工程结构优化设计范文

导语：如何才能写好一篇工程结构优化设计，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。

篇1

关键词：工程结构；优化设计；发展

1工程结构优化的发展现状

集计算力学、数学规划、计算机科学以及其他工程学科于一体的结构优化设计是现代结构设计领域的重要研究方向。它为人们长期所追求最优的工程结构设计，尤其是新型结构设计提供了先进的工具，成为近代设计方法的重要内容之一。结构优化设计是一门综合性、实用性均很强的技术，它要面向工程设计中的各种实际问题建立优化设计模型，根据结构与力学的特点对数学规划方法进行必要的改进。现如今，无论国内还是国外。对这一现代技术的需求都有增长的趋势。随着设计技术的更新和产品竞争的加剧，结构优化设计将会有更大的发展。由于结构优化设计的工程意义，这一领域中研究的深度和广度不断得到扩展，相应的学术交流也很活跃。同时，结构优化设计也给工程界带来了巨大的经济效益。目前，结构优化设计的应用领域已从航守航人，逐步扩展到船舶、桥梁、汽车、机械、水利、建筑等更广泛的工程领域；解决的问题也从减轻结构重量，逐渐扩展到降低应力水平、改进结构性能以及提高安全寿命等更多方面。

2工程结构优化设计存在的一些问题

2.1工程结构设计规范不完善

我国的上程结构可靠度与发达国家相比较是偏低的。尽管制订了《上程结构抗震可靠度统一标准》，但还是出现了一系列问题。目前，与规范相配且适应丁实际上程的CAD软件并不完善。必须经过充分的研究，以利于优化设计。而且对大多数结构而占，也并未给山验算大震不倒的方法。在超高层建筑结构设计方面，必须提出有关的规定和建议，尤其在建筑抗震设汁方面有待改进。

2.2工程结构技术水平有限

这主要体现在设计人员上。目前，许多结构设计人员不熟悉抗震规范，不熟悉无枯结予应力等新技术；也不熟悉板柱结构体系，不能熟练掌握CAD软件。此外，设计人员人多数也不熟悉建筑工程定额，技术经济观念较淡薄。因此，应及早采取有效措施来根治，以提高工程结构设计水平。

2.3管理不善，设计市场较混乱

目前，许多工程足边设计、边旌工、急于mI{}l，根本没有时问去论证结构方案。许多大工程的设计审查也不严，初步设计，f：不审查结构方案。口本抗震规范规定，高度大于60m的结构设计，通常要进行以地震为输人的直接动力非线性反应分析，设计结果要由同本建筑中心超高层建筑结构审查委员会审查。再经建设省特批，低于2、3类建筑要进行小震地震系数的弹性承载力验算和大震的抗倒塌验算。而我国100m以上的高层建筑结构设计，设计院做的好台，根本无人过问。因此，应加强设计管理，以利于优化设计。

3工程结构优化设计的途径

3.1选择合理的结构方案

结构设计方案的优劣决定了结构设计的成败。建筑结构的设计方案是否科学、合理，在很大程度上决定着建筑结构设计的优良性。就同一个建筑项目而言，其可选的结构设计方案通常都不是固定的，而选用不同的方案会让建筑工程在质量上、造价上出现较大差别。因此在结构方案的选择应遵循以下基本原则：①要用整体的概念在特定的建筑空间中来完成结构总体方案的构思，处理好构件与结构、结构与结构的关系；②尽可能使结构的受力与传力途径简单、直接、明确；③保持整个结构安全可靠度的协调一致性。通盘考虑整体结构的每一个构件，使结构构件能够协调一致发挥其最大效能，确保达到规范规定的设计目标水准，实现结构既经济又安全的目标；④使结构平面布置的抗侧力刚度中心与建筑物的外力作用中心或质量重心尽量接近或重合，以避免或减小外力作用下结构的扭转效应；⑤积极主动的参与建筑设计的方案阶段。

3.2进行正确的结构计算

在概念、经验和估算的基础上借助计算机进行可靠的分析计算，经过多次计算比较和调整，使结构设计更加合理和经济。在利用计算机结构设计程序进行结构计算时应注意以下问题：

（1）1丢1计算软件的缺陷和设计人员不加分析的盲从容易导致设计错误，因此不能盲目的依赖计算机。

（2）为避免因数据输入错误造成计算分析结果的错误或较大的误差，输入的几何图形、构件尺寸、荷载数据等应认真核对、力求准确无误。

（3）选取不同的计算参数会得m完全不同的计算结果，要根据实际结构的具体情况和计算程序的功能要求合理选取。

（4）所有的计算理论和设计程序都是建立在一些假定和理想的计算模型之上的，而实际结构的受力状态又是千差万别的，因

4工程结构优化设计的展望

（1）尺寸优化：在给定结构的几何形状、拓扑和材料的情况下，求出满足约束条件的最优构件截面。

（21形状优化：让结构的几何形状和拓扑可变并参与优化设计，可以解决结构内外边界形状最优问题、结构构件相互连接方式优化问题、结构内空洞、孔洞的数量位置优化问题等。f3）自动优化：近十年来发展起来的将CAD与优化理论相结合的自动优化已经取得一系列重要成果。CAD中的自动设计在一定程度上主要依靠结构优化设计来实现，只要能以表达式表示的项目均可以依SOD来完成。另一方面，SOD的结果也要依赖于CAD图形功能来实现直观、快速、自动表达，因此形成集成化程度较高的自动化CAD系统。

（4）智能优化：将计算智能引入结构优化设计进而寻求一种具

有自组织、自适应、自学习等功能的算法来解决结构优化中非公式化、经验性的问题，形成具有智能辅助决策功能的专家系统。

（5）系统优化：包括全局和全寿命两个内涵的系统优化是将土木工程的优化作为一个大的系统来考虑，其优化的目标函数包括社会效益、经济效益、施T及使用期间的安全、使用功能的满足、美学功能、和施工方便等等，并且在工程进行的不同阶段对各个目标的侧重点不同。从可行性研究、总体布置、结构选型到结构的变量设计、工程实施规划、施工组织与管理、结构使用与维修管理等各个阶段对土木工程进行全寿命优化。

总结：

总之，工程结构的优化设计，是实现建筑本体功能与控制建筑造价成本的重要手段。另一方面，建筑投资者或开发商不能过分强调结构优化设计的经济性，通过减少材料、降低技术、放低质量标准来追求经济性，同时也反对一味重视技术要求、忽略经济成本的做法。结构优化设计的终极目标是实现建筑的本体功能性、安全性、经济性与环保性。因此，在保障全面发挥建筑本体功能性、保证安全性的条件下追求建筑投资建设的经济陛与环保性是建筑建设的科学合理选择。

参考文献

[1]沈汝伟.对建筑结构优化设计的探讨[J].煤炭技术，201l2（04）：90～92

篇2

关键词：高层建筑；地下室；结构设计

1、前言

地下室的结构设计是一个综合性很强问题，涉及到的内容繁多而复杂，有些问题至今尚未得到很好的解决，如：地基与基础的相互作用问题.上部结构刚度对地基基础的影响等等。现代高层建筑由于地下工程庞大， 建设工程在地下的投资已经接近甚至超过了地上， 因此无论是从技术还是从经济的角度讲都需要我们更深入地研究地下室结构设计的技术问题， 提高地下室结构设计的水平， 真正做到技术与经济同步.安全与适用协调。

2、地下室结构设计的特点要求

地下室结构设计的主要内容包含几个方向：

⑴是主体结构设计，包括顶板、外侧墙、底板等其它构件的结构设计；

⑵是孔口防护设计，包括出入口的防护和消波系统（防护设备）其中出人口的防护包含防护密闭门的选用、门框墙、临空墙的计算，出人口通道（包括风井）的计算等几个方面，而消波系统则包含防爆破活门的选用和扩散室（箱）的设计。

⑶是地下室是否与上部结构一起计算对于计算结果影响较大，其底板经常同时作为结构的基础，需要考虑地基的反作用力，顶板作为工程的重要部位，需要组合核爆炸力的等效静荷载，外墙则需考虑侧向的土、水的水平作用组合。

总之，地下室的结构设计可按整体设计和构件的单独设计分别进行。结构设计的可靠性可以降低，一般建筑结构（延性破坏）失效概率为6.8%，而地下室结构（延性破坏）失效概率为6.1%，需考虑结构的动力效应，结构构件可考虑进人塑性工作状态，材料设计强度可以提高。在快速加载的情况下，材料力学性能发生比较明显的变化。主要表现为强度提高，但变形性能包括塑性性能等基本不变，这对结构工作起到有利作用。

