本帖最后由 一介书生第二 于 2013-9-5 08:39 编辑 首先明确一下优化设计与结构优化设计的定义。 优化设计的定义：从多种方案中选择最佳方案的设计方法。 结构优化设计的定义：工程结构在满足约束条件下按预定目标求出最优方案的设计方法。 从上述定义的表述来看，优化是一个很大的课题，不仅仅限于结构优化。就建筑工程而言，除了结构优化之外，还有建筑优化、设备布置优化，等等。
首先明确一下优化设计与结构优化设计的定义。
优化设计的定义：从多种方案中选择最佳方案的设计方法。
结构优化设计的定义：工程结构在满足约束条件下按预定目标求出最优方案的设计方法。
从上述定义的表述来看，优化是一个很大的课题，不仅仅限于结构优化。就建筑工程而言，除了结构优化之外，还有建筑优化、设备布置优化，等等。
优化设计的定义：从多种方案中选择最佳方案的设计方法。
结构优化设计的定义：工程结构在满足约束条件下按预定目标求出最优方案的设计方法。
从上述定义的表述来看，优化是一个很大的课题，不仅仅限于结构优化。就建筑工程而言，除了结构优化之外，还有建筑优化、设备布置优化，等等。
在传统的优化设计中有一种说法：优化是一门艺术而非技术。也就是强调设计者的经验与直观判断，归结于设计者个人的某种独特才智与灵感。其实，这是一种认识上的误区，因为凭借经验或灵感进行结构设计选优，不可避免地带有盲目性与局限性，往往无法获得真正的“最优”设计。
现代结构优化设计方法是建立在理论分析基础之上的科学技术，它将结构分析、计算力学、数学规划、计算机科学和数值计算技术等融于一体，借助于科学的计算方法和工具，自动完成设计方案或模型的修改过程，从而最大限度地摒弃了人为因素，使设计者从被动的分析复核转变为主动的设计控制。这其中，数学方法占据了很大的比重，而计算软件也功不可没。另一方面，现代结构优化设计中都具有十分明确的数学理论基础、力学分析特点和优化设计准则。同时，设计者的经验体现在两个方面：一是在软件设计开发中融入了开发者的经验与才智；二是使用者将其经验体现在优化软件的使用过程当中。
结构优化设计方法包括两类：一是数学规划法，如拉格朗日乘子法，序列线性规划法，现代遗传算法，等等；二是优化准则法，如满应力设计法，等强度设计法，等等。前者通用性较强，适应性较好，使用方便；后者计算效率高，通用性差一些，适用性相对狭窄。当前，有限元技术在工程结构设计分析中获得了长足的进展，也取得了明显的成效。
目前将结构优化设计分为三类，即拓扑优化、形状优化和尺寸优化。其中拓扑优化难度最大，但效益也最高，更能节省材料，并已取得了一些成果。尺寸优化相对比较容易，取得的成果也是最多的。形状优化较为复杂，涉及的因素较多，目前取得的成果也比较少。
个人认为，不同方案间的比较不属于结构优化设计的范畴。至少在方案比较阶段，不应将结构优化设计的内容置于突出位置，那样就会冲淡主要工作内容，以致会出现本末倒置的不合理状况。
首先举一个本人专业方面的例子。计划在某河道上建设一座水坝，那么是采用重力坝、拱坝还是土石坝？这取决于诸多因素，其中主要的因素是坝址处的地形、地质条件与天然建筑材料的储存量。地形较为宽阔时不适于建造拱坝，地基岩层比较软弱时不适合建造重力坝，天然土石料十分缺乏时就难以建造土石坝。因此，这里就存在方案比较的问题，需要通过技术、经济、社会、环境等多方面进行比较，以选择最为可行的建设方案；而这其中涉及到的结构优化因素是非常少的，更多的是宏观上面的分析与比较，为方案的最终决策提供可靠的科学依据。
同样，在设计一幢房子时，究竟采用钢结构、砼结构还是砌体结构，也取决于诸多因素，如地区环境、经济社会发展水平、地质条件、抗震要求、建筑功能与体型，等等。而且在方案设计阶段，也不可能花许多精力来从事具体结构的最优化。无间道兄曾在《关于结构优化设计》一文中举了个监狱半地下室外墙的例子。本人认为，由于监狱有它特殊的功用，所以土墙或普通砖墙等这种结构形式其本身就不应该出现在设计者的视野之内；而采用钢筋混凝土墙方案时，选择多大厚度及何种支承形式，才能既解决安全问题又能节省造价，这才是结构优化设计的内容。
首先举一个本人专业方面的例子。计划在某河道上建设一座水坝，那么是采用重力坝、拱坝还是土石坝？这取决于诸多因素，其中主要的因素是坝址处的地形、地质条件与天然建筑材料的储存量。地形较为宽阔时不适于建造拱坝，地基岩层比较软弱时不适合建造重力坝，天然土石料十分缺乏时就难以建造土石坝。因此，这里就存在方案比较的问题，需要通过技术、经济、社会、环境等多方面进行比较，以选择最为可行的建设方案；而这其中涉及到的结构优化因素是非常少的，更多的是宏观上面的分析与比较，为方案的最终决策提供可靠的科学依据。
同样，在设计一幢房子时，究竟采用钢结构、砼结构还是砌体结构，也取决于诸多因素，如地区环境、经济社会发展水平、地质条件、抗震要求、建筑功能与体型，等等。而且在方案设计阶段，也不可能花许多精力来从事具体结构的最优化。无间道兄曾在《关于结构优化设计》一文中举了个监狱半地下室外墙的例子。本人认为，由于监狱有它特殊的功用，所以土墙或普通砖墙等这种结构形式其本身就不应该出现在设计者的视野之内；而采用钢筋混凝土墙方案时，选择多大厚度及何种支承形式，才能既解决安全问题又能节省造价，这才是结构优化设计的内容。
最后说一说钢筋用量问题。在不对结构整体进行优化的前提下，保证满足按规范设计计算的配筋量是必须的。至于将计算所得为4Φ16的钢筋实际配为4Φ20，而后又改为4Φ18，这不是结构设计优化，而是一种概念不清的表现，而且即使改为了4Φ18也仍然是一种浪费。只有通过结构优化，调整局部形状与尺寸（保持砼用量基本不变），最后采用2Φ16+2Φ14也能解决问题时，才真正体现了设计者在结构优化设计上面的功力。
以上是本人对结构优化设计与设计方案比较问题的一些初步看法，欢迎朋友们批评指正。
以上是本人对结构优化设计与设计方案比较问题的一些初步看法，欢迎朋友们批评指正。
