工程结构优化设计基础范文

导语：如何才能写好一篇工程结构优化设计基础，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：建筑结构；结构设计；优化

中图分类号：TU318文献标识码： A 文章编号：

引言

随着我国各个领域的快速发展，建筑业发展迅速。采用先进技术，依托先进设计理念，同时加强对建筑材料研究，促使建筑结构向更加安全、合理、可靠的方向发展。

1、建筑工程结构设计原则

1.1合理选择计算简图

建筑工程结构设计的合理性由结构计算来保证，而计算简图是结构计算的基础。在工程建设过程中常会遇到不能合理地选择计算简图，这直接造成了建筑工程结构的安全隐患问题，因此，合理选择计算简图对建筑工程结构设计有着极其重要的作用。在建筑工程结构设计过程中难免会存在因钢节点而造成些许的计算误差，但是只要将其误差控制在建筑施工允许范围内，还是能够确保建筑工程结构设计的安全性以及稳定性。

1.2合理选择基础设计方案

合理选择结构设计方案在建筑工程结构设计中显得尤为重要。结构设计人员在基础设计时要对建筑工程环境实施全面勘察，包括自然环境、施工条件、水文、地质、相邻建筑物分布情况以及各方面的社会环境等，另外，也包括建筑结构类型和荷载分布情况，只有全方位综合各种因素，才能选择合理的基础设计方案，才能在工程施工中最大程度地发挥建筑地基的内在潜力作用。

1.3正确进行分析计算

建筑工程结构设计过程中，计算机是最为重要的分析工具，然而各种各样的计算机软件计算出来的结构不尽相同，这就要求建筑工程结构设计人员对计算机分析结果抱有严谨的态度，正确合理地判断出最接近实际情况的计算结果，这样一方面能保证计算结果的正确性，另一方面还能保证建筑工程结构设计的准确性。

2、建筑结构设计

2.1设计方案

根据工程地质报告、建筑场地类别、建筑物高度和层数、建筑物的重要性、建筑所在地的抗震设防烈度等情况对建筑的结构形式进行确定。在确定了建筑结构的形式之后,要依据不同结构形式的特点及要求来对建筑结构的受力构件和承重体系进行布置。

2.2结构计算

建筑工程的计算荷载有:外部荷载和内部荷载,它们的计算要依照荷载规范的规定及要求使用不同的组合值系数及永久值系数等进行不同工况下的组合计算;对于构件的试算,要依照计算出的荷载值、构造措施的要求、使用要求和各种计算手册上的试算方法来对构件的截面进行初步的确定。

2.3施工图设计

对于建筑工程内力的计算要依照已经确定的构件截面及荷载值来进行计算,它包括:拉力、弯矩、轴心压力、扭矩、剪力等。根据最后计算出的结构内力和规范对构件的要求及限制,对结构试算的构件是否满足规范的要求进行复核。若不满足,则要调整构件的截面或者布置,直到满足要求为止。

3、建筑结构设计中常见的问题

3.1现浇砼楼板的干缩开裂和支座负钢筋倒伏的问题

3.1.1干缩开裂问题

在进行混凝土楼板浇筑时,浇筑完混凝土后,会在短时间内出现楼面出现龟裂的现象,尤其在温差较大的季节或地区这种现象非常明显,而且这种现象多发于住宅楼,公用建筑和商用楼较为少见。这种龟裂多是由于混凝土的水灰比过大造成的,它降低了建筑结构的刚度,增大了结构的挠度,使整个结构的安全性和耐久性都明显的降低。出现这种情况的原因是:由于现在的工程大多使用商品砼,混凝土是由预拌厂直接负责提供的,泵送混凝土要求混凝土的和易性要好,流动性要高具有较大的坍落度,商品砼为了达到这种效果就会加大水的配比,使混凝土的水灰比过大,严重的影响了混凝土的质量。

3.1.2支座负钢筋倒伏的问题

当进行完楼板上的钢筋绑扎后,隐蔽验收后才可以进行混凝土的浇捣工作,但是在实际施工中,由于没有注意保护好一家好的支座负钢筋,使得钢筋的倒伏随处可见。刚进的倒伏会造成支座负弯矩没有足够的钢筋来支撑,引起支座板面出现裂缝,加大了挠度,降低了刚度,是般的受力状态逐渐趋向间支,造成板配筋偏于不安全。

3.2柱体、墙体连接混乱

在对比较复杂的结构平面进行布置时,往往会出现多方向柱网相连的地方。有的把每根柱和周围各柱都用框架梁连接起来,形成多梁交汇于一柱,这给接点区的钢筋锚固和混凝土的施工带来了很大的不便严重的影响了施工的进度。

3.3结构电算或设计方法存在问题

3.3.1实际施工图纸和电算的计算简图不符

问题主要表现在剪力墙开洞的大小、剪力墙的长度、厚度、门窗洞口的位置、框架计算高度等和施工图纸不相符。这大多是由于结构专业的计算进行的过早,建筑平面经过多次的调整,又没有来得及发馈给结构专业,使专业间相互脱节,等到了施工图纸进入校审的阶段,大多都只注意在图面上,没有核对建筑图,进而造成了这类错误,这回事某些构件的配筋失真,造成配筋不足的危险。

3.3.2抗震概念设计不足

建筑抗震设防的三个目标可以用小震不坏、中震可修、大震不倒来进行总结,第一目标可以利用承载力的计算来保证;第二目标可以利用结构可靠度标准分项系数来达到损坏可修的目标;但第三目标就要通过概念设计和各种抗震构造措施来实现。这就要求结构要具有良好的吸能、耗能能力,具有较高的静不定次数、避免竖向承载力和刚度突变、结构的构件尽可能为延性构件。

