结构设计的优化精选(十四篇)

序言：作为思想的载体和知识的探索者，写作是一种独特的艺术，我们为您准备了不同风格的14篇结构设计的优化，期待它们能激发您的灵感。

篇1

关键词：建筑结构 剪力墙结构 设计 方案 优化

前言

近年来，建筑结构设计的水平得到不断的提升，在建筑的结构设计上不仅需要满足销售及居住的质量要求，同时还要求具有较好的经济适用性。剪力墙结构由于侧移较小，抗侧刚度较大，而且具有较强的抗震性能，所以在现代建筑中得到广泛的应用。但在当前建筑剪力墙结构的应用和设计过程中，还存在着一些问题，所以还需要加强对其设计方法进行优化，从而确保建筑的安全性、经济性和实用性。

一、剪力墙结构的基本定义

剪力墙作为建筑结构中的重要组成部分，其可以承担较强的风荷载及地震作用，所以通常也将剪力墙称为抗风墙或抗震墙。目前高层建筑较多，但在高层建筑结构设计时，则不宜将所有墙体都采用剪力墙结构进行设计，对于需要应用较多剪力墙时，则需要布置一定的筒体，这样利用剪力墙和筒体可以对水平力来进行抵抗。

二、剪力墙结构设计的基本样式

（一）壁式框架。这种样式的剪力墙更多的在联肢墙中进行应用，由于其洞口较大，所以墙肢的刚度往往较弱，而连梁的风度则较强，这种情况下的剪力墙在受力上表现的与框架结构更过于接近。但其与框架结构的梁柱还具有较大的不同，厚度上较小。通常上框剪结构中，壁式框架剪力墙可以进行单独设置，同时也可以利用其他一些墙体来进行设置，所以在目前的房屋建筑中壁式框架剪力墙应用的更为广泛。

（二）整体剪力墙。整体剪力墙由于没有洞口或是只有少量的洞口，其作为建筑的主体结构存在，所以在设计时往往可以忽视洞口的存在，在现代建筑结构中作为极其重要部分，对建筑起着支撑的作用。

（三）联肢墙。联肢墙上往往是有一列或是多列洞口存在，而且洞口的尺寸也较大，各连梁承担着主要的受力，其可以说是由于多组连梁连接起来的特殊剪力墙，而且各墙肢具有比连梁更强的刚度，所以每一个墙肢的作用都不可忽视。

三、剪力墙结构方案的选择

在建筑结构设计时，剪力墙的设计方案具有多样化的特点，但在确保建筑结构安全的情况下，需要选择经济性较好的方案，可以有效的降低工程的成本。特别是在设计的初期阶段，对于剪力墙结构体系、材料及构件截面尺寸的选择，都会直接影响到建筑工程的造价。

目前高层建筑结构中，利用框支剪力墙较多，这样就可以在上部结构中可以采用短肢剪力墙结构，同时为了尽量的减少上下层在刚度上的变化，则可以适当的减少上层短肢剪力墙来减少剪力墙的刚度，而加大下层刚度，这种结构方案可以在保证整体结构安全的基础上，具有良好的经济性。

因建筑的层数过大，对于结构的刚度要求增加，也需要结构底部具有良好的抗剪系数，控制好层部位移和顶点位移值，确保结构的安全性，所以如果利用短肢剪力墙结构则无法满足各方面的要求，使Y构的安全性无法得到保证。

对于层数在20层以下的住宅建筑若采用传统的现浇剪力墙结构，由于墙体多为构造配筋，各墙肢的实际轴压又一般会比计算值偏小，就会导致墙体的承载力不能充分发挥出来，而采用短肢剪力墙结构，就可以很好地解决这些问题，既加大了结构的延性，提高结构的抗震性也使得工程费用随之降低。

四、剪力墙结构的优化设计措施

（一）基础方案与承重构件的优化设计。剪力墙结构的基础设计方案应根据工程项目地质与水文条件，各项工艺、技术指标与相邻建筑的分布状态要进行科学、合理的规划，以最大限度发挥基础方案的实际作用，设计人员应尽量在原基础上进行相应的修订与整改。设计人员在进行实地考察后，应按照相关标准与规范进行承重构件的设计和选择，其根本目的是确保建筑主体结构的安全性、可靠性。例如：在剪力墙承重构件的设计中，必须考虑到墙体配筋率的问题，在国内现阶段执行的相关标准中明确指出：抗震等级为一、二、三级的剪力墙中，竖向与水平分布筋的最小配筋率应≥0.25%，而部分框支剪力墙的底部加强部位实际配筋率则要≥0.3%。与上世纪80年代相比，现在规定的配筋率已经明显提高，而且基本实现了与国外建筑行业要求的配筋率接轨，所以，在剪力墙结构设计工作中，设计人员在基础方案与承重构件的优化设计中，必须注重相关标准与工艺参数的合理选用，特别是要符合国家建筑主管部门出台的最新设计标准，以保证设计方案通过审核。

（二）有效提升建筑整体结构性能。在剪力墙设计优化过程中要对其抗震性能进行强调，所以在设计时力求简单、规则，明确结构各部位受力情况，避免在灾难发手时出现局部结构受力不均衡的情况，实现对危害的有效控制。设计时要尽量避免出现结构薄弱部位，所以在设计时需要充分利用相关经验及技术参数，及时对可能产生薄弱的部位进行分析，并对方案进行修订，从而有效的提升整体结构的抗震性能。

（三）合理应用剪力墙结构设计理念与计算方法。在剪力墙结构设计中，必须选择合理的设计方案，这是保证建筑主体结构质量的重要环节。剪力墙结构处于受弯工作状态时才能有展现良好的延性，所以，剪力墙的形式应以高细为主，如果剪力墙过长，可能形成低宽剪力墙，由于剪力墙呈现为脆性，难以满足抗震要求。因此，在剪力墙结构设计中，必须经过精确的计算，虽然国内在设计工作中已经基本实现了计算机代替人工操作，但是在部分环节的计算中仍需依靠设计人员丰富的工作经验予以解决。

篇2

【关键词】结构设计；优化

结构设计的目标是“安全、适用、经济”，对结构设计进行优化的目的就是使有限的空间、资源效果最大化，结构设计的优化工作就显得非常的重要。结构设计优化的方法就是合理的利用材料的性能，合理的利用结构体系的受力特性，合理的结构布置，使结构内部各单元得到最好的协调，达到规范所规定的安全度，并使其使用功能得到最大的满足。下面将通过几个方面对结构设计的优化进行探讨，以期与广大结构设计人员共勉。

1　结构整体分析

在承载各种作用的时候，建（构）筑物总是以整个结构体系协同工作的，结构体系的优劣是这个建（构）筑物的先天基础。合理的结构体系可以在安全、经济、适用等方面做到更好的协调。

1.1　结构形式的选择及结构布置

同一建筑方案，可以采用多种结构体系进行设计。建筑工程常用的结构体系有框架结构、框架剪力墙结构、剪力墙结构、筒体结构等。每一种结构形式的经济性都有所差别，且都有其相应的适应性、抗震性能。因此，设计人员在建筑结构体系的优化选择过程中，要根据建筑物使用功能的要求、建筑高度的不同、场地条件等因素，按照经济合理、安全可靠的设计原则，保证结构整体具有良好的抗震性能、足够的承载力和刚度的前提下，选择最合适的结构体系。

结构布置要求结构设计者具有化繁为简、了解各种结构特性并对其出现的各种状况采取相应措施的能力。在建筑结构设计的过程中，在基本满足建筑师设计意图的基础上，平面布置应尽量规则、对称，尽量缩小质心和刚心的距离；使建筑物在水平荷载作用下不致产生太大的扭转效应。竖向布置应在满足功能要求的前提下，尽量使竖向承重构件上下贯通且竖向刚度最好不要突变，否则突变处在水平荷载作用下会出现严重的应力集中现象，这对结构抵抗水平动力荷载是十分不利的。

笔者设计的某值班宿舍楼，平面尺寸为7×38m，平面虽然很规则，但很狭长，结构布置的时候，做到了结构刚心与质心非常的接近，但计算后的结果却不能令人满意，第一周期是扭转周期，对于结构的抗震是非常不利的。究其原因就是结构平面过于狭长，平面刚度不足，造成两端振动不同步引起了扭转效应。在增大了两端柱截面之后，虽然第一、二周期变成了平动周期，但第一扭转周期与第一平动周期的比值大于0.9。虽然抗震规范对多层建筑的周期比并不做要求，但参考高层规范的规定，比值过大的情况下结构的抗震性能并不是很好。于是笔者在两端墙体交接处各增加了一根柱子，使得两端的刚度进一步增强，且柱的布置不影响使用，结构的周期比小于了0.9，而且由于结构布置的时候刚心和质心是非常接近的，因此结构的抗震性能是非常好的。

1.2　功能要求

每一个建（构）筑物都有其预定的功能要求，设计者甚至不能满足其无限扩大的功能要求，而功能要求往往也会与结构形式产生冲突。当为了更大满足功能要求而不能采取更优的结构形式使造价增加，或者采取更优的结构形式使造价降低却但限制了一些功能上的要求时，设计者应当与建设方协调，在功能要求和结构形式上互相做出让步，以确定双方都满意的结构方案。比如框架结构、框剪结构、剪力墙结构、简体结构等满足使用者自由布置空间的能力是不同的，一般情况下按上述排序该能力是越来越弱的，但结构体系的刚度却是越来越强的，适用的最大高度是越来越高的。当某建筑物的高度接近框架结构的适用最大高度时，其结构成本相对是比较高的，可以考虑采用框剪结构，如建设方认为框剪结构影响了其功能使用，且结构成本对其影响不大时亦可继续采用框架结构。但通过沟通，在采用框架结构的同时，在不影响其功能要求的某些位置设置少量的剪力墙以加强结构的抗侧刚度则不失为更优的结构方案。

2　改变约束条件

改变约束条件是进行结构设计优化的一种有效的手段。

某水厂水池，由于施工单位的失误，池壁钢筋产生严重的偏位，按偏位后的截面进行复核，池壁承载力已经不够。笔者采用增加约束的办法进行处理。将池壁上部的走道板强化设计，作为池壁的上部约束，经复核此情况下偏位后的钢筋满足要求。

某门式刚架厂房，笔者最初设计时对刚架的底部按固端约束进行计算，发现刚架的基础非常大，造价很高。后经优化，减掉部分约束，改为铰接，基础尺寸大为减小，柱脚构造施工难度变小，且上部构件截面增大不多，取得了良好的经济效益。

3　构件分析

每一种结构构件都有其最经济的使用范围，每一种截面尺寸均有其最经济的承载状况。通过构件分析进行结构优化的目标是使构件的截面尺寸更合理，充分发挥材料的结构性能。

笔者在设计水处理构筑物的时候，通过采用通用计算软件分析发现控制构件配筋的最不利弯矩衰减得非常的快，这些在普通的静力计算中是察觉不到的。根据这个特性，在大尺寸的池壁设计中，可以采取沿高度逐渐减小池壁厚度和逐渐减少配筋量的方法来更合理的发挥材料的性能，取得更好经济效益。

