工程结构优化设计基础大全11篇

工程结构优化设计基础篇（1）

中图分类号：TU318文献标识码： A

一、工业建筑结构设计优化的重要意义

工业建筑结构设计优化的方法，分为对分部结构设计的优化方法和对总体结构设计的优化方法。结构设计中工业建筑结构设计的优化一般包含以下几个方面的内容：对基础结构的设计进行优化；对上部结构的设计进行优化；对护围支撑结构进行优化；对房屋总体设计结构及细节部分进行优化。所以，工业建筑结构设计优化的重要意义就在于可以在最大程度上对资源和空间进行充分的利用，对材料和设备进行高效的利用，使建筑结构的功能更加趋向合理、协调、安全与可靠。从而实现建筑结构设计的“安全性、经济性、美观性、适用性”。

二、工业建筑结构优化设计的要求

优化结构设计是工业建筑施工共同的追求和目的，然而，优化设计也需要满足相应的要求，以一定的标准为参照，具体来说，需要满足以下几个方面的要求。

（一）工业建筑必须达到安全性标准

建筑物与人们的生产和生活息息相关，因此，安全性是建筑结构基础设计必须考虑的因素。如果只是片面的强调结构基础设计的优化，而忽视建筑结构的安全性，那么所做的一切努力都没有任何意义。因为，如果建筑物没有满足安全这一基本要求的话，必然给人们的生命财产安全带来巨大的损失。所以，建筑结构基础设计必须满足安全性的要求。

（二）工业建筑的经济性要求

经济性是市场经济条件下对建筑结构基础设计提出的新的要求，它主要是指在建筑结构基础设计当中，尽量节省成本，优化资源分配，合理利用各种材料，以达到节省成本，提高建筑项目工程经济效益的目的。

（三）工业建筑的功能性要求

建筑物是人们得以生存和发展的重要环境，它的目的是满足人们对物质环境需求的最大化。随着人们生活水平的提高，对于物质水平要求，精神水平要求都有了更加具体的内容。人们对于建筑物的功能需求不仅仅局限于传统的实用，更多的在于增添使用舒适性、视觉美感、以及满足人们更高层次的需求。

（四）工业建筑的环保性要求

环保性是人们对建筑结构基础设计提出的更高的要求，它要求选用环保材料，通过合理布局来实现可持续发展的理念，降低能源资源消耗，实现人与自然的和谐相处。

三、工业建筑结构基础设计的优化策略

为了优化建筑结构基础设计，满足安全性、经济性、功能性、环保性的要求，结合基础设计的实际情况，施工方可以采取以下策略。

（一）工业建筑设计方案的选择

在整个建筑结构设计中，基础设计方案的合理选型和布置是相当重要的部分。对于同一种场地地基，有多种基础形式可以选择，不同的基础形式，它的施工难度和工程造价是不一样的。因此，在基础设计方案选择的时候，要综合考虑多方面的因素，合理选择，以寻求最优目标。

1、工业建筑结构设计以准确的岩土工程勘察数据为依据。对于工程场地的地质条件、岩石物理力学性质、地基承载力、地下水位、场地土动力学参数等数据，必须进行科学合理的分析。因为这些数据是建筑方案合理设计的基础，通过对于数据的分析，再综合考虑上部结构的形式，最终才能确定合理的建筑基础形式和布置。

2、工业建筑结构设计基础的形式和布置应考虑基础与上部结构的相互作用。通常情况下，建筑结构设计是将上部结构和基础分离开来，各作单独的考虑，对他们分别进行力学分析。而事实表明，这种方法存在着较大的局限性，计算所得到的基底应力和基础沉降量与实际测量值存在着很大的差别。所以，基础问题的解决不能只关注基础，还应该考虑基础与上部结构的相互作用。在结构设计的时候，应该注意到上部结构次应力、开裂等不良情况的发生，将上部结构和基础进行综合考虑，从二者的相互联系出发，选择合理的方案。

（二）工业建筑应重视基础结构设计的计算

伴随着计算机技术在基础结构计算中的运用，基础设计取得了快速的发展和进步，计算精确度得到提高，计算的可靠性也更高。然而，我们在充分发挥计算机计算优势的同时，应该明确知道，结构设计程序是被动的计算过程，在计算中难免会出现差错，所以还需要注意以下几个问题。

1、提高计算自主性，避免过分的依赖。

工业建筑结构设计进行优化时需要进行大量的数据数据运算，因此要编制大量的计算机程序，用以方便运算。无论是公式数据输入时还是计算机进行高强度的计算时，都十分容易产生错误。有时候，优化设计的错误是工程师过分依赖计算机所致，因而，工程师或者设计人员需要改变这种情况，提高计算的自主性，在设计的过程中，对相关数据和计算结果进行反复的核对和审查，避免计算错误而影响结构设计。尤其是对基础设计的几何尺寸，荷载数据更要加强审核，确保不发生差错。此外，还要分析数据的真实性，避免盲目利用数据。

2、合理选用计算结果

在计算过程中，有些计算人员急于求成，不进行实际的审核以及数据对比，计算出的数据就直接进行应用。但实际状况中，并不是所有的计算结果都在结构基础设计中适用。计算参数的不同将会导致计算结果的不同，所以，工程师和设计人员应该对计算结果进行分析，合理选用计算结果。

3、注意实际结构和计算模型差异

计算程序与现实有一定的差距，它是以各种假定状态和理想状态为前提，但是，实际结果的承受力不可能达到理想的状态，所做的假设也与实际情况可能不相符合，因为外在因素会不断的变化。所以，在结构基础设计的时候，应该将模型和实际结果进行对比，尽量使其相符合，如果不相符合，则需要进行重新计算。

（三）工业建筑工程应提高材料的利用率

优化结构基础设计，在保证安全和经济的基础上，必须提高建筑材料的利用效率。例如，在钢筋混凝土结构中，当柱子以受压为主的时候，就需要根据材料的抗压性进行选择，要高标号混凝土为主，减小构件的截面，增加使用空间。由于梁板是以受弯为主，要选用高强度的钢筋，以减少钢筋的用量。此外，钢筋和混凝土的强度还要相匹配，这样能够最大限度的发挥材料的性能。总之，要重视材料的恰当选择，提高材料的利用率，降低造价，以收到最好的效益。

（四）工业建筑应对《规范》做到正确理解和应用

《规范》是优化设计的基础和指南，在实际工作中必须严格执行相关的规定。

一方面，对《规范》中的相关条文要进行深入的学习，深刻领会其中的内涵，并将此作为设计准则，根据具体的设计对象、设计环境、构件特点等，并根据设计的要求，进行科学合理的设计。另一方面，要高度重视《规范》中的构造措施。在实践中，一些工程师过分强调计算结果，却忽视设计环境，从而导致结构设计的安全性和经济性受到损害。但这样很有可能对建筑质量带来负面影响，因此，具体的设计在遵循设计原则和计算方法的同时，还必须考虑构造措施。

四、结构设计优化技术的实践应用

（一） 因为前期方案的确定直接影响工业的总投资，而现在存在的普遍问题就是前期方案阶段结构设计并不进行参与，工业师进行工业设计时大多并不考虑结构的合理性以及它的可行性，但是工业设计的结果却直接对结构设计造成影响，某些方案可能会增加结构设计的难度，并使得工业的总投资提高。如果在方案的初期，结构优化设计就能参与进来，那么我们就能针对不同的工业类别，选择合理的结构形式，合理的设计方案，获得一个良好的开端。

（二）概念设计应用于没有具体数值量化的情况，例如地震设防烈度，因为它的不确定性，计算式难免与现实有较大的差异，在进行设计的时候就要采用概念设计的方法，把数值作为辅助和参考的依据。设计过程中需要设计人员灵活的运用结构设计优化的方法，达到最佳的效果。与宏观把握相对应的，设计的过程同时要注意对于细部的结构设计优化，比如现浇板中的异形板拐角处易出现裂缝，可划分为矩形板。注意钢筋的选择，I 级钢和冷轧带肋钢市场价格差不多，但是他们的极限抗拉力却相差很大，所以在塑性满足要求的情况下，现浇板的受力钢筋就可选择冷轧带肋钢筋。在做里面设计的时候，外立面上的悬挑板及配筋，满足基本的规范要求即可，达到既安全又经济的目的。

（三）地基基础的结构设计优化首先要选择合适的方案，如果为桩基础，那么要根据现场地质条件选择桩基类型，尽量节省造价。桩端持力层对灌注桩桩长的选择影响很大，应多进行比较以确定最合适的方案。

结语:

工业建筑是凝固的艺术，精美的工业建筑是设计师把工业的美观设计与结构设计相互密切配合的结果。房屋结构设计追求适用、安全、经济、美观和便于施工五种效果，来提高有限空间、有限资源的最大化效果发挥，实现经济化、实用性和适用性的良好目标。而工业结构设计优化方法的应用则既能满足工业美观，造型优美的要求，又能使房屋结构安全、经济、合理。

参考文献：

[1] 李晓光. 工业建筑结构优化设计的探讨 [J].科技创新与应用 .2014（4）

[2] 苏敏; 崔芳. 工业建筑结构的设计优化 [J]. 城市建筑 .2013（7）

工程结构优化设计基础篇（2）

Abstract: the urbanization process let urban construction to enjoy unprecedented development. In recent years, the shape, the structure of the complex irregular complex construction, especially complex high-rise building more and more emerging, the design of building foundation put forward higher request. How to ensure the safety of the structure of the premise, through to the foundation of the optimization of the structure to reduce the construction cost has become a structural engineer must of research. Combining with the design of building foundation scheme selection, structure calculation, material selection and regulate the use of paper analyzed, based on the optimization of the structure design are proposed.

