工作流程与目标
CSFM 中钢筋设计工具的目标是帮助设计人员高效确定钢筋的位置和所需数量。以下工具可用于在此过程中帮助/指导用户：线性计算和拓扑优化。
钢筋设计工具所采用的本构模型比用于结构最终验证的模型更为简化。因此，此步骤中的钢筋定义应视为预设计，需在最终验证步骤中进行确认/细化。不同钢筋设计工具的使用将通过图 3 所示的模型来说明，该模型由一个承受均布荷载、变截面高度的简支梁的一端组成。
Fig. 3Model used to illustrate the use of the reinforcement design tools.
线性分析
线性分析采用线弹性材料属性，并忽略混凝土区域中的钢筋。因此，这是一种非常快速的计算，可初步了解受拉区和受压区的位置。图 4 展示了此类计算的一个示例。
Fig. 4Results from the linear analysis tool for defining reinforcement layout
(red: areas in compression, blue: areas in tension).
拓扑优化
拓扑优化是一种旨在为特定荷载配置在给定体积内找到最优材料分布的方法。Idea StatiCa Detail 中实现的拓扑优化采用线性有限元模型。每个有限单元的相对密度可为 0 到 100%，表示所用材料的相对数量。这些单元密度是优化问题中的优化参数。如果所得材料分布使系统的总应变能最小化，则该分布被视为给定荷载组合下的最优分布。根据定义，最优分布也是在给定荷载下具有最大可能刚度的几何形状。
迭代优化过程从均匀密度分布开始。 计算针对多个总体积分数（20%、40%、60% 和 80%）进行，使用户能够选择最实用的结果。所得形状由带有压杆和拉杆的桁架组成，代表给定荷载工况下的最优形状（图 5）。
Fig. 5Results from the topology optimization design tool with 20% and 40% effective volume
(red: areas in compression, blue: areas in tension).
