结构优化方法范文

导语：如何才能写好一篇结构优化方法，这就需要搜集整理更多的资料和文献，欢迎阅读由公务员之家整理的十篇范文，供你借鉴。

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【关键词】工业建筑；结构设计；优化方法

1工业建筑结构优化设计的探讨

1.1工业建筑优化设计的目的。目前，在工业建筑优化设计的过程之中，依据各类建筑，其优化需求目标基本上可以分成两类：（1）传统概念之上的建筑结构设计与优化，其主要就是针对成本结构来进行优化设计，在最大限度之上来充分的保障设计的质量以及结构设计的科学合理性，最终于现代社会低碳环保的各项要求相符。（2）主要就是利用建筑结构的设计优化来满足企业工业生产的各项目标，达到建筑整体而结构的布局及设备置放的部位、分析与处理施工流程之中的各项数据，来最大程度之上加大工业生产作业的效率，提升企业的市场竞争力。

1.2工业建筑结构设计优化中的常见问题。在目前建筑结构设计优化设计的施工经验之中来进行分析，一般问题都是出现在优化之中。现如今，应用钢结构的范围逐渐的加大，这对于概念性设计与空间美学产生了较大的影响。此外，大部分工业建筑结构设计优化之中，设计人员对于整个结构规划布局缺乏一个全面化的认识，最终相应的也就引发了优化效果不显著情况的出现以及大部分企业对工业建筑结构设计优化不认可。

2工业建筑设计优化

2.1建筑结构优化的注意事项。现如今，在进行建筑结构设计的时候，我们国家大多建筑师基本上都不会参前期方案的设计，针对结构可行性与合理性来进行分析，在后期工程建设与方案设计相应的也就加大了难度，当然这也就需要增加对于工程的投入及应用。在工程结构设计前期就得要及时的引入结构优化的设计理念，这样一来不仅仅可以统筹兼顾来分析出工程优化设计的各项需求，而且还可以缩减企业资金的投入量，那么就可以在工程的初期进行合理的控制。

2.2建立完善的工业建筑结构优化体系。在工业建筑结构优化设计的过程之中，因为各个工业建筑结构的设计缺失统一的指导方案，那么就会使得建筑内部结构优化无法满足工业建筑结构的各项要求。所以在进行优化设计之前，首先要做的就是得完成的管理体系建立起来，利用管理体系以及工业建筑结构优化设计之中出现的各项问题来进行分析，并及时的制定出来行之有效的措施来解决，逐渐的工作的内容完善起来，最终在最大限度之上来充分的满足工业建筑结构优化设计质量管理的目的，加大工业建筑结构优化设计质量及其后期正式应用的使用效率。

2.3建立工业建筑结构设计优化模型。为了进一步科学、合理化的实现工业建筑结构优化设计的工作可以有条不紊的进行，在真是开展优化工作之前，要将结构优化设计模型建立起来，在众多变量参数之中选择出来其中的重要参数，逐步将函数模型建立起来，最终实现最佳的优化方案。

2.4吊车水平载荷。大部分工厂的生产均要利用吊车来进行输送体积偏大的获取，吊车荷载主要可以分为水平与竖直。SAP2000在结构分析之中可以将吊车的水平荷载利用等效静载负荷的方式来加到排架桩之上，另外竖直荷载主要就是利用移动式的静载负荷来进行施加的。

2.5电厂煤斗。煤斗是一种大型设备，其主要特征表现在：高度高以及体积大，并且有水平地震的重要性。针对支承构建而产生附加的扭矩以及弯矩，那么就得要利用相应的计算来进行补偿附加的内力。其主要步骤为：首先在设备的重心位置加设相应的支承结构，将附加的内力进行缩减；其次则是在与支承梁杆的轴心位置垂直的部位加设梁结构，使得支承梁的扭矩转变成为作用在梁上的弯矩；再者就是这个时候梁的抗弯能力十分的强，最终转移危险；最后则是支承结构抗扭配筋在不断的强化，楼板强度也随即加强。

2.6磨煤机隔振。对于火电厂而言，其发电过程之中始终无法离开煤炭，那么其中的关键工具就是磨煤机。振动的程度也会在很大程度之上影响到其他设备，特别是配电装置以及发电机组所处的控室。为了可以有效的避免这些问题的出现，那么弹性支承系统也因此而出现。（1）应用了弹簧振系统之后，磨煤机基础台座的重量约为一般基础快的二分之一。由于将之前的占地空间缩减，这对于工艺布置而言十分的有利。（2）应用了弹簧隔振系统之后，降低了磨煤机振动的频率，另外最为关键的就是有效的降低了磨煤机对于周边厂房及人员的影响。（3）因为磨煤机基础台座和锅炉厂房结构之间出现分离的现象，磨煤机基础施工的灵活性偏大。磨煤机基础施工的进行交叉是的施工，可以有效的缩减施工周期。（4）调平磨煤机，基础沉降可以通过弹性弹簧隔振器来进行相应的调整。（5）应用弹簧隔振系统之后，磨煤机自身受到荷载影响偏小，减小了磨煤机磨损的程度，使得磨煤机的运行可靠性进一步的提升。另外还可以有效的延长磨煤机的使用寿命，加大磨煤机大修的周期。（6）和一般基础相比之下，在应用弹簧隔振系统之后，磨煤机基础的振动具备可控制性，最为关键的就是传递到基础下荷载量减小了，所以可以适当的缩减地基基础处理的资金。综上所述，工业建筑结构设计是一项较为繁杂的工作，那么需要考虑各个方面的因素，从选择原材料到工程设计以及设计优化等等各个部分，依据工业建筑结构的特征来来具体的进行操作。逐渐的优化设计方案，在最大限度之上设计出来经济合理的方案。

参考文献

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关键词：建筑结构 设计 优化

建筑结构在设计的时候，经济性也是非常重要的因素，同时设计出来的建筑结构也要做到便于施工。在进行建筑结构设计的时候要充分满足安全、美观、实用、经济和施工方便的原则，这样设计出来的建筑结构才能更好的保证以后的使用效果。随着生活水平的提高，人们对于建筑的要求也在不断的提高。建筑结构设计工作的质量自然决定了工程的质量。所以，为了更好的完成建筑设计工作，本文讲述了建筑结构设计的基本原则及优化方案，可以为建筑设计工作提供一个参考。

一、建筑结构设计基本原则

建筑结构设计并非是无规则可循，它也是存在一定的原则的，主要可以分为四个方面，下面对施工设计的四个原则分别进行详细的论述。

1.1取大舍小原则

每一件事都会有一个大小之分的。建筑施工设汁中的取大舍小原则主要讲的建筑施工的过程中要有主次之分。一项工程，各个部位所需要的时间是不一样的，为了保证施工设计的合理性以及可行性，就会把一项工程分为主要和次要的两个部分，而这两个部分，也要有不同的重视程度。在施工的时候，要保证的是柱的强度要高于梁的强度，剪处承力要强于弯处，这些东西都在建筑施工设计的范围之内。取大舍小原则的实施会确保工程的进度质量还有成本。

1.2刚柔有度原则

刚柔有度原则主要指在进行建筑结构设计的过程中，要将过于钢化的建筑结构进行柔化，提高建筑物的整体稳定性。建筑结构设计刚柔有度要求设计人员对建筑结构的稳定性进行全方位考虑，对建筑设计中过多的钢化线条设计进行改善和调整，降低建筑物发生形变的可能性。

1.3多重设防原则

多重设防原则主要指在进行建筑结构设计的过程中，设计人员要对所有的设计结构进行把握，将建筑结构的整体作为主要设计核心，设计多重防线，保证建筑结构的安全性。多重设防要求设计人员要熟知建筑结构设计的各个环节，在设计中边行多重设卡，将建筑结构各部分的功能充分放大，提高设计效果。

1.4打通关节原则

打通关节原则主要指在边行建筑结构设计的过程中，设计人员要将建筑细节结构和主体结合在一起，将建筑细节结构融会贯通，实现建筑结构的统一。通过减少建筑结构中的关节，将建筑结构关节打通，实现对建筑整体的全方位把握，增强建筑没计的主体效果。