Keywords: basic design; Structure optimization; Structure calculation; Select material; standard

中图分类号：S611文献标识码：A 文章编号：

一、引言

地基基础是建筑结构主要的组成部分，关系的到整个建筑结构安全性与经济性。安全性和经济性历来建筑工程中不可或缺的两个方面，为了安全性而不考虑经济性或者为了经济性而不顾及安全性都是不可取的。通过优化设计在建筑基础设计的安全性和经济性之间寻求一个合理的平衡点是结构基础设计的最终目的。

二、建筑基础设计优化

结构基础设计的优化首先从基础选型和布置开始，通过结构计算来验证基础方案的准确性和可行性，再根据规范和实际工程经验对建筑材料的选用进行合理的分析，使其得到充分的利用。

(一) 建筑基础方案选择

建筑基础的合理选型与布置是整个结构设计中的一个极其关键的部分。有时对于同一种场地地基有多种基础形式可供选用，而各种基础形式的工程造价和施工难度是不同的；即使是同一种基础形式，基础布置的不同也可能对工程造价产生巨大影响。所以在基础选型时，应充分考虑更方面的因素，权衡利弊，合理选择，优化决策。

1) 建筑基础方案的优选，首先要以准确的岩土工程勘察资料为依据。如场地工程地质条件、岩土物理力学性质、地基承载力、地下水位、场地土动力学参数等，这是基础方案安全合理的基础要素。通过对岩土工程勘察资料的分析，再综合上部结构的结构形式，能够确定合理的建筑基础的形式和布置。

2) 建筑基础的形式和布置确定后，应考虑基础与上部结构的相互作用。建筑结构设计常规的方法是将上部结构和基础二者作为彼此独立，离散的结构单元进行力学分析。实践表明，这种常规法计算得到的基底应力和基础沉降量往往与实测值差别很大。因此，基础问题的解决不宜单纯着眼于基础。另一方面，上部结构设计过程中，也应该注意由于地基沉降变形差异而引起的上部结构次应力，开裂等不良现象。故而，更应该把基础与上部结构视为一个统一的整体，从二者相互作用的概念出发来考虑基础方案。当然，基础与上部结构的相互作用分析相当复杂，合理的方法应该从二者之间满足静力平衡和变形协调两个条件出发进行分析，了解基础刚度变化对上部结构内力的影响，上部结构对基础变形的约束作用，以及采用不同地基计算模型可能在基础和上部结构中产生的差异。

(二) 基础结构计算

随着计算机技术在结构基础设计中的应用，基础设计得到了不断完善和发展，特别是在设计的精确性和可靠性方面显示出了独有的优势。但也应该看到，计算机结构设计程序是被动的计算过程，主要程序由计算机完成，计算中不免出现误差，故在结构计算中需注意：

1) 提高自主性而避免盲目依赖性。有时设计错误发生的原因是工程师过于依赖计算程序而导致。在依靠计算机计算过程中，工程师或设计员需提高计算的自主性，在设计中要对设计数据和计算结果进行反复的核对和审查，避免因计算机计算而导致的错误在实施中发生。特别是对基础几何尺寸、荷载数据的核对定要做到分毫不差。同时，在输入计算过程中，需要对数据的真实性进行分析后采用，切不可盲目。

2) 合理选用计算结果。在计算过程中，计算参数的不同选择会导致不同的计算结果，这些计算结果是否在结构基础设计中和实际情况相符合，这就需设计师结合实际施工而进行分析。

3) 注意实际结构和计算模型差异。计算程序通常是以各种假定和理想状态为前提的，而实际的结构承受力不可能达到理想状态，所做的假设在实际中也因外在因素的不断变化而发生变化，这就需要在结构基础设计从实际和结果对比中找到契合点，如果结果和实际不符，则需要进行重新计算。

(三) 提高材料的利用率

在整个结构基础中，要想让造价得到降低，在安全的基础上高效，还需要从用材的选择上进行分析，做到物尽其用，合理而充分。

在施工中，构件的不同受力点、工作环境和材料的力学特点不同将决定着材料的利用率。如在钢筋混凝土结构中，当柱子以受压为主时，就需根据材料的抗压性来进行选择，以高标号混凝土为主，减小构件截面，增加使用空间；因梁板受弯为主，在选材中则选用高强度钢筋，从而减少钢筋用量。此外还需注意钢筋混凝土结构中钢筋与混凝土强度的匹配度，以达到最大限度地发挥出材料性能的作用。

在实际的结构基础设计中因材料的选择利用不当而造成的浪费现象十分普遍，如在基础底板中因混凝土标号过高而造成混凝土不能发挥其应有作用，甚至为抵抗高强度的混凝土较大的收缩变形和满足最小配筋率要求，导致配筋量增加，造价提高等。

(四) 设计中对《规范》的正确理解和应用

《规范》是设计中的基础，是必须遵守的标准。在结构基础设计中，要达到安全而高效，就需要对《规范》进行研究学习并正确应用。一方面，要深度理解《规范》中的相关条文，以《规范》的要求为基本设计准则，根据具体设计对象、环境和构件的特点，参照工程安全性和经济性要求，进行设计。另一方面，对《规范》中的构造措施要给予足够的重视。因设计中很多工程师都过多注重计算机的计算结果而忽视了实际设计环境的分析，从而导致安全性和经济性受影响。以抗震性为例，因抗震计算只是一种近似方法，设计需建立在震害和总结基础上进行，故而对《规范》中的抗震设计原则和计算方法的遵循必须的，同时还要考虑抗震构造措施。

三、结语

基础工程的造价在整个建筑工程造价中所占的比例较高，尤其在地质条件比较复杂的情况下更是如此。因此在建筑基础设计过程中遵循合理选型、计算准确、材尽其用、符合规范的原则，对建筑基础设计进行合理、细致的优化，能够起到降低工程造价的作用。

参考文献：

[1]GB50007-2011，建筑地基基础设计规范[S]

[2] JGJ3-2010，高层建筑混凝土结构技术规程[S]

工程结构优化设计基础篇（3）

Abstract: along with the rapid economic development, the city of modern buildings. Especially in the 21 st century, size, structure of the complex irregular complex construction, especially complex high-rise building more and more emerging, the design of building foundation put forward higher request. How to ensure the safety of the structure of the premise, through to the foundation of the optimization of the structure to reduce the construction cost has become a structural engineer must of research. Combining with the design of building foundation scheme selection, structure calculation, material selection and regulate the use of paper analyzed, based on the optimization of the structure design are proposed.

Keywords: architecture; Structure basis; Design; optimization

中图分类号： TU3文献标识码：A文章编号：

1引言

作为建筑结构主要的组成部分，地基基础关系到整个建筑结构安全性经济。建筑工程的追求的就是安全与经济，为了安全性而不考虑经济性或者为了经济性而不顾及安全性都是不可取的。通过优化设计在建筑基础设计的安全性和经济性之间寻求一个合理的平衡点是结构基础设计的最终目的。

2建筑基础设计优化

结构基础设计的优化首先从基础选型和布置开始，通过结构计算来验证基础方案的准确性和可行性，再根据规范和实际工程经验对建筑材料的选用进行合理的分析，使其得到充分的利用。

2.1建筑基础方案选择

建筑基础的合理选型与布置是整个结构设计中的一个极其关键的部分。有时对于同一种场地地基有多种基础形式可供选用，而各种基础形式的工程造价和施工难度是不同的；即使是同一种基础形式，基础布置的不同也可能对工程造价产生巨大影响。所以在基础选型时，应充分考虑更方面的因素，权衡利弊，合理选择，优化决策。

2.1.1 建筑基础方案的优选，首先要以准确的岩土工程勘察资料为依据。如场地工程地质条件、岩土物理力学性质、地基承载力、地下水位、场地土动力学参数等，这是基础方案安全合理的基础要素。通过对岩土工程勘察资料的分析，再综合上部结构的结构形式，能够确定合理的建筑基础的形式和布置。

2.1.2建筑基础的形式和布置确定后，应考虑基础与上部结构的相互作用。建筑结构设计常规的方法是将上部结构和基础二者作为彼此独立，离散的结构单元进行力学分析。实践表明，这种常规法计算得到的基底应力和基础沉降量往往与实测值差别很大。因此，基础问题的解决不宜单纯着眼于基础。另一方面，上部结构设计过程中，也应该注意由于地基沉降变形差异而引起的上部结构次应力，开裂等不良现象。故而，更应该把基础与上部结构视为一个统一的整体，从二者相互作用的概念出发来考虑基础方案。当然，基础与上部结构的相互作用分析相当复杂，合理的方法应该从二者之间满足静力平衡和变形协调两个条件出发进行分析，了解基础刚度变化对上部结构内力的影响，上部结构对基础变形的约束作用，以及采用不同地基计算模型可能在基础和上部结构中产生的差异。

2.2基础结构计算

随着计算机技术在结构基础设计中的应用，基础设计得到了不断完善和发展，特别是在设计的精确性和可靠性方面显示出了独有的优势。但也应该看到，计算机结构设计程序是被动的计算过程，主要程序由计算机完成，计算中不免出现误差，故在结构计算中需注意：