3、地下室结构设计中存在的问题

3.1地下室结构平面设计

地下室工程涉及的专业极为复杂，在高层建筑的地下室结构设计时，需综合考虑防火、使用功能、人防要求、设备用房及管道、坑道、排水、通风、采光等各专业的配合。例如地下室的长度超过设计规定的长度时，需要与结构专业配合，确定是否设置变形缝，通常应尽可能少设或不设变形缝，因为设置变形缝会使得变形缝处的防水处理变得复杂。设计人员可以通过设置后浇带和合理使用混凝土外加剂或地上设缝、地下不设缝等方式，达到不设缝的目的。若地下室过长，依靠设置后浇带的方法难以解决，设计人员应合理地调整平面，将地下室分割成几个小地下室，中间用较窄的通道相连，以满足使用及管道相连的要求，而将变形缝设置在通道处，这样可以使接缝较少且处于受力较小处，便于补救。在结构设计时应合理地设置采光通风井，若高层建筑采光通风井位置设计不当，例如在侧壁外作附加通长采光井，而采光井外壁又不能与地下室顶板整体连接，会造成地下室保证结构稳定功能的丧失，不能有效地将上部的地震及风力作用传至侧壁及地面，不能满足高层建筑的埋深要求。

3.2地下室外墙结构设计

地下室的外墙是结构设计的重点，应按水、土压力验算外墙抗裂。在设计时应注意以下要求：

⑴是荷载，地下室外墙所承受的荷载分为水平荷载和竖向荷载。竖向荷载包括上部及地下室结构的楼盖传重和自重，水平荷载包括室外地面活载、侧向土压力、地下水侧向压力和人防等效静荷载。在实际工程设计中，竖向荷载及风荷载或地震作用产生的内力一般不起控制作用，墙体配筋主要由垂直墙面的水平荷载产生的弯矩确定，而且通常不考虑与竖向荷载组合的压弯作用，仅按墙板弯曲计算弯曲的配筋。

⑵是地下室外墙截面设计时，土压力引起的效应为永久荷载效应。地下室外墙承受的土压力宜取静止土压力，静止土压力宜由试验确定。当不具备试验条件时，砂土可取0.34～0.45，黏性土可取0.5～0.7。水位稳定的水压力按永久荷载考虑，分项系数可取 1.2；水位急剧变化的水压力按可变荷载考虑，分项系数宜取 1.3。有人防要求的地下室外墙的永久荷载分项系数，当其效应对结构不利时取 1.2，有利时取 1.0；抗爆等效静荷载分项系数取1.0。

⑶是地下室外墙的配筋计算。实际设计时，配筋的计算，对于带扶壁柱的外墙，不是根据扶壁柱的尺寸大小进行计算，而是均按双向板计算配筋；扶壁柱则按地下室结构的整体电算分析结果进行配筋，不按外墙双向板传递荷载验算扶壁柱配筋。

4、建筑工程地下室结构优化设计

4.1抗震设计

一般来讲地下室抗震设计中较为常见的问题为：多层建筑中半地下室埋深不够，房屋层数包括半地下室层已达8层，层数和总高度超过要求，违反GB50011- 2010《建筑抗震设计规范》条例。地下室顶板为上部结构嵌固端，地下室一层抗震等级定为三级，而上部结构为二级，按GB50011- 2010《建筑抗震设计规范》条例地下室也应为二级。

若地下室设计不当，对其整体的抗震性能会产生较大的影响。根据施工图审查要点，般来讲，对于半地下室的埋深要求应大于地下室外地面以上的高度，才能不计算其层数，总高度才能从室外地面算起。地下室的墙柱与上部结构的墙柱应协调统一。对地下室顶板室内外板面标高变化处，当标高变化超过梁高范围时则形成错层，应采取一定的措施进行处理，否则不应作为上部结构的部位。相关规范明确规定，作为上部结构部位的地下室楼层的顶楼，盖应采用梁板结构，地下室顶板为无梁楼盖时不应作为上部结构的部位。结构计算应向下

计算至满足要求的地下室楼层或底板，但剪力墙底部加强区层数应从地面往上计算，并应包括地下层。

4.2地下室抗浮、抗渗设计

一般来讲，此类设计常见问题为：地下水位未按勘察报告确定，或勘察报告未提供计算浮力的地下水位及其变幅，违反了 GB50007- -2011《建筑地基基础设计规范》条例；斜坡道未进行抗浮验算，斜坡道与主体分缝处未作处理；抗浮验算不满足要求，不符合GB50009- 2012《建筑结构荷载规范》条例等。

实际在地下室抗浮设计时仅考虑正常使用的极限状态，而对施工过程和洪水期重视不足，因而会造成地下室施工过程中因抗浮不够而出现局部破坏。另外，在同一整体大面积地下室的上部常建有多栋高层和低层建筑，由于地下室的面积较大、形状又不规则，且地下室上方的局部没有建筑，此类抗浮问题相对难以处理，须作细致分析后再进行处理。地下室结构设计除应满足受力要求外，抗渗也是其中一个重点。由于钢筋混凝土结构通常带裂缝工作，要达到抗渗目的，一般可采取以下措施：

⑴补偿收缩混凝土。在混凝土中掺微膨胀剂，以混凝土的膨胀值抵消混凝土的最终收缩值。当其差值大于或等于混凝土的极限拉伸时，即可控制裂缝；

⑵膨胀带。混凝土中膨胀剂的膨胀变形不会完全补偿混凝土的早期收缩变形，而设置补偿收缩混凝土带可以实现混凝士连续浇注无缝施工；

⑶后浇带。后浇带作为混凝土早期短时期释放约束力的一种技术措施，较长久性变形缝已有很大的改进并广泛应用；

5、结束语

高层建筑地下室结构设计显然是一个复杂的过程，但是，只要把握设计要点，抓住设计重点，以合理的设计为前提，进行全面考虑，使建筑地下室结构设计工作发挥其最大的经济作用和社会效益、战略效益。

参考文献

篇3

关键词：海洋工程结构多目模糊优化

中图分类号：K928.44 文献标识码： A

一、多目模糊优化背景与发展历史

1. 模糊优化设计的背景

是造价最低,或是达到某一专项目标,或是同时达到几项目标但在设计过程中,时常会遇上大量的模糊概念,如/重量不超过...0!/体积不大于...0等等由于缺乏处理手段和方法而把这些概念当成确定性量来对待,这样把设计的约束条件和目标函数人为简单化,以至于设计结果不符合要求随着设计学的发展,大量的模糊信息需要定量描述,使设计达到真正的优化目的"在普通优化的基础上引入模糊数学,建立在模糊集理论基础上的模糊优化设计方法产生了模糊优化设计为解决具有上述模糊概念的优化问题提供了可行的方法和有效的手段模糊优化设计的概念首先是别尔曼和扎德提出来的,提出的背景主要有以下几个方面:(l)事物间的差异中介过渡给事物带来模糊性;对事物研究的定量化会遇上大量模糊因素:所研究的事物涉及多方面的模糊因素;以及在计算机应用领域中会考虑对模糊信息的识别和处理等等"这些都会给优化设计带来大量的模糊因素,导致模糊优化问题的出现(2)对于一项工程设计会发现设计比分析涉及的因素更多,尤其是人文因素例如,一种新产品的设计,不仅要满足工作要求和技术性能指标,而且经济!可靠!使用条件性也是不可忽视的因素其实,优化设计的发展也是向多方面发展,已经打破了原先只在物理!几何性质上做文章的格局当今社会的发展以人为本,在理工科高等教育中加强人文知识教育也是为了使理工科研究不能脱离人文,所以人文因素已经渗透于整个设计过程"人文因素的模糊性是优化设计遇到的主要问题,必会产生模糊优化的问题显然,模糊优化设计的产生是优化设计领域的一次革命,大大地促进了优化设计的发展,为解决优化设计中出现的问题提供了理想的方法。

2模糊优化设计的产生和发展历史

随着科学与科学研究的发展,从物理发展到事理,从物态进展到事态的研究,传统的经典数学已显得苍白无力,或者说过去那些与数学毫无糊数学诞生于1965年,美国加利福尼亚大学控制论专家查德教授(LA.zdahe)发表了著名论文-下uzyzsets0(模糊集合),提出模糊集合的思想,给出模糊现象的模型!模糊问题的定量表示方法及数学处理方法"他指出,刻画一个模型集合时,不必指明哪些元素属于它,哪些元素不属于它,只需对给定范围内的各元素确定一个"到1之间的实数,用它表明这个元素以多大程度属于这个集合,这个数就叫作该元素对这个集合的隶属度"例如,30岁的人肯定不算老年,他对/老年人0这个概念的隶属度为仇50岁的人属于/老年人0的程度近于0.5;70岁的人为老年人,他对/老年人0的隶属度为1"这说明/中年0和/老年0的概念是相互粘连的,它们之间没有一条绝对分明的界限,而是有一个连续过渡的过程"查德正是用隶属度这个概念表现处于中介过渡的事物对差异一方的倾向程度,这就是他创立模糊集合论时提出的新思想"模糊集合论把原来某元素对于集合要么/属于0,要么/不属于0的确定性关系,推广到元素对于集合按/一定程度0/属于0或/不属于0的确定关系(即在一定程度上/属于0或/不属于,.)以此就标志了模糊理论的产生,模糊数学就是从数学上来刻画和研究客观世界中存在的模糊量,即从量上来描述模糊现象,并以之为突破点建立了研究模糊现象的基本理论模糊数学是研究和处理模糊性现象的数学所谓模糊性,是指客观事物在中介过渡时呈现的概念划分上的不确定性,即/亦此亦彼0性客观世界中存在着大量的模糊性现象,它们很难找到明确的界限,这样的概念叫做模糊概念模糊概念不是不科学的概念,它大量地存在于物理学!化学和生物学中,在经济和人文科学中表现尤为突出,人脑的识别!判断以及概念的形成过程都具有模糊性为了描述模糊概念,满足各门学科的数学化!定量化要求,这就是模糊数学产生的思想基础"随着模糊数学的诞生,一种全新的模糊论方法学也就发展起来了"模糊论是建立在(l)事物的不确定性(随机性和模糊性);(2)广义设计中的模糊性,即定量地研究从狭义设计到广义设计中,必然要遇到大量的模糊概念:(3)复杂化和精确化之间的矛盾"模糊数学由于打破了形而上学的束缚,即认识到事物的/非此即彼0的明晰性形态,又认识到事物的/亦此亦彼0的过渡性形态,因此模糊理论的产生就在数学领域本身以及许多的实用领域里得了广泛迅速的发展和应用模糊理论是在模糊数学基础上发展起来的一门新学科,经过近些年来的发展,己经形成为一门新的应用技术学科,到20世纪90年代,己经形成了具有完整体系和鲜明特点的模糊拓扑学!框架日趋成熟的模糊随机数学!模糊分析学以及模糊逻辑理论,并渗透到各个学科领域,如:人工智能!管理信息!机械制造!自动化控制等等,应用相当广泛。