牺牲某些结构构件的部分经济性，达到更高的整体经济效益则是另一种结构优化的方向。例如，常规梁经济性最好，但严重影响建筑层高，尤其是在目前土地资源有限的情况下，其不一定能实现整体经济效益的最大化。宽扁梁能减少梁的截面高度，增加建筑物的净高。在建筑物总高度限制的情况下，可以增加层数，以获得更多的建筑面积。虽然宽扁梁在经济指标上与常规梁相比并非最优，但对比整体经济效益和结构增加的投资，整体经济效益大时，做宽扁梁设计是个值得考虑的结构设计优化方向。

4　材料选择的优化

结构承载能力的载体就是材料，工程实践证明，设计阶段合理选择建筑材料，控制材料单价或工程量，是控制工程造价的有效途径。建筑材料应尽量选用性价比高的高强度建筑材料。例如HPB300、HRB335和HRB400这三种钢材的价格比较接近，但它们的抗拉强度值是270：300：360=1：1.11：1.33，可见采用高强钢筋的性价比高。采用高强度钢筋减少了用钢量的同时，还减少了施工量，增加施工可操作性，减少了施工难度。当柱截面由轴压比控制导致尺寸过大时，可以采用更高等级的混凝土，以达到减小结构尺寸，增加使用空间的目的。结构设计者可以与建筑设计者协调采用轻质高效的建筑材料，如填充墙材料宜采用轻质墙体，屋面采用轻质防水材料等，这些材料的使用既可增加室内的使用空间，也能减轻结构自重，减小地震作用，进而减少结构主要受力构件的用钢量和混凝土用量，减少了结构部分的投资。

5　计算模型的优化

实际结构是很复杂的，完全按照结构的实际情况进行力学分析是不可能的，对工程设计而言也是没有必要的。因此结构设计时，都需要采用某个计算模型对结构实际状况进行简化模拟，计算出结构在各种工况下的效应。结构计算模型的准确性决定了计算结果的合理性及对工程设计的指导意义。

纵观结构设计软件的发展历史，就是结构计算模型提高准确性的发展历史。在计算机高度发达和通用计算逐渐普及的今天，结构设计者拥有了更多的选择对结构进行更为合理的模拟计算，设计者可以得到更为准确的结果，从而更为合理有效的进行材料配置，提高经济效益。

由于业主功能需求的变化，某已建成的建筑物空间布置发生了较大的改变，部分楼板荷载超出了原设计的规定。笔者在对此建筑物结构进行技术鉴定时，考虑到原结构设计是采用梁柱模型计算的，楼板并未直接参与计算，仅估计了对梁刚度的影响，可能实际结构承载能力还有一定的富余。笔者采用了梁柱与板壳元共同工作的计算模型进行复核，并对其局部荷载进行精确施加。最终验算的结果表明原结构基本能满足要求，仅需进行小的调整即可满足结构安全。

在水处理构筑物的设计中，水池底板的设计一直都沿用传统的倒楼盖法，整个底板的地基反力是按均布荷载布置的，这与实际的受力状况有很大的不同，造成了底板用钢量过大的结果。在使用通用计算已成为可能的今天，可以考虑采用更为接近实际状况的有限元模型进行受力分析，并以此结果指导配筋将会更为合理且更为经济。

篇3

关键词：结构设计、设计优化、探讨、应用

在房屋建筑结构设计过程中，在满足建筑设计师设计意图的基础下，平面布置应当尽量保持对称和规则，尽可能的缩小刚度中心和质量中心之间的差异，从而使建筑物在水平荷载下不至于发生太大扭转。在竖向布置上，在满足功能的前提下，应尽可能的使竖向承重构件上下保持贯通，可以不使用转换层则尽量不使用，避免造成结构分析和设计上的困难。竖向刚度尽量不要突变，应采取渐变的方式，避免应水平荷载作用产生严重的应力集中现象。

在工程项目和结构设计时，除了考虑设计对象基本的使用功能和可靠性外，还要考虑把设计对象尽可能设计的更完善一些，这就是研究结构设计优化技术的主要目的。它用科学的计算选取更合适本项目满意的结构方案。

一、房屋建筑结构优化设计模型与方案

房屋建筑工程分部结构优化设计包括以下几个方面：房屋基础结构优化设计、房屋屋盖系统方案优化设计、围护结构方案设计优化与结构细部设计优化。针对以上几个方面的优化设计，还包括了选型、布置、造价、受力等内容进行分析。在实际实施中，还应该根据实际情况出发，再结合具体工程实施情况，围绕房屋建筑综合经济效益目标进行结构优化设计。

（一）系统结构优化设计模型。结构设计优化是在各种影响变量中选取主要的参数建立函数模型，运用科学的计算方法得出最好的优化方案。结构优化建立模型大概分为以下几个步骤：设计变量中主要参数的合理选择，通常的变量选择主要选择对于总体结构影响较大的参数，将所有的参数按各自的影响属性划分分类，将影响不大的参数定为预定参数，这样可以减少函数模型中大量的计算。目标函数一旦确定，使用函数找出符合条件的最优解。最后是约束条件的确定，房屋建筑结构可靠性优化设计的约束条件包括了应力约束、结构强度约束、裂缝宽度约束、尺寸约束。在优化设计中，确定各种约束条件务必符合现行规范要求。

（二）系统结构优化设计方案。在结构设计中应设计多个变量和多个约束条件，设定计算方案时，常常将由约束条件转换为无约束条件计算，常用的方法包含有符合型法和拉式乘子法。在完成计算方案设定时只需要编制相适应的运算程序即可得到最优化的结果。

二、结构设计中优化技术应用所面临的几个问题

将结构优化设计应用到实践中，是比较广泛的一项措施，利用结构优化设计方法可以不改变使用性能下达到降低工程造价的目的，结构优化设计应用于整体设计、前期设计、抗震设计、旧房改造等各分部环节都能发挥巨大的效益。在时间应用中，应当注意几个问题。

（一）前期参与。前期方案的确定将直接影响到整体建筑的总投资，前期方案阶段结构设计并不参与是现在所面临的一个问题，建筑设计师在建筑设计时对于建筑结构的合理性和可行性大多没有考虑，但建筑设计结果会直接影响结构设计，有些方案有可能造成建筑总投资增加和结构设计的难度提升。假如我们在方案的初期，就选择合理的结构优化设计，那么我们就可以根据不同的建筑类型，选择合适的结构形式和合理的设计方案，打好一个良好的基础。

（二）细部结构设计优化。概念设计运用于没有具体化数值情况下，需要设计人员在设计过程中灵活运用结构设计优化方法，从而达到最好的效果。在细部结构设计优化中，注意各细节部分的设计，比如现浇板中异形板拐角处易出现裂缝，可把异形板划分成矩形运用。

（三）地基基础结构设计。地基基础结构设计优化首先应选择合理的方案，如果是桩基础，则要根据现场的地质条件选择合适的桩基类型，桩端持力层对灌注桩桩长选择有很大影响，应多比较选择合适方案。

三、结构设计优化的作用

（一）降低建筑总造价。在结构优化设计中，建筑层数越多，总建筑面积增大，单位建筑面积占用土地面积将越小，这样节约了土地占用面积，但随着建筑层数的提高，总建筑高端提升，楼与楼之间间距也在提升，传给基础结构的荷载也会增加，我们则要增大基础，又会扩大土地占用面积。虽然这样单位面积会有所降低，但是还是没有屋盖效果那么明显。

（二）提高建筑结构经济性。随着建筑层数提高，墙体面积和柱体积也会增加，导致结构自重增加，基础结构的承载力相应增加，水、电气管线相应加长，如果层数降低，可节约材料、利于抗震等，当建筑高度减少，两建筑间的日照距离也相应减少，间接节约了用地。如果建筑面积相同，选择的不同的平面形状，建筑外侧外墙的周长也会不同，合理的平面模型使外墙周长减少，外墙砌体、基础设施。内外表面装修都会减少，与此同时还提高了受力性能，增强建筑经济性。优化方法的运用，协调了建筑各部分单元，使建筑在更加美观的同时增强了建筑的可实用性，还减少了总体建筑的工程造价，这符合了现建筑结构的效益需求。

当前，随着我国经济快速发展，人们对于居住条件和生活环境要求越来越高，利用结构设计优化技术对建筑房屋进行优化设计，使其结构和美观相互协调，同时安全、经济、适用和便利是改善人们居住环境的重要手段。房屋结构设计优化理念注重以实际情况为准则，根据工程建设的基本情况，以控制造价成本为中心来进行结构优化设计，其内容就是利用对建筑的基础结构、屋盖系统结构方案和围护系统结构方案等环节，建立起一种关于结构优化设计模型，通过对各种不同的影响变量参数中的关键参数进行科学的计算，确立最终的建筑工程结构设计的优化方案。房屋建筑结构优化设计意义重大，一方面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协调，提升了建筑工程结构设计的经济性。

房屋建筑结构设计优化技术在现实的运用中，可以达到物美价廉的效果，不仅实现了房屋的美观和实用性，而且突出的节约了工程造价。在每个投资者眼中，在保证建筑结构可靠性和科学性的前提下，同时在建筑长远效益下，最大程度的节约工程成本，是首先考虑的因素，这样才能实现可持续性发展，用最低的投资成本获取最大的经济效益。

五、结论

房屋建筑结构造价在工程中是考虑因素较大的一个方面，结构设计优化技术的运用产生了巨大的经济效益。所以建筑部门和建筑设计人员应当遵守经济性、适用性和合理性的设计原则，再运用现代高科技手段，选择运用合适的建筑结构设计方案，用以实现降低建筑总工程造价并获取更大的经济效益。

参考文献：

[1]饶远文.结构设计优化技术及其在房屋结构设计中的应用[J].价值工程，2010，（09）：160.

[2]邹俊.建筑结构设计优化方法在房屋结构设计中的现实应用[J].科技传播，2010，（19）：139+132.