2.2.1提高自主性而避免盲目依赖性。有时设计错误发生的原因是工程师过于依赖计算程序而导致。在依靠计算机计算过程中，工程师或设计员需提高计算的自主性，在设计中要对设计数据和计算结果进行反复的核对和审查，避免因计算机计算而导致的错误在实施中发生。特别是对基础几何尺寸、荷载数据的核对定要做到分毫不差。同时，在输入计算过程中需要对数据的真实性进行分析后采用，切不可盲目。

2.2.2合理选用计算结果。在计算过程中，计算参数的不同选择会导致不同的计算结果这些计算结果是否在结构基础设计中和实际情况相符合，这就需设计师结合实际施工而进行分析。

2.2.3注意实际结构和计算模型差异。计算程序通常是以各种假定和理想状态为前提的而实际的结构承受力不可能达到理想状态，所做的假设在实际中也因外在因素的不断变化而发生变化，这就需要在结构基础设计从实际和结果对比中找到契合点，如果结果和实际不符则需要进行重新计算。

2.3提高材料的利用率

在整个结构基础中，要想让造价得到降低，在安全的基础上高效，还需要从用材的选择上进行分析，做到物尽其用，合理而充分。在施工中，构件的不同受力点、工作环境和材料的力学特点不同将决定着材料的利用率如在钢筋混凝土结构中，当柱子以受压为主时，就需根据材料的抗压性来进行选择，以高标号混凝土为主，减小构件截面，增加使用空间；因梁板受弯为主，在选材中则选用高强度钢筋，从而减少钢筋用量。此外还需注意钢筋混凝土结构中钢筋与混凝土强度的匹配度，以达到最大限度地发挥出材料性能的作用。在实际的结构基础设计中因材料的选择利用不当而造成的浪费现象十分普遍，如在基础底板中因混凝土标号过高而造成混凝土不能发挥其应有作用，甚至为抵抗高强度的混凝土较大的收缩变形和满足最小配筋率要求，导致配筋量增加，造价提高等。

2.4设计中对《规范》的正确理解和应用

《规范》是设计中的基础，是必须遵守的标准。在结构基础设计中，要达到安全而高效，就需要对《规范》进行研究学习并正确应用。一方面，要深度理解《规范》中的相关条文，以《规范》的要求为基本设计准则，根据具体设计对象、环境和构件的特点，参照工程安全性和经济性要求，进行设计。另一方面，对《规范》中的构造措施要给予足够的重视。因设计中很多工程师都过多注重计算机的计算结果而忽视了实际设计环境的分析，从而导致安全性和经济性受影响。以抗震性为例，因抗震计算只是一种近似方法，设计需建立在震害和总结基础上进行，故而对《规范》中的抗震设计原则和计算方法的遵循必须的，同时还要考虑抗震构造措施。

3结语

基础工程的造价在整个建筑工程造价中所占的比例较高，尤其在地质条件比较复杂的情况下更是如此。因此在建筑基础设计过程中遵循合理选型、计算准确、材尽其用、符合规范的原则，对建筑基础设计进行合理、细致的优化，能够起到降低工程造价的作用。

参考文献：

[1]韩东洋,彭亚辉.结构基础设计的优化仿真分析.《城市建设理论研究（电子版）》,2012,2.

[2]高峰.土木工程建设中对建筑结构基础设计的探析.《中国新技术新产品》,2012,3.

工程结构优化设计基础篇（4）

在社会持续发展和生活质量不断提升的背景下，人们对房屋建筑的要求正在从实用性转化为安全性和功能性，这给房屋设计提出了更高的要求，如何开展房屋结构设计工作，如何更好地控制和管理房屋结构设计工作成为当务之急。当前建筑结构设计优化方法成为行业验证和优化房屋结构设计的主要方法，有了建筑结构设计优化方法作为基础，房屋结构设计工作的经济性和功能性就有了保障，以建筑结构设计优化方法的应用为平台，房屋结构在安全、实用等环节就有了根本的保证。所以，在房屋结构设计工作中应该推行建筑结构设计优化方法的应用，从房屋结构的前期设计、细部结构设计、基础结构设计等重点环节出发，更好地发挥建筑结构设计优化方法的优势，建立起房屋结构的验证、计算和控制新体系。

1 建筑结构设计优化方法的概述

建筑结构设计优化方法是从理论上和经验上对建筑结构设计进行优化，以建筑结构设计优化的方法进行建筑结构的分析和认知，使建筑工程结构得到总体的优化，是建筑设计以及建筑工程分部得到结构优化和设计完善。对于建筑结构设计优化方法行业应该采取重视的态度，要控制建筑结构设计的重点环节，例如：应该尽量缩小质量中心和刚度中心的差异以及建筑的平面结构尽量对称与规则，合格的建筑结构设计必须满足这些基本的要求，这样的建筑结构设计意图才能够通过优化的评定。此外，建筑结构设计优化方法要求在水平荷载作用下建筑物不会产生很大的扭转效应。必须在满足建筑相应的功能条件下，在竖直方向布置尽量让竖直方向的相应的承重构件上下贯通。在结构设计中，为了减少结构设计与分析上的难度以及经济性，我们应该尽量避免使用转换层结构。对竖直方向的刚度也有着相应的要求，要求刚度的变化必须是渐变的而不是突变的，否则在刚度 突变 的地 方会出 现严 重的 应力 集中，这不利于建筑结构抵抗水平方向的动力载荷作用。

2 建筑结构设计优化方法的重要价值

对建筑结构的设计进行必要的优化，在对于房屋结构相关的设计中的应用意义重大，不仅能够满足了建筑的实用与美观，而且还可以有效地对工程造价进行控制。对于建筑商来说，其当然希望用最少的投资，而获得最大的收益，然而又必须对建筑结构的科学性、可靠性以及安全性做出保证，这必然要求对结构设计进行优化。结构设计优化和传统房屋结构设计进行比较我们可以发现：运用设计优化的技术能够降低建筑的工程造价（6%～35%）。结构设计优化技术能够使得建筑结构内部的每个单元都得到最佳的协调，并可以对材料的性能进行最合理的利用。这样不仅能够保证相关规定的安全系数，还能够实现对建筑结构设计的经济性与实用性。

3 房屋结构设计中应用建筑结构设计优化方法的要点

建筑结构设计优化方法具有实践性和应用性的特点，在房屋结构设计中建筑结构设计优化方法的应用主要集中在如下一些主要环节。

3 . 1 前期设计环节建筑结构设计优化方法的应用

房屋设计前期应该注意应用建筑结构设计优化方法，以此来控制房屋的结构，并做到对设计工程造价的优化。在房屋设计前期，方案、规划和计划处于初始阶段，全面应用建筑结构设计优化方法可以显示出房屋结构设计中结构的忽略部分，可以使隐蔽的风险和隐患得以暴露，这有利于优化房屋结构的设计形式，也有利于更高设计方案和计划，取得经济、效率、效益等多方面的效果和收获。

3 . 2 房屋细部结构设计环节建筑结构设计优化方法的应用

房屋细部结构决定着房屋整体结构的质量与稳定性，在房屋结构设计时期由于没有具体的实物和真实的数据，很容易在房屋细部结构计算中产生误差，在各种不确定因素的影响下，导致房屋细部结构设计出现重大的偏差，不但容易造成房屋细部结构设计问题，而且也给房屋整体结构带来风险。因此，应该利用建筑结构设计优化方法对房屋细部结构展开全面地控制，使房屋细部结构设计得到不断优化，最终形成最佳的房屋细部结构设计效果，避免细部开裂、错位、断裂等问题的出现，全面提升房屋细部结构设计的安全性、经济性。

3 . 3 房屋基础结构设计环节建筑结构设计优化方法的应用

房屋基础结构直接关系到房屋结构的整体功能和稳定，因此在基础结构设计环节中要全面应用建筑结构设计优化方法，对地基地质、桩基类型、基础结构等方面的设计进行全面地控制，合理确定桩基工程的形式，把握桩身长度和直径，优化基础结构的方案，确定基础结构、施工技术和资金投入的平衡点，在全面进行建筑结构设计优化的基础上，提升和保证房屋整体结构强度、结构稳定性。

4 结语

房屋结构是决定房屋建设质量、房屋工程性能的基础性参数，对房屋结构设计工作展 开全 面优 化是设 计工 作的 基本 要求，同时也是工程领域的重要工作。采用建筑结构设计优化的方法针对房屋结构进行演算、重构和优化，是建筑结构设计优化方法应用的主要方面，应该重视建筑结构设计优化方法的使用，建立建筑结构设计优化工作的体系，构建建筑结构设计优化方法应用的结构，全面提升房屋结构的强度与性能，做到对房屋结构设计工作的有效加强。

参考文献：

[1]佟月强，郝明.试论结构设计优化技术及在房屋结构设计中的应用[J].科技与企业，2012（8）.

[2]孙有果.结构设计优化技术在房屋结构设计中的具体应用探讨[J].科技致富向导，2011（26）.

[3] 郑智 ，乐肖军.结构设计优化设计技术与其在房屋结构设计中的应用[J].中国新技术新产品，2011（4）.

[4]叶少有，尹国.基于线性规划的结构设计优化[J].合肥工业大学学报：自然科学版，2006（1）.