3.4钢筋混凝土结构概念设计淡薄

概念设计通常是指不经过数值的计算,根据整体结构体系和分体系间的力学关系、震害、试验现象、工程经验等,来获得基本设计的原则和思想。在现行的抗震规范中规定,一般结构设计的弹性计算是以多余地震方面为出发点的,其超越概率为63.2%,比一般设防烈度低,规范要求设计不但要负荷概念设计的规定,还要加强抗震措施,这样才能达到设防标准,但一些工程只注重计算结果,忽略了概念设计和对抗震的要求

4、解决建筑结构设计中常见问题的有效途径

4.1确定整体结构的科学性以及合理性

4.1.1结构刚度与重力荷载之间的比被称为刚重比

它影响着结构整体的稳定性,也是影响重力二阶效应的重要参数。一般都会使用增大刚重比的方法来考虑重力的二阶效应。结构的刚重比增大则二阶效应就会减小,二阶效应要控制在20%以内如果改制不能达到要求,则可能引起结构的失稳导致坍塌。

4.1.2剪重比是抗震设计中非常重要的参数

由于长时间的作用下,地震影响系数下降的会较快,根据这种情况计算出来的水平地震作用下的结构效应可能偏小。对于长周期的结构,地震动态作用下的地面加速和位移会对结构具有更大的破坏作用,如果剪重比＜0.02,结构的刚度岁可以满足水平位移限制的要求,但却不能达到结构整体稳定的条件,设计人员要在设计过程中综合的考虑刚重比和剪重比的合理取值。

4.2结构构件的设计方法和优化

4.2.1剪力墙下布桩

当建筑的结构为剪力墙或框剪结构时,剪力墙主要承受地震水平力,它也是承受竖向荷载的重要构件,所以要沿着剪力墙全厂布桩,桩的中心线要和剪力墙的中心线重合,布置双排桩时,桩的承台要具有足够的刚度,并应作承台的抗弯和冲剪验算。

4.2.2桩基础设计

当布桩仅按照竖向荷载作用进行时,要对弯矩作用下的承台底部边桩的反力进行验算。尤其是框剪结构的剪力墙和剪力墙结构核心筒底部弯矩及剪力对基础承载力的影响较大,不能遗漏。对于水位较高的地下室和短肢剪力墙、大跨度结构等弯矩较大的承台底部桩基要验算其是否存在向上的抗拔力。

结束语

在进行设计时,既要考虑用户对房屋使用效果的要求,还要兼顾建筑的质量、安全性、稳定性等多方面的内容。通过对建筑工程的结构进行优化设计处理，可以更好的实现建筑结构设计的整体优化，从而达到经济、科学及合理的设计要求。

参考文献

[1]左丹,马旭东.关于建筑结构设计的几点建议[J].林业科技情报,2002.

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关键词：建筑结构；设计；方法；应用

中图分类号：TU318 文献标识码：A

建筑是关乎民生、经济、社会发展的主要建筑形式，且大量存在，因此对于建筑的结构设计应做到安全、适用、经济、美观，并且符合当前的施工技术水平。也可以说，建筑结构的质量是保证建筑使用功能的基础，是保障建筑材料、能源和经济等资源有效发挥作用的途径。因此，对于建筑结构进行优化设计显得尤为重要。

一、分析为什么要对建筑结构设计优化

（一）节省工程造价

建筑工程造价中建筑结构的成本大约占到总造价的50%，对建筑结构进行优化设计可以在很大程度上降低工程总造价，节约工程造价成本。建筑结构优化设计能有效的节省房屋建筑的投资成本，具有巨大的经济价值。

（二）提高工程质量

目前设计单位的水平整体都在不断提升，但是首先很多工程师成本控制意识低，忽略对建筑工程的成本造价控制，只追求高的安全系数，从而造成设计过于保守；其次，没有相应的责任制，设计人员缺乏责任心，对建筑结构的设计概念不清楚，一味的使用计算机而不是大脑来进行计算，常常导致计算不合理或者与工程实际不吻合等等错误，使之结构设计存在安全隐患或者较大的浪费；另外，设计人员与建设单位的沟通不到位，没有完全理解建设单位的建造用途及建筑功能，进而造成建筑产品不能满足建设单位的需要。

据统计因为在设计过程中，设计质量差，造成功能布置不合理，相关专业工程师没有相互沟通，导致经常出现在施工过程中进行修改及返工现象，导致施工工期不能控制。同时因为工程质量差，工程存在安全隐患等问题，造成投资的卜大浪费。通过建筑结构设计优化可以有效的提高工程设计质量，降低安全隐患，减少投资浪费。

二、探究建筑结构设计优化的方法

建筑结构设计优化是要通过对拟建项目进行模型的优化、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。

（一）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。

（二）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、约束条件多等情况，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。

三、建筑结构设计优化技术的应用

通过结构优化设计技术来逐步改善房屋建筑的使用性能，进而提高经济性，大力降低工程成本造价。在建设工程项目中，结构优化设计技术主要应用于项目的整体设计、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。

（一）树立精品意识

结构优化设计过程是结构工程师打造设计精品的过程，预算专业提前到设计方案阶段，为结构工程师提供必要的经济分析数据，通过结构工程师与造价工程师对设计质量、品质的经济指标的全程控制，实现设计产品质量与经济的统一。