二、多目模糊优化设计优点:

(1)优化设计方法能够加速设计进度,节省工程造价优化设计与传统的结构设计相比较,一般情况下,对简单的构件可节省工程造价的3一5%,对较复杂的结构可达10%,对新型结构可望达2000/(2)结构优化设计有较大的伸缩性作为优化设计中的设计变量,可以从一两个到几十,上百个"作为优化设计的工程对象,可以是单个的构件,整个建筑物甚至建筑群设计者可以根据需要和本人的经验加以选择0的大小,为设计者进一步改进结构设计指出方向"(4)某些优化设计方法(如网格法)能够提供一系列可行设计直至优化设计,为设计者决策时提供方便(5)设计者能够利用优化设计方法进一步贯彻设计意图"例如在钢筋混凝土结构的优化设计中,若设计者在设计中想相对的少用些钢筋,多用些水泥,只要修改一下目标函数就可以了"

三、多目模糊优化设计

1.多目模糊优化设计

具体说来,就是给出该问题的数学模型"模糊优化的数学模型和普通优化的数学模型一样,也是从设计变量,目标函数和约束条件这三方面给出的模糊优化的设计变量,仍然是决定设计方案的!可由设计人员调整的!独立变化的参数它们或者是决定形状大小的几何参数,或者是决定结构性能的物理参数"这些参数,过去都视为确定性的,但严格说来,大多具有不同程度的模糊性"如结构设计中的动载系数,抗震设计中的地震烈度,动态设计中的阻尼参数等它们很难由一个确定的值来给出,都有一个从完全是到完全非的中介过渡过程,都具有不同程度的模糊性模糊优化的目标函数,仍然是衡量设计方案优劣的某一个指标(单目标函数)或某几个指标(多目标函数)/优0和/劣0本身就是个模糊概念,没有一个确定的界限和标准通常,我们说:要使某项指标达到某个值附近,或达到某一范围,或越小越好等等实际上,都说的是目标函数的模糊性另外,由于目标函数是设计变量的函数,当考虑了设计变量的模糊性时,目标函数也必然是模糊的"模糊优化的约束条件,仍然是限制设计变量取值的条件,也即是设计方案所必须满足的条件"这些约束条件.

2. 拓扑优化方法

拓扑优化设计是现代创新设计领域中的重要核心技术与定量设计方法,是传统的尺寸设计和形状设计的扩展与延伸它的基本原理是在给定材料重量的条件下,通过优化设计与数值求解过程获得具有最大刚度的结构布局形式及构件尺寸自1988年丹麦学者Bnedsoe与美国学者Kikuhci提出结构拓扑优化设计基本理论以来可以说近二十年间结构设计领域发生了革命性的变化"基于结构设计要求的刚度一重量一振动多准则优化,研究使用保凸近似与凸规划建立快速有效极大极小值优化算法以及通用非线性广义加权法队将凸规划对偶求解算法与结构多目标优化设计相结合并应用于拓扑优化设计该研究方向目前已成为国际工程结构与产品创新设计领域的研究热点"目前拓扑优化设计方法作为一项关键技术已应用于卫星!飞机!汽车的关键承力结构,薄壁件结构的加强筋,布局设计以及微机械系统(MEMs}!柔性机构布局设计等多个领域因此从军事应用及国防需求前景上讲,拓扑优化设计方法具有直接而广泛的应用价值

3.多目标协调优化

1994年,Kroo与Balling!sobieski等人提出了协调优化(eo),1997年,工甲peta和Rneuad将该方法修正后用于解决多目标优化问题并对该方法的三种不同的版木做了比较"这种方法的中心思想是:把多目标问题划分成一个个的次问题,然后逐步优化,直到最终得到优化解"

4.模糊优化方法

1992年,Allne探讨了一种能够非常有效地求解分层设计问题的模糊优化方法,显示了该方法解决综合优化设计问题的优点该方法就是利用模糊集理论,构造目标函数!约束函数和设计变量的隶属函数,进而转化为单目标函数进行优化考虑模糊因素的设计问题有以下好处:1使用模糊关系描述某此问题比确定性描述更准确;o考虑问题的模糊性能有效地拓展求解空间;

5.随着优化设计的深入,

篇4

在建筑结构设计中，不同方案的选择及不同建筑材料的选用对工程造价会有较大影响， 像基础类型选用、进深与开间的确定、层高与层数的确定、结构形式选择等都存在着技术经济分析问题。据统计，在满足同样功能的条件下，技术经济合理的设计，可降低工程造价10%左右，有的可达20%.建筑结构由基础、柱、墙体、梁、楼板、屋面板等部分组成，各部分占工程总造价的比例不尽相同，结构方案优化时对工程造价的影响也就不一样，因此在方案优化设计时我们所考虑的重点要有所侧重。下面就主要结构部分进行举例说明：

1、基础：基础结构的造价与工程所在地的地质条件密切相关，其工期约占整个建筑物主体工程的25%-30%，造价约占总造价的10％-20％，基础工程的重要性显而易见。所以设计时应重视地质勘察报告的交底工作，选择合理的基础型式，控制基础的截面尺寸与埋深。如两座相临的住宅楼工程，根据地质勘探资料，设计基础承载力及埋深相同，地面以上部分结构设计也相同，均为6层砖混结构，建筑面积3236m2；地面以下部分选用两种基础形式，1# 楼过于考虑安全性，设计选用了钢筋砼条形基础，C20砼浇筑， M10水泥砂浆、MU10砖砌筑，基础总造价为16.13万元。在2#楼设计中，将基础改为毛石条形基础，用MU20毛石、M10水泥砂浆砌，基础总造价为10.35万元。通过对比，基础建筑面积造价，1# 楼为49.86元/m2，2#楼仅为31.98元/m2。在两楼楼型、结构及使用功能相同的情况，地质条件满足安全使用的前提下，只将钢筋砼条形基础改为毛石条形基础，基础部分的造价减少了35.88%。这对整座住宅楼工程造价的控制起到了积极作用。

2、柱网布局与柱子：柱网布局是确定柱子的行距（跨度）和间距（每行柱子相邻两柱间的距离）的依据。一般来讲，柱网尺寸在6-12m之间，柱距小则传力路线短，上部结构节省材料，但可能基础费用高，因而柱网布局是否合理，对工程的结构造价有很大的影响。此外，柱子截面形状及大小的选择也对工程造价有着直接的影响。下面就柱子截面大小实例说明它对工程造价影响的程度。

某四层厂房根据工艺要求，在厂房结构设计中采用现浇钢筋砼框架结构，初始设计方案为：框架边柱截面750mm×750mm，中柱截面750mm×1000mm； 框架梁截面统一为450mm×1900mm，受力主筋均采用Ⅱ级钢筋。初始设计方案的主要消耗材料为： 框架梁混凝土130.82m3，梁受力主筋15179.4kg；框架柱受力主筋3654.2kg。初始方案的结构系统总造价为19.12万元。优化设计时，以框架结构尺寸和框架柱截面尺寸为常量，把框架梁截面高度尺寸为变量，并以模数50mm为步距进行变化。当框架梁截面高度变化时，框架梁自重及梁、柱配筋均相应变化，结构总造价也相应变化。经过分析，求得该四层厂房结构优化设计方案的主要参数为：框架边柱截面750mm×750mm ，中柱截面750mm×1000mm，框架梁截面统一为450mm×1600mm。优化设计方案的主要消耗材料为：框架梁砼110.16m3（比初始方案减少20.66m3），梁受力主筋17185kg（比初始方案增加2005.6kg）；框架柱受力主筋4482kg（比初始方案增加827.8kg）优化设计方案的结构系统总造价为185823元。对比分析初始方案与最佳方案，该框架结构总造价由19.12万元下降到18.58万元，仅主体结构节省投资2.9%，经济效果比较显著。