二、住宅建筑结构设计优化的方法

住宅建筑结构设计优化是要通过对拟建住宅进行模型的优化、计算方法的优化、并在计算和模拟的基础上制定有效的结构方案，再进行验证。

2.1结构优化模型的建立

在进行结构优化设计的过程中首要的问题是要根据实际的结构特性设定成为相关的结构设计参数，主要的有目标控制参数和约束控制参数。对于那些变化范围比较小的，且在结构的局部加强就能满足要求的部分参数，将其确定为预设参数，从而减少计算的工作量：对于目标函数，是要找到一组可以满足预定条件的钢筋截面积和截面的几何尺寸，目标是要让总造价最小。对于约束控制函数，包括前度和稳定约束、截面尺寸约束、结构整体约束、构建单元约束、正常使用状态的上下限约束条件等。参数的设计必须要与实际情况和规范相符。

2.2结构优化设计的计算方法

在结构优化设计计算方案的确定上，考虑到建筑结构的复杂性带来的变量多、约束条件多且非线性，因此在计算过程中，一般的做法是先将有约束的优化问题转化为无约束条件再进行求解，可选用的计算方有拉式乘子法、复合形法等。结构选型、尺寸和参数设计完成后，在计算方案的基础上设计优化程序。并在得到计算结果后，对结构进行综合分析，最后确定最合理的结构优化设计方案。

2.3建筑设计优化中所要解决的复杂性问题

设计房屋建筑结构最主要的目的，就是要使建筑物的安全性、耐久性以及功能性得以保障。保证其能在一定的期限中达到各个功能及要求的满足，此外还要做到建筑资金最大可能性的节约。房屋建筑结构优化的目标就是要保证所设计出的建筑物可以对一些自然界的外力作用予以实质性的抵抗。所设计出的房屋建筑不至于在外力影响下而坍塌。所以，对房屋建筑物抵抗外部因素的分析与研究是对建筑物设计与优化的关键。在某些比较复杂的外在自然因素中，相对较为特殊的就是地震的作用。因为地震的作用对其发生的地点、时间以及能量等级无法准确的确定。而且其活动的周期性也没有任何可供参考的规律，地震一旦发生，其破坏建筑物的威力也是非常严重的，因此对房屋建筑物加强抗震设计，是房屋建筑结构优化设计中必不可少的一个环节 。对刚度均匀堆成的房屋布置方案进行采取能够使房屋抗震能力得以提高，此外，根据房屋延性设计的原理，也能够保证建筑结构在强烈的地震中不会出现破碎性的破坏。

三、建筑结构设计优化的应用分析

建筑结构的优化设计要在保证建筑使用功能的条件下，利用结构优化设计技术达到提高结构安全度、降低工程造价、提高经济性的效果，也就是要贯穿建筑的整体设计、前期规划及抗震设计等阶段。

3.1结构优化设计的前期参与

建筑是相对长期的投资，常见的建筑使用年限均在50～100年间，这就要求结构能够保证在设计使用年限内，建筑能够保持基本的使用功能、良好的空间环境。因此，要在建筑方案设计初期就加入结构优化的考虑。这样可以有效避免出现结构不合理、工程造价高等问题。也就是说，在建筑方案的设计初期就加入结构的优化设计，是提高建筑利用率的有效方法。

3.2要注重建筑结构的细部优化

随着电子技术和建筑物结构设计优化理论的有效结合，在对其建筑物设计优化进行具体操作的过程中，其优化方案已经从一个建筑实践问题逐渐向数学问题进行转化。所以，建筑设计工作者必须对基于电子技术方面的建筑优化设计予以加强。除对整体性设计予以注重之外，还要对建筑结构的基本构件在进行精细设计上进行加强。比如，对矩形现浇板设计予以尽可能性的划分，这样做一方面使现浇板设计保证其受力的合理性，另一方面，也避免了建筑基本构件拐角裂缝的产生。

结语：

一个优秀的建筑施工设计，是整个施工过程中一个良好的开端，可以保证建筑的整体质量和整体效果。建筑结构设计对一个工程有着举足轻重的作用。总之，结构优化设计是在坚持可持续发展观、充分利用有限资源的基础上提出的，是符合社会发展需要的有力举措。

参考文献：

[1]胡金焱.浅谈建筑结构设计中应注意的问题[J].科技创新与应用. 2013，32.

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一、灰色线性规划方法

线性规划是运筹学的一个重要分支,它是一种在具有确定目标又有一定约束限制条件下,从所有可能的选择方案中找出最优方案的数学方法,也是目前研究多变量复杂系统常用的一种最优化方法。但是,一般的线性规划存在问题为:①静态规划不能反映约束条件随时间变化的情况;②当规划模型或约束条件中出现灰数时不便处理;③从理论上讲,定义在凸集上的凸函数是有解的,而实际计算中往往因技巧、技术问题使求解过程难以进行下去。

利用灰色系统的思想和建模方法,使上述问题得到了一定程度的解决。灰色线性规划弥补了一般线性规划的不足,它不要求目标函数中的效益系数、约束条件中的技术系数、资源量及其他限制量等都被固定下来,而允许技术系数是可变的灰数,约束值是发展的情况下进行,是一种动态的线性规划。灰色线性规划中的约束条件系数,是灰区间数,既可按下限规划,又可按上限规划,还可按区间内的任何一白化值进行规划。在区间内,只要可以得到一组白化值,便可得到一组优化方案,从而使规划灵活多变,有众多的调整余地,适应情况的发展变化,避免了常规线性规划使许多具体问题得不到可行解的结论,或解过于死板,无调整余地的缺点。

关于数学模型的求解,除由于灰色线性规划模型中效益系数、技术系数及约束系数是区间灰数外,为体现土地资源利用效益最高、费用最低、土地资源配置最佳的原则,取效益系数的上限、技术系数的下限、约束参数的上限,可得到土地资源利用结构的理论最优方案。另取效益系数的下限、技术系数的上限、约束参数的下限,可得到土地资源利用结构的警戒方案。根据今后土地开发利用可能采取的方针和政策,对不同投入水平和不同需求条件下的土地资源利用结构进行优化,据此分别得出不同投入水平和不同需求条件的不同组合,根据土地资源利用结构的现状取漂移系数,就可得到一组土地利用结构优化方案,再综合考虑社会效益、经济效益和生态效益,再根据研究区域目前的经济发展水平及未来的发展趋势,最终优选出一组土地资源利用结构优化方案,实现土地资源利用结构的优化配置和持续利用。

二、土地资源利用结构优化多目标线性规划模型

土地资源利用结构优化即是土地资源利用结构多目标线性规划数学模型。

需要说明的是,土地资源利用结构多目标线性规划模型中的其他约束可以是土地适宜性评价约束、土地总面积约束和数学上的非负约束等,特别强调的是本模型无论是目标函数还是约束条件都可以采用灰数,即本模型是灰色线性规划多目标模型见图1,若模型中所有变量都为白数即为通常的线性规划模型。

三、实例

本次计算实例选择环京津地区7各地级市,对其土地资源利用结构进行优化配置。

(一)环京津地区概况

河北省环京津地区包括唐山市、秦皇岛市、沧州市、保定市、廊坊市、张家口市和承德市7个地级市以及13个县级市、65个县城,国土面积共13.82万平方公里,占全省总面积的73.5%,其中7个地级市城市建成区面积417.97平方公里,占区域总面积的0.3%。2007年总耕地面积3855633公顷,总人口3974.77万人,占全省总人口6943.19万人的57%,人口平均密度为287.6人/平方公里,农村社会生产总值为124351338万元,占河北省的64%。

(二)环京津地区土地资源特点

河北省作为环京津地区的第一大省,是中国唯一兼有高原、山地、丘陵、平原、湖泊和海滨的省份,也是紧邻京津的省份,京津地区任何发展变化都与河北省密不可分,其土地资源利用的特点也随着京津地区的发展需求而发生变化。环京津土地资源的数量特征及其空间分布状况,构成了该地区土地资源的特点。