（二）优化设计中正确理解应用结构设计规范

追求适用、安全、经济、美观以及便于施工是建筑结构优化设计的目的。因此，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，也同时要对建筑结构规范的条文的概念、定义、前提条件及适用范围有较为详细的了解，在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，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设计经验，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。

（三）结构工程师要积极参与工程前期规划及方案

建筑结构工程师要积极主动参与前期工程规划及建筑方案，是实施结构优化技术的重点内容。因为，在在实际施工中，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，使得建筑师的建筑理念得以完美的体现。

（四）合理的结构方案

要用整体的概念在待定的建筑设计中来完成结构整体方案的构思，处理好构件与构件，构件与整体结构的关系，充分利用和发挥整体结构与构件的最佳受力状态，使结构具有足够的承载力、刚度及良好的延性，尽可能使结构受力与传力简单、直接、明确，使之整体结构安全可靠协调一致，使建筑的型心与重心重合，避免及减小外力作用下的扭转效应，结构平面规则对称与竖向刚度的均匀一致，可能达到结构设计的安全经济。

（五）建筑结构各部门相互协调与合作

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，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，建筑工程实用、经济、美观大方效果才能充分体现，同时，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，导致这建筑结构难于处理，因此，建筑结构优化必须通过强化各个专业的合作与协调，可能够实现结构合理，成本降低。

（六）提高材料的利用率

结构的效能设计主要考虑充分发挥结构材料的力学性能，有效的减少结构材料的消耗，达到“少费多用”的目的。各种高强材料：高强度钢筋、高强度混凝土等；各种轻型材料如：轻骨料混凝土、轻型隔墙的合理利用，可以有效的减轻建筑结构的自重，减小水平地震力的作用，减小基础顶部荷载等等。

（七）充分考虑地基基础结构设计

地基基础是建筑结构设计的重要组成部分之一，其造价根据工程所建地地基土的不同，基础形式不同，其基础造价也不同，但其造价占工程总造价的比例也不同，其比例占总造价的20~25%不等。地基基础属于隐蔽工程，建筑物的高度与安全性等受地基基础影响很大。建筑结构中的地基基础的结构设计必须选择合适的方案，要依据现场地质条件上部结构形式、高度、层数、基础顶部荷载，综合进行基础选型及埋深等设计，最大程度的节省造价。

总之，结构优化设计的目的是为了让建筑设计年限内能够更好的发挥其作用而提出的。我们通过对建筑结构优化设计的内容和方法的剖析，指出了在实际应用中如何来利用结构优化设计。所以，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：

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关键词：工业建筑；优化设计；钢筋；结构

现代工业建筑结构的设计风格多种多样，不同建筑的功能性也大不相同，依据设计角度的不同，工业建筑的结构优化设计需要依据具体情况来制定的。工业建筑的建设是十分复杂的，对于建筑的荷载也是比较大的，为了解决在工业运作上高分贝的噪音和污染物等情况需要对于工业建筑的建筑工艺结构进行更高层次的优化设计。

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

在现代工业建筑的优化设计中，根据不同建筑优化需求的目标不同可以将其分为两种。第一种是传统概念上的建筑结构的设计和优化，其中包含了对于结构成本结构设计优化、设计质量的提升以及能够保障结构设计的科学性和合理性，完全满足现代社会低碳环保的要求。第二种是通过建筑结构的设计的优化目的来达到企业工业的生产目标的要求，实现对于建筑整体结构的布局和设备的放置以及施工流程数据的分析和处理，以提高工业生产的工作效率，增加企业的市场竞争力。

1.2 工业建筑结构优化设计的队伍建设

受到建筑结构优化设计对设计优化人员的要求具备专业性和技术性的影响，工业建筑结构设计的优化需要企业建立科学合理的优化设计队伍为中心开展工业建筑结构的优化设计工作。工业建筑结构优化的团队应该包括专业的建筑工程师来对于建筑结构的主体结构进行分析和设计，还有要具备工艺技术人员来完成对于工艺布局和工艺流程的数据分析理解[1]，对于建筑结构的要求进行解读，分析所设计的建筑结构的优化方案的可行性和合理性。基础团队中还需要配备相应的工程机械设备工程，来完成对于设备的安置和使用和结构布局等进行分析处理，最终确保设备能够安全合理的运行。工业建筑的结构优化需要做到以基础团队为核心开展工作，才能确保在工业建筑的结构设计优化工作的科学发展。