[5]佟月强，郝明.试论结构设计优化技术及在房屋结构设计中的应用[J].科技与企业，2012（8）

工程结构优化设计基础篇（5）

引文

从造价角度分析，建筑施工阶段大致决定了建筑安装造价的20%，建筑设计阶段大致决定了建筑安装造价的80%。而建筑设计阶段的结构设计就决定了整个建筑安装造价的40%～60%以上，对于住宅来说大概是60%以上。与旧式的建筑结构设计方式相比，建筑结构设计优化方案可以使房屋建造的成本降低30%左右。从资源消耗方面来分析，我国现有住宅绝大部分都是采用的混凝土结构体系，而混凝土结构体系对于砂石钢筋和水泥的消耗量是惊人的，特别是在水泥的生产过程中需要消耗大量的煤炭资源，造成了极大的能源浪费和环境污染，砂石正在被用尽，铁矿石的价格成倍上涨，住宅寿命终了时，将有数量庞大的垃圾需要处理。2010年12月10日至12日，在深圳举行的第十二届CIHAF中国住交会上，绿色建筑的关键在于结构优化这一认识得到了确认。绿色建筑设计是绿色建筑的龙头，结构优化设计是绿色建筑设计的关键环节。我国的绿色建筑评价标准，原本就提倡优化结构的设计，随着2015年1月1日GB/T50378―2014《绿色建筑评价标准》的实施，更是将结构优化设计提升为节材部分的最重要内容，对地基基础、结构体系、结构构件进行优化设计，并将节材效果的评价分值设为5分。一般认为，一星、二星建筑每平方米增加100元左右，三星建筑增加200元左右，这些是没有进行结构优化时的结果。假设结构优化以后，每平方米可节省100元，意味着一星、二星、三星建筑基本上可不增加成本，有利于建筑技术的推广，因此，迫切需要对绿色建筑进行结构优化。

1 绿色建筑结构优化设计存在问题

与国外相比，我国对于结构优化设计理念的实际应用远远落后于其理论，工程实践仍旧不甚普遍，缺少时间检验。

1.1 基础结构优化

（1）针对地基基础不均匀沉降的问题，上部结构巨大的刚度虽能减少建筑物的不均匀沉降、改善筏板的受力状态，但目前上部结构设计还无法完善地考虑次应力的存在对上部结构的影响。如在桩基础设计中，若按竖向荷载作用进行布桩，就无法考虑到弯矩作用下承台底部边桩的反力验算。

（2）地下空间利用不充分。在地基基础设计中未完全结合岩土工程地质的实际情况、地下室和人防的设置、地基基础的选型等综合因素以充分利用地下空间。

（3）在对地基基础方案进行优选时，对沉降缝的设置、地下空间利用和埋深等诸多因素考虑尚且不够全面。

（4）缺乏相应的地基基础优化论证报告。大多数工程未根据具体场地情况因地制宜，对项目可选用的从天然地基、复合地基到桩基础等各种地基基础方案进行比选及定性论证。

1.2 结构体系优化

（1）混凝土结构存在着浪费大量水泥、砂石，其建筑布局受限制、工业化水平低等缺点。混凝土抗拉强度低，部分采用了钢筋混凝土楼板，容易出现裂缝；结构自重比钢、木结构大；室外施工受气候和季节的限制；新旧混凝土不易连接，增加了补强修复的困难。

（2）砌体结构体系中，一些农村家庭随意增厚楼板、大量设圈梁与构造柱、不计成本地将钢筋放入混凝土里，且使用多种材料混合砌筑房屋，造成房屋的竖向与横向刚度分布严重不均，建筑的质量分布不均衡，加重了砌体民居的抗震隐患。且材料使用不连续，导致建筑的整体性也得不到保证；配筋混凝土砌块砌体剪力墙中水平钢筋配置过多时，并不能显著提高墙体的抗剪能力，造成了不必要的材料浪费。

（3）我国自主研发的轻钢结构设计软件，如STS和空间钢结构系统CAD软件3D3S等与国外集结构分析、结构优化和工程智能化为一体的软件有一定差距；我国研发的低层住宅还没有形成完整的结构体系，包括其结构形式固定、成套的扣配件以及与之相配的材料等。

1.3 结构构件优化

（1）钢筋和混凝土的强度、构件的高度及宽度、混凝土保护层厚度、箍筋间距等不尽合理的设计导致结构构件抗力较低，影响建筑的抗震性能及其抗震合理性。

（2）对一些不具备遮阳、导光、导风、载物、辅助绿化等作用的装饰性构件作为构成要素在建筑中大量使用，在施工过程中，较少采用工业化生产的预制构件，致使相应的工程造价过高。

（3）在对结构构件进行节材优化论证时，未对建筑功能、柱网跨度、荷载大小等因素进行综合考虑，影响整体结构优化的效果。

2 发展趋势

2.1 绿色建筑寿命优化与阶段性优化

根据不同的地域环境，在工程的使用年限内，对每一阶段进行相应的方案优化。考察各个阶段的特点，根据实际结果进行优化方式的确定，从而对工程的整体寿命进行科学优化。

2.2 绿色建筑的整体性与局部性优化

在对建筑进行优化设计时，要对每一个下属系统进行相应的优化。地基基础的选择：从天然地基、复合地基到桩基础等各种地基基础方案进行比选及定性论证。结构体系的选择：从对建筑层数、高度、平立面、柱网大小、荷载等进行比选。对于复杂性来讲，主要包含选取建筑的材料、选取建筑的结构构件等，在选取材料时，可优先选用本地生产的建筑材料、建筑砂浆采用预拌混凝土，在构件选取时，可采用工业化生产的预制构件。故在进行结构优化时要从整体入手，才能真正实现整体的设计优化。

2.3 绿色建筑主体上部结构科学性优化

建筑的上部结构设计应当建立相应的模型并进行系统优化。整个过程首先应当合理地设置剪力墙，保证剪力墙整体的质量是均匀的，这样能将楼层中平面刚度的中心点重合于楼层整体的结构重心，从而减少地震或风力等对其的破坏性。

2.4 绿色建筑结构优化与绿色建筑优化保持协调

对于结构的设计要保证建筑的整体结构与整体平面紧密配合，这样能实现建筑本身的美观与结构相应合理性的效果。建筑造型应简约，且无大量装饰性构件，尽量不设计单纯为追求标志性效果在屋顶等处设立的大塔形、球、曲面等异型构件。对于整体来讲要保证重心、刚心、质心三者正确交叠，防止扭转的状况出现。

3 结束语

绿色建筑设计是绿色建筑的龙头，结构优化设计是绿色建筑设计的关键环节。结构设计优化技术的应用可以产生可观的经济效益。建筑设计部门和设计人员应应用现代化科技手段，并严格遵守“经济、适用、合理”的设计原则，精心设计，从而选择合理的绿色建筑结构设计方案，进一步实现建筑工程造价降低，同时取得最大经济效益的目的。

参考文献：

[1]刘桂秋.砌体结构基本受力性能的研究[D].长沙：湖南大学，2005.

[2]张宇.基于性能的既有砌体结构加固改造与优化研究[D].大连：大连理工大学，2009.

工程结构优化设计基础篇（6）

随着经济的发展和城市人口的急剧增加，城市高层建筑逐渐增多，高层建筑对混凝土结构施工提出了进一步的要求。高层建筑混凝土结构设计人员不仅要增强经济意识，运用技术手段进行混凝土结构设计，还要选用合适的结构材料，制定合理的结构施工方案，提高混凝土结构的稳定性，实现高层建筑混凝土结构的优化设计。

一、高层建筑混凝土结构设计的要求和原则

1、设计要求。随着城市高层建筑的增多，建筑的牢固性以及稳定性受到人们的重视，高层建筑不仅要满足建筑使用功能的要求，还要坚持成本节约的原则。高层建筑的典型特点是混凝土结构的承载力较大，需要接受竖向和横向的荷载，设计者需要对不同方向的受力情况进行充分的考虑，提高结构的整体承载力。受材料和施工质量的影响，混凝土结构很容易出现结构裂缝，影响结构的整体稳定性，设计者需要对混凝土进行技术处理，控制水泥水热化和混凝土温度，使用预拌泵送混凝土。高层建筑混凝土需要运送到高层，只有加强优化设计，进行精心的组织和施工，施工问题才能最大限度的减少。

2、基本原则。高层建筑混凝土结构优化设计的原则是在满足建筑功能要求的基础上提高结构的可靠度。建筑结构功能一般包括安全性、耐久性和适用性，结构的安全性要求混凝土结构必须能够承受整体的压力，保持结构稳定性。耐久性要求建筑能够达到设计的使用年限，而适用性是指混凝土结构的振动、裂缝和变形都不能超过设计和规范的要求。混凝土结构可靠度是指建筑在正常的设计、施工和使用条件下能够实现建筑的预定功能，混凝土结构的设计要满足经济合理、质量可靠、技术先进和安全适用的要求。

二、高层建筑混凝土结构施工优化设计的基本方法

1、准确的把握和理解设计规范。高层建筑混凝土结构设计优化的方法一般包括性能、拓扑和尺寸优化，结构优化设计要从初步的设计阶段开始，聘请技术人员和专家进行全程的设计指导，对施工过程进行控制，确保设计方案的经济合理。设计的过程中需要对构件截面尺寸、参数取值以及混凝土强度等级进行设计。设计人员需要掌握设计规范，注意设计规范和混凝土结构设计参数取值的匹配性，控制材料强度，确定配筋量和承台高度，进行抗震墙设计。