(三)模型采用的约束条件

本次计算采用灰色线性规划方法,建立多目标农业土地利用模型,约束条件总的分为3大类,即社会、经济和环境,包括12个约束条件。为了保证规划的动态性,约束系数aij和约束常数bi采用灰色GM(1,1)模型预测,并结合定性分析得到其白化值。再进行求解。

(四)目标函数的价值系数

由于环境生态约束与社会约束选择的是优化后的结果,在总目标中作为必须保证的约束处理,此时的总优化目标只取经济效益最大。

根据2007年统计资料,求得相应地类的价值系数,由于居民点和工矿用地及未利用土地不产生经济效益,故其价值系数取0。

(五)优化结果

根据以上给定的约束条件和建立的灰色线性规划模型,求得若干套环京津地区土地资源利用结构优化结果,选择有代表性的4套方案列于,由于采用灰色线性规划优化模型,任一灰变量在灰区间取任何一个不同的白化值都构成一套优化方案,在此不予赘述。

环京津地区土地资源利用结构优化是在社会需求、生态效益最优的的前提下,求农村社会总产值最大,本次分析选择与土地利用结构密切相关的农林牧渔总产值作为比较对象,上述所选4套优化方案与2007年实际各项产值相比。其中在2007年实际林业产值中包括果园产值。

四、结语

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关键词：结构设计；设计优化；探讨；应用

1 房屋建筑结构优化设计的重要性

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，能够保证建筑质量，为人们提供经济安全的住房。

2 建筑结构设计优化方法在房屋结构设计中的应用

2.1 分阶段优化与寿命优化。在限定时间内，每一个项目工程都有使用的期限，而且在每一个环节中，都可以设计出多种方案以供参考与挑选。也就是说，在每个阶段，都可以对方案进行优化。因此，房屋建筑结构的设计人员可在确定优化方法的时候，可以将各个阶段的性质作为依据，从而优化整体工程的寿命，并对建筑的施工质量予以保障，使得企业的经济收益能够有所增加。

2.2 局部优化与整体优化。复杂性与层次性是任何一个项目建筑设计都具备的两大特点。从复杂性方面来看，其主要包括零部件的选取、建筑原材料的选取以及结构类型的选取等内容。从层次性方面来看，其主要包括建筑的结构体系、设计体系以及安装设计体系等，而在每一个体系之内又包括了很多个下属体系。在设计房屋建筑的时候，设计人员应该优化各个下属的系统，冲破各个布局间的横向关联，对工程进行叠加。因此，在建筑任何房屋的时候，优化的着眼点都应该是整体而非局部。只有这样，才能达到真正设计优化的目的。

2.3 优化上部结构。要想模型建立与优化房屋建筑的上部结构，首先就要对剪力墙进行合理的布设，对剪力墙的质量均匀予以有效保证。这样，楼层的结构重心便能同楼层的平面刚度中心点实现重合，从而有效地削减了风力以及地震等外部荷载作用的扭转影响。如果房屋的类型允许的话，那么可以尽量使用大开间的剪力墙构造，并对剪力墙的墙肢长进行增加。这样做，不仅可以有效地对墙肢的数量进行缩减，还可以确保刚度能够与相关标准相符合，并以此作为前提与基础，有效地降低混凝土的使用数量。

3 房屋建筑结构设计优化的具体措施

3.1 地基是建筑结构的基础。对建筑物的稳定性起着决定性的作用。在进行建筑结构的地基设计时，要因地制宜，具体情况具体分析。进行建筑结构地基的设计优化首先是要选择合理的优化方案，如果是基础较深，那么就需要对拟建工程施工现场的地质情况进行全面仔细的勘察，然后再综合其他现场场地的各种因素进行基础选型及埋深等设计。

3.2 砌体结构的设计优化。砖砌体在房屋建筑结构中主要担负着抵抗侧向位移和承重的作用，它的布置方式较为多变，但是在跃层结构或表现出过大的受力结构中却并不适宜。通常应该对其进行以下方面的优化，优化平立面结构，保证建筑形体的规则性，抗侧力构件平面布置宜规则对称，侧向刚度沿竖向宜均匀变化。纵向抗震墙体在建筑整体中，必须保证有三条以上，合理规划门窗的开口规格，一般要将宽度控制在2m或2m以下，这样的设计有利于增加建筑结构的稳固性。

3.3 建筑底部剪力墙的设计优化。处于房屋建筑底部位置的框架剪力墙因为具有竖直方向抵抗侧力部件的不连续性，所以就增加了受力出现不平衡状况的因素。也就因此而增加了对建筑平面的要求。在设计中，应该尽最大可能将承重墙放置于框架梁之上，如果受到具体条件限制而只能放置于次梁时，就必须要将主梁与框架梁的钢筋配置适度增大，使放置承重墙的楼板厚度增加。

3.4 剪力墙的设计优化。对剪力墙进行优化设计，其中连梁是最为重要的环节。如果将连梁的剐度增加，就一会产生增加建筑结构地震作用的情况，同时也就造成了连梁与墙肢的内部受力分配大幅度增加，这样就应该将此处构件的钢筋配置适度增加，从而使建筑材料受到不必要的浪费。所以，在进行房屋建筑结构的设计时，不应该选择将大刚度窗下墙当做连梁的设计。应该选择的设计方式应该是把连梁设计成刚度与截面较小的弱连梁，并且在达到结构的刚度与变形程度要求的条件下，进行经济与变形能力等多方面思考，对构件进行合理的布置。一般来说，剪力墙设计越多，建筑结构也就具有更大的抗侧力，从而减少建筑结构的位移，却导致了地震力的增大。基于以上的考虑，进行剪力墙的设计时必须要掌握对称和分散与均匀的基本理念，以水平位移限度为准控制剪力墙的数目。

3.5 房屋建筑结构细部设计优化。进行建筑结构的设计优化，不但要关注整体设计，也应该对各个细部结构部件的设计给予重视，比如进行现浇板的设计时，为了达到去除拐角裂缝与结构受力均匀的目的就需要将异形板划分为矩形板。对于建筑结构底部的框架抗震墙的钢筋配置通常较大，如果在材料选用上使用冷轧带肋钢筋则能够适当减少钢筋配置，从而更加便于施工和达到控制工程造价的目的。在有关设计技术优化方面，也可以增加对现代化高科技的利用。

4 结语

总而言之，利用对建筑的结构进行设计优化，可以保证建筑自身的功能，并且对工程资金投入进行控制。另外，建筑企业及开发商不应过于重视结构设计优化的经济效益，利用缩减建材、降低质量标准、削弱技术性能等方法来追求利益，并且也不可以一味的关注技术而忽视经济效益。房屋结构的设计优化其最终的目的在于保证建筑的功能、提高建筑的质量、提升环保性能，增加企业收益。为了完成这一任务，设计人员应不断提高自身水平，紧跟时代步伐，勇于开拓创新，为人民的居住及生活提供安全保障。因此，对建筑结构设计优化方法在房屋结构设计中的应用进行谈论是值得相关工作人员深入思考的事情。

参考文献

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关键词：建筑结构；设计；优化设计；分析

1 建筑设计优化的重要意义

使用合理的优化方法，对建筑的结构设计进行优化，既能降低整个工程的造价，还能提升建筑的经济价值，从而能够有效提升建筑的经济效益。

1.1 使工程的造价降低

建筑工程结构优化设计在会充分的考虑到现行阶段的建筑行业的发展趋势来进行剖析，根据现行的建筑特点来进行设计，如当前的高层建筑和高层的住宅偏多，因此其层数很多，在建筑用地面积不变的情况下建筑总面积很大，在面对高层建筑的结构设计时，为了节省用地，会将建筑物的房顶进行细致的规划，可以保证整个工程的总造价降低，节约成本。