1.3 工业建筑结构优化设计中存在的问题

在现代工业建筑结构设计优化的经验研讨和共享中，多数设计团队和建筑工程师都对工业建筑结构的提出了不同的见解。首先建筑物内部钢结构的应用对空间美学的设计会造成产生巨大的影响。除此之外，在工业建筑结构设计优化的项目中，会因为部分设计人员因为经验不足缺乏对整体建筑结构布局的认知，从而导致对建筑工艺的使用和了解不足，造成建筑结构优化设计的成果不突出，进而会出现许多企业对工业建筑结构设计优化的工作不支持、不认可等问题。在上述工业建筑结构优化中，工业建筑物内部对钢结构的设计是所有建筑结构优化设计中最重要的方向。工业建筑施工建设的项目中占据总成本七成以上的是材料的费用，其中钢材料的价格就达到几千元一吨。在保障建筑物整体工程质量的基础上采用科学、合理的方式减少建筑物中钢材料的使用比例可以有效的降低工程造价。因此对工业建筑结构的优化中要合理优化和使用钢材料，实现降低成本的目标，确保企业的经济效益的增长。我国工业建筑结构的优化设计中，由于部分工业建筑在概念性的优化设计在整体设计方向上缺乏量化标准，所以建筑结构的设计优化中会存在较大的差异，严重影响了建筑物整体的设计和施工，针对这一特殊情况的产生，工业建筑结构在优化设计上应该更加灵活的应用和制定建筑结构设计优化的具体方案，以具体的建筑数据作为参考依据来对建筑结构的整体设计进行优化处理，以提高优化效果。工业建筑结构的优化设计中，由于工业结构的特殊性，所以会对建筑物内部的管理工作需求以及数字化办公产生一定的影响，在工业建筑使用之后仍然会有各岗位的人员不断出入来操纵内部各设备和软件，因此在工业建筑结构设计优化上需要充分考虑结构布局的影响。综合考虑各建筑内部的设备使用和工作管理的需求，对工业建筑的结构设计进行充分的分析和研究，提高企业的工作效率和工作质量，降低企业对成本的投入，提高企业的发展和进步。

2 工业建筑结构优化的方法

2.1 结构优化模型和设计方案

工业建筑优化设计可以在基础结构方案、围护结构设计方案和屋盖系统方案这三个方向上对建筑结构模型进行优化分析。可以在型号的选择、受力分析时和资金等方面投入等实施的过程中围绕结构优化的总体目标进行优化，以便最终能达到经济适用、安全可靠、高效环保、以人为本的要求。通过参数的选择和确定的方式来建筑工程的结构进行优化设计，在过程中可以通过设计多个变量和约束条件的来对非线性结构设计进行优化处理。在方案结束后，通过编制来进行运算就可以实现对于建筑结构优化的最终确立。[3]

2.2 建筑结构优化的注意事项

现阶段的建筑结构优化过程中，我国大部分建筑师都不会参与到前期方案的制定和设计上，对于结构合理性和可行性的问题充分的认知，在后期的工程建设和方案的设计中增加了困难，这就需要加大对于工程的投入和使用。在工程结构设计前期就引入结构优化的设计理念，这样不仅能够从全局的角度来分析和理解工程优化设计的需求和作用，还能降低企业资金的投入，在工程的前期就进行有效的控制。根据不同的建筑工程所处的地理环境、周边位置以及选择合适的地基基础结构来制定工业建筑的设计优化方案。把握对于工业建筑内部的细部结构设计，例如在钢筋的选择上，要符合对于扭转力和抗拉力的要求。[4]工业建筑的结构优化能够通过对于优化活动的开展情况，来降低在管理过程中对人力、物力和移动距离的投入，提高企业的工作效率，降低企业对于工业的建筑结构的成本投入。现工业建筑内部的钢结构的应用日益增多。对于工业建筑的结构设计中，设计人员缺乏对于钢结构工艺的深入了解和探讨，十分容易造成优化设计的效果不突出，达不到预期的工业建筑结构优化设计的标准。

2.3 建立完善的工业建筑结构优化体系

目前国内的工业建筑结构的优化设计中，由于对各工业建筑结构的优化设计缺乏一个统一的指导和管理，就会出现建筑内结构优化不合理的问题。因此在对工业建筑结构进行优化之前就必须建立一个完整的管理体系，通过管理体系和工业建筑结构优化中出现地问题进行相互验证，来及时掌握管理体系中存在的问题，及时发现及时解决，并对管理体系进行完善，相关岗位的工业人员也要针对管理体系的建立来采取更加合理的管理方式，不断完善工作内容，以此实现对工业建筑结构设计优化质量管理的目标，提高工业建筑结构的优化设计的质量和后期的使用效率。

3 结束语

我国工业化的发展速度在不断的提高，工业领军企业的规模也在逐步的扩大，新的工业园区对于园区内的工业建筑的相关要求也更加的严格。针对工业建筑结构的复杂性和特殊性，相关企业应该重视对建筑结构优化设计的关注度。充分利用工业建筑结构的优化设计方案来优化技巧、降低对于工业建筑的整体投入，节约成本，降低工程总资本的投入。同时要满足工业建筑结构中设计优化过程中对工业职能的需求。随着市场竞争逐步朝向白热化的发展趋势，企业的经营管理成本已经成为影响企业在未来发展重要因素。

参考文献

[1]李晓光.工业建筑结构优化设计的探讨[J].科技创新与应用，

2014，10：194.

[2]吴士杰.对工业建筑结构优化的几点思考[J].科技尚品，2015，9：14+19.

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针对传统的安全因数法考虑载荷和强度不确定性因素对飞机安全性的影响太笼统，无法从根本上减轻飞机结构质量的问题，提出一种飞机结构可靠性优化设计方法.根据应力强度干涉模型计算结构单元的可靠度，建立以单元满可靠度为准则的优化模型，实现包含可靠性约束的结构尺寸优化.该功能已经加入到COMPASS中.算例结果表明该方法能够减轻结构质量，改善结构可靠度. 该方法为开展飞机结构不确定性设计提供技术手段.