篇4

【关键词】结构设计；建筑结构；优化技术；应用

中图分类号：TB482文献标识码： A

一、结构设计优化方法

依据设计的要求，把力学概念与结构优化设计进行有机结合，让参与计算的量部分可以以变量部分出现，进而形成结构设计优化方案域，运用数学手段，在域中找到可以满足要求的结构优化最佳设计方案。由此可见，结构优化设计不仅可以提高整体设计水量及设计质量，还可缩短设计周期，从而降低整体工程造价，提高经济及社会效益。房屋工程分部结构优化设计包括：基础结构方案的优化设计、屋盖系统方案的优化设计、围护结构方案的优化设计和结构细部设计的优化设计。对以上几个方面的优化设计还包括选型、布置、受力分析、造价分析等内容，在实施过程中，不仅要按照一切从实际出发的原则，更应该结合具体工程的实际情况，围绕房屋建筑的综合经济效益的目标进行结构优化设计。在满足设计要求后，在进行结构设计时应该尽量缩小刚度、质量中心的差异使平面布置规则，水平荷载就不会使建筑物有太大的扭转作用。为降低应力集中，竖直方向上应避开使用转换层。

结构优化设计的本质以力学理论和数学规划理论为理论基础，以计算机技术为工具，对建筑结构涉及到的各个变量进行寻找优化决策的先进的设计方法，其本质就是求极值问题。（1）优化数学模型。建立正确合理的优化数学模型是结构优化设计的关键步骤，基于正确的优化数学模型是得到正确优化结果的基础。例如，在优化模型中，数学模型中的等式约束个数应当小于设计变量的个数，这样才能求得最优解。（2）优化数学算法和优化迭代控制。对于建立的优化数学模型，虽然可用的优化算法有多种，但是采用不同的优化算法所得到的优化效果和所花费的求解时间会有差别。所以，快速、有效的数学优化算法也是结构优化设计的一项关键技术。（3）结构分析方法。绝大多数的结构优化设计问题难以采用解析法求解，而是采用数值法的方法。数值解的寻优实际上是一个优化迭代过程，而每次优化迭代都需要进行结构分析。实现以上提到的关键技术需要经过建立可靠的优化模型，然后采用适当的优化算法进行求解。这其中选择计算简便且正确率高的优化算法显得尤为重要。

二、民用建筑结构设计和经济性的关系

第一点，结构设计和用地之间的关系。在多层或者高层的民用建筑中，我们常说的总建筑的面积具体讲是每层的建筑面积之和，如果层数越多，那么单位建筑的面积分摊的占地面积相应的就会越小。然而随着层数日益变多，总体住宅高度也会不断上升，随之屋子间的距离也相应的变大。通过这一阐述我们了解到，用地节约的多少并不会根据建筑楼层增加而按一定的约数变高。

第二点，结构设计和造价之间的关系。一般建筑的楼层会在一定程度上影响到单位建筑的面积，但对每部分的结构来讲，具体的影响程度是不一样的。在屋盖的区域，无论有多少层，都统一使用统一相同的房屋盖。它跟层数增加无关，所以对屋盖的资金投入也不会加大。因此，屋盖处的单位面积资金投入会根据层数的不断上升而表现出很明显的降低。在建筑的基础处，每层都共同使用一个基础，因此随着层数不断增加，相应的基础结构承受的荷重就会增加，因此我们必须要增加基本的荷载力。基础地区的单位开销虽然会根据层数的增加而呈现出降低的意思，但是这种意思并不像屋盖那样如此明显。一些承重体，比如墙、梁或者柱等，会随着层数的不断增加而不断地增加荷载能力以及抗震能力等，相应的这些分部的单位房屋造价会有一定的提升。

第三点，高层住宅结构设计与经济性的关系。一般而言，住宅层数高矮将本质的影响住宅开销，其根本原因乃是伴随层高不断上升，墙体面积和柱体积也会慢慢上升，而且会加大结构自重，进而还会增加柱以及基础承受荷载力，于是让电气以及水卫的管线同比例变长。如果将层高降低，那么可以有效地节省材料物资，而且还可以节约能源等，对于抗震非常有利，能最大程度的节约金钱输出。另一方面，减少层高不但可以降低房屋的高矮，有效地缩小建筑和建筑间日照的距离，所以降低层高也在一定程度上对于节约土地资源有很大的作用。

三、结构设计优化技术应用实践

结构方案的建立过程即工程结构设计。伴随急速更新发展的计算机硬、软件产业，凭借计算机、力学、数学一系列方法，将结构设计做到最优化技术推广。结构优化设计及传统结构设计其设计原则和过程是相同的，不同之处在于传统设计缺少安全、经济性作为衡量准则。最优设计则是在安全、经济准则基础之上，利用计算机作为辅助技术，非常便利地实现了分析计算、设计、出效果图等整套程序的自动化，大大提升了设计整体效果及质量。为了达到降低工程造价之目地，在不更改使用性能的基础之上，就要对结构进行最优化设计。由此可见结构设计优化技术的应用已经是较为宽广的课题之一。它不仅应用于项目的前期、整体、抗震设计，在旧房改造期间的各个环境均有广泛应用。结构设计优化技术在应用实践中应注意的问题如下：

1前期方案设计期间将结构设计优化参与其中

建筑方案设计前期如有一个优秀的、合理的设计方案，并参与结构设计优化，就会争取到非常优秀的开端。但目前在前期设计方案中结构设计优化参与其中的并不多，如果能对建筑类别有所针对，并进行合理选择结构设计优化方案，将降低建筑的总投资成本，因此在建筑方案设计初期应注意建筑方案的结构优化设计，考虑结构的合理及可行性。

2概念设计结合细部结构设计优化

概念设计主要作用于无具体数值量化现象，比如无确定性的地震设防烈度，现实难免与计算式存在区别，那么设计时应采取概念设计方法，使数值成为辅助及参考根据。为达到最佳优化设计效果，设计人员应该灵活运用结构设计优化方案。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方向容易出现的裂缝，可归结为矩形板。钢筋选择时应注意：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相差却相当大，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，应在满足基本规范要求之上，以达到安全、经济之目的。

3结构设计优化―――下部地基基础

桩基础类型的选择，要依据现场地质条选择最为合适的结构设计优化方案，以降低工程总造价为目的。例如对灌注桩桩长的选择影响较大的桩端持力层的选择，要多进行比较，最终确定最为合适的方案。

总之，建筑是凝固的艺术，好的建筑师总希望可以通过建筑来合理的表达本身设计意图，希望拥有艺术性以及实用性能的美妙融合。建筑结构设计师们应严格遵“安全、经济、合理”的设计理念，努力探索更合理的结构设计方案，保证建筑工程取得良好的经济效益和质量效益。

参考文献：

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【关键词】房屋结构设计；优化方案；应用；优化技术

中图分类号： TU318 文献标识码： A 文章编号：

近年来，由于经济体制和市场环境的变化，土地价格也在不断上涨，使得建筑工程在成本控制上面临的压力也随之增大。同时，随着人们生活水平的提高，人们对居住环境和居住条件的要求也较之以往有很大的提高，这就要求建筑产品要有更优秀的品质才能满足人们的需要。为了实现开发商和居住者的共同利益，那么就要在降低建筑工程造价的同时还要优化房屋的结构，因此，设计部门和人员就要在房屋结构设计中运用结构设计优化技术方法，在有限的空间里对有限资源进行合理利用，使其能够发挥出最优效果，实现房屋建筑安全性、经济性和适用性的最大化。

一、房屋结构设计中的结构设计优化方法

安全、美观、经济、适用且便于施工是建筑结构设计的五项基本原则，将结构设计和建筑美观密切配合起来，在各自发挥作用的同时相互协调，能够打造出赏心悦目的建筑。在房屋结构设计中应用建设结构设计优化技术，既能够使建筑的造型更加美观，又能够满足房屋结构的安全性、经济性和适用性原则。它是从优化设计房屋工程的分部结构和优化设计房屋工程结构的总体这两个方面来体现的。房屋工程分部结构优化设计方案有这几方面的内容：优化设计房屋的基础结构、优化设计房屋的屋顶系统、优化设计房屋的围护结构和优化设计房屋结构的细部。在这些优化设计方案中包含着多方面的内容，主要有工程的造价分析、结构选型、结构布置和结构的受力分析等方面。在具体的实施过程中，要从实际出发，结合房屋建筑工程的自身实际情况，将提高房屋建筑的综合效益为目标，来进行房屋结构的优化设计。

二、房屋结构设计中结构设计优化方案的应用

1、房屋结构设计中的抗震性优化设计方案

在进行房屋建筑工程图纸的设计时，按照抗震的等级来对房屋结构的设防进行分类，这是在国家《抗震规范》等相关规定的基础上，根据房屋的高度、烈度和结构类型来确定的。具体的优化方案如下：

对高层房屋建筑来说，在计算地震震力的振型组合数据时不必考虑耦联扭转的情况。如果房屋振型数大于3，那么在计算时要取3的整数倍，并且这个数据应该小于建筑物的总层数，如果房屋是1层或者是2层时，那么可以将房屋层数作为振型数。如果房屋结构并不规则，那么就应该考虑扭耦联转，同样拿高层建筑来说，房屋的振型数不应该小于9而应该大于或等于9；如果该项建筑房屋结构的层数较大，或者它的刚性突变系数大的情况下，那么在选取该房屋的振型数时应该多一些，例如在房屋结构中有转换层的情况，或者房屋顶部有小塔楼，又或者房屋内部是多塔结构，这时应该选取大于或等于12的数作为该房屋的振型数，但是需要注意的是，振型数仍然不能超过该房屋总层数的3倍。除非存在特殊情况，才可以选取更大的振型数，例如在房屋结构中含有弹性定义楼板，并且在刚性分析时采取的是总刚性分析的方法。

2、房屋结构设计中周期性折减系数的优化设计方案

在建筑房屋结构的设计中，对于房屋框架和顶盖来说，它实际表现的刚度往往会大于设计时计算的刚度，而实际的周期又会小于设计计算的周期，这是由于存在填充墙体的原因引起的。如果计算出来的房屋结构剪力偏小时，会引起房屋某些结构的安全隐患，为了避免这种情况而使房屋结构达到更好的效果，那么在房屋结构优化设计时就要适当折减它的计算周期。但是房屋的框架结构除外，在设计时不宜折减它的计算周期，必要时就取最小的折减系数。对于房屋的框架结构来说，它通常是采用砌填充墙的方式，因此应根据砌块和墙体的情况来决定折减系数。如果采用轻质砌块来填充或者墙体较少的情况下，折减系数应为0.7～0.8之间；如果完全是采用轻质墙体板时，折减系数可以取为0.9。

3、房屋结构设计中框架梁、柱箍筋间距的优化设计方案

房屋柱箍筋、框架梁等的设计中，要在符合国家相关规定的前提下来设定最大箍筋和最小箍筋的直径间距，通常将加密区的最大间距设为100mm左右，而将非加密区的最大间距设为200mm左右，然后来计算房屋结构的箍筋面积。设计人员在确定肢数和箍筋的直径时，要依据相关规范的规定来进行。如果有其他较大载荷存在于房屋框架梁跨中部时，或者存在次梁且箍筋仅为两肢时，而程序又为内定的条件下，就应该取200mm左右作为非加密区的箍筋间距。这样既能够提高间距为100mm的梁箍筋加密区的抗剪切能力，又使梁非加密区抗剪承载能力适当增强了。通过这样的优化设计方案，更能够充分体现出梁的强抗剪性能。

4、房屋结构设计中地下室的优化设计方案

在房屋结构设计中，如果是多层性的框架结构，一般都会设置地下室，而通常会采用板筏基础来建造，这是因为地下室的隔墙较少。在设计时应该综合考虑房屋的上部结构和地下室的层数，在图纸中的计算时应以地下室的实际层数为依据，这样可以一次性设计完成基础

底板和地基的纵向荷载。同时，通过比较和分析侧层移刚度性系数，可以对房屋的嵌固位置做出正确的判断和调整。为了保证楼板有必要的厚度且配筋率最小，可以采取适当的加固措施来进行构造；如果房屋的纵向结构不规则时，要加强最房屋结构中最薄弱层的验算。

三、在房屋结构设计中应用结构设计优化方案的意义

在房屋的结构设计中应用结构设计优化方案具有着重要的现实价值和实践意义。在满足房屋结构长远效益的基础上，应该尽可能的减少房屋结构的投资成本，并使房屋结构更为可靠和合理，以实现这样的目标为目的来进行房屋结构的设计。与传统房屋结构设计比较，运用建设结构设计的优化方案能有效降低房屋工程的造价，大约为10%～35%。运用现代化的设计理念来合理运用结构设计优化方案，可以将建筑材料的性能最大限度的发挥出来，充分协调房屋结构内部各单元之间的关系，其安全性也能达到国家的规定范围。同时，在房屋建筑设计中应用结构设计的优化方案还能提高房屋整体方案设计的合理性，从而实现房屋整体结构的美观、安全、经济和适用。