1.2 能够提高建筑结构的经济效益

建筑结构的设计需要保证到建筑工程的经济效果，随着建筑的层数的增加，高度也会增加，与其相关的墙体面积、柱体面积及配套的设施如管道等都会增加很多，层数比较少或者高度比较低时相应的建筑就会节省一些这样的荷载。同时，高度越高的建筑，相邻之间的距离也会比较远，这样不利于节省用地开支的目标实现，如果让建筑的总高度下降，那各建筑之间的距离也会靠的近一些，这样可以节约用地。另外，相同面积的建筑之间，建筑的平面形状不同会使得其周长不同，越规则的平面形状其周长会小一些，并且能够提高其荷载的性能，增强了建筑的质量。优化创新后的建筑结构设计相较于传统的设计，能够有效降低建筑的总造价，能够有效的提高建筑结构的经济效益。

2 建筑结构设计优化的具体内容

建筑结构优化设计的内容可以分为目标函数选择、变量选择、约束条件选择三个步骤，每一个步骤都涉及到建筑结构优化设计的一个方面的内容。

2.1 目标函数选择

确定建筑结构的目标函数是建筑设计人员对建筑结构进行优化创新设计时的第一步，通过采用相应的技术与办法，以建筑的面积的参数以及建筑可以达到的安全标准为前提，结合建筑建设所用的建筑材料等进行系统的规划和计算，要保证相关的参数在计算的过程中要满足相关的需求。合理科学地选择建筑的工程造价模式是建筑设计相关人员在建筑结构优化设计过程中必须要进行的工作，要尽量优化建筑结构设计，在保证建筑质量的前提下，降低工程的总体造价。

2.2 变量选择

建筑工程的设计阶段，除了对建筑工程优化设计的目标函数进行正确的选择，还要对建筑结构的进行变量选择，变量的选择对于建筑结构的设计也是至关重要的。变量选择，顾名思义就是对影响建筑结构设计的各种会变化的因素进行分析和选择，并研究其中会对建筑结构设计造成的影响最大的一个因素，然后在实际的设计过程中，对其进行评估计算以及控制其影响程度，以发挥建筑工程结构设计优化方法的作用。

2.3 约束条件选择

建筑工程是一个复杂而又系统的工程，因此在实际的设计过程中，受许多约束条件所影响，在对建筑工程结构设计进行优化设计时，必须要考虑到建筑工程的约束条件、对约束条件的准确判断，能够实现建筑结构优化设计的最大化。比如，在建筑设计时，设计人员对结构的强度、尺寸、应力等等因素所存在的约束条件进行判断选择，要以建筑工程的实际情况作为出发点，进行科学合理的选择，使得建筑结构设计的优化工作具有模范性和科学性，给建筑工程的施工打好基础，提高整个工程项目的效率和经济效益。

3 建筑结构设计优化的具体措施

建筑结构的优化方法，是由建筑结构的整体设计优化方法以及建筑结构的细节结构优化方法@两个发面体现出来的。在建筑结构整体的优化设计中，要立足整体，全面的分析总体的数据，并相互协调，确保选出最优的优化方法。在细节结构优化设计中，要对建筑结构的各个方面进行剖析，合理划分为不同的部分，逐个解决相关的选型、布置、造价等几个部分的优化设计，实现降低工程造价的目标。

（1）拓扑优化法。拓扑优化法，就是通过在建筑结构设计优化过程中，结合建筑自身的特点以及实际的用途和情况，正确找到理想化的建筑结构分布形式，全面的分析建筑结构的刚度和其他与结构相关联的属性，来减少建筑结构自身的重量，从而提升建筑的性能。设计人员要充分掌握以及了解拓扑分析方法的优点，合理运用拓扑分析方法，使得设计出来的建筑结构拥有很强的逻辑性。

（2）截面优化法。截面结构的可靠性以及安全性是建筑结构优化设计时相关人员必须要考虑的一个重要方面。截面结构作为建筑结构的细节所在，其性能是最能体现出建筑的整体性能的。在实际的设计过程中，为了保证截面结构的的可靠性与安全性，设计人员要对建筑结构中所涉及的界面进行准确的计算，然后再进行设计，不仅可以提升建筑结构的稳定性，还可以提高建筑的美观程度。具体的方法有，可利用有限元方法来计算设计变量的结构位移情况以及应力特点，然后用计算设备对获得的数据进行验算和分析，得出结果后，根据其需求调整，确定调整的范围，在此范围中再进行区域优化设计。

（3）外形优化法。外形优化是在界面优化的基础上进行完善的，以达到更好提升建筑的结构设计质量的目的。在对建筑结构进行外形优化时，相关人员要对建筑的整体情况掌握得很清楚，再根据我国现行的建筑柱结构设计的相关标准，在掌握的建筑的情况的基础上进行改进。建筑结构的外形特征就是利用外形优化法来进行划分的。外形优化方法在实际的实施过程中，通常会采用连续性结构与杆系结构。建筑结构的节点坐标选取是杆系结构的重要环节，节点坐标在选取好后，要将其作为设计的一个变量，来实现建筑外形优化设计的目标及需求。

（4）细节部分结构设计与概念设计相结合。概念设计优化方法，是在比较缺乏详细的相关数据的情况下进行的。某些因素是具有不确定性的，比如地震，在对建筑的抗震能力进行设计时，由于缺乏详细的数据，只能通过概念设计的优化方法，将一些存在的数据当作辅助来进行。同时，通过结合上诉的一些结构优化方法，使得优化效果更佳。另外，在设计的过程中，对建筑结构的细节部分进行优化设计是必须要做的工作，如现浇混凝土施工过程中，异形板料的弯曲部分容易开裂是一个比较突出的问题，对此我们将其进行简化，然后再选择钢筋，这样能有效的降低混凝土出现开裂现象的几率，不仅提高了经济效益，最重要的是满足了建筑结构的基本需求。

（5）对地基结构进行优化设计。对建筑的地基进行优化设计也是优化整个建筑结构的有效方法。选择合适的方案对于地基的结构优化来说很重要，例如，桩基类型的选择，要以实际的施工情况为准，并实现降低造价的目标，然后以桩端持力层的厚度为参考，选择科学合适的灌注桩长度，且对不同的优化方案进行集中对比，尽量使得选择的方案是最佳的。再比如，桩筏基础是某建筑结构的原有设计方案，通过把该设计利用的桩筏基础改为桩基础的优化方法，设置不同的承台，在此优化中，在保证总的沉降值和不均匀沉降值的前提下，顾及到的是基础传力的传递路劲越短会越省材料的原因。与桩筏基础设计方案相比，桩基础是一个更好的选择。

4 结束语

综上所述，建筑结构的优化设计能够使得建筑质量更好、更加美观、降低工程造价以及提升建筑的经济效益，在建筑行业竞争激烈的今天能够提高企业的竞争力，也能够为人们带来更有安全保障和质量保障的建筑物，因此其在建筑工程中是一个很重要的环节。但在建筑结构优化设计在实际的实施过程中，是比较复杂的，需要多方面的出发，充分结合实际的情况选择科学合理的方案，以实现对建筑结构进行最佳的优化目标。

参考文献

[1]李贵江.建筑结构设计优化设计新方法探析[J].江西建材，2017（01）.