如果我们对柱子钢筋连接方式进行方案优化设计，有时也能节省大量资金。某综合楼设计时，柱子钢筋采用电渣压力焊接技术，从而可比搭接方法节省10％还要多的主筋，仅此一项可节省数十万元之巨。

3、梁：矩形截面梁是最普通的受弯构件，在设计时常被使用，但材料利用率很低。一是因为靠近中和轴的材料应力较低；二是梁的弯矩沿梁长是变化的。由于等截面梁大部分区段应力低，材料得不到很好利用，只有在轴心受力时，材料利用率才可提高。因此，设计时可采用平面桁架代替矩形梁，平面桁架相当于掏空的梁，将梁中多余的材料掏去，这样既经济，自重又可减轻。它还可发展为空间网架，材料的利用率就能大幅提高。某超大跨度工业厂房，设计时用桁架外形的设计代替矩形截面梁，经济上取得相当好的结果。

4、砼及钢筋的选用：除了要满足结构的需求外，应力求方便施工，尽量减少砼标号与钢筋型号的种类。有的工程梁、板、柱采用不同的标号，使施工难度加大，浪费了材料，加大了采购成本。钢管砼结构是将砼填入薄壁圆形钢管内而形成的一种新型结构，它将两种材料有机地结合，可借助内填砼增强钢管壁的稳定性，借助钢管对核心砼的套箍作用，使核心砼处于三向受压状态，从而具有更高的抗压强度和抗变形能力。钢管砼与钢结构相比，在自重相近和承载力相同条件下，可节约钢材近50%，并节约大量的焊接工作量。与普通砼相比，在保持钢材用量相近和承载力相同条件下，构件截面面积可减少约50%，材料用量和构件自重相应减少约50%。实践证明在结构设计时，使用这些新工艺设备可大大降低工程造价。

方案进行优化设计，要把握好技术和经济的对立统一关系，既要反对片面强调节约，忽视技术上的合理要求的做法，又要反对设计保守浪费，只重技术，轻经济的思想。

根据现阶段的情况，若要推行优化设计，笔者有如下建议：

1、加大行政监督和加快设计监理工作。优化设计工作的推行，政府主管部门首先要重视，通过行政手段来保证优化工作的实施，加大对设计市场的管理力度，建立和完善相应法律法规，规范设计市场。其次建立设计监理制度已成为形势所迫，业主所需。目前还没有客观公正的“第三方”来监理结构设计的进行，所以通过设计监理的方式可以打破设计单位自己“控制”自己的单一局面。

2、建立必要的设计竞争机制。为保证设计市场的公平竞争，设计经营也应采用招标投标，并颁布相应的法规条例。各地可以成立合法的设计招标机构，符合条件的项目必须招标。招标时对投标单位的资质、信誉、技术等方面进行必要的资格审查，设立健全的评标机构，运用价值工程等手段对备选方案进行优化选择。设计单位为提高自身竞争能力，在内部管理上应把设计质量同个人效益挂钩，促使设计人员加强经济观念，把技术与经济统一起来，改变以前设计过程不算帐，设计完了概算见分晓的现象。

篇5

关键词：建筑工程；结构设计；优化措施

Abstract: nowadays, modernization is generally applied to the city construction, this drives forward the country's high building development progress, as people have the requirement of building construction continues to improve, construction technology that could face higher challenge. Therefore, from building engineering structure design aspects, to improve and expand the construction engineering play space. Based on this, this paper focuses on the construction engineering structure design of the measures are discussed.

Keywords: building engineering; Structure design; Optimization measures

中图分类号：TB482.2文献标识码：A 文章编号：

城市高层建筑的高度在不断的进行增加,这就使得高层建筑向侧向位移，所以，在对高层建筑进行操作设计时，在确保具有一定强度的同时,还应该使结构刚度适宜,使得其在结构上的自振频率等一些有关动力的特性更加合理,从而在一定空间内保证了控制水平作用力下的层位移。除此以外，为了避免高层建筑在大型地震下有倒塌情况的发生,一定要具备必要的强度,以清晰明了的概念设计和科学合理的构造措施为基础,将全部结构、尤其也要注意提高薄弱层面的变形能力,以确保结构的延性。

1 有关建筑结构的分析

（1）关于刚性楼板的分析。在计算高层建筑的位移和内力的过程中，一般情况是假设楼板与本身平面内的刚性是无限的,如果平面外刚度极小，就将其排除在计算范围之外，在以刚性楼板为假设的前提下,还要在设计过程中运用一些措施以保证楼板平面内整体刚度。（2）小变形分析。基本假设在所有的方法中都是经常运用的。但专家们在研究非线性问题后得出了新的结论，将P―Δ效应考虑在计算内的条件是通常在顶点水平位移与建筑物高度的比值大于1/500时。（3）计算图形的分析。有关高层建筑结构的体系，进行全面分析时所使用的计算图形分为：一维和二维协同分析、三维空间分析。（4）结构材料的分析。假定线弹性作用于建筑结构的位移、内力时,一般情况下假设成构件与结构处在弹性工作情况下,以弹性理论为依据进行研究,但关于连梁及框架梁等一些构件则需要由局部塑性变形而产生的内力重分布做出研究。在计算地震环境下，建筑结构易变形的薄弱层，应依据弹塑性方面分析其方法。

2优化有关建筑工程结构设计的方案

2.1优化一些有关独立基础设计的荷载取值

对于一些钢筋混凝土进行多层次框架设计时，房屋一般采用的方法是柱下独立基础，如果在地基的重点受力层范围以内不具有软弱的粘性土层时，在小于8层并且高度小于等于25m的普通民用框架房屋或是具有一定的荷载范围的多层框架厂房，可以不用进行验算地基和最基本的抗震承载能力。但具有该特点的房屋在对其进行基础设计时也要将风荷载的影响算在考虑范围内。所以，在对使用钢筋混凝土的多层框架房屋进行整体计算分析时，必须将风荷载这一因素输入，不能因为地震区的高层建筑之外的普通建筑风荷载缺乏控制作用就将其忽视；另一方面，在进行独立设计基础的时候，在有关基础上的外荷载柱的脚内力设计值，只取弯矩设计值以及轴力设计值，有时候也不依据弯矩设计值。以上两方面最终会导致基础设计的配筋偏少，威胁基础及上部结构安全。

2.2对基础拉梁设计的优化

若出现多层框架的房屋在基础埋深值较大的情况，为了计算小底层柱的长度以及减小底层的位移，在±0.000之内的合理位置进行基础拉梁的设置，但在设计时不能按构造要求进行设置，应该按框架梁进行设计，依据相关规定设置箍筋加密区。从抗震方面来考虑施工，在基础方案应采用短柱。一般情况下，在独立基础埋置不深时，会出现不良的地基等状况，根据抗震的需求，可顺应两个主轴的旋转方向对基础拉梁进行构造设置。对于基础拉梁的截面宽度和高度都有要求，宽度在柱中心距1/20～1/30处，高度于柱中心距1/10～1/15处。因此构造基础拉梁截面应在上述限值范围内，对于纵向受力钢筋，采用的计算依据有要取在所连接柱子最大的轴力设计值的10%为压力或拉力进行计算，在为构造选择钢筋时，应遵循最小配筋率的要求。基础拉梁顶标一般情况下都与基础顶标高一致，在出现框架底层的层高不足或者基础埋置较浅的情况时，有时需要比较大的设计基础拉梁，也便于通过拉梁这种方式来平衡柱底的弯矩。此时，拉梁钢筋就要进行通常设计。拉梁的正负弯矩钢筋有框架柱之内的拉梁箍筋、加密锚固以及有关于抗震构造的需要应全部符合上部框架梁。

2.3合理优化柱箍筋与框架梁的间距

按照上述规定，通常情况下，工程常取柱、梁在箍筋加密区的间距和非加密区箍筋间距的最大值分别为100mm和200mm。在电算程序全部信息中一般内定的柱、梁箍筋加密区的间距为100mm，并以此为计算出加密区箍筋面积的凭证，因此设计人员应按照规范明确箍筋直径和肢数。然而，在内定程序的状态下，在框架梁的跨中位置有起集中荷载作用的次梁而箍筋却仅有两肢时，可对箍筋进行合理的加密或增加箍筋直径。在框架内定柱的加密区的箍筋是有要求的，是在100mm的间距时，在一般时候，框架柱或许会因为非加密区的箍筋采用200mm的间距而出现配箍不足的情况。所以，合理的强化箍筋直径以及加密箍筋的间距。这都是我们需要注意的关键，在验算柱、梁箍筋非加密区的配箍时，应以加密区的终点处为剪力设计值，且不计算剪力增大系数。