四、结语

在房屋结构设计中采用建筑结构设计优化方案，能够使房屋变得更加美观、适用、经济、安全。要使房屋结构优化设计在实际应用中发挥最大的功效，既要注重建设初期优化方案的制定，又要在施工过程中合理运用。在保证质量和安全的基础上，坚持房屋结构优化设计的新理念，合理选择结构设计优化方案并充分利用，对于建筑工程成本的控制和人们居住条件的提高都有着重要意义。

【参考文献】

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[2] 隋国龙. 优化技术及在房屋结构设计中的应用[J]. 中国新技术新产品. 2011(03):76

[3] 孙晓玲. 浅析房屋结构设计中应注意的问题[J]. 现代装饰(理论). 2011(02):125

[4] 卢建勇. 如何搞好房屋建筑结构的优化设计[J]. 中国房地产业. 2011(03):236

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关键词：结构设计； 设计；优化

中图分类号：TU3 文献标识码：A

1、结构设计优化方法的理论体现

当我们进行结构设计以及工程项目的相关设计的时候，不仅要对设计对象的安全性可靠性以及其基本使用功能进行必要的考虑外，设计还要尽可能的突出建筑的美感，这些便是结构以及工程项目的最优化的相关问题。也就是说利用相应的数学上的方法，对所有设计方案进行必要的分析比较，得出最满意的设计方案，以满足预期的目标。

从理论上对结构设计优化方法进行相关的分析可知，房屋工程结构总体的优化设计以及房屋工程分部结构的优化设计是结构设计优化方法在实际应用中具体的表现。房屋工程结构总体的优化设计主要是对围护结构、屋盖系统以及结构细部等进行相应的设计方案的优化设

计。在设计的时候还必须考虑到相应的布置、选型、造价以及受力等方面的问题，然后根据工程的实际情况以及结合房屋建筑相应的经济性，对建筑结构进行相应的优化设计。

为了适应时展的要求，建筑的结构形式必须不断的进行必要的创新。对于建筑结构的设计师来说，要确保建筑结构具有一定的安全保证，在此基本上考虑设计出新的结构形式。

对于建筑结构的设计，我们要求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，不过这些必须满足设计师的基本设计意图。还要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、结构设计优化技术的现实意义

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、结构设计优化技术在建筑结构设计中的步骤

3.1建立结构优化的模型

在我们对房屋结构整体进行必要的优化设计时候，可以分成三步进行建筑结构的设计优化。下面将对每一步骤进行详细的介绍：

3.1.1要对设计变量进行合理的选择

通常在对设计变量进行选择时，我们把对建筑结构影响的主要参数作为设计变量。如目标控制的相关参数（损失的期望C2和结构的造价C1）和约束控制相关参数（结构的可靠度PS）等；然而还有一些影响不是太大，其变化范围也不是很大或者由局部性以及结构的相关要求就能够满足相应的设计要求的一些参数，我们可以用预定参数来表示，这样能够使得我们的设计量、计算量以及编制程序的工作量均大大减小。

3.1.2对目标函数进行确定

在进行结构设计优化的时候，我们还必须寻找一组能够满足相关的预定条件的截面相应的几何尺寸、钢筋的截面积以及相应的失效的概率的函数，使得工程造价最少。

3.1.3对约束条件进行确定

对于房屋的结构的设计优化来说，必须确保结构的可靠度，来对优化设计相关的约束条件进行相应的确定，设计优化的约束条件主要包括裂缝宽度约束、结构强度约束、尺寸约束、构件单元约束、应力约束、结构体系约束、从可靠指标约束到确定性约束条件以及从正常使用极限状态下的弹性约束到最终极限状态的弹塑性约束等约束条件。在进行结构设计的时候，我们必须对目标约束条件与实际的约束条件进行相应的比较与分析，再确保每个约束条件都必须满足相关要求，以实现最佳的设计。

3.2对优化设计的计算方案进行设定

根据可靠度进行的房屋结构的优化设计具有多约束且非线性的优化问题以及复杂的多变量，在进行相应的分析计算中，一般把有约束的优化问题转换成无约束优化问题的求解。常用的优化设计的计算方法有拉氏乘子法、复合形法、Powell法等。

3.3进行程序的相关设计

根据可靠度进行的房屋结构的优化设计的基本模型以及所使用的优化设计的计算方法，可以编写一个具有运算速度快以及功能齐全的综合应用程序。

3.4结果分析

我们必须对相应的计算结果进行必要的分析比较，然后选择出最佳的设计方案。在这个过程中，我们考虑问题必须全面，并且要对问题进行多角度的考虑。这一步骤在建筑结构设计优化中尤其重要，合理的选择设计方案，不仅能够确保结构的美观、安全性、合理性以及实用性，还能够对施工中的资金的投入有着重大的影响。在结构设计优化中只强调经济上的节约，而忽略技术上的相关要求，是不正确的；同样只考虑技术上的要求，而不考虑经济的要求，也是不合理的。我们必须对两者进行合理的配置，才能达到相关要求。

4、结构设计优化技术的实践应用

对于项目的前期设计、整体设计、旧房改造以及抗震设计方面均能够采用结构设计优化设计的方法。下面对实践应用中的问题进行必要的说明：

4.1结构设计优化应注意前期参与

前期方案直接会影响到工程的造价，然而很多结构设计忽略了这一点，所以我们应该注意。前期参与能够让我选择合理的结构形式以及合理的设计方案。

4.2概念设计结合细部结构设计优化

在没有具体数值量化的情况下，我们可以使用概念设计。例如，对地震的烈度进行设防时，由于它存在这不确定的因素，所以我们无法找到与实际相符合的计算式，所以在进行设计优化的时候我们可以使用概念设计的方法，把相应的数值作为参考与辅助相关的依据。同时在设计过程中，相关结构设计人员必须合理并灵活的使用结构设计优化的方法，从而达到最佳的效果。

在设计过程中必须对细部的结构进行相应的设计优化，例如，在现浇的混凝土异形的板料，其拐弯处容易开裂，我们可以简化成矩形板，然后再合理的选择钢筋，在满足其结构的基本要求条件下，达到既安全又经济的目的。

4.3下部地基基础结构的设计优化

在地基基础的结构设计优化中，我们必须选取合适的方案，如可以根据工地的地质条件选择相应的桩基类型，并尽量减少相应的工程造价。并根据桩端的持力层的厚度合理的选择灌注桩的桩长度，通过对多种设计方案进行必要的分析比较，然后选取最佳的设计方案。

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关键词：建筑结构；结构设计；优化设计

中图分类号： TU3 文献标识码： A

对于当前现代化的建筑结构设计优化来讲，应当采取全新的理念和政策思想，对传统的方式进行改进，而合理并且科学化的设计防范不仅可以使得设计的技术标准更加严格，同时还可以全面的降低建筑的经济性损失，降低造价，并且为后续管理工作的增强奠定坚实的基础。在实践的工作当中，应当重点的分析建筑结构设计优化理论，同时加强对现实意义的研究，建立起相应的模型，进而使得优化的步骤和思想得以实现。

一、房屋建筑结构优化方法的重要性

如今，随着城市化进程的不断加快，城市建筑土地资源越来越紧缺，因此高层或超高层住房将成为城市住宅的发展方向，相较于传统的建筑模式，高层建筑等新型建筑的建设具有更大的难度，这就要求相关的施工建设人员应该重视房屋结构优化问题，在减少资金投入的同时，进行细致的建筑设计方案规划，运用新技术和新理念，建设出既安全又经济的建筑。根据相关数据可以看出合理的房屋结构设计可以减少建设资金投入，与没有进行设计优化的建筑相比采用优化法进行优化后的建筑能够节省10%～20%的建设费用。不过，在实际的施工建设过程中，优化设计的实施往往不是一帆风顺的，可能因为多方面的限制而难以进行。首先，很多施工单位都会因为赶工程进度，而不顾施工质量，对于房屋设计的缺陷不予及时的优化处理，而对最后的建筑质量造成影响。其次，还有一些施工建设人员自身经验不足、专业素质不高，无法进行建筑设计优化。最后，还因为一些施工建设人员和设计人员只注重建筑的部分建设，而忽视建筑的整体设计，不能准确的制定工程预案，影响建筑整体的造价。对建筑的结构进行设计优化能够合理的规划建筑设计，减少工程资金投入，房屋结构各个方面整合起来，保证建筑质量，为人们提供经济安全的住房。

二、结构设计优化技术的方法

1.建立相应的结构优化模型

结构优化设计的实质，是利用相应的数学知识，对就爱你住结构中的各种参数进行整理和分析，然后依据结构整体，构建相应的数学模型，寻求最优设计的过程实际上就是对最优解的求解过程。因此，在对房屋结构进行优化设计时，需要建立相应的优化模型。首先，对设计变量进行合理选择，设计变量对于房屋结构设计的影响是十分巨大的，设计人员需要按照变量的重要性，对其设计的参数进行分类，将影响较小的变量作为预定参数，从而简化计算流程。其次，要对目标函数进行确定。在这里的目标函数，就是满足建筑实际需求的最优解。然后，明确约束条件。对于房屋结构优化设计而言，其约束条件主要包括强度约束、尺寸约束、应力约束、弹塑性约束时，可以按照现行的房屋建筑设计规范，对优化设计的约束条件进行明确。

2.确定结构设计优化方案

对于房屋建筑而言，结构设计的优化方案，主要是指结构的布局以及细部的优化。结构布局的合理性直接影响着房屋结构的造价，因此要求其结构尽量简单，传力直接，避免多次传力的情况。而细部优化是一个较为广泛的概念，包含的内容相对较多，根据其对于房屋结构的影响程度分析，最为关键的部分，是对构件截面的合理选择。例如，竖向构件应该在满足实际需求的前提下适当选择轴压比，轴压比过大或过小都会影响配筋的设置。梁的截面设置同样如此，如果截面过大，会影响建筑内部的有效空间，而截面过小，则会导致配筋相对较大，影响造价。

三、建筑结构设计中优化设计的技术方法

1.保证设计优化的可靠度

对于房屋的结构的设计优化来说，必须确保结构的可靠度，来对优化设计相关的约束条件进行相应的确定，设计优化的约束条件主要包括裂缝宽度约束、结构强度约束、尺寸约束、构件单元约束、应力约束、结构体系约束、从可靠指标约束到确定性约束条件以及从正常使用极限状态下的弹性约束到最终极限状态的弹塑性约束等约束条件。在进行结构设计的时候，确保每个约束条件都必须满足相关要求，以实现最佳的设计。在设计过程中必须对细部的结构进行相应的设计优化，例如，在现浇的混凝土异形的板料，其拐弯处容易开裂，我们可以简化成矩形板，然后再合理的选择钢筋，在满足其结构的基本要求条件下，达到既安全又经济的目的。