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【关键词】建筑结构设计；优化方法；概念设计优化

一个建筑要达到精美的效果，设计师需要把其美观设计与结构设计紧密结合起来。为实现在有限的空间、有限的资源的情况下，发挥出最大效果，最终达到经济化、实用性和适用性的良好目标，在房屋结构设计中，要采取适用、经济、安全、便于施工和美观这五种效果措施。而在房屋结构设计中，应用建筑结构优化设计方法可以满足这一要求，保证建筑美观、造型优美，同时又能够便于房屋的施工，使房屋安全、经济、适用，从而真正成为“经济适用”房[1]。

一、结构设计优化方法的理论基础

在进行工程项目和结构设计的过程中，需要考虑的因素很多，最终目的是要在保证设计对象基本适用功能和安全可靠性的情况下，把设计对象设计到最好的程度。这就涉及到工程和结构最优化的问题。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[2]。

从建筑理论上分析结构设计优化方法可以得知，结构设计优化方法主要体现在两个方面，其一是房屋工程部分结构的优化设计，其二是房屋工程结构总体的优化设计。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，应遵循一定的原则，结合具体工程的实际情况，从实际出发，围绕房屋建筑的综合经济效益目标进行结构优化设计。

在设计安全被保证的情况下，建筑师应开拓创新，挑战新的结构形式。在建筑结构设计的过程中，建筑师的设计意图应能够得到基本满足，应设置尽量符合规则的平面布局，使其对称；同时减少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于产生太大的扭转效应。在竖直方向的布置上，应确保在满足功能要求的情况下，尽最大可能贯通竖向的承重构件；为使结构分析和设计上的难度不致于太大，减少不必要的经济浪费，使应力分散，转化层应尽可能少地使用；竖直方向的刚度要渐变，而不要突变，如若不然，在水平荷载作用下，突变处会产生严重的应力集中现象，这是非常不利于结构抵抗水平动力荷载的[3]。

二、结构设计优化技术的意义所在

在房屋结构设计中运用建筑结构设计可以起到非常好的效果，这不仅可以使房屋看起来更加美观，用起来更加实在，而且也能够节省大量的造价，起到良好的效果。采用设计优化的方法与采用传统房屋结构设计方法相比优点是十分明显的，它可以使建筑工程造价得到大幅度降低，降幅可达30%左右。要实现优化方法的技术性问题，材料的性能要合理利用起来，争取协调好建筑结构内部的各单元，达到建筑规范所规定的安全水平。同时，优化方法的技术性实现还可以合理决策建筑整体性方案设计，它可以有效实现建筑设计的经济化、实用性和适用性的良好目标。

三、结构设计优化技术在建筑结构设计中的步骤

（一）结构优化模型

房屋结构整体优化设计方法分以按3 个步骤进行。首先，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；其次，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；第三，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。

（二）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，一般情况下，在计算过程中，应转化问题求解，即将有约束优化问题转化为无约束问题。可以利用起来的优化设计计算方法有复合形法、拉氏乘子法、Powell 法等。

（三）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。

（四）结果分析

对计算结果进行分析，确定最优设计方案。在上述步骤的执行过程中，涉及的问题包括多个方面，所以要全方位、多角度地考虑。这主要是因为建设投资这项工程的耗资非常大，涉及到的情况非常多，在设计中片面强调经济节约是不正确的。应满足技术上的相应要求，使项目达到相应的功能要求，与此同时，要反对重视技术，轻经济、设计保守浪费的现象。

四、结构设计优化技术在建筑结构设计中的应用

（一）直觉优化（概念设计优化）技术与建筑结构设计

对于同一建筑方案，可以有许多不同的结构布置设计；确定了结构布置的建筑物，即使在同种荷载情况下也存在不同的分析方法：分析过程中设计参数、材料、荷载的取值也不是惟一的：建筑物细部的处理更是不尽相同，这些问题是计算机无法完全解决的，都需要设计人员自己作出判断[4]。而判断只能在结构设计的一般规律指导下，根据工程实践经验进行，这便是前面所说的概念设计。因此，概念设计存在于设计师对多种备选方案进行选择的过程中。

（二）概念设计处理的实际建筑设计问题

概念设计所要处理的问题多种多样。但可以肯定的是希望通过概念设计，建筑结构能在各种不期而遇的外部作用下不受破坏，或将破坏程度降至最低。因此，分析如何应付建筑物可能遭遇的各种不确定因素成为概念设计的重要内容。其中，地震作用最为难以琢磨，破坏性也最大。故而，建筑设计过程中就应该未雨绸缪，从计算及构造等各个方面都要采取一些有助于提高抗震能力的措施，不利于抗震的作法则应尽量避免。刚度均匀、对称是减小地震在结构中产生不利影响的重要手段；延性设计则能有效地防止结构在地震作用下发生脆性破坏；多道设防思想能使建筑在特大地震作用下次要的构件先破坏，消耗一部分地震能量。这些抗震设防思想在整个设计过程中都应该作为概念设计的重要指导思想。

总而言之，建筑结构优化设计方法的研究涉及面广泛，具有十分复杂的特点，是一项综合决策问题。适用、经济、安全、便于施工和美观是建筑工程设计优化追求的五种效果，而这五个方面的侧重点各不相同，相互之间又存在一些矛盾的地方，一个优秀设计的出现往往

是这五个方面的最佳结合。所以，在进行建筑设计的实践过程中，应加强实践探索，降低经济成本，以达到经济效益的最大化，从而在保证经节约经济成本和达到美观要求的情况下合理进行结构设计。

参考文献

[1]王智锋，孙之如. 建筑结构概念设计的优化[J]. 河南水利与南水北调. 2010（09）

[2]李锋. 浅谈现代建筑结构优化设计[J]. 科技资讯. 2010（26）

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【关键词】房屋结构设计；建筑结构设计优化方法；重要性；应用

房屋建筑企业应该应用合理的建筑结构优化设计，实现公司利润的最大化，从而提高公司的综合竞争力。总而言之，房屋建筑设计师充分做好房屋建筑结构优化设计能够实现企业与客户的双赢。

1.房屋结构设计中建筑结构优化方法的重要性及其作用

1.1房屋结构设计中建筑结构优化方法的重要性

对房屋建筑的结构进行优化，施工人员应在确保房屋建筑质量安全的前提下，对设计方案进行细致分析，应用先进的设计观念及技术，从而对工程造价进行控制。根据相关数据分析，房屋的结构如果经过设计优化，同未经设计优化的房屋建筑相比可以缩减10%―20%的费用。但是，在现实的施工设计优化中，因为受到多方面条件的限制，实施起来十分困难，无法充分发挥其优越性。例如：一些施工企业过于追赶工程进度，从而导致对房屋的设计效果造成影响；很多年轻的项目设计人员因为缺少工作经验，无法进行设计优化；还有的设计人员因为对房屋建筑部分的过分关注，从而对整体房屋建筑的设计预案造成忽略，影响了整体造价。从中可以看出，房屋建筑项目的设计人员应把施工技术同经济收益紧密的联系起来，唯有规划出切实可行、效果良好的设计预案才可以保证企业获取最大收益。

1.2建筑结构设计优化方法的作用

（1）对房屋建筑的结构进行设计优化可以全面发挥机械设备及建材的性能，同以往的结构设计相比，更具优势。对房屋建筑的结构进行设计优化可以降低工程造价的资金投入，为企业赢取更高的收益。同时，还能够把房屋结构中的各个单元进行有机整合，提高房屋建筑的质量，保证人们的居住安全。所以，对房屋的结构进行设计优化是保证民用房屋经济性更好、适用性更强的重要方法之一。（2）提升房屋建筑的安全性。通过对房屋结构的优化设计，可以对原有设计方案中的不足和缺陷进行弥补，从而提升房屋结构的合理性和安全性，在保证房屋建筑整体质量的基础上，节省房屋建筑材料，提升房屋建筑的稳定性和相应的受力性能，确保房屋建筑的使用安全。（3）减低工程造价。据相关数据显示，运用建筑结构优化设计后，与原设计方案相比，房屋建筑工程的成本可以节约10%-30%左右，成本大大降低。同时，通过建筑结构优化设计，还可以充分发挥原材料的性能，确保房屋结构各个单元之间的紧密联系，提升房屋建筑工程的经济性。

2.建筑结构设计优化方法在房屋结构设计中的应用分析

2.1结构同房屋建筑的协调优化

在进行设计时，应尽可能保证房屋建筑的结构同整体平面的配合紧密，从而实现造型美观、结构合理的效果。在进行房屋建筑柱及墙的布设时，应同房建平面的功能需求相一致，每个房间的进深、开间都应保持统一。房屋建筑系统尽可能简洁，墙与柱不可以出现错位情况，每一层的高度及截面面积应相同。进行楼体或电梯的设计时，其应力集中或受力方向较多的转角区域，承重构件应尽可能选取高强建材，从而降低自重，而非承重的构建应选用质量较轻的建材。整体房屋建筑在布局方面应保证重心、刚心及质心交叠，预防出现扭转情况。