2、结构计算方法优化。混凝土结构优化设计包括了尺寸优化、性能优化和拓扑优化，尺寸优化是结构优化的关键，设计者要重点加强工程结构计算分析方法的优化。传统的混凝土结构设计都是凭经验确定构件的截面尺寸和结构体系，并在分析计算的基础上进行校核计算，设计方法比较被动。优化设计方法要首先确定结构型式、剪力墙布置和柱网尺寸，在分析和调整的基础上确定最合理的混凝土强度等级、构件截面尺寸、配筋量以及钢筋的强度等级。设计者在进行配筋计算的时候，要在经济比较的基础上选择合理的截面尺寸和构件布置形式。

3、设计参数取值优化。只有提高设计参数取值的精确性，混凝土结构优化效果才能实现，设计者在进行建筑荷载计算时，要对建筑高度、长度以及墙体开动影响进行整体的考虑，墙体高度不包括钢筋混凝土梁板的高度，墙体混凝土长度也不包括墙柱长度和洞口面积。

4、高层建筑混凝土结构优化设计中应注意的问题。首先，概念设计。概念设计是在分析建筑性能的基础上进行有组织的、有层次的和有目的的设计活动，混凝土结构设计人员要运用概念设计的方法，在满足建筑性能的基础上实现结构横向和竖向布置的规则、简单和均匀，合理分布承载力和刚度，避免应力集中和结构的塑性变形集中，提高设计方案的合理性。其次，设计者要重点进行延性设计和内力重分布设计。延性结构可以使截面形成塑性铰，塑性铰可以吸收和消散地震能量，提高抗震效果。设计人员可以使用弯矩调幅法来计算结构的内力重分布，弯矩调幅系数一般是0.8。此外，设计者在进行地震力计算时可以采用振型分解反应谱法，通过振型正交性和振型分解来进行解耦，计算振型的效应和地震作用，使用平方或者是开方的办法来组合振型作用，确定建筑结构的总作用效应，提高结构数据计算的准确性和合理性，在优化混凝土结构设计方案的基础上提高建筑的抗震性和整体承载力，实现建筑的整体功能。

三、高层建筑混凝土结构优化的具体策略

1、结构材料的选用。高层建筑混凝土结构的主要材料是钢筋和混凝土，设计者要在优化结构设计的基础上规定建筑材料的型号和规格，尽量选用性价比比较高的材料。首先，钢筋选用，常用的钢筋型号包括HRB400、HRB335和HRB235，性价比较高的钢筋是HRB400，设计者可以优先选用HRB400进行方案设计。HRB400可以最大限度的节约用钢量。其次，混凝土选用。不同等级的混凝土价格是不同的，混凝土强度在很大程度上影响着剪力墙轴压比，但是对结构梁的影响不大，设计者要在综合考虑混凝土强度和配筋率之间关系的基础上选择合适强度等级的混凝土。在实际施工的过程中，梁板应该选用C25～C30，按照轴压比控制柱混凝土强度和剪力墙强度，建筑外墙以及结构柱的混凝土强度是不同的。下图是混凝土结构示意图。

2、高强度钢筋和混凝土的使用。高层建筑混凝土结构优化设计的核心是在保证建筑使用功能的基础上最大限度的降低工程造价，建筑的造价包括了基础施工费用和材料费用，钢筋用量以及建筑构件截面尺寸影响着工程总造价，合理使用高强度的钢筋以及混凝土，优化构件的截面尺寸，降低工程的造价和难度。

3、提高建筑结构设计的均匀性。设计者在进行结构优化设计的同时，要力求结构的简单有型，控制结构的突出部分长度和平面长度，建筑的竖向体型应该均匀、规则，结构侧向的刚度应该是下大上小，注意结构以及受力的均匀变化，避免使用不规则结构。均匀性的结构设计不仅可以提高建筑的适用性和美观性，还可以将墙柱截面尺寸和单位面积控制在合理的范围内，实现承载力和刚度的合理分布，降低工程总体造价，取得最大的优化设计效果。

四、结束语

随着经济的发展和城市化建设进程的加快，城市中的人口越来越多，更多的高层建筑出现。高层建筑自身承载力较大，建筑的造价较高，设计者需要在保证建筑使用功能的基础上进行优化设计，控制墙柱截面面积，提高结构设计的均匀性。设计者要充分的掌握结构设计规范要求，在提高参数准确性的基础上提高设计方案的科学性，降低工程总体造价，提高高层建筑的经济性、适用性和安全性。参考文献：

工程结构优化设计基础篇（7）

当前，我国社会经济不断发展进步，人们生活水平日渐提高，人们对建筑结构提出了更高层次的要求。不但要求建筑结构具有较高的使用价值，还要求建筑结构具有一定的美观性。众所周知，在对建筑结构进行设计的过程中，最为基本的是保证建筑结构的安全性与质量，随后才考虑建筑结构的美观性与经济性。但在当前的建筑结构设计中，由于受到设计观念、设计方案等因素的影响，建筑结构的设计中还有一些不足的地方存在，难以真正提高建筑物的使用与审美价值。因此，需要不断对建筑结构的设计进行优化，进一步提高建筑结构设计的合理性，进而提高建筑物综合效益。

1建筑结构优化设计要点分析

1.1做好设计前期准备工作

在对建筑结构进行设计之前，设计人员往往会得到相关建筑图纸。此时，不能盲目展开建模计算工资，而应该对该建筑结构进行全面地分析。①积极与建筑设计人员沟通、交流，充分了解建筑物的功能、平面布局、层高等方面的具体情况。②在建模之前，对建筑物抗震等级要求、场地类别、梁板荷载等有一个具体地了解，并了解梁板柱截面的选择是否与建筑物的平面、立体坡面相符合，以保证建模工作的准确、顺利开展。③在建模过程中，需要明确每一个参数的意义，不得随意对参数进行修改，若要进行修改，需要以相关建筑行业的相关规范为依据。

1.2调整、修改

电算结构在进行建筑结构设计过程中，往往需要应用到计算机软件。在电算结束之后，建筑结构设计人员需要对电算结果进行核对，并给以相应地调整及修改。①明确主梁、次梁、井字梁之间的受力关系是否准确，适当将次梁放小；②尽量建筑所用钢筋的种类减少，将极差控制在同一水平上；③明确梁下的净高是否与建筑物的使用要求相符合，如不符合，则需进行一定调整；④明确柱跟、柱顶、变截面处的标高与建筑物各层结构平面图是否相符；⑤明确柱主筋是否与计算结果一致，主筋之间的距离是否有相关规定相符合；⑥明确建筑结构各构件的编号是否齐全、正确。

1.3注重基础设计

在建筑工程的造价中，基础工程造价所占比例较高，设计、选用的基础形式与地基处理方式直接关系到工程的整体造价。因此，在建筑结构设计的优化中，需要以结构的类型及工程现场具体情况为依据，选择恰当的基础类型。选择好建筑结构基础类型后，对地基的处理方式进行确定，并进行计算，保证基础配筋高于最小配筋率要求，条基交叉处的基底面积不得重复利用。另外，如果局部墙体出现荷载过大的情况，则要对整个基础的宽度进行调整，以保证建筑结构的稳定性。

2建筑结构优化设计具体措施

2.1优化设计方案

一方面，在对建筑物的基本构件进行挑选时，应该在把握建筑物整体性能的基础上进行，选择能够同时满足建筑物需求与工程成本的构件，以提高建筑物性能，降低建筑成本。另外，在建筑物的建设中，如果建构件之间的组成过于复杂，则会导致估算结果与工程实际情况之间的误差增大，影响建筑结构设计的科学性，埋下安全隐患。因此，需要对建筑结构构件进行简化，尽量将构件的数量减少，以保证建筑结构的可行性与安全性。另一方面，从整体上把握建筑物布局，对整体与局部之间的联系进行考虑，保证建筑物整体布局的合理性。

2.2优化结构分析方法

在对建筑物结构进行设计时，往往会涉及到较多的计算程序。而对建筑结构设计进行优化的过程，实际上就是一个对多个变量与设计条件进行反复计算的过程。因此，建筑结构设计人员在演算各类数据时，应该对附加约束条件进行转化，使之成为没有约束条件的问题，以求得更加准确的计算结果。另外，在对建筑结构设计进行优化的过程中，有多种计算方法，设计人员不可单一应用一种，而应该应用两种以上方法进行计算，并对计算结果进行对比分析，不断对结果进行优化，以保证建筑结构优化设计计算的严谨性。

2.3优化统计结果

对设计方案进行优化计算后，建筑结构设计人员应该对计算所得结果与结论进行深入分析，明确各设计方案的相似性与差异性。在综合性衡量的基础上，选择出一种最为合理、可行的设计方案。与此同时，在对结论进行分析的过程中，建筑结构设计人员应该注重细节性的问题，及时发现其中不合理的地方，并予以改进，从整体提高建筑结构设计的科学性。此外，建筑结构人员应该对工程经济效益与施工技术质量之间的关系进行妥善处理，不能盲目节约工程成本，忽视技术的提升与管理，为建筑结构整体质量提供保障。

2.4优化建筑材料设计

在优化建筑结构设计时，设计人员应该兼顾建筑结构的实用性与安全性。因此，在设计过程中，设计人员应该以建筑结构的具体情况为依据，给出建筑材料选择方面的可行性建议。选择的建筑材料应该与相关建筑工程标准相符合，对建筑材料质量进行严格控制。建筑材料不但具有抗压、防裂、防水等方面的功能，而且应该具有环保性，进而保证建筑工程的经济效益与社会效益。

3结束语

对于现代化建筑结构的设计而言，不但需要保证建筑物的使用价值与基础功能，而且需要保证建筑物外观的美观性。由此可见，人们对建筑结构设计的要求日渐提高。相关建筑结构设计人员应该从整体上对整个建筑项目进行分析，在充分考虑人们各种需求的基础上，不断对建筑结构的设计进行优化，设计出更加科学、合理的建筑结构方案，在保证建筑结构使用价值与功能的基础上，增强建筑结构的安全性、美观性与经济性。

参考文献：

[1]冯涛.土木工程建筑结构设计中的问题与策略探讨[J].住宅与房地产,2016,(9):64.

