设计变量、目标函数、约束条件即为结构优化设计所谓的三大要素。

设计变量

设计人员在做结构设计方案时，依照不同的情况，通过一定数目参量的描述来确定一个方案，这些参量可以是同构件截面的几何参数，如截面惯性矩、截面尺寸及面积等；可以是结构总体的几何参数，如梁的跨度和间距、基础的埋深、柱的高度等；还可以是材料参数，如钢筋的强度和延伸率、砂装的标号等。其中，一部分参量是在优化设计的过程中始终保持不变，是根据某些具体的要求实现给定的，这样的参量称为预定参数；而其余参量被称为设计变量，是由于其在优化设计的过程中被看做变量。对于设计变量，既可以是离散的，也可以是连续的。当设计变量为离散变量时，为了简化计算，通常可以将离散变量看作是连续变量，离散变量就是当确定最后的方案时，从中选取的最接近数值。

目标函数

目标函数是设计变量的函数。当设计变量是以函数的形式表达时，目标函数便是所谓的泛函数（也称之为泛函）。在优化设计中，目标函数的确定是以“最优设计”为准则，所以目标函数描述了设计中某个最为重要的特征。在结构优化设计中，随着问题的主要矛盾和要求不同，目标函数的表现形态也不尽相同，所以，应该做到具体问题具体分析。

约束条件

在设计中需要遵循的条件就是所谓的约束条件，一般可以将其分为以下三类：

在结构动力分析中的运动方程，静力分析中的变形协调方程和平衡方程等。这类约束以等式约束的形式呈现。

对结构位移和应力的限制条件，也就是能确保其正常工作的限制条件（强度、刚度及稳定性）。这类约束以“≤”不等式约束的形式呈现。

对设计中的某些要求和规范中的限制条件，比如在混凝土构件的结构优化设计中，最小含钢量、最小高度等构造要求。这类约束也可称为界限约束，有时是以“≤”不等式的约束形式呈现，有时是以“≥”不等式的约束形式呈现。2100433B