2.概念设计

对于房屋建筑而言，在相同的建设条件下，采取不同的结构布局方式，就会产生不同的设计效果。因此，在房屋结构优化设计的过程中，应该实现细部结构优化与概念设计的有机结合，这样才能切实有效地提高结构优化设计的效果。这里的概念设计，主要是指将建筑的设计概念作为设计工作的重点，属于一种贯穿设计整个过程的设计方法，主要是针对缺乏相应数值的细节进行处理，如地震设防烈度量化等情况，如果单纯依靠相应的公式，得出的结果必然会与实际情况存在较大的差异，而采用概念设计的方法，则可以将数值作为一种参考依据，从而对结构设计中的细节进行合理把握，提升结构优化设计的质量。

3.选择最适宜的基础形式

根据相关统计，建筑基础形式在房屋建筑的投资成本中占到30%左右，所以建筑基础形式是影响工程成本的主要因素。一种合理、优化的建筑工程基础形式，对建筑工期和建筑工序等都会有利。现在我国的房屋建筑主要是指高层或者超高层的楼宇建筑，所以对于地基的选择也就显得至关重要，基础机构的造价与地质条件有着非常紧密的关系。因此一定要选择好最优化的基础形式。

4.材料优化设计

建筑结构在材料方面的优化就是使建筑材料最充分的利用，对材料的选择很关键，选择合适的材料既能够满足使用的功能，又能提高房屋建筑质量，当然还能最大化地降低成本，节省更多资源。所以要求在材料采购选择时一定要对所需的材料性质、各项质量指标熟悉了解，购买时本着经济实用的原则。材料也要方便施工，保证施工安全易操作。钢筋是建筑时最重要的材料之一，在选择时大部分的设计人员都会强化着眼于钢筋的配置计算上，很容易忽视钢筋的种类。现在市场中钢筋的种类很多，所以好的优化设计方案应该是在满足设计承载力要求的前提下，选择适合的钢筋种类和数量，这样就能很大程度上降低资金投入。

5.排水结构协调优化

在工程建设中建筑的给排水专用房里面往往会有很多机械设备，这样会加大其负荷量，因此需要尽量把水泵安置于地下室中。值得注意的是排水房间中的管道数量较多，且大小不一、粗细不同，所以要在楼板上加固穿孔位，预留符合标准的孔洞，尽量不要设置会影响水平方向管线贯穿柱和建筑梁结构的孔洞。如果管道贯穿的是房屋的承重墙，还应该注意对墙体进行加固和维护。尽可能确保结构的布设同管网体系相协调，避免出现管道绕柱或梁的状况。

6.结构同电气的协调优化

如果用导线的形式将电气的管线安装于金属管外部或墙体、楼板处，那么就会加大施工难度。因此，在管线贯穿建筑梁的情况下，需要在保证墙体厚度的同时在建筑梁上打孔，并要保证墙体一侧平面和建筑梁齐平，不能让管线暴露在墙体外。

综上所述，对建筑结构进行优化设计，对工程预算能够有效的减少，对建筑的使用功能也能更好的保证。因此要做好建筑结构的优化设计，采用新的技术，设计合理的优化方案，保证房屋建设的安全经济。

参考文献：

[1]秦兴勇.基于工程造价控制的钢筋砼建筑结构优化设计[D].华南理工大学,2012.

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关键词：建筑结构；设计；优化设计

中图分类号：TU2文献标识码： A

结构优化设计是在满足规范要求、保证结构安全和建筑产品品质的前提下，通过合理的结构布置、科学的计算论证、适度的构造措施，充分发挥材料性能、合理节约造价的设计方法。结构优化设计在当前竞争日益激烈的建筑设计市场成为大势所趋。如何在满足建筑功能的前提下，保证结构安全并控制含钢量成为摆在结构设计工程师面前的现实课题。本文总结了以往的设计经验，给出了结构优化设计的步骤和一些具体措施，希望对于结构优化技术的应用带来一定的意义。

一、结构优化设计的步骤

    笔者认为，结构优化设计的合理步骤应该是：①在方案阶段，通过与建筑专业的充分沟通，对建筑的平面布置、立面造型、柱网布置等提出合理的建议和要求，使结构的高度、复杂程度、不规则程度均控制在合理范围内，避免抗震审查，为降低含钢量争取主动权；②在初步设计阶段，通过对结构体系、结构布置、建筑材料、设计参数、基础型式等内容的多方案技术经济性比较，选出最优方案，整体控制含钢量；③在具体计算过程中，通过精确的荷载计算、细致的模型调整，使结构达到最优受力状态，进一步降低用钢量；④在施工图阶段通过精细的配筋设计抠出多余钢筋，彻底降低含钢量。

二、结构体系与布置优化

结构体系和布置对造价影响很大，应予重视。

1)应根据建筑布置、高度和使用功能要求选择经济合理的结构体系。比如，异形柱框架比普通框架用钢量大，在可能的情况下尽量采用前者；短肢剪力墙比普通剪力墙含钢量高，在可能的情况下尽量采用后者。

2)应选择比较规则的平面方案和立面方案。尽量避免平面凸凹不规则或楼板开大洞，控制平面长宽比，合理设缝，使结构刚度中心与质量中心尽量靠近。竖向应避免有过大的外挑或内收，同时注意限制薄弱层、跃层、转换层等不利因素，使侧向刚度和水平承载力沿高度尽量均匀平缓变化。

    3)应选择合理、均匀的柱网尺寸，使板、梁、柱、墙的受力合理，从而降低构件的用钢量。柱网大则楼盖用钢量大，柱网小则柱子用钢量增大，应根据建筑实际情况和经验合理布置。例如，住宅中小开间结构中墙柱的作用不能得到充分发挥，过多的墙柱还会导致较大的地震作用，可考虑采用大开间结构体系，既节约造价，又便于建筑灵活布置。

4)应选择经济合理的楼盖体系。楼盖质量大，层数多，占整体造价比重高，对楼盖的类型、构件的尺寸、数量、间距等应进行对比分析，选择最优的方案。一般住宅宜采用现浇梁板楼盖，预应力楼盖的预应力钢筋容易被二次装修破坏，井字梁楼盖影响室内美观，均不推荐。办公楼等大空间结构宜采用十字梁、井字梁、预应力梁板方案。双向板比单向板经济，应多做双向板。板的厚度，双向板宜控制在短跨的1／35，单向板宜控制在短跨的1／30，此时板易满足强度和变形要求，经济性好。

5)剪力墙结构的优化空间很大，应下大力气优化。剪力墙的布置宜规则、均匀、对称，以控制结构扭转变形。在满足规范和计算的前提下应尽量减少墙的数量，限制墙肢长度，控制连梁刚度，剪力墙能落地的就全部落地不做框支转换层，平面能布置成大开问的尽量布置成大开间，墙体的厚度满足构造要求和轴压比的要求即可。连梁刚度太大时可通过梁中开水平缝变成双梁、增大跨高比等措施降低连梁刚度。尽量少用短肢剪力墙，限制“一”字墙，少做转换。

三、材料优化

材料自重对结构受力影响较大，应尽量选用轻型材料。如填充墙、隔墙采用轻质材料，可显著减轻自重，降低含钢量。

混凝土价格相对便宜，可适当提高混凝土强度等级以减少钢筋用量，但混凝土强度等级越高越容易开裂，所以也不能太高。一般建议梁板混凝土等级取C30，墙柱混凝土等级取C25—C40(断面与标号间取最优值)，转换层水平构件取C40，非承重构件取C20，基础取C30-C35，垫层取C15。一般楼层越高受力越小，故混凝土强度等级宜从下到上逐渐减小。为便于施工，同一楼层各构件最好采用同一等级混凝土。

四、荷载优化

荷载输入值的计算是否准确，关系到整个工程的含钢量是否正常。荷载的计算应尽量精确，做到不漏算、不重算、不多算、不错算。荷载取值应严格按照最新版荷载规范取用，不要擅自放人。对于一些特殊功能的建筑，应会同甲方共同测算荷载的取值。

填充墙上门窗开洞面积较大时，应扣洞口部分的重量。地面、楼面、屋面、填充墙、隔墙、构架、线条等恒载取值应按建筑做法和大样详细计算。对于相关规范中所列可折减的项目，应严格按所列系数折减，尤其是消防车活载。

    通过检查PKPM总信息中单位面积质量数值可以判断出荷载输入是否正常。一般设计较合理的住宅结构，单位面积的荷载标准值为：框架结构1 lkN／m2-13 kN／m2，框剪结构13 kN／m2-16 kN／m2，剪力墙结构14kN／m2~18kN／m2。

五、地下室设计优化

地下室结构在结构成本中所占的比重很大，而且地下室的结构离散性比较大，对其他部分的影响和关联不明显，做好地下室结构的优化设计对于控制整个结构成本至关重要。首先，要注意公共大地下室的面积的充分利用，做好单层地下室和多层地下室的方案较。

其次，要把握好支护成本的降低，尽量抬高整个±0.000的标高，因为这不仅降低了支护的成本还节约了土方的开挖和外运，减少了地下水丰富区域的水压力的影响，对地下室的底板和抗拔桩的设计都起到了有利影响。对地下室的结构成本控制还要把握好地下室顶部覆土厚度的控制和顶部活荷载的控制，地下室顶部覆土的厚度一般与景观布置和地下管线的埋设要求有关系，这就要求在设计管理过程中把景观设计和管网设计提前介入，做好精细化设计和专业配合工作，严格控制好地下室顶部覆土的厚度。最后，要把握好地下室顶板和底板的布置方案，对这些结构布置方案要做好多方案成本比较，要全方位的把握方案的可行性，对方案的取舍要慎之又慎。

六、构件配筋设计优化

    在施工图设计阶段，主要通过对构件的精细化配筋设计降低含钢量。包括两方面工作，一是合理选择钢筋级别，二是合理控制钢筋用量。

    由于新三级钢筋比二级钢筋强度提高20％，价格约高6％，受力钢筋采用三级钢筋比采用二级钢筋约可节约钢材12％。但是对于抗裂配筋，由于裂缝宽度与钢筋应力有关，与钢筋级别关系不大，采用高强度钢筋并不能充分发挥作用，此时宜采用低强度钢筋。对于构造配筋，哪个级别更经济与最小配筋(箍)率的计算方式有关。如梁式构件的最小配筋率为0．2％和(4瓢黝％中的较大值，当混凝土强度≥C30时三级钢较经济，当混凝土强度小于C30时二级钢筋较经济。

    需要注意的是，二级钢筋和三级钢筋外观上相似，容易混淆。为防止工地用错钢筋，建议直径≥16ram的钢筋用三级，直径10mm～14mm的钢筋用二级，直径6mm～8mm的用一级和三级。

可以看出，通过结构设计人员的细致工作是可以降低结构工程的钢筋用钢量的。这就要求结构设计师在平时工作中注意培养沟通说服的能力，注意结构设计的细节，并及时总结经验，为了降低结构含钢量。同时必须指出，文中虽然提出了一些降低含钢量的措施，但并不提倡含钢量越少越好。只有深刻理解规范条文和结构受力原理、合理的进行结构布置、正确的选用荷载、慎重的选择计算参数、选择适度的构造措施，才能做出既安全又经济的结构。

结束语

结构优化设计不仅能够提高建筑结构安全度和稳定性，同时能够有效降低建筑工程建设成本，使建筑工程效益得到有效的提高。结构优化设计是在满足规范要求、保证结构安全和建筑产品品质的前提下，通过合理的结构布置、科学的计算论证、适度的构造措施，充分发挥材料性能、合理节约造价的设计方法。结构优化设计在当前竞争日益激烈的建筑设计市场成为大势所趋。

参考文献：

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[2]北京市建筑设计院.建筑结构专业技术措施IM.北京:中国建筑工业出版社,2007.

