑安全性的基础上，建至少道纵向墙体，而且门窗开洞宽度不超过2．1m。

(2)加强底部框架剪力墙结构设计。在该设计中，如果底部框架剪力墙竖向抗侧力构件不连续，极易出现受力不平衡问题，所以必须严格要求建筑平面。设计底部框架剪力墙结构时，应尽可能将承重墙设计在框架梁上，若将墙体设于次梁上，则需加大建筑部分结构的配筋，如该次梁、主梁、框架梁，并加厚该次梁楼板。下图1为优化后的梁布置图。(3)此外，结构楼板应在填轻质材料的基础上，才能进行错层。在建筑户型设计中，为便于布置临街面柱网，应在临街面布置大房间，而背面则布置小房间，如卫生间、厨房等。

2．2建筑剪力墙设计

在剪力墙设计过程中，连梁设计是其中的关键部分。连梁连接建筑各墙肢形成联肢墙，增加了制约墙肢的条件。建筑结构的地震作用随着连梁剐度的增大而增大，而连梁与墙肢的分配内力也随之而增大，因此需适当增加构件配筋量，才能保证建筑的安全．性，但会浪费建筑材料。所以，设计建筑结构时，经验丰富的设计师通常不采用刚度大的衡下墙作为连梁，而是将连梁设计为弱连梁，减小截面与刚度。此外，建筑结构设计不仪要符合刚度和变形条件，还必须综合考虑建筑抗力、变形、经济等方面，尽可能合理布置建筑抗侧力构件。可见建筑结构抗侧力刚度随着剪力墙数量的增多而加大，结构位移也随之减小，但建筑结构地震力会因此增大，从而不利于控制建筑结构造价。所以在进行布置剪力墙时，要把周边弄的更加均匀，可以运用对称、分散等原则，在设计的时候一定要以建筑规定的水平位移限值为标准，适当的控制剪力墙数量。

2．3建筑细节设计

建筑结构设计优化中主要体现以下几个方面:加强建筑结构局部构件精细设计，如设计现浇板时，尽可能将异形板划为矩形板，从而使建筑合理受力，并避免拐角出现裂缝;选择冷轧带肋钢筋作为建筑底部框架抗震墙的底框梁箍筋，减少箍筋量，达到降低造价和便于施工目的;结合结构优化设计理念与计算机技术，使计算仿真优化设计思路广泛应用于建筑工程结构设计。利用计算机建立建筑结构优化设计模型，并利用计算机高效的优化设计方法，使建筑结构设计达到优化目的。优化设计大型复杂的建筑结构时，利用计算机优化设计建筑结构，具有传统设计方法无法比拟的优势。所以，建筑结构设计人员必须具备一定的计算机知识与运用能力，有效利用计算机优化设计分析建筑结构。总而言之，对于构造措施，要紧密联系规范进行设计，不要盲目的加大构造尺寸和钢筋直径大小，减小不必要的浪费。梁板柱的布置体系和受力体系尽量简单合理，对于不需要设置梁的部位要简化设置。控制砌体砂浆等级。控制基础的埋深和合理选用基础形式，对承载力特征值进行修正。

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带控制阀高温旋转夹紧液压缸的工作原理:当左端进油，液压缸无杆腔进油，推动活塞杆3往上运动，定位销6上开设了一条槽(由两根槽和一根螺旋槽组成，直线距离短，约长于导向轴的直径)，活塞相对定位销作直线运动，固定在活塞下端孔的导向轴18绕着定位销6作微距离直线运动—旋转—微距离直线运动，从而带动整体活塞杆3作微距离直线运动—旋转—微距离直线运动，实现夹具的松开旋转运动。当有杆腔进油时，推动整体活塞杆3往下运动，活塞上的导向轴18在槽里运动，从而带动活塞杆3作微距离直线运动—旋转—微距离直线运动，当液压系统中液压油保压时，实现了活塞杆的夹紧。由于直线段距离较短，导向轴在槽中有自锁功能，完全能保证夹具的夹紧功能。要实现以上运动，需要有液压系统进行支撑，提供动力源及控制系统，配以PLC(可编程控制器技术)，可以实现智能控制，有效、安全地保证液压旋转夹紧动作的可靠性与安全性。

1.2液压缸活塞导向装置的设计

在此产品中，导向轴是关键零件，它在螺旋槽中的运动较为重要，不能太过于松动，松动会造成锁紧功能消失，并且间隙过大会影响旋转的准确角度，因此要保证导向轴在槽内运动自如，又要保证间隙小。经过一段时间的试验，最后采用将导向轴的外形设计成椭圆形(已获专利)，采用数控车削加工，效果较好，完全保证其在旋转槽中顺利运动。定位销中螺旋槽采用带圆弧形状设计，由于此螺旋槽的加工难度大，采用一般机床难以加工，采用数控车铣中心加工效果较好，且表面光洁。将此夹具装配后，转动灵活、定位准确。

1.3液压缸密封结构的设计

用于旋转夹紧油缸的液压油防渗装置在液压缸的工作过程中相当重要，作者采用的是对导向套内部进行改进，在防尘圈内侧增加一槽，并装入“O”型密封圈。装配好后的液压缸，外界灰尘进入缸内的可能性减少，液压油不产生渗漏现象，运动自如，液压系统的寿命提高3倍。此装置已获专利。稳定旋转活塞杆。由于活塞杆长期作往复运动，其失稳现象较为频繁，现在活塞杆外圆处增加一支撑环，并填入支撑环材料。装配好后的旋转夹紧机构，往上提升稳定，未发生失稳现象，运动自如，使整个液压系统的寿命提高3倍。

1.4液压缸密封材料的设计

氟橡胶是含有氟原子的合成橡胶，具有优异的耐热性、耐氧化性、耐油性和耐药品性，它主要用于航空、化工、石油、汽车等工业部门，作为密封材料、耐介质材料以及绝缘材料。分子结构中含有氟原子的合成橡胶，通常以共聚物中含氟单元的氟原子数目来表示，如氟橡胶23是偏二氟乙烯同三氟氯乙烯的共聚物。由于氟橡胶耐高温、耐油、耐化学腐蚀，采用氟胶作为防尘圈，对高温的适应性增强，外界灰尘不易进入缸内，使液压缸在超高温状态(大约200℃)下工作可靠。

2应用效果

此产品能在高温环境(相对于液压缸来讲200℃较高)中工作，可用较轻质量的液压缸提升金属冶炼中的炉盖及高端装备的动作，产生的压力较大，效果显著。

3结论

由于此产品开发中采用了液压与机械相结合的技术，利用了两者的优点，避免了两者的缺点，特总结如下:

(1)操作方便省力，大大降低工人劳动强度。采用旋转夹紧液压缸，为炉盖的起升提供了稳定的动力与控制;

(2)使用这种旋转夹紧液压缸，满足产品的需要的同时成本大大减少;