2.4优化结构周期的折减系数

框架与框架结构，因为存在填充墙，结构实际的刚度要大于计算刚度，计算周期大于实际周期，因此，如果地震剪力的结果偏小，结构就处于危险的状态下，所以一定要折减结构计算的周期，然而，不折减计算框架结构的周期或者折减系数取值过大都是不正确的做法。从框架结构方面来看，使用砌体填充墙面时，其周期的折减系数处在0.6～0.7这个范围以内；在砌体填充墙过少或者使用轻质砌块的时候，取值在0.7～0.8之间；采用的完全是轻质墙体板的时候，取值在0.9。不折减计算周期的情况要以无墙的纯框架为前提。

2.5全面优化框架计算简图

对于没有地下室采用钢筋混凝土的多层框架房屋来讲，独立基础的埋置过深，大约在-0.30m无基础拉梁的情况下，应输入基础拉梁按层Ⅰ。例如：某项目是3层钢筋混凝土的框架结构，属丙类建筑，其建筑场地是Ⅱ类； 3.2m层高，1.0m的基础埋深，基础高度为0.7m，室内外高差为0.30m。在震区为7度时，该工程的框架结构气抗震等级是三级。设计者在计算时应以3层框架房屋计算，首层层高为3.5m，即假如框架房屋嵌固于-0.30m基础拉梁的顶面；配筋与截面按构造设计；以中心受压计算其基础。明显看出，用此种计算简图并不恰当。在设拉梁层的时候，通常来说，将底层柱配筋控制基础顶面处的截面与控制基础拉梁顶面的截面进行对比。由于地基土具有约束性的计算简图，在进行电算时，基础拉梁要按层1输入，输入基础拉梁墙荷，设计配筋时按电算结果为准。

3结语

综上所述，伴随着高层建筑的不断进步和发展,高层建筑的材料、形式、力学分析的模型日益复杂多变。优化建筑工程结构并对其进行设计处理，以达到从整体上优化建筑结构设计的最终目的，从而使得建筑在设计要求上更科学、经济及合理。

[参考文献]

[1]陈雷.建筑工程结构设计总说明中的问题[J].工程建设与档案，2003（4）.

[2]苏英.高层建筑结构设计的几个问题[J].科技信息(学术研究),2007(16).

[3]闵小双.概念设计在建筑结构设计中的意义[J].科技咨询导报,2007(02).

篇6

关键词 拆建工程；结构布置；设计优化

中图分类号TU3 文献标识码A 文章编号 1674-6708（2014）113-0214-01

蔷薇河地涵位于江苏省宿迁市沭阳县桑墟镇、连云港市东海县吴场镇接壤处，与沭新河退水闸、沭新河北船闸、桑墟水电站构成沭新河渠尾水利工程枢纽。蔷薇河地涵建于1959年，运行近40年，经省发展改革委批复对蔷薇河地涵拆建。新建地涵倒虹吸钢筋砼箱式结构，共3孔，设计流量65m3/s，孔径尺寸为3.50m（高）×3.35m（宽），批准工程建设总工期11个月，汛前完成水下工程，具备工程运行条件。

结合工程特点，考虑工期较紧，通过分析老地涵现状，新建地涵洞身布置有必要进一步优化，在确保结构安全稳定的基础上，达到有效控制投资成本，提前工期要求的目的。

1 新建地涵洞身设计优化布置

原方案为地涵全部拆除后重建，经对老洞身侧墙进行稳定计算，通过墙后适当减载可维持其稳定，优化设计拆除老地涵中隔墙和顶板，保留老地涵侧墙和底板，利用老地涵底板作为新涵洞底板垫层，利用老涵洞的外侧挡墙稍作处理后作为侧墙挡土和新地涵施工的外侧模板，将新建地涵布置在老地涵内的方案。

根据原地涵现状，具备新建地涵布置在老地涵内的条件。新建地涵总宽12.65m，其中边墩和中墩厚分别为0.65m和0.90m，原地涵上、下洞首两边墙内总净宽12.20m，洞身段两边墙内总净宽从中间向两洞首分别由13.40m变至12.80m再变至12.20m。根据老涵洞的几何尺寸核算，空间布置不存在问题。（见图1）

2 原地涵拆除方案与内置方案比选

1）内置方案保留侧墙挡土，可减少土方开挖量和回填量。老涵洞侧墙总高度5.2m，考虑到一定的安全储备，挡土高度至少可利用3.5m，在施工过程中采取一定的措施和合适的施工次序，挡土高度还可以提高。按利用挡土高度3.5m考虑，土方开挖量可减少20000m3，开挖量减少，基坑回填土工程量也大大减少；

图1 洞身水平段35m及两侧各40m范围

新老地涵相对位置关系图

2）内置方案保留侧墙和底板，可提高基坑稳定性和安全性。原地涵两侧均为回填土，长期处于水下，该层土的边坡稳定性差，通过内置方案可解决基坑稳定问题，内置方案利用侧墙挡土，减小了基坑开挖深度，对边坡的要求较低，不需要采取特殊的支护措施，确保基坑稳定和安全；

3）内置方案保留侧墙和底板，可减少拆除工程量和废渣处理工程量。经核算，全部拆除总方量约9000m3，总重约2万吨，按内置方案拆除约3600余m3，因回填底板拱腔耗费约1600m3，废渣清运工程量约2000m3左右。内置方案拆除工程量减少近60%，废渣清理工程量减少近80%；

4） 内置方案保留侧墙和底板，能够缩减工期，降低施工难度。基坑土方和拆除工程量的大幅减少，可缩减工期，减少土方和建筑废渣的堆放场地，降低施工强度，利用保留的侧墙作新建箱涵的外模，减少了立模工作量和模板用量。同时有利于工场布置、施工机械的配置、场内交通运输；

5） 内置方案保留侧墙和底板，可减少施工降排水压力。工程所在地持力层地基为粉质粘土，透水性较差，通过井点降水以期获得干燥的施工面收效不大。采用内置方案，新地涵基本在老地涵底板和侧墙所形成坞式结构中施工，由于坞式结构的阻挡，确保无水施工，排水要求可大大降低，只需在坞式结构以外的基坑面上采用明沟排水，不一定要采用井点降水。

3 内置方案须深入关注的问题

1） 老地涵侧墙的稳定和底板的强度。保留侧墙和底板，拆除顶盖及中间隔墙后，结构的受力工作状况发生改变，侧墙失去了上支撑后，变为重力式挡墙；底板失去了压重和支承，边载未变的情况下，受力发生改变。经复核计算，选择侧墙的合理挡土高度，总体上是安全的，但在实际施工拆除过程中，侧墙会有局部松动和损坏。因此，要密切关注其变形并采取措施保证老侧墙和老底板安全；

2） 要研究盖板和中墩拆除的方法和次序。由于本工程要保留侧墙和底板，要尽可能地对保留部分结构损伤减少到最小。需研究盖板和中墩拆除的方法和次序，在拆除上盖及中隔墩时考虑分期，间隔性保留少量留待下一步拆除，同进结合新涵洞的施工也是分期和间隔进行的，可将两者的施工次序和安排吻合起来；

3）新涵洞基础建在未拆除的老涵洞浆砌块石基础上，要考虑应力不均及沉降等问题。一是对地基产生的附加应力，完建期地基反力最大，保证地基反力在持力层地基允许承载力之内。二是新涵洞截面为整体连续箱涵结构，刚度大，反力上的些许不均匀所引起的结构内应力在结构承受范围之内，否则由于结构应力变化容易造成新建涵洞墩墙产生裂缝。

4 结论

本文通过对计方案比选优化，确定新建地涵布置在老地涵内的方案，经施工验证，该方案减少了基坑土方开挖、回填量，解决了基坑支护和无水施工，保证了基坑稳定和安全，降低了施工难度，达到了保证工程安全、质量、减少投资和节约工期的目标。

篇7

【关键词】建筑结构；优化；房屋建设

随着社会的发展，人们对于建筑的要求越来越高。建筑工程的结构越来越复杂，建筑面积越来越大，建筑层数越来越高，要求建筑成本控制与建筑结构优化技术，对建筑工程提出了更多的挑战。采取相应的结构优化技术，提高设计水平，能够降低当前的投资成本，提升建筑质量。建筑结构优化主要包括房屋整体设计的优化和内部细节的优化，在建筑结构优化建设中，对相关的制约因素进行分析，落实优化技术措施，提升优化水平，能够促进建筑结构设计水平的提升。本文从建筑结构优化的概念与优化技术探讨建筑结构的优化技术措施。

1、建筑结构优化技术概述

1.1 建筑结构优化技术概念

建筑结构优化技术是在建筑结构设计中，根据建筑工程的需求，考虑到布置、造型、造价等因素，运用相关的技术和方法，对建筑结构的相关内容进行优化设计，确保设计工程质量与施工效率的技术的总称。建筑结构优化技术具有自身的显著特征，设计过程中，需要在考虑建筑工程需求的基础上，采取针对性的设计策略，对不同的设计方案进行对比，选择最优方案，对工程建设进行指导，提升工程建设项目效益。