关键词：

飞机； 薄壁结构； 准则法； 可靠性； 优化设计； 关键元； COMPASS

中图分类号： V214.19

文献标志码： B

0引言

随着轻质材料的大量应用，飞机结构的质量越来越轻、性能越来越好.例如，欧美两大飞机制造商空客和波音公司最新研制的A350和B787客机，复合材料的使用量已达到甚至超过50%，新型金属合金材料也占有较高的比例.轻质材料的大量使用虽然能大幅减轻结构质量，但并不能从根本上解决结构质量突出的问题，主要原因在于当前飞机结构设计仍沿用确定性设计思想即安全因数法，该方法比较保守，笼统考虑载荷和强度不确定性因素对安全性的影响.[1]为解决传统设计存在的不足，飞行器设计尝试开展可靠性设计.[2]在现有工程结构优化的基础上，本文提出一种可行的结构可靠性优化设计方法，并以结构优化设计系统COMPASS为平台，研究考虑可靠性约束的结构优化设计.目前，该方法主要针对飞机薄壁结构，其他结构需展开相应研究，包括失效分析和可靠性分析等.

1优化设计现状

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关键词：建筑结构；优化设计；策略

Abstract: this paper first discusses the building structure optimization design of the basic theory, and then studied building structure optimization design strategy, security and economic, and has strong value and significance, for reference.

Keywords: building structure; Optimization design; strategy

中图分类号：TU318文献标识码：A文章编号：

1建筑结构优化设计的基本理论

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，3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）功能性

建筑是人类的基础物质生存环境，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。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，满足人类对基础物质生存环境的更高要求。

（2）安全性

建筑作为人类生存的基础生存环境，与人类的生产、生活紧密相关，安全性成为建筑结构优化设计的必然考虑因素。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，其作为建筑不但没有任何实际意义，反而会给人类正常生产和生活带来致命的危害。因此，安全性是结构优化设计中的必然考虑因素。

（3）经济性

建筑结构优化设计的经济性是市场经济条件下对资源配置提出的新要求。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。另外，各种材料资源都存在一定的稀缺特性，建筑结构的优化设计能科学合理的减少材料的使用量，节省建设材料使用成本。

（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。在建筑资源的材料选用方面，在保证建筑本体功能性、安全性的基础上，最大可能的选择节能环保型材料，同时，在结构优化的整体布局中，不仅强调建筑主体内部结构的统一与环保，也包括建筑建设过程中废旧材料的处理与应用，更不能忽略建筑未来使用过程中对环境产生的重要影响。另外，材料选用的环保、整体布局的环保也是结构优化设计过程中安全性的体现。

2建筑结构优化设计的策略、安全与经济

2.1结构优化设计中的材料选用

基于物理学与建筑学的基本原理，建筑结构各个点、线、面都呈现出一定的力学承载力特征，而力学承载力本身的载体就是材料，通过各种材料的配置，加强构件的强度、刚性与延展性，钢筋混凝土材料的打造适应了这一趋势。工程实践证明，钢筋混凝土的结构设计中，梁柱是主要的承受载体，打造钢筋混凝土梁柱能局部提高梁柱的抗压力。因此，在工程建设实践中，采用高标号的钢筋混凝土，可以减少梁柱等构件的横截面，减轻结构本体的重量，同时也扩大了使用空间；而梁板以受弯为特性，采用高强度钢筋，能科学合理的减少钢筋的使用量。另外，结构建设者应科学合理的匹配钢筋混凝土结构中钢筋与混凝土的投放比例，最大限度发挥钢筋混凝土复合材料的复合特殊性能，所以在高层建筑结构中，在结构的转换层、受力复杂的衔接点部位与大跨度结构上，采用型钢混凝土、预应力混凝土是比较好的选择，同时保证高层建筑功能性、安全性、经济性的最大化性能发挥。在建筑结构设计与建设过程中，存在非常多的钢筋混凝土现浇板中混凝土标号过高的情况，一味追求高标号混凝土是没有任何意义的，高标号的混凝土无法理想发挥其强度性能，反而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，板中钢筋的配筋量却相继增加，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。

此外，随着近年来地震、洪水、泥石流等自然灾害的不断增多与强度提高的趋势，对建筑材料的抗震性、抗水性、抗土性提出了新的要求，因此，在建筑结构优化设计的决策阶段、设计阶段、建设阶段，都必须考虑材料的品种、质量、价格、对周围环境的适应程度，在最小化牺牲经济性的同时，最大化保证建筑结构的功能性、安全性、环保节能性。

2.2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2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。

2.3结构优化设计中的整体布局

为实现这些目标，建筑结构决策者与设计者须从结构优化设计的全局观念出发，利用结构设计中的点、线、面，确定建筑结构设计的总体布局，处理好点、线、面之间的架构关系，借助于材料的选用、构件的布置，充分发挥单个构件与整体结构的配合与协调，使之能实现最佳受力状况，既实现整体结构良好的承重力、刚性与延展性，也实现单个构件的最大化与最佳化利用，保证达到建筑设计的国家质量标准，实现建筑功能性、安全性与经济性的多重目标。

结语

通过建筑结构的优化设计，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性与环保性是建筑建设的科学合理选择。为了实现这一目标，未来的建筑结构设计者将遵循功能性、安全性、经济性、环保性四位一体的设计思路，真正实现未来建筑结构的优化升级，为人类提供一个更好的物质生存与发展环境。

参考文献：

[1].徐培福.复杂高层建筑结构设计[M].北京:中国建筑工业出版社，2005.

[2] 孙国正.优化设计及应用[M].北京:人民交通出版社，2004.

[3]肖燕武.浅谈建筑结构设计的安全度[J].科技创新导报，2007（35）：107.

