本发明涉及一种混凝土深梁的钢筋直径多层次拓扑优化设计方法，具体包括如下步骤：S1：划分混凝土与钢筋单元；S2：定义初始参数；S3：展开有限元分析；S4：计算钢筋单元灵敏度；S5；判断最大钢筋应力是否大于钢筋允许应力；S6：判断是否所有钢筋单元都满足应力约束；S7：判断最大钢筋应力是否大于0.9倍的钢筋允许应力，是，则最高直径钢筋单元不再进行降级操作，再执行S8，否，则直接执行S8；S8：根据钢筋单元灵敏度与优化准则，完成每种钢筋之间的升降操作，并返回S3。本发明能够在原有的钢筋分离模式BESO的基础上引入多种钢筋直径的钢筋单元，基于应力约束来升级与降级不同的钢筋单元。