2.2整体优化和局部优化

任一项目房屋建筑的设计都具备层次性及复杂性两方面的特点。以层次性看来，其一般包含房屋建筑的设计体系、结构体系及安装设计体系等，每一个体系内又囊括了多个下属体系。进行房屋建筑设计时，设计人员应对各个下属系统进行优化，将各个布局间的横向关联冲破，叠加工程；以复杂性看来，其一般包含房屋建筑原料选取、零部件选取、结构类型选取等内容。所以，对于任一房屋建筑来讲，就应从整体进行优化，方可真正实现设计优化。

2.3优化设计规范

在对房屋建筑工程进行建筑结构优化设计的过程中，设计人员严格遵循了相应的结构设计规范，不仅充分了解了结构设计规范中的相关条例，而且结合房屋结构设计的实际情况，对建筑结构优化设计的方案进行了合理应用。同时，针对结构设计规范中存在的不足，如安全性较差、要求过于宽松等，设计人员结合实际情况进行了适当的取舍，从而切实保证了设计成果的最优化。

2.4概念设计优化

技术与房屋结构设计对于同一房屋建筑方案，可以有许多不同的结构布置设计；确定了结构布置的房屋建筑物，即使在同种荷载情况下也存在不同的分析方法；分析过程中设计参数、材料、荷载的取值也不是惟一的：房屋建筑物细部的处理更是不尽相同，这些问题是计算机无法完全解决的，都需要设计人员自己作出判断。而判断只能在结构设计的一般规律指导下，根据工程实践经验进行，这便是前面所说的概念设计。因此，概念设计存在于设计师对多种备选方案进行选择的过程中。此外，分析如何应付房屋建筑物可能遭遇的各种不确定因素成为概念设计的重要内容。其中，地震作用最为难以琢磨，破坏性也最大。故而，房屋建筑设计过程中就应该未雨绸缪，从计算及构造等各个方面都要采取一些有助于提高抗震能力的措施，不利于抗震的作法则应尽量避免。刚度均匀、对称是减小地震在结构中产生不利影响的重要手段；延性设计则能有效地防止结构在地震作用下发生脆性破坏；多道设防思想能使房屋建筑在特大地震作用下次要的构件先破坏，消耗一部分地震能量。这些抗震设防思想在整个设计过程中都应该作为概念设计的重要指导思想。

2.5桩基础优化

桩基础可以划分为灌注桩及预制桩两种桩型。因为灌注桩在施工时质量较难控制，并且操作复杂，时间较长。所以，如果在沉降符合相关标准的基础上，应利用预制桩进行施工。另外，因为在普通状况下，伴随着桩基的不断深入，土壤对桩身的作用及摩擦也随之增大，所以，应尽量选取长度较大的预制桩。

2.6框架梁、柱箍筋间距的优化

对不同抗震等级的框架梁，柱箍筋加密区的最小箍筋直径和最大箍筋间距做了明确的规定。侧重点就是关于质量，比如抗震等级、人防等级、地基处理、承载能力、材料使用等一些相关因素，同时还包括对设计图纸的详细了解和掌握，在钢筋水泥的质量要求、地基基础设计等级、砌体结构施工质量控制等级，基本雪压和基本风压，地面粗糙度等等一些基本房屋结构的类型需要，如混凝土的含碱量不得超过3kg/m3、地下水类型及标高、防水设计水位和抗浮设计水位，地基液化，湿陷及其他不良地质作用，地基土冻结深度、设计活荷载值、混凝土结构的环境类别、材料等级、强度等级、材料性能、施工质量的特别要求等，是在房屋结构设计中要考虑的要素。

3.结束语

建筑结构优化设计技术在房屋结构设计中有着极其重要的作用，推动着城市化的建设与发展。房屋结构设计在确保安全性与合理性的基础之上，应该加强整个结构的设计美观性，以及对方案进行不断的优化，促进工作的改进。现代化的房屋建筑设计不仅需要确保其基本的使用价值和功能性，同时针对外观的设计还应当具有一定的美观性，以进一步的增强整个房屋结构和设计方案的价值。

参考文献：

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（山东太航建筑设计有限公司，济南 250014）

（Shandong Too Airlines Architectural Design Co.，Ltd.，Ji´nan 250014，China）

摘要： 结构设计是确保建筑质量的首要步骤，特别是对于高层建筑来说，由于建筑层数较多而且结构容易出现复杂情况，因此在进行设计时需要注意的问题尤其多。本文将结合结合笔者结构设计实践经验，探讨进行高层建筑结构设计时应考虑的问题，以及提出有效提高高层建筑结构水平的相应处理措施。

Abstract: The structure design is the first step to ensure the quality of building, especially for high-rise building, because there are many layers of the building and the structure is complex, many design problems should be paid attention to especially. Combined with the practical experience of structure design, This paper discusses the problems should be considered in the design of tall building structures, and puts forward corresponding treatment measures that can effectively improve the level of tall building structures.

关键词 ： 高层建筑；结构设计；措施；设计参数

Key words: high-rise building；structure design；measures；design parameter

中图分类号：TU972 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2014）34-0119-02

作者简介：郭文起（1984-），男，河北馆陶人，工程师，研究方向为高层建筑结构。

0 引言

随着高层建筑的不断发展以及建筑内部的复杂性，给高层建筑结构设计带来更大难度。如何设计出经济合理可靠的高层建筑结构，是设计人员要面对的问题。而掌握高层建筑结构设计要点，正确合理地处理结构设计时所出现的问题，是结构设计人员必须具备的一项基本素质。

1 概述

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，以计划成本控制为中心来进行结构优化设计，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主要有两点：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，有利于抗震，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。

2 房屋建筑结构设计的基本方法

2.1 结构平面图 在绘制结构平面布置图时，是否要输入结构软件进行建模，当建筑地处抗震设防烈度为6度区时，根据建筑抗震设计规范，是可以不用进行截面抗震验算的，但必须符合有关的抗震措施要求。因此对于砌体结构来说可以不用在软件中建模，直接设计即可。

2.2 屋顶（面）结构图 当建筑是坡屋面时，结构的处理方式有梁板式及折板式两种。梁板式适用于建筑平面不规整，板跨度较大，屋面坡度及屋脊线转折复杂的坡屋面。折板式适用于相反的条件。两种形式的板均为偏心受拉构件。板配筋时应有部分或全部的板负筋拉通以抵抗拉力。板厚基于构造需要一般不宜小于120厚。此外梁板的折角处钢筋的布置应有大样示意图。至于坡屋面板的平面画法，通常使用剖面示意图加大样详图的表示方法。

2.3 大样详图 在建筑详图的准确无误的基础上，大样详图的绘制可在建筑详图的基础上直接绘制，也可在以前做过的详图的基础上来局部改进绘制。这阶段需要注意在保持建筑外形的前提下尽量地使结构受力合理和施工方便。在标高和外形尺寸上一定要和建筑专业协调一致。

2.4 楼梯 楼梯梯板要注意挠度的控制，梯梁要注意的是梁下净高要满足建筑的要求，梯梁的位置尽量使上下楼层的位置统一。局部不合适处可以采用折板楼梯。折板楼梯钢筋在内折角处要断开分别锚固防止局部的应力集中。注意梁下的净空要求，并要注意梯板宽度的问题。首段梯板的基础应注意基础的沉降问题，必要时应设梯梁。

2.5 基础 基础要注意混凝土的标号选择应符合结构耐久性的要求。（通常情况下可采用C25）基础的配筋应满足最小配筋率的要求（施工图审查中心重点审查部位）。条基交接部位的钢筋设置应有详图或选用标准图。条基交叉处的基底面积不可重复利用，应注意调整基础宽度。局部墙体中有局部的较大荷载时也要调整基础的宽度。基础图中的构造柱，当定位不明确时应给予准确定位。