篇6

关键词：深基坑支护；细部结构优化；问题分析

为了解决日益短缺的地下空间和城市人口膨胀之间的矛盾，保持城市建设可持续发展态势，城市建设中的深基坑工程已经成为城市化建设的重要内容。在深基坑工程建设中，由于设计不当导致的工期延误、影响周边居民生活的问题屡屡发生，而造成这些问题的主要原因就是在整体满足深基坑设计标准的情况下而忽略了细部结构优化调整的问题。因此，采用深基坑支护优化设计是对传统设计的一种补充，能够避免设计原因造成的深基坑工程事故的发生，并且能够保证深基坑工程建设做到经济和安全。

1深基坑支护细部结构优化分析

支护细部结构优化主要是对具体方案进行细部优化和计算，优选支护桩的桩径、桩距，以及支撑点和锚杆的层数、位置。通过优化计算解决约束极小化的问题，降低深基坑工程的总体造价。计算出深基坑支撑位置的限定、桩顶端以及坑壁坡的坡顶位置的要求等[1]。深基坑支护细部结构优化的基本要求和主要内容，前者包含了基本设计方法和理念，按照基坑工程规范，深入分析研究细部结构设计的过程。同时对施工现场，如现场的布置情况进行详细了解，如基坑支护的高度、位置等。另外还要深入分析深基坑工程所在场地的工程地质和周边荷载状况，对深基坑支护进行参数调整，由专业的技术人员负责组织设计，发现问题或者隐患及时解决。

2细部结构设计存在的问题

2.1设计组合爆炸

深基坑工程的细部优化设计一般采用数学描述，选取合适的设计变量，确立和建立目标函数、约束条件。但是细部设计变量大多是离散性质的，由于空间的庞大性，因此存在优化设计组合爆炸的问题，需要寻求一种对优化结果进行筛选的方法，将约束条件中各类基坑支护设计规范的条文、规则和设计准则进行分析，得到最优的设计变量和综合造价目标函数。

2.2传统方法得到结果与实际不符

要获得支护细化设计模型中的约束条件，需要采用不同的深基坑支护模式，进行相应的结构计算和分析。例如对土钉墙侧向土压力进行计算，传统的方法是朗肯土压力和库仑土压力的计算方法，这些方法往往对墙背和土之间的相互摩擦剪切作用和土钉墙的放坡角度不加以考虑，产生与实际工程不符合的情况，需要建立能够直接用在墙背和土之间摩擦力计算的土压力计算公式，分析土拱效应下的土压力，得到土压力合力、压力强度等的解析公式[2]。

2.3难以提供准确的计算参数

深基坑支护结构中的安全性分析，主要采用极限平衡分析、工程有限元分析等方法。但是上述方法对于土钉墙截面模型等信息难以提供准确的计算参数，产生凭借经验给定临界破坏面的位置进行定性分析等缺点，导致最终的计算参数与实际情况不符。因此，需要假设合理、计算简单的土钉墙稳定分析模型，为优化设计提供关键性数据[2]。

2.4遗传算法的缺点

深基坑细部结构优化设计通常采用的是遗传算法，这种遗传算法存在着迭代过程中适应度值标定方式复杂，最优值附近收敛速度慢、过早的收敛到局部最优解等问题。因此在现有的遗传算法基础上，应加以改进，以提高计算精度和优化算法的收敛速度，建立起排桩、地下连续墙、土钉墙的优化系统。

3细部结构优化的主要措施

3.1采用先进的设计理念

为了提高深基坑支护质量，在工程建设中应采取有效的措施对细部结构进行优化，从设计步骤进行优化，采用先进的设计理念。随着计算机网络技术的逐渐兴盛，对深基坑支护细部结构进行优化，在设计理念上已经开始综合考虑各项因素，而不是传统的片面性分析较为突出的特征。通过计算机网络计算选取最优的深基坑支护模型，短时间内遴选深基坑支护方案，以较低的投入获取最优的设计理念和方法，经济效益自然就会提升[3]。

3.2敏感性分析

对于深基坑细部结构进行优化设计，在数学模型的建立上，应注意约束条件的确定、设计变量的选取、目标函数的建立等方面的内容，对关键变量应采用敏感性分析的方法进行筛选。确定设计变量时，标准是目标函数的贡献大小。对于约束条件要指出变量的值域，规范相关的目标函数，并且采用工程综合造价为设计目标。采用敏感性分析，针对支护结构中的主要变量，包括地下连续墙、排桩支护结构，混凝土等级以及土钉墙的设计主要变量等，敏感性分析的内容众多，如桩身的变形、安全系数的影响、土钉孔径等。筛选分析结果，得到深基坑支护结构中的主要约束条件，构造以综合造价为目标的最优化结果。

3.3科学的设计步骤

包括对深基坑支护工程进行支护结构的大小、形状以及参数的设定，对变量进行确定和优选，对支护细部结构进行优化设计。在对目标函数进行精确计算后，明确细部结构的优化设计目标。同时明确相关的约束条件，在此基础上进行深基坑的支护细部结构优化设计，最后还要建立安全可靠的设计模型，完成深基坑支护细部结构的优化设计。例如对排桩结构和地下连续墙支护主要设计变量-桩径或墙体嵌固深度、厚度、混凝土等级、支撑位置，土钉墙的主要设计变量-土钉入射角、土钉孔径、土钉水平间距和垂直间距等提出主要约束条件的优化，并且以约束条件和优化设计变量为依据构造的目标函数，在充分保证支护结构安全性的前提下，能够在最大程度上减少工程实际造价。

4结束语

深基坑工程支护技术的要求和难度越来越高，在保证安全的情况下节省工程造价，采取科学合理的措施加大深基坑支护细部结构优化设计是十分重要的。当前，此项工作面临着方案复杂、技术难度大、缺乏设计资料等问题，因此今后的发展方向，是依托国家关于深基坑支护优化设计集成系统的研究以及工程示范的标准，研究建立深基坑支护细部结构优化模型，强化不同支护型式的结构安全性，通过优化算法，开发出更完善的深基坑细部结构设计软件。

参考文献：

[1]丁敏.深基坑支护细部结构优化及应用研究[D].重庆大学,2012.