1.2 建筑结构优化技术的内容

房屋建筑最重要的是建筑安全以及使用价值，对于建筑工程而言，在保障建筑质量的前提下，对建筑结构进行优化设计。具体而言，建筑工程优化的主要内容包括对房屋的整体结构的优化以及房屋细节构造的优化设计，通过整体和部分的结构优化设计，逐步进行划分，从而获得最优化的分析设计。

1.3 建筑结构优化的意义

通过优化设计，能够提升建筑空间的使用效率。建筑结构优化设计，能够提升设计水平，对各部分结构进行合理的安排，确保建筑结构的美观实用，同时有利于降低建筑工程造价。实践表明，建筑结构优化设计能够节省成本5-20%，从而提升建筑工程效益。

2、建筑结构优化技术组成

为了提升建筑的建设质量，具体的优化技术包括以下方面。

2.1 概念优化设计

概念优化设计主要包括以下的技术：（1）结构优化模型，房屋建筑的结构优化设计首先需要选择设计变量，设定目标控制参数与约束控制参数，确定目标函数与约束条件，对于房屋结构中的结构条件、尺寸约束、结构强度约束、应力约束、变形约束等参数进行确定，将设计的约束条件与目标约束条件相比较，选择最优的约束条件，使设计成本最小，从而实现最优设计；（2）优化设计计算方案，合理选择优化设计计算方案，可以选择复合形法、拉氏乘子法等方法，对相关参数进行计算；（3）进行程序设计，采用合理的计算程序与结构优化模型，编制功能齐全、运算速度快的综合程序；（4）结果分析，对计算结果进行分析，从成本、施工等多角度进行计算，确保计算结果满足安全的需求，确保优化设计适用、安全、经济、美观和便于施工。

2.2 桩基优化技术

建筑结构桩基优化措施包括以下方面：（1）桩静载荷试验以及单桩承载力调整，基础试桩以及工程桩的检验可以看到，近年来许多基础桩的承载力大于计算值，因此在计算的过程中，采用试验桩的实际承载力进行桩基基础的计算，能够提升桩基工程的承载力稳定性，降低桩基工程成本，提升桩基工程的效益，在桩基结构优化中，需要按照试验桩进行桩基设计与施工，按照桩基承载力以及荷载试验进行研究，通过调整单桩承载力的特征值，优化桩基数量计算；（2）桩身配筋调整，根据《建筑桩基技术规范》对桩承载力以及裂缝控制的要求，在桩基计算中，需要对不同钢筋级别对承载力的影响进行分析，在对桩基计算的基础上，合理计算配筋率，将桩身配筋进行计算，在确定桩静荷载和桩中心距等参数的情况下，按照桩基顶部能够承受的竖向力计算配筋率。建筑主体结构的计算中，部分结构的柱墙底弯矩非常大，在计算的过程中，通过配筋率的计算严格控制裂缝，在确保静荷载力、弯矩等参数的基础上，进行配筋计算，确保所有桩基的配筋率均能满足桩基础的承载需求，满足桩基裂缝控制的目的；从桩身出发，将桩身中部以下部分进行减半处理，从而减少钢筋用量，降低工程成本。

2.3 施工优化设计技术

施工优化设计技术主要包括以下的流程：（1）结构整体和局部优化，建筑结构优化应该具有层次慈宁宫，从设计体系、结构体系、安装体系等多层次的体系，结合建筑结构的需求，确保设计体系的完整性，除了结构整体设计之外，还需要从材料选取、构件选择、结构类型等方面完成优化选择，确保所选择的材料满足建筑结构的需求，从整体入手，细化设计工作，提高设计水平；（2）桩基础与上部结构优化，从桩基础施工开始，合理选择桩基施工技术，当前常用的桩基础包括预制桩和灌注桩两种不同的类型，灌注桩的施工难度较高，预制桩的质量可靠，能够显著提高地基承载力，根据地质特点与建筑工程的需求选择桩基础施工技术；在上部结构设计时，根据建筑方案合理布置柱、剪力墙等竖向构件，保证其满足侧向刚度和承载能力的要求的前提下，达到最优的经济性；（3）不同阶段结构优化，对建筑的基础结构、上部结构、细部结构等各部分设计时，从整体到细部进行合理优化设计，实现各部分的协调优化设计，在设计中，除了确保建筑的设计安全之外，还需要保障设计的美观，在建筑结构柱、墙的设计中，在保证结构质量的基础上，尽量简化建筑系统，选择自重较轻的原料，以实现减轻结构自重的目的，同时确保各部分的结构美观，在应力集中、受力方向较多的转角区域进行加固措施，确保结构的稳固。

3、建筑结构优化技术的应用策略

3.1 前期优化设计

前期设计是影响建筑结构优化设计的关键，在建设过程中，需要根据建筑结构的需求，考虑到结构的合理性以及可行性的情况下，对设计结构进行有关设计。在前期设计中，除了确保结构设计满足建筑的需求之外，还需要结合建筑的成本、计算设计等方向进行分析，设计合理的建筑方案与施工方案，尽量降低总投资，确保设计的合理性。

3.2 合理的运用概念设计

概念设计是房屋建筑结构设计的重要内容，在概念设计中，通过对建筑结构进行分析，再此基础上提高房屋性能、经济性，确保房屋结构的优化设计。在建筑结构优化设计中，合理的运用计算程序，对建筑结构的周围环境与建筑结构的内部进行分析，合理的筛选设计方案，从而选择最优的概念设计方案。比如在地震区的建筑设计中，需要对地震区的地质环境进行分析，考虑到建筑结构减震的需求，合理的选择结构优化方案；在概念设计中，合理的选择设计软件与信息技术，根据设计人员的经验进行判断，确保最终方案的适用性与经济性。

3.3 解决房屋建筑结构设计的实际复杂问题

建筑结构优化设计中，需要考虑到建筑结构设计的复杂问题，从前期设计开始，加强结构优化设计管理，通过概念优化设计，加强建筑物的抵御能力，确保建筑物能够抵抗外部环境的影响，增强建筑结构的稳定性与安全性，同时达到合理的节省建筑总的建造成本。

4 结语

建筑是凝固的艺术，建筑结构优化技术是确保建筑结构优化的有效措施，对于建筑结构具有重要的意义。根据建筑结构的适用、安全、经济、美观和便于施工的原则，对建筑结构的整体以及细部进行合理设计，有效的发挥建筑的空间效果，降低建筑成本，优化设计的各个部分，提升设计水平的提升，提升建筑工程质量。

参考文献 ：

[1] 师永国 . 房屋建筑结构设计中优化技术应用分析 [J]. 建材发展导向（上），2014，（6）：162-162，163.

篇8

关键词：结构优化设计的方法、基础优化设计，现实意义

Abstract: in the building structure design, the choice of different design, and choose different kinds of building materials of engineering cost will be produced great influence, so the structure optimization design scheme is particularly important, this paper mainly expounds the structure optimization design method, as well as to the need for the main part of the optimization design was analyzed, and puts forward the structure optimization design of practical significance.

Key words: the structure optimization design method, on the basis of the optimization design, the practical significance

中图分类号：TU318文献标识码：A文章编号：

开发商只有不断寻求新的手段才能满足消费者的需求，因此降低工程造价就成为开发商首要的追求目标了，要实现这个目标就需要利用结构设计的优化设计方法，来提高有限空间的利用率，使有限的资源发挥更大的作用。

一、结构优化设计的方法

一个优秀的建筑不仅仅是美观与优化结构设计的紧密配合，更是满足了人们对房屋结构安全性能、经济性和设计合理的要求，所谓的结构优化设计方案，就是结合原来的设计方案、新的工艺和设备、新材料的投入，对局部的设计进行改变，不仅要满足技术和功能可行性的要求，还要节约材料使工程造价明显降低。

1、建立结构优化设计的模型

结构优化设计是在各种变量参数中选择主要的参数，并为其建立函数模型，运用合理科学的方法计算出最优解。建立优化结构模型的步骤大致如下：一是，选择合理的设计变量。因为各种设计变量的选择对设计要求的影响是比较的大，在设计的过程中可将所涉及到的变量按照其自身重要性进行区分，将一些变化不大的参数定为预定参数，通过此项工作能减少计算和编程的工作量。二是，确定目标函数。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。①在设计的过程中，要保证各种约束条件必须符合要求，找到满足条件的最优解，并确定约束条件。

2、选择结构优化计算方案

结构优化设计是个非线性的优化问题，在设计中涉及到多个变量和多个约束条件，设定好计算方案，通常是将约束条件变为无约束条件来计算。拉式乘子法、复合型法和POWELL等方法是常用的计算方法，在完成了相应的计算方案后再进行编程运算即可完成最终的优化设计结果。

二、需要进行优化设计的主要部分

在建筑结构优化设计中，不同方案和不同建筑材料的选择对工程的造价都会造成不同影响，尤其是在基础类型的选用、开间的确定、层高与层数的确定以及结构形式选择等方面都有着重大关系。据统计，在满足同样功能的条件下，经济合理的优化设计可以使工程的造价降低10%左右。基础、柱、墙体、楼板、梁、屋面板等是建筑结构的主要组成部分，这几个部分在工程造价中所占的比例也不相同，结构优化设计时对工程的造价影响也不相同，所以在优化方案设计过程中的侧重点也不尽相同。