3 建筑结构设计与工程造价的关系

3.1 设计方案直接影响投资据研究分析。设计费一般只相当于建设工程全寿命费用的1％不到。但正是这少于1％的费用对投资的影响最高却达到75％。在单项工程设计中，建筑和结构方案的选择及建筑材料的选用对投资都有较大影响。

3.2 设计方案影响经常性费用建筑结构设计不仅影响项目建设的一次性投资，而且还影响使用阶段的经常费用，一次性投资与经常性费用有一定的反比关系。但通过建筑结构设计人员努力可找到这两者的最佳结合，使项目建设的全寿命费用最低。

3.3 设计质量间接影响投资据统计。在工程质量事故的众多原因中，设计责任占40．1％，很多的工程质量事故都是由于产品设计不合理造成的。

4 建筑结构体系设计和选取

在选取结构体系时必须针对所设计的建筑实际情况进行评估分析，只有正确选取结构体系才能设计出经济合理的结构。目前高层建筑多采用钢筋混凝土结构，其结构体系主要有框架结构、剪力墙结构、框架剪力墙结构等。对于高层建筑来说主要以剪力墙结构和框架剪力墙结构为主，对于低层建筑则多采用框架结构。

框架剪力墙结构体系中以剪力墙作为主要抗侧力构建，而承受绝大部分水平荷载；而框架部门则主要承受竖向荷载。框架剪力墙结构中框架和剪力墙两者共同受力，合理分工。而剪力墙布置应均匀设置在建筑物的周边、电梯间等部位。由于该结构以框架结构为主，剪力墙为辅助，这种结构体系适用于25层以下的建筑，最高不宜大于30层。

剪力墙结构是用钢筋混凝土墙板来代替框架结构中的梁柱的，剪力墙作为竖向承重和抵抗侧力的结构，全部承受结构的竖向和水平力。这种结构体系通常采用平面布置形式，由于剪力墙受竖向荷载和水平荷载共同作用，剪力墙应双向或多向布置。同时由于该结构全部由剪力墙组成，其刚度要比框架剪力墙结构更好，该结构体系常用于40层以下的高层住宅建筑等，而且该结构高宽比不宜大于6，其高度也应考虑抗震要求。

5 计算简图的处理

笔者将结合一些工程结构设计探讨其计算简图的处理。对于无地下室的结构来说，基础埋深较深时，为了加强底层的整体性，可以在0.00m附近设置基础连系梁。由于基础连系梁的设计仅为构造设计，无法平衡底部柱脚的弯矩，其不可作为上部结构的嵌固部分，对于底层计算高度H应是取基础顶面至连系梁顶面的高度，即把基础连梁以下的部分作为计算简图的底层，而把实际建筑的底层作为计算简图第二层，层高取用连梁顶面标高至一层楼面标高距离。值得注意的是，这种情况下底层柱的配筋应取用基础连系梁顶面和基础顶面中较大内力设计值进行计算。对于带有地下室的结构来说，计算简图中合理确定上部结构的嵌固位置是非常关键的，这需要结合工程实际情况来分析。经设计实践验证采用这种方法计算简图经整体计算后，地震作用相对保守，结构设计比较安全。

6 结束语

总之，在高层建筑结构设计中，融入概念设计，不仅可以体现工程师设计理念，也能够对工程结构设计师专业水平和技术水平的标准进行有效衡量。因此分析概念设计在高层建筑结构优化设计中的应用，可以有效优化高层建筑结构设计。

参考文献：

[1]沈蒲生.高层建筑结构设计[M].北京，中国建筑工业出版社，2006.

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关键词: 结构设计方案问题应用

中图分类号：TU318文献标识码： A 文章编号：

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。

1 结构优化设计的模型和方案

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，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。进行结构设计时，应在满足设计意图后，尽量使平面布置规则，缩小刚度和质量中心的差异，这样水平荷载就不会使建筑物有太大的扭转作用。竖直方向上应避开使用转换层，减少应力集中现象。

1．1 结构优化设计模型

结构设计优化就是在各种影响变量中选择主要参数，并建立函数模型，运用科学合理的方法得出最优解。结构总体的优化建立模型的大致步骤是: 设计变量的合理选择。通常的设计变量选择对设计要求影响较大的参数，将所涉及的参数按照各自的重要性区分，将对变化影响不大的参数定为预定参数，通过这种方法可减少很多计算编程的工作量。目标函数的确定。使用函数找出满足既定条件的最优解。最后，约束条件的确定。房屋结构可靠度优化设计的约束条件，包括了应力约束、裂缝宽度约束、结构强度约束、尺寸约束、从正常时的极限状态下弹性约束到终极状态的弹塑性约束、从可靠指标约束到确定性约束条件等。设计中，要保证各约束条件必须符合现行规范的要求。

1. 2 房屋建筑结构设计的基本方法

(1) 当结构平面图在绘制结构平面布置图时，需要输入结构软件进行建模。建筑物根据设防类别、烈度、结构类型和房屋高度进行相应的计算和构造措施要求。注意“地震作用”、“抗震措施”与“抗震构造措施”，提高地震作用，则结构的各构件均全面增加材料; 抗震措施指除地震作用计算和抗力计算以外的抗震设计内容，包括抗震构造措施，其中的一般规定及计算要点中的地震作用效应(内力和变形) 调整的规定均属于抗震措施，提高抗震措施，着眼于把财力、物力用在增加结构薄弱部位的抗震能力上，是经济而有效的方法; 抗震构造措施指根据抗震概念设计原则，一般不需计算而对结构和非结构各部分必须采取的各种细部要求。设计中需要注意受压和局部受压的一些问题。

(2) 屋顶(面) 结构图当建筑是坡屋面时，结构处理方式有梁板与及折板式两种。梁板式适用于建筑平面不规整，板跨度较大，屋面坡度及屋脊线转折复杂的坡屋面，折板式适用于相反的条件。两种形式的板均为偏心受拉构件。板配筋时应有部分或全部的板负筋拉通以抵抗拉力。板厚基于构造需要一般不宜小于120 厚。至于坡屋面板的平面画法，通常使用剖面示意图加大样详图的表示方法，这样更便于施工人员正确理解图纸。正确绘图和设计的关键是设计人员真正的心知肚明，结构设计者必须要具备一定的空间概念，正确理解建筑图纸和意图。设计的图纸方能让施工人员明白。由于屋面的起坡会造成阁楼层的部分墙体超高，要结合门窗顶设置圈梁来降低墙的计算高度。

1．3 结构优化设计方案

结构设计优化设计多个变量、多个约束条件，属于一个非线性的优化问题，设定计算方案时，常将有约束条件转变为无约束条件来计算。常用的方法有拉氏乘子法、符合型法等。完成计算方案的设定后只需编制相应适用的运算程序即可得到我们的最终优化结果。

2 结构设计优化技术在应用中的几个问题

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。

2．1 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。

2．2 细部结构设计优化

概念设计应用于没有具体数值量化的情况，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。

2．3 地基基础结构设计

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。

3 结构设计优化的的功用

3．1 降低总造价

进行结构优化设计中，多层住宅和高层住宅相比较，层数越多，总建筑面积增大，单位建筑面积占用的土地面积就越小，节约了用地成本，但建筑层数的增多，建筑总高度也会加大，楼与楼之间的间距也要加大，这时占用的土地节约量就不与建筑层数增加比例相同了。对于基础部分而言，虽然也是各层共用的，但是层数增加，传给基础的荷载将会增大，我们需要增大基础，这样单位面积的造价有所降低，但是却没有屋盖的效果那样明显。

3．2 提高建筑结构经济性

建筑的层高增加，由于墙体面积和柱体积增加，结构的自重会增加，基础和柱的承载力相应增加，水卫和电气的管线会加长; 相反降低层高，可节省材料，有利用抗震，同时建筑的总高度减小，两建筑之间的日照距离就会减小，间接的节约了用地。建筑面积相同，建筑使用不同的平面形状时，它的外墙周长也就会不同，这样当选择圆形或是越接近于方形时，外墙周长系数就越小，基础、外墙砌体、内外表面装修都随之减少，同时其受力性能也得到提高，增强了建筑的经济性能。优化方法的技术性实现，可以最合理的利用材料性能使建筑结构内部各单元得到最好的协调，不仅可以实现建筑美观、实用，而且在造价方面也有较大的节省，达到了建筑工程设计对适用、安全、经济、美观和便于施工的一般要求。通过使用优化设计手段，达到这5个方面的最佳结合，符合现今建筑商对于建筑结构的效益的需求，也符合市场可持续发展的需求。

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关键词：建筑设计；结构优化；实用性；整体效果

Abstract:The optimized design of the building structure is the important process of building the overall structure of the optimal. In a humane architecture and the use of conceptual design methods to improve the utility of the building structure and overall effect is explored on the basis of the basic procedures of the building structure design optimization method based on practical effect.