[2]潘威,赵轩.深基坑支护细部结构优化及应用研究[J].建设科技,2015,(7):109-110.

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【关键词】房屋结构；建筑设计；优化技术

当今社会对房屋建设的要求不仅仅是对质量的要求，更高层次上是对房屋建筑结构方面的要求。所以作为房屋建筑公司不能够停留在陈旧的思想观念中，应该紧跟社会发展的步伐甚至超越社会的发展，引领房屋建设的发展方向。这就要求其在建筑结构设计中必须有满足人类需求有效的实施优化设计，房屋建筑结构优化设计能够使房屋具有美观、经济、实用等方面的特点，并且在建筑过程中可以节省空间，提高建筑施工的效率。

一、房屋优化设计的主要内容

居民住房与商品房在结构和用途上都不同，居民住房更加注重房屋优化设计。房屋优化设计的主要内容包括结构是否实用，布局是否合理，外形是否美观等等。房屋优化设计的目的是满足居民的需求，为居民提供满意的住房，同时也能够增加开发商的经济效益。通常情况下来讲，具体的房屋优化设计方案主要从整体布局和具体部件两个角度进行分析，考虑。影响整体布局的主要因素有房屋的尺寸，包括房屋的长度，宽度，高度等等。影响具体部件的主要因素有钢筋和混凝土的强度等等。对于这两方面的设计必须要由专业的工程技术人员进行设计，并进行规范化的审核和监督，这样才能为房屋优化设计的后续工作打好坚实的基础，以达到房屋优化设计的最终目标。

二、结构设计优化方法

结构设计优化就是指在设计建筑结构的时候，要改革设计理念，采取科学、先进的设计方案筛选方式，选择出在各方面都能达到最佳效果的设计方法。建筑结构设计优化主要包括建筑物各个部分结构的优化设计，以及对建筑物整体结构的设计。

（一）结构优化设计模型

结构优化设计就是在各种变量中选择主要参数，并且构建函数模型，采取科学、先进的方法计算得出最优解。结构优化设计模型的建立步骤主要包括以下几点：其一，变量选择。一般而言，影响设计方案的重要数据，均可以称之为变量。比如，工程目标参数主要有房屋价格参数、预期产生损失参数；工程控制级约束参数主要有房屋结构可靠性参数，等等。如果设计人员可以有效减小参数的变化幅度或者减少变量参数的参考，那么，就可以降低和建筑结构设计、计算、编程相关工作的难度，这样设计人员就能够快速的找到和设计目标相符的数据。其二，函数确定。在多组函数中，设计人员可以根据房屋横截面尺寸、钢筋尺寸等数据选择最相符的那组函数，对函数性质予以分析，进而实现降低房屋造价的目的。其三，条件衡量。根据房屋结构耐用性、稳定性的要求，房屋设计的约束条件主要有房屋尺寸、架构刚性、架构稳定性、架构体系规格、墙体裂隙限度、结构可塑程度等。

（二）结构优化计算方案

在房屋结构设计中，经常涉及很多计算过程，并且在优化设计中，计算过程将会更加复杂、多变。在进行数据演算的时候，一定要将附加约束条件问题转变为不附带约束条件问题，这样就可以更快的计算出结果。通常情况下，计算方法主要包括符合型法、拉氏乘子法等。这些计算方法各有利弊，在实际设计过程中，一定要结合房屋建筑的实际情况，选择恰当的计算方法，实现节约时间、节省精力的目的，保证优化设计的合理性与科学性。

三、结构设计优化技术的作用

（一）提升建筑的安全性

通过对房屋建筑结构的优化设计，可以对原有设计方案中的不足和缺陷进行弥补，从而提升建筑结构的合理性和安全性，在保证建筑整体质量的基础上，节省建筑材料，提升建筑的稳定性和相应的受力性能，确保建筑的使用安全。

（二）减低工程造价

相关数据显示，运用结构优化设计后，与原设计方案相比，建筑工程的成本可以节约10%―30%左右，成本大大降低。同时，通过结构优化设计，还可以充分发挥原材料的性能，确保建筑结构各个单元之间的紧密联系，提升建筑工程的经济性。

（三）结构设计优化技术的方法

之前也提到，建筑结构设计所追求的最终效果，是实现结构的安全性、经济性、美观性、实用性以及施工的便利性。在房屋建筑中应用结构设计优化技术，主要体现在建筑结构总体的优化设计以及建筑的分部结构优化设计。在房屋结构设计中的结构优化设计，主要包括基础结构、屋盖系统、围护结构、结构细部等多个方面，需要从结构受力情况、整体布局、结构造型以及成本造价等方面进行综合分析。结构设计优化技术需要从房屋建筑的实际情况出发，以确保优化设计作用的充分发挥。