[3]杜明干. 谈结构优化设计的一些经验[J]. [J]. 2009-05-20

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【关键词】房屋结构设计 建筑结构设计 优化

近年来，由于土地价格市场的变化，不断上涨的土地价格给开发商的建筑总成本控制带来了极大的压力，同时，人们对于居住条件及生活环境的要求不断提高，相应建筑产品的品质要求也就不断提高，这就让开发商不断寻求新的手段满足顾客需求，而降低工程造价就成为开发商追求的直接目标，这就需要我们利用结构设计优化设计技术方法，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。

一、建筑结构设计优化方法的应用及实践价值

一是结构设计优化方法的应用：通常情况下，主要是在房屋工程结构总体的优化设计和房屋工程分部结构的优化设计中应用结构设计优化方法和技术。具体来讲，房屋工程分部结构的优化设计包括优化设计基础结构方案、屋盖系统方案以及围护结构方案和结构细部设计等等。这些方面又包括很多细小方面的内容，如选型、布置、受力分析、造价分析等。要严格依据相关的设计规范和使用要求，结合工程具体情况，来进行结构的优化设计，促使综合经济效益得到显著提升。

二是结构设计优化方法的实践价值：要充分考虑建筑结构长远效益，来对建筑结构的近期投资进行减少，并且促使建筑结构的可靠性和合理性得到显著提升。通过实践研究表明，相较于传统的设计方法，将设计优化技术应用过来，可以在较大程度上降低建筑工程造价。通过优化技术的应用，可以将材料性能给最合理的利用起来，有效协调建筑结构内部各个单元，并且安全度也符合建筑规范的规定。

二、民用建筑结构设计与经济性的关系

一是结构设计与用地的关系：具体来讲，在多层或者高层住宅建筑中，各层建筑面积的总和就是总建筑面积，有着越多的层数，那么单位建筑面积所分摊的房屋就有着越少的占地面积。但是在增加建筑层数的过程中，也会增加房屋的总高度，那么就需要增大房屋之间的间距。因此，随着建筑层数的增加，并不会按照同一比例来增加用地的节约量。

二是结构设计与造价的关系：单位建筑面积造价会直接受到建筑层数的影响，但是对于各个分部结构，有着不同的影响程度。对于屋盖部分，如果有多少层，只需要对一个屋盖共用即可，在增加层数的过程中，不会增加屋盖的投资。因此，随着层数的增加，会明显降低屋盖部分的单位面积造价。基础部分，基础被各层所共用，在增加层数的过程中，也会增大基础结构的荷载，那么就需要对基础的承载力进行加大，虽然在增加层数的过程中，会降低基础部分的单位面积造价，但是并不是十分显著。对于承重结构，在增加层数的过程中，需要对其承载能力和抗震能力进行强化，那么就会在一定程度上提升分部结构的单位建筑造价。

三是高层住宅结构设计与经济性的关系：通过调查研究我们可以发现，住宅的造价会直接受到住宅层高的影响，在增加层高的过程中，会增加墙体面积和柱面积，结构自重遭到增加，基础和柱的承载力也会得到增加，并且会加长水卫和电气的管线。对层高进行降低，那么材料和能源就可以得到有效节约，建筑抗震性能得到提升，造价成本得到节约。同时，层高的降低，还可以促使住宅建筑的总高度得到降低，建筑之间的日照距离得到缩小，因此，层高的降低，也可以促使土地资源得到有效节约。即使建筑面积相同，如果住宅建筑有着不同的平面形状，那么住宅也会有不同的外墙周长系数。如果采用的是接近方形或者圆形的平面形状，那么就会降低外墙周长系数，这样就可以在较大程度上减少外墙、砌体、基础以及内外表面的装修，并且有着较好的受力性能，自然会在较大程度上降低成本造价。

三、结构设计优化技术的实践应用

结构设计优化方法应用于实践之中，是目前一个比较广泛的课题，利用结构优化的方法在不改变适用性能的前提下达到降低工程造价的目的。结构设计优化设计应用于项目的整体设计、前期设计，旧房改造，抗震设计等设计的各分部环节，发挥着巨大的效益。在按照结构设计优化的方法及模型进行实践的过程中，要注意下面的几个问题。

1.结构设计优化应注意前期参与。因为前期方案的确定直接影响建筑的总投资，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，建筑师进行建筑设计时大多并不考虑结构的合理性以及它的可行性，但是建筑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，并使得建筑的总投资提高。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建筑类别，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。

2.下部地基基础结构设计优化。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。

四、房屋结构设计中建筑结构设计优化方法的意义

1.优化设计，保证结构功能性。结构优化设计能够根据工程的需求对结构造型、受力性能、结构材料等进行优化配置。比如选择圆形、方形的结构进行方面平面设计能够增加结构的受力性能。因此，工程透，达到更好的效果；其次是拓展学生的思维，让学生可以根据具体的情况，用不同的思维和方式进行探讨，深入的分析问题，找出关键所在，打破惯性思维，练习用发散思维和多种方法解决问题，让两门课程可以更好地发挥实效性。

结束语

通过上文的叙述分析我们可以得知，随着时代的进步和社会经济的发展，在时代飞速发展的今天，企业在发展过程中面临着日趋激烈的市场竞争，要想在激烈的市场竞争中获得发展和壮大，除了要保证建筑工程结构设计的质量和安全之外，还需要将经济性原则给贯彻过来，最大限度的扩大建筑工程的经济效益。

参考文献

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【关键词】房屋结构设计；建筑结构；优化方法

建筑行业与过去相比产生了很大变化，以往人们对房屋结构的美化并不过分注重，随着时代的进步与发展，居民对建筑结构的美感要求非常高，建筑已经不单纯是作为住房而存在，而是一种艺术。现阶段，建筑行业的竞争非常激烈，在激烈的竞争环境中，投资者为了能够获取更好的经济效益，往往会提高房屋建筑的安全性、美观度，吸引业主的眼球。就房屋建筑而言，投入最多的部分就是结构投入，通过优化房屋结构，有利于提高住房质量与安全性，还可使项目投入资金减少，便于投资者获取更高的经济效益[1]。

一、 建筑结构设计优化概述

成功的建筑可以将审美、功能集合起来，实现两者的一体化，就建筑工程而言，结构设计是其中的重点内容，建筑结构的优化包含多个方面的内容，例如房屋基础结构的优化、周围护栏的优化、顶盖系统的优化等，建筑结构优化要求注重细节，根据房屋建筑工程的具体情况进行设计，满足居民需求，确定功能性符合要求后，可设置平面布置规模，缩小建筑刚度与质量中心差距。

（一） 模型的优化设计

在建筑结构优化中，对设计过程有明显影响的就是模型设计，模型设计可以反映建筑结构参数，提炼相关变量，对初步函数模型进行建立，制定合理的设计方案。要想建立建筑结构优化模型，首先需选择设计变量，针对无太大影响的变量，可将其作为预定参数，对建筑结构有较大影响的因素，可作为设计变量。其次，要利用函数表示建筑切面尺寸，还需表示涉及到的截面积，另外，要对设计条件进行约束，约束条件包括规划房屋尺寸、预应力参数、结构强度等，在规划约束条件时，需根据设计结构进行规划，且设计要符合房屋结构标准，确保约束条件与实际操作情况相符，取得最好的设计效果[2]。

（二） 实现计算方案的优化

在建筑结构中，要对设计方案进行优化，建筑结构优化涉及到的变量非常多，且其中包含复杂的数据，通常情况下，在计算方案规划过程中，一般将限制性问题转换为无限定性问题。

二、 建筑结构优化方法在房屋结构中的具体应用分析

在房屋结构中采用建筑结构优化方案，可使工程投资成本降低，除此之外，还能够优化配置房屋结构，将最大化社会效应、经济效益体现出来，一般情况下，建筑结构设计主要以房屋前期结构设计为依据，实现对建筑结构的优化处理。

（一） 建筑结构的前期设计

前期设计对房屋经济性的影响非常大，还可影响项目总投资资金。现阶段，从房屋结构设计上看，其中存在较多的问题，主要表现为在前期设计中，并未应用结构优化设计，在前期结构设计缺乏合理性、科学性，甚至可能对房屋结构设计产生不良影响。这就要求将建筑结构优化设计应用于前期设计中，为房屋设计提供可实践、合理的方案，提高前期设计合理性，有利于为建筑整体设计提供依据[3]。

（二） 建筑结构的基础设计

在结构设计中，建筑基础结构设计是关键内容，为了获取最优化的设计方案，首先就需要实现地基结构的优化。目前，建筑行业发展速度非常快，随着建筑产品具体形态、功能的不同，房屋地基设计也存在差异，从地基设计的具体情况上看，必须做好实地勘查工作，在优化结构的过程中，遵循控制施工成本的原则，如果在地基设计中，其基础部分为地桩，则要以其受力情况为依据，考察不同材质地桩，选取合理的设计方案。

（三） 建筑结构抗震优化

房屋结构抗震设计要根据具体参数完成，抗震设计具备很多不确定因素，预定设计与实际设计可能存在差异，这就需要对设计方案进行优化。以往采集的数据可以作为抗震设计的依据，在设计阶段，将建筑结构优化融入抗震设计中，获得最佳的设计方案[4]。除此之外，为了使宏观需求得以满足，还要对结构细节非常注重，合理选用现浇板，如果异形板易出现断裂，则在设计过程中，要将钢筋选择范围纳入抗震设计中，在成本基本不会增加的情况下，选用功能更强的材料。为了确保塑性要求满足条件，可以选用冷轧带肋式钢筋材料，当内部结构满足条件，钢筋材料的配置也符合要求后，可以提高建筑结构的安全性，同时还可以控制施工成本。

（四） 科学优化建筑主体

房屋建筑结构的设计要以模型为依据完成系统优化，其过程比较复杂，涉及到的内容非常多，剪刀墙的设置必须合理，确保墙体质量均匀，便于使楼层整体结构重心与楼层中平面刚度中心点重合。在建设房屋的过程中，若拥有较好的施工条件，则需尽量采用大开间构造，将剪刀墙墙肢长度加长，促使墙肢数量减少，能够控制混凝土的用量。除此之外，通常采用钢材对剪刀墙暗柱进行铸造，控制成本，如果建筑设计条件无法满足，则不可使剪刀墙构造过大。

（五）优化排水结构系统

房屋建筑排水系统包含的机械设备非常多，且要求机械拥有较强的荷载能力，一般于地下室内设置，且预留深度、预留尺寸要符合设计要求，还需加固钻孔部位。施工人员要采取措施降低管线贯穿梁、柱的发生风险，若在建设过程中，出现了上述贯穿的情况，则要加固墙体。就结构整体而言，需确保管道网与结构设置的协调性。

（六） 优化电气系统设计

电气管线主要安装于楼板、墙体或者金属管体外部，安装难度较大，若管线需从梁体穿过，则需选取梁体部位，留取孔洞，确保墙体宽度、梁体宽度保持一致。在房屋建筑中，电梯包含的建筑构件非常多，建筑方案的设计人员要对电梯部分单独给予设计，提高设计的安全性、科学性，提高施工质量。

（七） 建筑结构局部、整体优化

建筑工程设计具有较强的复杂性、层次性，就其复杂性而言，主要表现为施工人员要对建筑零部件、建筑材料等进行选择，做好工程的成本控制工作，从层次性上看，建筑工程包含多种体系，例如安装体系、结构相关体系、整体设计体系等。在设计房屋结构的同时，建筑工程设计人员必须优化所有附属系统，不能够单纯从局部考虑，必须要坚持从整体利益出发，实现房屋结构资源的合理配置，提高建筑施工质量。

三、结束语：

对建筑结构进行合理、科学的设计，并优化建筑结构，有利于在确保建筑功能的同时，对工程成本进行有效控制，提高投资人员的经济效益。优化房屋结构设计的主要目的在于确保建筑本身功能充分发挥，促使建筑主体质量提升。设计人员需要拥有较高的设计水平，能够创新建筑结构设计，为建筑工程的建筑结构设计提供最优化方案，希望能够对广大同行起到借鉴与参考的作用。

参考文献：

[1]齐建民.建筑结构设计优化方法在房屋结构设计中的应用[J].科技资讯，2015（11）：73.