Keywords:architectural design；structural optimization；practicality；the overall effect

中图分类号：TU32/399

文献标识码：A

文章编号：1008-0422（2012）08-0089-02

1 引言

在进行建筑整体结构设计的过程中，为了使得建筑结构在空间、实用性、整体效果以及造价等方面达到最优，在完成基础设计之后都需要对建筑结构设计进行优化。尤其是在整体结构的造价控制方面，建筑结构设计优化是进行造价控制的主要途径。传统的建筑结构优化设计过程中一般都是以建筑的造价为根本进行控制的，而随着人们对建筑的实用性和整体效果要求不断增加，建筑的使用的方便性以及整体效果成为了人们关注的重点。而各种不同的设计方案对建筑材料的选用、建筑基础类型的选择、房屋进深的确定、建筑的层高以及总层数的确定等都是需要优化的问题和对象，因此在进行优化设计的过程中都应该予以重点考虑。

2 人性化建筑结构的特点及优化内容

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。

图1-建筑外部结构

图2-建筑内部结构布局

3 概念设计方法在提高建筑结构实用性及效果中的作用

建筑结构的概念设计一直是建筑整体结构优化的一个重要方向和重要基础。通过采用建筑结构的概念设计方法，可以保证建筑整体结构能在多种意料之外的外部作用力以及外部破坏的作用之下，将建筑的受破坏程度降到最低。所以，对建筑在使用的过程中可能会遇到的各种不稳定因素成为了建筑概念设计的重要内容，同时也成为了提高建筑实用性的一种建筑结构优化有效手段。在进行建筑可能遭受的结构破坏分析过程中，地震是一种作用力大、难以准确预测的破坏因素。因此，在进行建筑结构设计的过程中就应该预先针对建筑整体结构进行优化，从结构构造以及计算等多个方面对提高建筑结构抗震能力采取多种措施，而不利于建筑抗震能力提高的设计方案则尽可能的避免。通过对建筑结构的优化，应该确保建筑的整体刚度尽量均匀、对称，这是有效降低建筑整体结构在减小建筑结构在地震过程中出现破坏的一个重要手段。同时，在设计的过程中还应该采用多种有效的设计方式来增加建筑抵抗地震的能力，诸如延性设计，它可以有效的控制建筑在地震的作用下出现脆性破坏的问题；多道设防的设计思路可以使得在剧烈地震的作用下，建筑的一些次要结构先发送破坏，通过消耗一部分地震能量来减小对建筑主体结构的破坏。这些建筑结构优化方法都是建筑整体结构设计过程中需要遵循和采用的有效原则。

4 基于实用与效果的建筑结构设计优化方法的应用

4.1 提高建筑结构空间利用率的策略

空间利用率是衡量建筑人性化指标的一个重要指标，下面从提高提高住宅建筑的空间利用率出发，探讨提高建筑实用性的人性化建筑结构优化策略。

4.1.1基本思路

这里对于提高建筑结构空间利用率的策略是利用了整体和部分的关系，

N=1+1+1+1+1……

当N表示为整个建筑主体时，1就可以分别代表卧室、客厅、餐厅和卫生间等；

当N表示为120m2的建筑空间时，1则分别表示25m2的客厅、15m2的主卧室、5m2的卫生间以及9m2的餐厅等；同样，当N表示为对应卧室的大小时，1则表示卧室中的床铺、电视柜、挂衣柜以及桌子的大小；而当N表示为客厅时，1则表示电视的尺寸、沙发的大小、背景墙体的比例等。

4.1.2提高空间利用率的主要目的

增加对空间的利用程度，减少空间的浪费，在保证空间使用的实用性基础上增加空间利用的人性化。

4.1.3具体的实施策略

确定建筑空间的面积确保建筑的容积效率之后确定结构的最佳进深计算面宽确定房间的具体进深房间家具的尺寸以及实用性

目标空间结构合理的交通面积

增加面积

房间+客厅+起居室+运动室……

4.2 结构设计优化技术在建筑结构设计中的步骤

4.2.1结构优化模型的建立

建筑结构的整体优化方法包括这样三个基本的步骤：首先，确定设计变量。以影响建筑整体效果和实用性的相关参数作为设计变量，诸如对应的目标控制函数(整体结构造价C1、损失期望C2)、约束控制参数(整体建筑结构的可靠度SP)。在进行选取的过程中，尽量忽略那些对结构整体效果以及实用性影响不大的相关参数，这样可以大大减少模型的计算以及编程工作量；其次，建立目标函数，以建筑的整体效果和实用性最佳为目标，寻找一组既能够满足建筑使用功能又能够满足预设的结构截面尺寸、钢筋截面积等要素的参量，使得目标函数值最优；再次，定义约束条件，建筑结构的约束条件包括建筑的可靠度、强度约束、应力变形约束以及裂缝宽度约束等。设计的过程中就是要使得实际的结构设计在和约束条件相比较之后，符合当前的设计规范，达到最优的设计标准。

4.2.2优化设计方案的选择

建筑结构优化设计的方案很多，一般采用基于可靠度的优化设计方案。这些方案在计算的过程中需要考虑到多变量的复杂变化，同时约束条件较多，且都属于非线性问题，在进行设计计算的过程中一般要转化成为无约束以及线性问题来加以求解。这个过程中，可以采用的优化计算方法包括：拉普拉斯算子法、复合形法等。在进行算法的选取时可以对算法的精度以及算法的计算速率予以综合考虑，选定一个最适合的算法。

4.2.3 具体的程序设计

以上述选择和确定的优化设计方案为基础，编制一个功能齐全而运算速度较快的综合计算程序进行计算。程序设计的内容涉及到具体的工程指标选取以及建筑的功能需要，且编程内容较为繁复，这里不详细论述。

4.2.4结果分析

在对计算结果进行分析的过程中，应该从多个方面和多个角度予以考虑，诸如建筑结构的成本、实用性和整体空间效果等。这主要是因为建筑结构属于一项耗资较大的工程，涉及到的方面比较多，需要从全盘予以考虑，不能够仅仅为了节省资金、或者是仅仅为了增加建筑的实用性来进行优化。总的来讲就是要争取的处理好技术与经济之间的问题，在两者之间找到一个平衡点来进行优化。

5 结语

建筑结构的优化设计是一个复杂的过程，属于综合决策的问题。在优化的过程中需要综合考虑实用、安全、经济和整体效果等因素。本文对人性化建筑以及采用概念设计方法对建筑结构实用程度及整体效果进行改进的方式进行了探讨，并针对建筑部分结构的空间利用率的优化部分进行了具体分析，提供了一个建筑结构优化的新理念。

图3-某大底盘高层建筑结构设计

图4-某住宅内部空间布局

图5-建筑结构的有限元分析

参考文献：

[1] 张炳华.土建结构优化设计[M].上海:同济大学出版社，2008 :34-36.

[2] 侯贯泽，刘树堂，简国威.工程结构优化设计理论与方法[J].钢结构，2009(8)：121-125.