[2]宋颜培.建筑结构主体设计现存问题与解决建议分析[J].信息化建设,2015,(12):152.

工程结构优化设计基础篇（8）

1、建筑结构设计优化的重要性

建筑结构设计优化，指的是在设计期间创新设计理念，采用科学的方法对设计方案进行优化和筛选，最终保证设计方案能满足各方面需求。房屋结构设计工作中，采用设计优化方法的作用如下：第一，在保证建筑质量的基础上，可以提高经济性、美观性；第二，能够节约建筑成本，有效保护建筑周边的自然环境。由此可见，应用设计优化方法，能够提高房屋建筑的综合效益，满足不同用户的需求，同时为建筑企业带来更大的经营利润。和传统的建筑结构设计方法相比，设计优化能够降低建设成本，调查显示能降低30%左右。具体分析认为，通过设计优化，其一能充分利用各种建筑材料和资源，尤其是对内部结构单元进行协调，提高空间使用率；其二实现设计上的创新，在保证建筑安全的基础上，延长使用寿命，保护居民的人身财产安全；其三能帮助设计人员认真选择设计方案，提高设计的科学性、合理性。

2、建筑结构设计优化方法的流程

2.1结构模型设计。第一步，选择变量。从实际设计工作中来看，重要的数值、参数是决定设计方案的依据，这些数据可以作为变量使用。举例来说，在建设目标中，包括价格参数、预期损失参数；在工程控制中，包括房屋结构的可靠性参数。设计人员应该选择变化小、干扰少的参数，才能降低结构设计难度，尽早确定满足设计目标的数据。第二步，确定函数。在多个类似的函数中，设计人员应该选择出最佳的函数，要求满足房屋截面尺寸、钢筋尺寸面积，然后对函数的性质进行分析，以降低建设成本。第三步，衡量条件。从房屋结构的安全性、耐久性出发，设计约束指标包括房屋尺寸、架构刚度、变形限度、受力特点、单元组件、墙体裂隙、结构可塑性等。而且，还要考虑到房屋结构的实际情况，保证各个条件都满足规定要求，实现设计方案的最优化。2.2确定计算方法。房屋结构的设计伴有大量的计算过程，对结构设计进行优化，就是基于复杂变量和多种设计条件下的计算。对于设计人员而言，计算过程中应该演算各种数据，将附加约束条件转变为不附加约束条件，方便得出计算结果。另外，计算方法的种类较多，而且各自具有优点和缺点，应该根据现实条件选择出最为简便的计算方法，以节约计算时间、减轻计算工作量。2.3选择最优程序。确定房屋结构模型，并经过计算之后，下一步就要求设计人员从中选择最优程序。对于最优程序的要求，一是具有完整的功能，二是可以高效运转。这种程序是由多个小程序组合而成，在结构设计中具有重要作用。2.4分析统计结论。面对最优程序和计算结果，此时设计人员要对统计结论进行分析，明确不同设计方案之间的相同点、不同点，综合分析后确定最佳设计方案。由于房屋建设成本高，会涉及多个当事人的利益，因此设计人员应该从多个角度进行思考[3]。例如从宏观角度分析各种利益关系，处理好经济效益和技术含量之间的关系。值得注意的是，片面追求经济效益、不顾技术创新的做法是不可取的；应该在保证技术含量的基础上，尽量降低经济成本。

3、在房屋结构设计中的具体应用

3.1整体和局部优化。纵观建筑工程设计的共同特点，主要是复杂性、层次性两个方面。具体到复杂性，指的是原材料、零部件、结构类型的确定；具体到层次性，指的是结构体系、安装体系、设计体系等，每个体系又包含着诸多下属体系。房屋建筑结构的设计工作，要求设计人员从每个下属体系入手，打破不同布局之间的关联性，实现工程叠加的效果。由此可见，房屋建筑结构的优化设计，应该将落脚点放在整体上，而不是局部上，只有这样才能满足设计要求。3.2基础结构优化。基础是房屋建筑结构的关键部位，基础质量决定了建筑整体的质量，因此对基础结构进行优化具有重要意义。从基础结构类型来看，常见如桩基础、条形基础、独立基础等，优化内容在于基础设计应该满足施工标准，考虑到地质条件的差异性。以桩基础为例，计算抗拔桩的承载力时，首先应该从土层参数入手，确定承载力特征值；然后根据这一数值计算出抗拔桩的钢筋数量，确保满足承载力要求；最后实施静载试验，从实验数据评价桩基础设计的科学性。3.3上部结构优化。建筑工程的上部结构具有多种类型，因此设计优化方案也应该具有针对性，具体如下：第一，砖混结构，优化设计时应该避免在承重墙上开较大洞口；设置构造柱、墙垛长度、建筑层数时，严格按照相关规范执行；结构体系中不要采用混合承重的形式。第二，框架结构，首先合理布置柱网、柱距，确保整体结构的安全性和经济性。其次，单纯从平面布局来看，两侧刚度稍大、中部刚度稍小，能够避免扭转过大的现象，增强结构的抗震性能。最后，梁截面、柱截面应该合理设计，避免过大或过小，不仅影响美观性，还会浪费材料，而且要保证梁和柱的中线相互重合。第三，剪力墙结构，一方面应该确保结构重心、建筑平面形心相吻合，从而提高建筑刚度，避免出现分布不均的情况。另一方面，在保证结构计算安全的前提下，剪力墙和建筑隔墙应该相互重合，如此有利于提高空间利用效率，增强舒适程度。

综上所述，随着生活水平的提升，人们对于房屋建筑结构的设计需求也在不断增加，实现结构设计的综合效益，成为人们追求的目标。在设计优化方法中，包括结构模型设计、确定计算方法、选择最优程序、分析统计结论四个步骤，能够对房屋建筑的整体和局部、基础结构、上部结构进行优化，以促进建筑质量的提升。

作者:周福林 单位:四川省冶金设计研究院

参考文献：

[1]黄云.简论建筑结构设计优化思路与应用[J].建筑•建材•装饰,2014,(13):238-239.

[2]张振兴,刘宁波,何伟等.复杂造型建筑结构设计优化与施工[J].施工技术,2014,(9):11-15,27.

工程结构优化设计基础篇（9）

1前言

随着我国建筑行业的不断进步随着我国建筑行业的不断进步，城市建设力度的加大，一批批建设项目拔地而起批批建设项目拔地而起，城市建设投入大量的资金，土地和建材等资源材等资源，也成为社会环境污染，资源紧张的原因之一。同时各行各业对建筑结构认识的也在提高各行各业对建筑结构认识的也在提高，都对建筑结构提出更高的要求高的要求，建筑结构部分花费的时间和资金成本在整个建筑工程中所占比例不容小觑工程中所占比例不容小觑，而建筑结构的优化在保证结构安全的前提下全的前提下，综合考虑建筑性能的各个因素，充分利用建筑材料的性能料的性能，降低建筑材料及人工成本，提高建筑的长远经济效益效益。

2建筑结构设计优化的意义

建筑艺术是我国的传统文化建筑艺术是我国的传统文化，论具有悠久的历史。随着时代的变迁时代的变迁，在建筑的设计方面，有了较大的变化，在注重建筑实用价值的基础之上筑实用价值的基础之上，对艺术设计也有了一定的要求。不管是传统的建筑还是现代的建筑管是传统的建筑还是现代的建筑，建筑结构设计，都是围绕着几个核心部分来进行的几个核心部分来进行的，包括安全性、建筑过程的便利性、经济性以及美观性济性以及美观性。这些因素在房屋结构设计中是要考虑的几个因素个因素。人们对居住环境的要求越来越高，基本要求就是让建筑结构有足够的安全性和功能性建筑结构有足够的安全性和功能性。建筑结构在建筑施工成本中占据较大的比例本中占据较大的比例，只有在保障工程施工质量的前提下优化建筑结构设计化建筑结构设计，才能最大限度的降低建筑施工成本。实现生态和经济效益的完美组合生态和经济效益的完美组合。