[2]何冬霞.建筑结构设计优化方法在房屋结构设计中的实际应用[J].中华民居（下旬刊），2013（10）：18-19.

[3]周汉杰.建筑结构设计优化方法在房屋结构设计中的应用[J].中华民居（下旬刊），2014（01）：117.

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【关键词】建筑结构；房屋结构；应用方法

随着我国居民生活水平的不断提高，人们对居住环境和住房要求也越来越高，尤其是对房屋的结构设计、外观设计、功能设计都要求其既有美观性又有舒适性。目前我国房屋的构建过程比较固定化，由于不能依赖工厂或机器对结构部件进行设计和加工，因此只能依赖于现场施工，从而对工期的计划、房屋的设计存在一定的限制性。按照如此现状，在进行房屋结构设计准备时期时，应优先考虑到建筑结构的优化方法，便于提高现场施工的效率性，并且增强结构设计的稳定性和经济性。对此，笔者认为建筑结构优化方法在房屋结构设计中的应用不容小觑。

1建筑结构优化方法在房屋结构设计中应用的必要性

全面优化建筑结构设计理念，有效实现对房屋建筑构造的优化作用，这一举措不仅能灵活的把控好建筑成本，还能增强房屋的实际使用价值以及美观度。从另一方面而言，建筑企业通常会以最小的投资换取最大的经济效益，这就要求了房屋建设时对结构设计需要做到合理性、安全性、实效性，把建筑结构优化法的优势体现的淋漓尽致。相比传统的旧房结构设计，建筑结构优化方法的优势主要体现在：第一，对房屋结构的稳定性和安全性起到首要保障；第二，对房屋内部所有的结构组织能够科学性的调整；第三，使材料的功能运用更加科学性；第四，使项目成本比起以往能够降低三分之一左右。

2建筑结构优化的具体实施

2.1提升建筑结构整体性的优化方法房屋结构设计优化的突破点首先是对房屋设计整体性的把握以及对房屋细节结构的优化设计。针对目前房屋的细节结构优化设计到多个方面，其中包括围栏、屋顶、门架等各个地方，这些地方不仅需要设计师颇心观察和巧妙设计，还要同时注重它们的实用价值和经济花费的平衡性。在优化设计过程中，对项目工程的实地勘察是必不可少的，依据实际情况酌情分析得出优化设计方案。当具有整体性的结构优化方法灵活应用到房屋结构设计中时，既保障了房屋的整体牢固性和安全性，在某些突况下，又可以预制安全事故的发生，把具体损失较低到最低。就算没有突况，建筑结构整体性的优化也应事先思量出各种情况，例如地震自然现象，那么对房屋钢筋结构的要求就十分重要，因此，在钢筋的选材和施工必须依照工程标准，如此一来才能使建筑实施设计做到整体性的优化。2.2提升建筑结构节能性的优化方法。节能性的结构优化方法是国家提出的构建健康绿色家园的口号，以经济效应性、优化环境性等条件作为设计理念，灵活优化房屋设计结构。优化方法主要有：第一，房屋的采光是非常重要的，为了使房屋的结构设计全面吸收到阳光和采暖，首先要做到对实际地理环境、气候条件、城市规划进行核查，在了解其现状情况后对其决定房屋的朝向，既保障了房屋能得到优质的采光，还形成了良好的通风系统；第二，为保持房屋外形设计的美观度，尽量避免房屋与寒风形成直角的对立状态，这样一来便能有效的减低热能量的散却速度，间接性的达到高效节能的效果；第三，后期对房屋的维护都应提前周详考虑，尤其是屋顶、门窗等结构就是关键表现，例如朝阳方向的窗户设计一定要区域够大，最大限度的保证阳光的充足性，背对阳光的一面要把控好窗户的数量设计，预防屋内热量的散发。对于房屋屋顶结构的要求一定要加装循环水管的设计，营造出冬暖夏凉的舒适感。2.3提升建筑结构选材的优化设计。从控制工程成本的研究调查中发现，高强度、高韧性的建筑选材对降低工程成本是非常有效的。因为高强度、高韧性的建筑材料对结构构建的截面可以最大限度的降低，为其它结构的设计余留出更充足的空间。2.4提升建筑结构基础设计的优化。在建筑结构的房屋设计优化过程中，基础建筑结构是房屋建设的主要单元，对其重视优化设计是尤为关键的。在房屋基础结构设计方案中，按构造形式可分为条形基础、独立基础、满堂基础和桩基础；按使用的材料分为：灰土基础、砖基础、毛石基础、混凝土基础、钢筋混凝土基础；按埋置深度可分为：浅基础、深基础。在满足设计理念和相关标准的前提下，根据不同类型的排查，因地制宜选取不同的基础结构优化，这样既维护了建筑结构的合理性和安全性，又有效的减短了项目预期工期，从而降低人工成本和时间成本。

3总结

综上所述，建筑结构优化方法在房屋结构设计中的应用有拙见的成效，不仅对建筑企业的可持续发展带来了稳定的经济效益，还对建筑结构设计的优化研究起到了推动作用，使更多的研究者、开发商、企业家重视房屋建筑结构实施设计优化的重要性，促进社会经济的全面发展。

作者:高太勇 单位:山东省曲阜师范大学后勤管理处工程管理科

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关键词：房屋结构；设计；优化技术；实践应用

一?房屋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，以计划成本为控制为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协调，提升了建筑工程结构设计的经济性。

二?房屋结构优化设计技术应用

房屋建筑结构设计优化技术实践应用是当前建筑业非常关注的一个课题，目的在通过结构优化设计技术逐步改善房屋建筑的使用性能的基础上，提高经济性，大力降低工程成本造价。在某个建设工程项目中，结构优化设计技术主要应用于项目规程的整体设计、前期设计以及抗震设计等各个分部阶段环节，应用广泛，其发挥的效能也十分明显。

（1）房屋建筑结构在设计中应遵循结构设计规范

房屋建筑结构优化设计的目的是追求适用、安全、经济、美观以及便利施工，因此，房屋建筑结构优化设计不但要求结构设计工程师有丰富的设计经验，也同时也要要对房屋建筑结构规范的条文有较为详细的了解，在房屋建筑结构设计规范的基础上，能够把自身的结构设计方案科学的融入到整个项目工程中。对于一些大面广的工程中，某些条文规定不可避免的的偏于保守，同时，也有些条文对一些特殊、复杂工程的设计工程条文安全性不足。因此，房屋建筑结构工程师在优化设计中，应该充分利用扎实专业知识与丰富的经验，对上述问题做出科学与正确的判断，从而能够把握设计，使设计成果逐步优化，不断创新。

（2）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前期工程规划是实施结构优化技术的重点内容。因为，在在实际施工中，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。

（3）涉及到房屋结构设计的各个专业应该相互协调与合作

房屋建筑结构优化是一个复杂性的系统工程，涉及到的专业也很广，各个专业必须相互协调与配合。依据建筑学发展角度出发，现代建筑是综合性产品，包括建筑、结构以及设备等要素。因此，房屋建筑工程在工程实施中，应该大力加强分工与合作，将各个构成要素进行充分有机结合，为打造出完美的作品夯实基础。在房屋建筑工程项目设计中，最重要的环节是建筑设计与结构设计，只有将这两个环节充分结合，房屋建筑工程的实用美观大方效果才能充分体现，同时，房屋的建造结构受力更趋向合理性，大大降低了成本，简化了施工。但在建筑设计中，一些许建筑设计人员不遵循建筑的基本力学规律，过于注重设计方案创作的新奇性，导致这房屋建筑结构出现一些后遗症，因此，房屋建筑结构优化必须通过强化各个专业的合作与协调，才能够实现结构合理，成本降低。

（4）房屋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。

（5）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，譬如属于桩基础，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。

三?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]马臣杰，张良平，范重.优化技术在深圳京基金融中心中的应用[J].?建筑结构，2009(4).

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关键词：建筑结构优化技术

中图分类号：TU3文献标识码： A

1 建筑结构的人性化特点与优化内容

建筑的人性化是体现建筑实用性的一个重要方面，尤其是随着社会经济的不断发展和进步，人们对于自身居住条件提出了更高的要求。在居住环境方面，不但要求有房可居，同时还要求住得方便、住得舒适。这时，以实用性为基础的“人性化”就成为了人们对建筑设计追求的一个重要概念。而在现代建筑结构设计优化的过程中，现代建筑设计就需要以“人性化”这个特点为基础，采用“以人为本”的设计理念，对建筑的整体结构进行优化。人性化建筑结构的特点具有这样的几个特点：

（1）合理的空间布局，通常而言在人少地多的地方选择独立的小高层以及别墅，而在人多地少的地区则尽量建设高层，而且在建筑整体结构之内具有明确的用地分工，能够提高对土地空间的利用率。

（2）整体建筑结构极具艺术效果，通常在进行结构设计是在充分考虑通风以及采光等因素的基础上，一般尽可能的将客厅和卧室布置在建筑整体结构的南面，而将厨房、餐厅以及卫生间设置在建筑的北面。阳台直接与阳客厅相通，这样就使得穿过阳台时不需要穿过卧室，将私人空间和公共空间相分离，有效的保证了住宅类建筑使用过程中的私密性。而通过采用建筑结构优化设计的方法，不但可以实现建筑的上述特点，还可以有效的降低建筑结构设计的成本。其中，在进行结构优化的过程中，主要的优化对象和优化内容包括：建筑基础结构的优化、建筑屋盖系统的优化、建筑围护结构的优化以及细部结构的优化等内容。而针对上述结构具体方面的优化还包括具体的选型、结构的布置、结构整体受力分析以及结构造价分析等，在确保达到实用要求以及建筑标准的同时，通过与具体的工程实际情况相结合，达到优化设计的目的。