1、对基础结构的优化设计

基础结构在整个工程工期的1/4左右，并且基础造价也占到总造价的10%-20%，所以基础工程结构的重要性也是显而易见的。而且基础结构工程的造价还与地质条件是密切相关的，设计时对地质勘探报告要求也是极高，选择合理的基础形式、控制好基础的截面尺寸和埋深，能相对减少基础结构在总工程造价中的费用。

2、柱网布局和柱子截面的优化设计

柱网布局决定柱子的开间和跨度（纵向或横向相邻的两个柱子的间的距离），柱网的尺寸一般来说在6到12米之间，如果柱距小那么其传力路线就短，上部结构的材料就能节省，但是这可能使基础费用偏高，所以说柱网布局是否合理，对工程的造价有很大的影响。另外，柱子的截面形状和尺寸对工程造价也有着直接的影响，所以合适的柱网布局、柱子截面的形状及尺寸的选择对工程造价的影响是很明显的。

3、梁的优化设计

在结构设计时通常采用矩形截面梁当做受弯梁，但是这种情况下材料的利用率较低。因为，首先，在靠近中和轴附近的材料的应力较低，再者，梁弯矩会沿梁长变化而变化。由于截面梁大部分区段的应力较低，材料都不能得到很好的利用，要想提高材料的利用率，在设计时可采用平面桁架来代替矩形梁，此时平面桁架就相当于掏空梁，掏去了梁中多余的材料，减轻了其自身的重量，这样既经济又实用，大幅度地提高材料的利用率。

4、结构构件配筋计算的优化设计

在计算建筑物构件尺寸及配筋的过程中，多次反复调整构件尺寸并进行计算，从中总结出最优化的结构尺寸，使得在一个固定荷载常数下，得到最为经济的计算结果。计算结果应满足两个重要的指标：a、计算结果应首先确保结构的安全性，这是重中之重。b、在满足安全的前提下，使配筋量大致控制在结构计算配筋的范围内，使得构件内的钢筋量切实地发挥其受力作用，而并非作为仅仅起到支架作用的构造配筋量。经本人粗略统计，采用此法设计，可以使得最终钢筋量控制在首次计算结果的80%至90%左右。

三、结构设计优化的现实意义

1、降低工程总造价

在进行结构优化设计时，高层与多层住宅相比，层数明显更多，这样总建筑面积也就增大了，单位建筑面积占用的土地面积就越小，从而节约了用地成本，但建筑层数的增多，建筑物的总高度也会加大，这就需要增大楼与楼之间的间距，这时所占土地量的节约就与建筑层数增加不成比例了，因此合理计算单位占地面积在降低总成本中显得更为重要。另外，在高层中一栋楼只有一个屋盖，这并不会因为层数的增加而改变，所以它的成本会有比较明显的下降。

2、提高建筑物结构性能的经济性

由于建筑物层数的增加，使得墙体面积和柱体积总面积有所增加，结构的自重会有所增加，这样基础部分和柱的承载力也会相应地增加，水、电、暖的管线就会加长；相反如果降低层数，就可以节省材料，提高抗震能力，同时由于建筑的总高度有所减小，两建筑之间的日照距离也会减小，这样就间接地节约了用地。在建筑面积相同，建筑物采用不同形状的平面时，它们外墙的周长也不相同，这样当选择圆形或是越接近方形时，外墙周长系数是越小的，从而使得基础部分、外墙砌体、内外装修表面都会随之减少，同时其受力性能也将得到大大的提高，也就增加了建筑的经济性。

四、结束语；通过优化设计手段进一步加深对结构优化设计在工程造价控制中的重要性认识，创造合适的条件，确定合理的目标，采用科学的控制方法，各个方面达到最佳结合，降低工程的总造价，这不仅符合现今建筑商对于建筑结构效益的追求，也是市场可持续发展的需求，更是适应绿色环保的要求。

参考文献

篇9

【关键词】建筑结构、优化设计、要求、思路

中图分类号：TB482.2 文献标识码：A 文章编号：

随着时代的发展，建筑结构的优化设计已经成为人们生活品质的一种时尚追求，符合时代潮流，越来越受欢迎。一般来讲，建筑结构设计必须全方面考虑工程成本、后期维护、客户需求、环境保护等因素。以下简单介绍了建筑结合优化设计的要求和改进思路。

1.国内建筑结构优化设计的基本要求

1.1满足建筑结构优化设计的功能

从本质上讲，建筑结构的优化设计的目的是提供更加优质、舒适的生活条件给住户，满足住户更高的生活品质追求。在国家经济社会快速发展，人们生活水平大幅度提高的社会条件下，满足人们对建筑设计的美观、实用、舒适功能需求，是建筑结构优化设计的重要要求。

1.2提高建筑结构优化设计的经济效益

在确保建筑结构设计的质量安全的前提下，应充分考虑如何提高建筑结构优化设计的经济效益。通过有效控制工程成本，选择新型材料施工，合理估算工程所需物料，提高施工工艺和施工技术水平，减少建设资金的投入，避免人力、材料、物料大肆浪费现象的发生，响应国家建筑资源节约型社会的号召，真正提高建筑结构优化设计，同时在很到程度上更容易得到客户的认可，小投入得到大产出[1]。

1.3综合考虑建筑结构的各项安全要素

建筑结构的优化设计除应考虑结构的功能、经济效益外，还应该重点考虑建筑结构的安全性，否则，没有安全保障，其他都是空谈，不能长久。因此，在建筑结构的优化设计时，必须综合考虑影响建筑结构安全的各项要素，做好防范措施，确保建筑结构的质量安全过关。

1.4倡导建筑绿色设计，推广环保理念

随着节能、环保观念的普及，建筑结构的优化设计也应该适应时代潮流，倡导绿色设计，推广建筑设计的环保理念，为保护生态自然环境贡献一份力量。建筑结构优化设计的绿色环保主要体现在：一是选择节能、环保的建筑原材料，二是优化排水硬件设备，三是门窗材料的应选择新型的环保材料；四是循环利用各种施工废料，科学处理各类垃圾，防止其对环境造成“二次污染”[2]。

建筑结构的优化设计的新思路

2.1重视建筑结构优化设计方案的科学性和可行性

建筑结构优化设计的质量和最终设计效果在很大程度上受结构优化设计方案的影响，因此必须重视建筑结构优化设计方案的科学性和可行性，制定出优秀、可靠的建筑结构优化设计方案。在实际的编制方案时，设计人员应重要主要以下几点要求：一是认真选择合格、协调、一致的建筑构配件，确保全部的建筑零配件都能发挥最大效能，确保建筑结构的优化设计水准符合预期目标，减少投入资金，降低工程成本；二是树立全局的指导思想，充分考虑结构和各个配件的内在关系，提高其承载性能，发挥其优秀的延展性，确保其刚性最佳；三是在建筑结构的优化设计时，应注意对传力路径的设计进行简易化，提高建筑结构的安全性，避免传力环节的复杂造成的过多结构配件，增加工程造价、提高计算的误差概率、甚至引发安全故障等不好现象。四是充分考虑外力给结构造成扭转的影响，应明白通过简单的增加构件的方法来阻挡建筑结构发生扭转是不切实际的，这样只能造成更多原料的浪费，降低建筑工程的经济效益，还会给建筑结构埋下安全隐患。

2.2选择合适的方法进行建筑结构的优化设计

选择合适的方法进行建筑结构的优化设计是设计成功的重要保证，因此，设计人员应该根据客户需求、设计要求和设计的主要内容，用最快的速度把最佳的建筑结构样式确定下来，然后逐个对结构样本进行分析，充分考虑其成本投入，并把设计的界限和范围了解清楚。注意在施工图纸的绘制时，应该充分考虑结构估算结果的结合，充分考虑建筑结构计算的需求，充分考虑优化规范的要求，充分考虑施工流程和施工工艺的可操作性，并且要求图纸上的文字表达清晰、简要、完整。另外，注意在进行结构计算时，必须根据之前明确规定好的操作规程，密切结合建筑结构进行优化设计的实际条件来选择适合的计算策略[3]。

2.3设计人员应努力提高设计水平，提升综合业务素养

设计人员的设计水平和业务素养直接影响建筑结构的优化设计成果。因此设计人员应该从自身做起努力提高设计水平，提升业务综合素养。主要的措施有：一是设计人员必须努力学习美学、建筑学、艺术学、设计学等多学科知识，并在实践设计中将理论融会贯通，把力学和优化设计方法密切结合，设计出优秀的建筑结构优化方案，使得建筑结构设计优化成果更加符合人们美观而实用的需求。二是设计人员应该加强全局控制意识，充分考虑建筑住户的品味需求和客观功能需求，实事求是，多角度展开设计，防止出现顾此失彼情况，做到对建筑结构设计质量和设计水平有整体性的把握。三是设计人员必须增强自身的责任感，发挥团结合作精心，尽最大可能缩短周期，以降低建筑结构的资金投入，节约成本，提高经济效益。四是设计工程师必须精准把握施工工艺和施工流程，确保优化设计方案在实际施工时的可操作性。五是设计人员应该及时总结工作经验并有效利用设计特长。六是设计人员必须对建筑结构各部位的抗震强度和承载力度有清晰了解，懂得合理选择对柱、梁、板等的施工材料，能够准确把握结构横截面的各种不同尺寸。七是设计工程师在设计过程中应该具有创新精神，通过不断总结工作经验，努力改进优化方式，实现建筑设计的完美和细致化。