3结构设计优化的要点

在遵循设计规范在遵循设计规范，满足建设方的使用要求的前提下，降低工程成本工程成本，使工程达适用，安全，经济，美观和便于施工这五方面的最佳结合面的最佳结合，这就是优化设计。优化设计首先是建筑方案优化优化，在建筑前期的方案设计中，结构设计人员应充分融入其中中，建筑设计往往追求外观的新奇，不计成本，不考虑抗震，越是复杂的不规则的建筑抗震性能越差是复杂的不规则的建筑抗震性能越差，建筑成本越高。应该追求简约而美的设计理念追求简约而美的设计理念，选择规则的平面和立面，避免过大的外挑和内收的外挑和内收，避免薄弱层，尽量不设转换层，尤其是高位转换换，保持受力的均衡。优化设计其次是结构方案的优化优化设计其次是结构方案的优化，首先就是结构形式的选择选择，通过对建筑的高度、功能、结构的破坏形式、整体性、刚度度、结构与地基的关系等多方面综合考虑，选择恰当的结构形式式。使建筑形体，结构体系和刚度分布达到平衡，根据抗震结构中薄弱环节或关键控制点进行针对性的优化构中薄弱环节或关键控制点进行针对性的优化。由于地震的预测难度较大预测难度较大，地震发生对人类的生命和财产造成巨大损失，因此建筑设计对结构设计人员提出了更高的要求因此建筑设计对结构设计人员提出了更高的要求。在对房屋结构进行优化设计时应侧重抗震方案的设计结构进行优化设计时应侧重抗震方案的设计，采用多道设防方法方法，当地震来袭时，房屋的次要构件可以消耗一部分地震能量量。尽量避免抗震性能不好含钢量还相对较高的结构形式，如异形柱结构和短肢剪力墙结构如异形柱结构和短肢剪力墙结构。总之在提升房屋结构抗震能力的同时能力的同时，让设计成本也有所下降。其次就是结构布置其次就是结构布置，可依据从整体结构体系与分体系之间的力学关系间的力学关系、破坏机理、震害、试验现象和工程经验所获得的设计思想的设计思想，从全局的角度来确定控制结构的布置，在早期迅速速、有效地进行构思、比较与选择，所得结构方案往往易于手算算、传力路径简捷明确，并可避免结构分析阶段不必要的繁琐运算运算，同时要有多道防止破坏的防线，例如结构构件布置要均匀匀，有利于缩小建筑的刚度中心和质量重心的距离，减小结构扭转效应扭转效应，最大程度保持抗侧力构件的原始形态。结构布置也应尽可能的连续也应尽可能的连续，均匀，避免刚度，承载力和传力途径的突变变，如不能避免应将突变限制在某一楼层或几个楼层出现敏感的薄弱部位感的薄弱部位，从而减少这些部位在水平作用下产生过大的应力集中或过大的变形应力集中或过大的变形，导致结构破坏。结构布置以超静定为主为主，不设计或少设计成静定结构。在整个建筑工程中在整个建筑工程中，基础的造价占有相当大的比重，结构设计人员一般注重结构的安全可靠度设计人员一般注重结构的安全可靠度，而对基础的经济分析比较缺乏足够的重视比较缺乏足够的重视。基础优化能节省总造价的55%~15%。当然基础方案的选择是最重要的当然基础方案的选择是最重要的，根据土层特征、分析上部结构和地下结构结合周围建筑情况构和地下结构结合周围建筑情况，从各个基础形式的特点，材料用量料用量，施工难易程度，施工的工期进行综合分析比较。基础能浅埋时尽量浅埋能浅埋时尽量浅埋，节省了土方开挖量。基础截面的选择以满足冲切及抗剪的前提下满足冲切及抗剪的前提下，配筋大部分为构造配筋。例如某工程基础原设计使用的是筏板基础工程基础原设计使用的是筏板基础，由于成本的问题对该结构进行优化设计构进行优化设计，将筏板基础改为独立基础加防水板，独立基础厚度较原先筏板基础的厚度加大础厚度较原先筏板基础的厚度加大，但防水板厚度较筏板减小小，同时构造配筋大幅度降低，整体降低了工程造价，同时防水板也增加了基础的整体刚度水板也增加了基础的整体刚度，对不均匀沉降起到一定的作用用，也满足了承载力的要求，使建筑材料减少，施工周期缩短短。桩基础的优化也很重要，根据地基状况和现场施工情况选择桩的类型及基础形式选择桩的类型及基础形式，最大程度降低工程成本，再通过地基持力层的状况分析所需要的桩长基持力层的状况分析所需要的桩长，多个方案进行比较推敲，从而筛选出最优的设计方案从而筛选出最优的设计方案。优化设计的思想落实到各个环节优化设计的思想落实到各个环节，细部优化也很重要。（1）结构计算首先输入合理的计算参数结构计算首先输入合理的计算参数，（2）按精细化的要求准确的输入荷载准确的输入荷载，然后布置梁板柱，例如梁宽度尽量控制在350350mm以下以下，否则需要四肢箍，梁高的增加比梁宽增加更有效效，尽量把梁布置成连续梁，对挠度控制有利。次梁间距要控制好制好。（3）层间位移角和位移比尽量接近规范限值层间位移角和位移比尽量接近规范限值。（4）墙柱轴压比接近规范限值且大部分为构造配筋压比接近规范限值且大部分为构造配筋。（5）梁板配筋率在经济配筋率范围内等济配筋率范围内等。((6)设计图纸便于施工设计图纸便于施工。

4结束语

优化方法的技术性性实现优化方法的技术性性实现，需要设计人员有丰富的经验积累积累，在处理问题时可以更灵活的选择方案，更充分的判断可行性行性，最合理的利用材料的性能，使建筑结构内部各单元得到最好的协调最好的协调，并具有建筑规范所规定的安全度。适用，安全，经济经济，美观和便于施工是进行建筑工程设计的一般原则而这五个方面各有所重五个方面各有所重，又互为矛盾，一个优秀的设计往往是这五个方面的最佳结合个方面的最佳结合。

作者:陈天静 单位:大连奥世建筑设计有限公司

工程结构优化设计基础篇（10）

中图分类号：TU3文献标识码：A

一、房屋建筑结构设计优化的内容及其意义

当前，我国经济快速发展，人们对居住条件及生活环境要求越来越高，而对建筑房屋进行优化设计，使其结构与美观相互协调、同时适用、安全、经济以及便利是改善人们居住环境方面重要手段。房屋结构设计优化理念注重以实际为准则，根据工程建设的基本状况，以计划成本为控制中心来进行的结构优化设计，其内容就是利用对建筑基础的结构、屋盖系统的结构方案以及围护系统结构方案等环节，建立起一种关于结构优化设计的模型，通过对各种不同的影响变量参数中的若干关键参数的科学的计算，确立最终的建筑工程结构设计的优化结果方案。

房屋建筑结构优化设计意义重大，一是大大提高建筑结构经济性，房屋建筑进行结构设计优化可节省材料，有利用抗震，减少内外表面装修，提高了其受力性能，增强了建筑的经济性能。二是结构优化设计大大降低了建筑工程的总成本造价。节约用地，大量资料表明，房屋建筑进行结构设计优化能够有效降低工程成本造价25%左右，同时结构优化设计技术能够对施工材料的性能利用更加合理化，能够让建筑工程结构内部各个不同单元之间更加充分互相协调，提升了建筑工程结构设计的经济性。

二、房屋建筑结构设计中结构设计优化技术的问题

现代的房屋建筑结构设计优化工作是一个复杂的过程，关系着房屋建筑安全与否，是否经济和适用。在房屋结构优化设计中也会遇到一些问题。

(一) 缺少详细的勘察地质资料

从现在的建筑结构设计工作来看，普遍缺少详细的勘察地质资料，只是简单的依据相临建筑的情况进行图纸设计。勘察施工场地的作用是保证科学的进行地基基础工作，并且达到最基本的安全保障。往往房屋设计工作人员只是把耐力数值控制到最小，就简单认为房屋建筑结构没有问题了，这种技术问题为房屋埋下了安全隐患。在对较软地基进行处理时，忽略了垫层换土设计，只是根据经验判断处理。房屋结构设计过程中，对于较软地基存在的安全隐患没有足够认识，单纯依据个人经验使用砂垫层强化承载力，对于其宽厚度缺乏精确计算，也造成了费用的浪费。

(二) 构造柱设计存在的问题

房屋结构设计中的构造柱可以设计为单一的受力柱，其横截面与配筋必须达到规范的要求，如果房屋结构包含防震功能，还必须要满足防震要求。当构造柱体被当做承重的主体应用时，这就会使构造柱体的受力提前了，从而限制了构造柱体对房屋结构的拉束功能的完全发挥，使整体房屋结构设计暗藏了安全危机。地圈梁通常会植入构造柱体，这种情况下是不需要另外设置基础的，可是当构造柱体充当了承重主体时，柱底部基础抗压能力必然会出现超负荷现象，裂缝也就产生了。在实际施工当中，处于承重梁下的柱体应当达到承重柱体的标准，假如承重梁的负载与跨度呈现最小状态时，梁下也可以使用构造柱体。这时候就要对构造柱体的功能忽略不计，重新检测墙体下半部分的抗压强度，达到要求才能设计施工。

(三) 抗震设计中存在的问题

在抗震房屋结构设计中，设计人员普遍认为六度设防可以看成是没有设防。为了方便受力分析，设计人员往往把柱体横截面较小设计，增加梁的线刚度，将梁设计成为铰支梁，柱体的抗压能力设计成轴心抗压。这种操作方法能够方便分析房屋结构的受力，但是给整体的房屋结构安全带来了危险。忽视了梁与柱之间的弯矩约束，还有柱体的截面积较小，整个房屋结构一旦受力，抗弯能力明显不足，造成了梁底显现裂缝。

(四) 承重墙设计中存在的问题

房屋结构设计承重能力时主要是通过楼板设计完成的，在房屋建筑结构设计中时经常将一些没有承重能力的墙体安置在楼板上，之后还会把这部分算在同等效果的荷载力范围内，楼板的配筋也会依据这个数据进行计算。除此之外，设计人员将立砖斜砌隔墙顶位置，造成楼板顶部出现裂缝。两个方向同时产生弯矩的双向板中的钢筋是要叠放并且要保持纵横方向，计算时应该依据双方向的跨度。