2 结构设计优化方法的理论体现

在从事工程项目和结构的设计时，除了要考虑设计对象的基本使用功能及安全可靠性外，还应该考虑到把它设计对象设计得尽可能完美。这就是工程和结构的最优化问题。用科学的语言来描述就是：利用确定的数学方法，在所有可能的设计方案的集合中，搜索到能够满足预定目标的、最令人满意的方案。结构设计优化方法从建筑理论上分析，具体体现在房屋工程分部结构的优化设计和房屋工程结构总体的优化设计两方面。后者的优化设计包括：屋盖系统方案的优化设计、围护结构方案的优化设计和结构细部设计的优化设计。穿插其中的，还包含选型、布置、受力分析、造价分析等项目，在实施过程中，还应该按照一切从实际出发的原则，结合具体工程的实际情况，围绕房屋建筑的综合经济效益的目标进行结构优化设计。建筑师在保证设计安全的前提下，应该敢于挑战新的结构形式。在建筑结构设计的过程中，在基本满足建筑师设计意图的基础上，平面布置应尽量规则，对称，尽量缩小质量中心和刚度中心的差异；使建筑物在水平荷载作用下不致产生太大的扭转效应。竖向布置上，在满足功能要求的前提下，尽量使竖向承重构件上下贯通；能不使用转换层的就应避免使用，以减小结构分析和设计上的困难，另外也不经济，还容易造成应力集中；竖向刚度最好不要突变，而要渐变，否则突变处在水平荷载作用下会出现严重的应力集中现象，这对结构抵抗水平动力荷载是十分不利的。

3 建筑结构设计优化技术的步骤

3.1 结构优化模型房屋结构整体优化设计方法分以按三个步骤进行：

3.1.1选择设计变量。一般把对设计要求起主要影响作用的参数作为设计变量，如目标控制参数（结构造价C1和损失期望C2）和约束控制参数（结构的可靠度PS）；而将那些对设计要求来讲，变化范围不大或是根据结构要求或局部性的设计考虑就能满足设计要求的参数等作为预定参数，这可以大大减少设计、计算和编制程序的工作量。

3.1.2确定目标函数。寻求一组满足预定条件的截面几何尺寸和钢筋截面积以及失效概率，从而使总费用最小。

3.1.3确定约束条件。房屋结构基于可靠度优化设计的约束条件，则包括尺寸约束、结构强度约束、应力约束、变形约束、裂缝宽度约束、构件单元约束、结构体系约束、从正常使用极限状态下的弹性约束到最终极限状态的弹塑性约束、从可靠指标约束到确定性约束条件等。在设计中，要使结构优化设计应用于实际房屋结构工程，则是路房屋结构设计中实际的约束条件与目标约束条件相比较，保证各约束条件都符合现行规范的要求，以实现最优设计。

3.2 设定优化设计计算方案

房屋结构基于可靠度的优化设计问题属于比较复杂的多变量、多约束非线性优化问题，在计算过程中，通常是将有约束优化问题转化为无约束问题求解。可以利用的优化设计计算方法有复合形法、拉氏乘子法、Powell 法等。

3.3 进行程序设计

根据基于可靠度的结构优化模型和选择的优化设计计算方法，编制功能齐全、运算速度快的综合程序。

3.4 结果分析

对计算结果进行分析，确定最优设计方案。在执行以上步骤的过程中，必须要全方位、多角度考虑方方面面的问题。这主要是因为建设投资是一项耗资巨大的工程，涉及到的方面比较复杂，因此，必须进行总法规和考虑，不能仅仅为了节约资金投入而忽视了设计的优化作用。要正确处理技术与经济的对立统一是控制投资的关键环节。设计中既要反对片面强调节约，忽视技术上的合理要求，使项目达不到功能的倾向，又要反对重视技术，轻经济、设计保守浪费的现象。总之，建筑结构优化设计方法的研究是一个非常复杂的综合决策问题。适用、安全、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5个方面各有所重，又互为矛盾，一个优秀的设计往往是这5个方面的最佳结合。我们需在实践过程中多实践、多探索，以最低的造价实现最佳的经济效益，实现经济、合理和美观的设计要求。

4 结构设计优化技术的实践应用

4.1 因为前期方案的确定直接影响建筑的总投资，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，建筑师进行建筑设计时大多并不考虑结构的合理性以及它的可行性，但是建筑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，并使得建筑的总投资提高。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建筑类别，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。

4.2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。

4.3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:

建筑是凝固的艺术，精美的建筑是设计师把建筑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。而建筑结构设计优化方法的应用则既能满足建筑美观，造型优美的要求，又能使房屋结构安全、经济、合理，成为实质意义上的“经济适用”房。

参考文献：

[1]黄浙青，朱小德.浅谈结构设计中的抗震设计[J].科技创新导报，2008（28）

[2]张红友.优化结构设计减少建筑投资成本[J].陕西建筑，2008（11）.

篇14

关键词：建筑；结构设计；优化技术

Abstract: The optimum design of building structures is a complex process, which belongs to the comprehensive decision problems. Need factors to consider practical, safe, economy and the overall effect in the process of optimization. The optimization technology and practical application of building structure and practical level and overall effect was improved ways of building structure, and for the building structure space utilization optimization was analyzed.

Key words: building; structure design; optimization technique

中图分类号：TS958.1+7文献标识码：A 文章编号：

1、建筑结构的人性化特点与优化内容

建筑的人性化是体现建筑实用性的一个重要方面，尤其是随着社会经济的不断发展和进步，人们对于自身居住条件提出了更高的要求。在居住环境方面，不但要求有房可居，同时还要求住得方便、住得舒适。这时，以实用性为基础的“人性化”就成为了人们对建筑设计追求的一个重要概念。而在现代建筑结构设计优化的过程中，现代建筑设计就需要以“人性化”这个特点为基础，采用“以人为本”的设计理念，对建筑的整体结构进行优化。人性化建筑结构的特点具有这样的几个特点：

（1）合理的空间布局，通常而言在人少地多的地方选择独立的小高层以及别墅，而在人多地少的地区则尽量建设高层，而且在建筑整体结构之内具有明确的用地分工，能够提高对土地空间的利用率。

（2）整体建筑结构极具艺术效果，通常在进行结构设计是在充分考虑通风以及采光等因素的基础上，一般尽可能的将客厅和卧室布置在建筑整体结构的南面，而将厨房、餐厅以及卫生间设置在建筑的北面。阳台直接与阳客厅相通，这样就使得穿过阳台时不需要穿过卧室，将私人空间和公共空间相分离，有效的保证了住宅类建筑使用过程中的私密性。而通过采用建筑结构优化设计的方法，不但可以实现建筑的上述特点，还可以有效的降低建筑结构设计的成本。其中，在进行结构优化的过程中，主要的优化对象和优化内容包括：建筑基础结构的优化、建筑屋盖系统的优化、建筑围护结构的优化以及细部结构的优化等内容。而针对上述结构具体方面的优化还包括具体的选型、结构的布置、结构整体受力分析以及结构造价分析等，在确保达到实用要求以及建筑标准的同时，通过与具体的工程实际情况相结合，达到优化设计的目的。

2、结构设计优化方法的理论体现

在从事工程项目和结构的设计时，除了要考虑设计对象的基本使用功能及安全可靠性外，还应该考虑到把它设计对象设计得尽可能完美。这就是工程和结构的最优化问题。用科学的语言来描述就是：利用确定的数学方法，在所有可能的设计方案的集合中，搜索到能够满足预定目标的、最令人满意的方案。结构设计优化方法从建筑理论上分析，具体体现在房屋工程分部结构的优化设计和房屋工程结构总体的优化设计两方面。后者的优化设计包括：屋盖系统方案的优化设计、围护结构方案的优化设计和结构细部设计的优化设计。穿插其中的，还包含选型、布置、受力分析、造价分析等项目，在实施过程中，还应该按照一切从实际出发的原则，结合具体工程的实际情况，围绕房屋建筑的综合经济效益的目标进行结构优化设计。建筑师在保证设计安全的前提下，应该敢于挑战新的结构形式。在建筑结构设计的过程中，在基本满足建筑师设计意图的基础上，平面布置应尽量规则，对称，尽量缩小质量中心和刚度中心的差异；使建筑物在水平荷载作用下不致产生太大的扭转效应。竖向布置上，在满足功能要求的前提下，尽量使竖向承重构件上下贯通；能不使用转换层的就应避免使用，以减小结构分析和设计上的困难，另外也不经济，还容易造成应力集中；竖向刚度最好不要突变，而要渐变，否则突变处在水平荷载作用下会出现严重的应力集中现象，这对结构抵抗水平动力荷载是十分不利的。

3、建筑结构设计优化技术的步骤

3.1 结构优化模型

房屋结构整体优化设计方法分以按三个步骤进行：

3.1.1选择设计变量。一般把对设计要求起主要影响作用的参数作为设计变量，如目标控制参数（结构造价C1 和损失期望C2）和约束控制参数（结构的可靠度PS）；而将那些对设计要求来讲，变化范围不大或是根据结构要求或局部性的设计考虑就能满足设计要求的参数等作为预定参数，这可以大大减少设计、计算和编制程序的工作量。

3.1.2确定目标函数。寻求一组满足预定条件的截面几何尺寸和钢筋截面积以及失效概率，从而使总费用最小。

3.1.3确定约束条件。房屋结构基于可靠度优化设计的约束条件，则包括尺寸约束、结构强度约束、应力约束、变形约束、裂缝宽度约束、构件单元约束、结构体系约束、从正常使用极限状态下的弹性约束到最终极限状态的弹塑性约束、从可靠指标约束到确定性约束条件等。在设计中，要使结构优化设计应用于实际房屋结构工程，则是路房屋结构设计中实际的约束条件与目标约束条件相比较，保证各约束条件都符合现行规范的要求，以实现最优设计。

3.2 设定优化设计计算方案

房屋结构基于可靠度的优化设计问题属于比较复杂的多变量、多约束非线性优化问题，在计算过程中，通常是将有约束优化问题转化为无约束问题求解。可以利用的优化设计计算方法有复合形法、拉氏乘子法、Powell 法等。

3.3 进行程序设计

根据基于可靠度的结构优化模型和选择的优化设计计算方法，编制功能齐全、运算速度快的综合程序。

3.4 结果分析

对计算结果进行分析，确定最优设计方案。在执行以上步骤的过程中，必须要全方位、多角度考虑方方面面的问题。这主要是因为建设投资是一项耗资巨大的工程，涉及到的方面比较复杂，因此，必须进行总法规和考虑，不能仅仅为了节约资金投入而忽视了设计的优化作用。要正确处理技术与经济的对立统一是控制投资的关键环节。设计中既要反对片面强调节约，忽视技术上的合理要求，使项目达不到功能的倾向，又要反对重视技术，轻经济、设计保守浪费的现象。总之，建筑结构优化设计方法的研究是一个非常复杂的综合决策问题。适用、安全、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5 个方面各有所重，又互为矛盾，一个优秀的设计往往是这5 个方面的最佳结合。我们需在实践过程中多实践、多探索，以最低的造价实现最佳的经济效益，实现经济、合理和美观的设计要求。

4、结构设计优化技术的实践应用

4.1因为前期方案的确定直接影响建筑的总投资，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，建筑师进行建筑设计时大多并不考虑结构的合理性以及它的可行性，但是建筑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，并使得建筑的总投资提高。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建筑类别，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。

4.2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。

4.3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。