2.4提高原材料的综合使用效率，优化资源配置

材料是建筑的基本构成因素，所以建筑结构的优化设计也必须提高原材料的综合使用效率，减少原材料的浪费，促进优化资源配置。在建筑结构的优化设计时，原材料的选应该注意注意以下几点：一是必须充分考虑到当地环境，因地制宜，选择合适的建筑材料。二是必须充分考虑全部结构零部件的性能特征以及所占用的空间大小进行选择原材料。三是必须充分考虑建筑住户的喜好需求，选择材料能设计运用符合客户喜好。四是必须充分考虑原材料的环保和节能性能，以符合建筑结构优化设计的节能、绿色环保要求。五是必须充分考虑原材料的质量安全和使用年限要求，确保建筑结构的质量过关。因此，只有根据具体条件具体分析的原则，实施求是的选择合适的原材料，才能实现建筑结构的美观和功能需求[4]。

3.结语

综上所述，有关建筑结构设计的优化设计的分析具有重要的现实意义。通过明确建筑结构优化设计的美观、功能、环保、安全等基本要求，设计人员应树立全局的设计理念，提高建筑结构优化设计方案的科学性和可行性，提高自身设计水平和综合业务素养，提高原材料的综合使用效率，优化资源配置，提高结构优化设计的经济效益，确保建筑结构的质量安全，确保建筑结构设计效果更加贴切符合人们的审美要求和实用功能需求。同时，提高我国建筑结构设计的优化设计水平，促进我国建筑结构优化设计事业的长期快速发展。

【参考文献】

[1]刘长城，崔建敏.高层建筑结构设计分析[J].华章，2010，No.22623:233-234.

[2]李平安.建筑结构优化设计分析[J].科技致富向导，2011，No.37803:237.

篇10

关键词:建筑结构；优化设计；四位一体

科学技术的不断创新，推动经济不断向前快速发展，人们对物质生存环境提出了更高了要求，而建筑是人类物质生存环境的重要载体。近年来，节能环保型社会建设理念的不断深入人心，进一步加剧了建筑的需求者与供应者对建筑结构优化设计的需要。建筑结构的优化设计，不但满足了投资者控制建筑投资成本的目标，而且更加符合了使用者对建筑本体功能的需求，从而实现了社会整体经济效益的最大化。因此，建筑结构的优化设计，在市场经济下的节能环保型社会越来越成为可行。

建筑结构优化设计概析

建筑结构的优化设计主要体现在建筑工程的决策阶段、设计阶段、建设阶段。在建筑工程的决策阶段，确定结构优化设计所要达到的总体目标，满足本体功能，最大程度保障安全性，缩减投资成本；在建筑工程的设计阶段，确定每一个子系统及整体结构的优化布局；在建筑工程的建设阶段，以结构优化设计为建设原则，组织建设好每一个子系统从而实现整体结构优化布局。决策阶段结构优化选择是关键，设计阶段结构优化设计是核心，建设阶段结构优化建设是基础，三个阶段互相验证、互为补充、缺一不可。

建筑结构优化设计的基本要求：1、体现功能性，建筑结构优化的终极目标就是为了满足人类对物质生存环境的最大化需求。同时，对功能性的满足也不再局限于传统的实用，而是增添了舒适性、美观性、协调性等多种新元素。2、安全性，安全性为建筑结构优化设计的必然考虑因素。同时不能一味追求建筑结构的优化设计，忽略决策阶段、设计阶段、建设阶段的安全性。3、经济性，经济性是指通过建筑结构的优化设计，最大化的节约各种材料资源，达到减少建设成本的目标。4、环保性，建筑结构设计的环保性是继经济性之后的一大更高要求，建筑结构优化设计过程通过材料选用品种的环保、整体布局的环保来体现可持续的发展理念。

二、建筑结构优化设计的策略、安全与经济

1、结构优化设计中的材料选用

结构优化设计中的材料选用首先是要能体现功能性、保证安全性，其次才是体现经济性。建筑结构优化设计中的材料选用主要涉及到混凝土和钢筋。单一的混凝土使用，早已不能满足高层建筑结构功能性与安全性的要求；单一的钢筋使用，同样无法满足高层建筑结构的要求，更无法体现材料使用的经济性与环保性。于是，混凝土与钢筋材料融合成为复合体，功能性、安全性、经济性与环保性四位一体得以共同体现，钢筋混凝土结构成为建筑结构优化设计的重要结构。

根据建筑结构的不同受力特点、周围环境和材料的力学性能特点，钢筋混凝土复合体材料应运而生。在钢筋混凝土结构中,以受压为主的梁柱,充分发挥钢筋混凝土材料中混凝土抗压性能强的特点,尽最大化可能采用高标号混凝土,既可以减小构件截面,同时也增加使用空间,还能减轻结构自重。梁板以受弯为主,可采用高强度钢筋，减少钢筋使用量,另一方面要注意钢筋混凝土结构中钢筋与混凝土强度的合理匹配,最大限度地发挥出复合体材料的特有性能。对于高层建筑的结构转换层和受力复杂的结点部位以及大跨度结构,应采用型钢混凝土和预应力混凝土或钢结构等,保证其功能性、安全性、经济性的最大化性能发挥。

在实际工程作业过程中,因材料选用不当造成功能性、安全性、经济性无法得到最大化保证的情况很多。比如,经常出现的钢筋混凝土现浇板中混凝土标号过高的现象,高标号的混凝土不能充分发挥其强度性能,而且为抵抗高强混凝土较大的收缩变形和满足最小配筋率要求,板中钢筋的配筋量也相继增加,直接导致钢筋的使用量增加，间接影响工程投资成本的提高。所以，在建筑条件允许的情况下,应尽可能降低混凝土设计强度。同时由于混凝土设计强度的降低,可以有效地降低墙及楼板的裂缝,特别是地下室外墙板,减少后期的修补费用,保证了其功能性、安全性、经济性。

2、结构优化设计中的构件布置

建筑结构优化设计中的构件布置主要涉及梁、柱子、剪力墙的布置与设计。目前，高层建筑的结构设计大多采用框架―剪力墙结构体系,这种体系由钢筋混凝土框架和钢筋混凝土剪力墙两部分组成,框架的梁柱为刚接,框架与剪力墙可为刚接,也可为铰接。高层建筑体型日趋复杂,各种不同功能的建筑用房综合在一起,组成形态各异摩肩接踵的高层建筑,给建筑结构优化设计增加了一定的难度,而框架―剪力墙结构体系具有灵活组成使用空间的优点,比较容易满足建筑物的使用要求,而且框架―剪力墙结构体系有较高的承载力,较好的延伸性和整体性,并且具备很强的吸收地震力的能力,从而大大减小了结构本身的侧移。因此，在建筑结构优化设计的实践过程中，在框架―剪力墙结构设计中,剪力墙刚度的确定除了必须满足强度条件外,还必须使结构具有一定的侧向刚度。基于此,剪力墙刚度的大小将直接影响到结构的安全性及工程造价成本。另外，在框架―剪力墙结构初步设计阶段,简捷、准确地确定框剪结构中剪力墙最优数量,即可避免重复、繁琐的结构刚度调整计算,还可以达到减少经济成本的目标。

梁的选用与布置。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，最终还是无法实现社会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。但宽扁梁在经济指标上与常规梁相比并不是最优,由于y方向截面高度减小,使得纵向钢筋的配筋率较高,同时挠度偏大。在跨度进一步加大的情况下,也可采用预应力梁,以满足建筑物的特殊要求,但费用较高。此外，高层建筑框架柱截面大小主要由轴压比控制,在上部轴力一定的情况下,可以通过加大柱截面、提高混凝土设计强度、加大柱箍筋、采用钢混凝土柱等不同方法来控制柱轴压比，最大化程度保证功能性与安全性。

3、结构优化设计中的整体布局

在注重局部结构优化设计的同时，同时也应注重结构的整体布局与优化，因为局部结构的优化设计并不必然导致整个主体结构同样实现了优化布局，简单拼凑最终无法实现整体结构的优化设计，无助于建筑本体实现最大化功能性、经济性、安全性。为实现这些目标，需要结构设计者用整体的概念在特定的建筑空间中来完成结构总体方案的构思,处理好构件与结构、结构与结构的关系,充分利用和发挥整体结构和构件的最佳受力状态,使结构具备足够的承载力、刚度和良好的延伸性; 通盘考虑整体结构的每一个构件,使结构构件能够协调一致发挥其最大效能,确保达到规范规定的设计目标水准, 实现整个结构安全可靠度的协调一致性，实现经济又安全的双重目标。