房屋建筑结构设计中的优化设计技术

（一）房屋建筑结构优化设计的阶段

设计人员对房屋建筑结构的设计优化可以分为三个阶段：

1、第一阶段是变量的选择

通常情况下，对设计人员决定最终设计方案起到重要作用的参考数据，都可以作为变量供设计者进行选择。如工程的目标参数包括房屋价格参数和预期产生的损失参数；工程的控制与约束参数包括表示房屋架构可靠性能的参数等。如果房屋建筑的设计者以变化幅度较小或考虑因素较少的参数作为设计的参考指标，那么相应的建筑结构设计、编程和计算有关的工作难度将会降低，设计者也可以更好地找到符合优化设计的参考数据。

2、第二阶段是对相关函数的确定

设计者要根据事先设定的房屋横截面尺寸和钢筋尺寸面积的那一组函数，从众多组相似的参考函数中进行合理科学的选取，并分析这组数据函数的相关各种性质，从而最大限度的降低房屋建造的成本费用。

3、第三阶段是条件的衡量

处于对增强房屋结构稳定性和耐用性的考虑，房屋设计的约束指标应当包括房屋尺寸、架构稳定性、架构刚性、受力限度和变形限度、结构的可塑程度和结构的确定程度等。在实际的设计过程中，设计者应当结合房屋建造工程的具体情况，对施工实际中的约束性条件和目标确定的约束性条件进行比较和分析，确保各种条件都符合相关的建筑规定要求，从而实现优化设计的目的。

（二）房屋结构工程师要积极主动参前期工程规划

房屋建筑结构工程师要积极主动参与前期工程规划是实施结构优化技术的重点内容。因为，在实际施工中，房屋建筑结构工程建筑师难以把握对结构体系的受力的正确分析，相关房屋建筑结构工程师要积极主动地参与前期方案设计，帮助建筑师构思与逐步创新，使整个建筑的优化功能能够全部体现出来。

（三）房屋建筑结构优化设计要将概念设计结合细部结构进行设计优化

概念设计即是利用设计概念并以其为主线贯穿全部设计过程的设计方法，是通过设计概念将设计者繁复的感性和瞬间思维上升到统一的理性思维从而完成整个设计。但是概念设计应用于没有具体数值量化的状况时，计算式不可避免与实际出现较大的差异，譬如在地震设防烈度就没与不确定性，计算式与实际差别较大，因此，房屋建筑结构在优化设计中，通过采用概念设计的方法，将数值作为辅助和参考的依据，同时设计人员在设计过程中还需灵活运用结构设计优化的方法。在整个设计过程中贯穿一种抗震设防的思想且以概念设计作为重点指导设计。同时在设计的过程中，注重优化细部的结构设计，譬如现浇板中的异形板拐角处易出现裂缝，可划分为矩形板。在选择钢筋型号时，充分考虑其极限抗拉力等。

（四）房屋结构优化设计要充分考虑下部地基基础结构设计

地基基础是建筑结构设计的重要组成部分之一，地基基础虽然埋置在地下，属于隐蔽工程，但其重要性不言而喻，建筑物的高度与安全性等受地基基础影响很大。因此，房屋建筑结构中的地基基础的结构设计优化必须选择合适的方案，譬如桩基础，就要依据现场地质条件，综合其他现场场地的条件因素进行基础选型及埋深等设计，选择桩基类型，最大程度的节省造价。

结语

总之，房屋结构设计中优化技术是复杂的系统工程，不但需要相关结构设计工程师正确地使用结构分析软件、选择最佳结构体系，同时，要大力挖掘基础设计内在潜力，充分运用科学的方法与手段，大力降低工程建设造价，让房屋结构优化贯穿整个设计过程，从而体现出结构优化的价值，让房屋结构设计功能不但更加适人们居住与生活，同时，大力提高其安全度与抗震性能。

参考文献

[1]张红友.优化结构设计减少建筑投资成本[J].陕西建筑，2008.11.

[2]卢亦焱，黄银燊，唐红.房屋加层外框架结构方案的优化设计[J].哈尔滨工业大学学报，2009.4.

工程结构优化设计基础篇（11）

中图分类号： TU3 文献标识码： A

引言

建筑结构设计成本优化分析的主要内容有对结构设计方案正确性的提高、材料的选择、建筑整体性协调性的提高等，建筑结构设计的成本优化主要措施是对建筑结构设计方案的调整，通过对设计方案的调整改进，发挥各项建筑材料的最大功能，在保证建筑基本功能的前提下增强建筑结构的经济性，这样才能实现建筑结构设计的成本优化，节约社会资源。

一、建筑结构设计对建筑造价成本的影响

1、结构形式对造价成本的影响

结构形式的选择作为建筑结构设计的核心内容对于工程造价成本的影响主要表现在建筑结构的经济和美观方面，在符合规范化要求的基础之上尽可能突出建筑结构设计的主体功能，这对于提升建筑结构的稳定性与安全性极为有利。鉴于如此，我们需要在了解建筑结构体系的前提之下来对其结构形式做出合理设计，尽可能减少额外的工程投资。

2、基础构造对造价成本的影响

作为工程建筑的核心组成要素，地基构造被划分为天然地基与人工地基两个部分，它们对于造价成本的控制不容忽视。天然地基由于避免了人为加固的过程，因此无论是工作量还是工程投资都相对较少，然而天然地基虽然有着较好的地质条件，若是发生地基与构造设计之间的矛盾时也是需要通过复合地基的应用来保证基础构造的稳固性。地基中的加固区由改良之后的天然地基土体与增强体两个部分构成，是常见的人工地基形式。桩基本身具备相对应的承载能力与沉降能力，由于操作灵活便捷因此其应用范围也相对较广。可见，不同类型的基础构造形成所耗费的造价成本也不尽相同，因此我们需要在尽可能保障结构稳定的前提之下来选择最为合理的基础构造形式。

3、结构延性对造价成本的影响

对于建筑结构设计而言，其中的结构延性是建筑抗震能力的有效保障，因此结构延性越好的设计其建筑物对应的抗震能力也就越高。抗侧力结构与抗震能力有着密切联系，而这一设计过程势必也会提高建筑物本身的安全风险。由此可见，延性较大的结构设计对应的抗倒塌能力也相应更强，其中针对抗震结构成本的有效控制也是减少造价成本的重要过程。

4、钢筋混凝土强度对造价成本的影响

当前我国建筑施工过程中针对受力钢筋的选择普遍采用的是HRB335、HRB400，而辅助钢筋则一般选择HPB300，混凝土类型为C20-C60。不难看出，我国的钢筋混凝土相较于国外而言显然强度较低，价格高的混凝土势必将导致混凝土整体造价的提升。相同的施工情况下若是采用强度较高的混凝土则会导致构件界面尺寸的减少，针对垂直运输量的成本控制对于减少工程造价极为有利。钢筋选择方面，强度较大的钢筋也势必将导致钢筋用量的减少，这也是控制造价成本的有效方式，这些内容都应当在结构设计环节中引起高度重视。

二、建筑结构成本优化措施

对建筑成本的研究始自上个世纪60年代，主要形式是采用成本管理思想方法提供有助于决策的成本信息，有目标分析、作业分析等内容。之后我们对建筑成本、建筑方法功能、价值管理和生命周期等技术进行了归纳总结，认为只有更加精准和富有活力的施工成本预测才能更好的提供早期成本建议和市场预测。我们认为未来建筑成本的研究优化发展方向将是建筑成本优化实际工作的更深程度和工艺对市场、定额更好的适应性，这也是我国建筑结构的设计成本优化的工作目标。

1、建筑设计阶段的成本优化

建筑的主体是建筑结构，建筑成本主要包括建筑结构、土石方、设备安装、地基处理等，建筑结构的成本超过了建筑总成本的50%，所以保证建筑结构的科学合理是控制建筑成本的关键，而建筑结构的成本控制，除了施工阶段外，设计阶段的工作也十分重要，建设过程中要采用科学有效的措施优化建筑成本，进而为整个建设工程节约成本。

1.1建筑设计阶段的成本优化

常见的建筑设计阶段通常采用的成本管理方法主要是限额设计，具体实现方法以及途径是目标成本的分解和工程量的控制，专家采用类似工程建设成本比例把成本估算按照比例分配到各个项目中，但是建筑工程成本的影响因素很多，采用经验分析的方法会造成较大的差异性，不能实现最优成本分配。建筑结构是建筑主体和支撑，进行结构设计的主要目的是满足建筑物的建筑功能，还要保证建筑结构拥有一定的承载能力，拥有一定的安全性、适用性和耐久性，这些都需要通过合理的设计成本来提高建筑结构的工程性能来实现。

2、施工建设过程中的成本管理

2.1结构材料的选择

建筑结构的基本属性是具有一定的承载能力，建筑物的承载力依靠优质的建筑材料和合理的施工设计方案完成，选择建筑材料需要遵循一定的原则，材料的使用要能够提高建筑本身的整体强度、刚性等参数，设计人员进行设计时要结合施工实际确定选择钢筋混凝土还是预应力混凝土，保证建筑物的安全性和经济性。混凝土变形和配筋率需要合理设定，降低工程间接成本。

2.2基础形式的合理化

建筑工程基础的建设成本占到了总成本的30%，合理的基础结构设计对于建筑成本优化有着显著的作用。进行基础结构设计时如果存在承载能力较强的天然地基，而高层建筑为剪力墙结构形式时合理的基础形式应该是墙下条基和小筏板，通过这种形式减小基础的工程量。

3、建筑整体设计成本优化