四、结构优化技术在房屋结构设计中的应用

（一）工程概况

该住宅建筑整体高度30层，地下1层，采用钢结构框架剪力墙的形式。在结合实际需求和现场情况进行综合分析后，采用了结构优化设计，对传统结构设计的模式进行改进和创新，以计算机为辅助手段，对每一个施工阶段的设计进行了优化，同时针对整个建筑工程实行全局优化设计。优化后的方案与优化前相比，不仅更加科学合理，而且节省了大量的成本，与优化前相比，工程造价降低了 26%。

（一）优化设计规范

在对该房屋建筑进行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。

（二）前期参与

要想做到结构的最优设计，制定出最佳的结构设计优化方案，设计人员应该积极参与到工程的前期规划中去，充分了解工程设计的实际情况，针对客观需求，有针对性地对建筑结构形式进行选择和规划，从而形成一个科学合理、行之有效的结构优化设计方案，为建筑工程的施工提供相应的指导和参考。这样，才能切实保证优化设计的成果，保证建筑工程的质量。而如果设计人员无视工程的前期规划，盲目按照自身的经验对其进行优化设计，就会由于对建筑结构体系受力情况的把握不当，出现无从下手的局面，影响设计成本的质量。

（四）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。

综上所述，房屋结构优化设计对房屋建筑来说是非常重要的，不仅能够降低工程造价，还能满足人们的需求，提供给居民经济实用，安全美观的住房，使居民感受到自己所花的钱是非常值得的。房屋建筑商应该应用合理的结构优化设计，实现公司利润的最大化，从而提高公司的综合竞争力。

【参考文献】

[1]王也.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），2013，03

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关键词：结构设计；建筑结构；优化技术；应用

中图分类号：S611 文献标识码：A 文章编号：

1.结构设计优化方法

完美的建筑是在满足人们使用功能及视觉感受的前提下，充分满足使用者和社会所期望的各种要求。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。

2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。

3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：

3.1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。

3.2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。

3.3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。

4结束语

我们常说，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：结构优化设计技术；矿山机械设计；初步

矿山机械中的一些大型设备大部分是结构件。据不完全统计，装载机、牙轮钻机、挖掘机等设备，其结构件占60%以上。对这些以结构件为主的设备，采用传统的设计方法，其结果是很不理想的。庆幸的是，我们这行业的研究设计人员开始关注这个问题，做了一些有益的工作。如对一些机构进行了优化设计，用有限原方法进行结构的静动强度分析等等。但到目前为止，仍没见到有关矿山机械结构优化的文献。

一、矿山机械结构优化的可行性和必要性

1.尽管有这样那样的困难，对矿山机械进行结构优化设计还是有可能的。结构优化设计应用有三个前提条件：一是电子计算机的发展和普及，二是有限元理论和方法的发展；三是高效的结构优化方法。从目前情况着，电子计算机特别是微型电子计算机在科研、设计部门已日益普及，作为结构优化基础之一的有限元理论和方法是比较成熟的，而且有了不少通用的有限元分析程序；结构优化设计理论，经过二十多年的发展也日臻成熟，无论是优化准则法、数学规划法还是两者的统一方法，其解题效率都比较高。结构优化技术目前已广泛地应用于航空部门、土建部门等。在矿山机械领域由于广大科技工作者的努力，在有限元分析方面已取得了较大的进展。对牙轮钻机、装载机、挖掘机等主要矿山机械的有限元分析已全面展开。这就为结构优化提供了直接的便利条件。给矿山机械的优化提供了可靠的保证。

2.矿机中的一些主要设备如牙轮钻机、装载机、挖掘机等都具有一个比较明显的特点，那就是：十分笨重，运输不便。对这些设备采用传统方法进行设计时，则往往难以找到一个理想的方案。其应力分布和结构往往是不太合理。而采用结构优化设计方法，可以在对原始设计方案进行有限元分析的基础上，采用自动寻优方法，就可以找到一个较理想的方案。使结构的应力分布更加均匀，结构更加合理。而且，从现在的文献来看，设备的自重可以减轻25%左右，其经济效益是十分显著的。因此，有必要对矿机结构进行优化设计。

二、 矿山机械设计中结构优化设计技术

1. 最大可靠性结构优化设计。"可靠性"的概念对我们并不陌生，但将可靠性概率引入超静定结构的设计中，却鲜为人知。而在工程设计中却经常希望在给定材料体积下尽可能合理地分布结构材料，使结构的可靠性尽可能地大，或是研究一个用料省、可靠性大的折衷方案。因此在矿山机械结构件设计中，引入可靠性概率（结构在规定的条件下，在规定的时间内完成预定功能的概率）这一衡量结构可靠性的指标，采用一次二阶矩概率设计理论，以传统的安全系数为目标进行优化，就可以提高结构的安全度，而且使结构更为合理。文献"1"以结构杆件截面积为设计变量进行了可靠性最大的结构优化设计表明这个方法是可行的。

2. 结构模糊优化设计。从目前的有限元程序，对于所给定的计算模型，其结果是比较精确的。但是对实际结构而言，这个结果是不大可信的。这是与模型、载荷，约束的简化等多方面因素有关。本来，这些因素在实际工作或结构中是不大容易确定的，也就是说具有一定的"模糊性"。另外，对于有限元分析的计算工况的确定也是比较困难的。目前，我们在有限元分析中，一般是选择典型工况进行，至于这典型工况的"典型性"则是由分析者自己确定。此外，在结构优化设计中，还有许多东西是模糊的，目标函数、约束条件、约束条件的右端项等等均具有一定的模糊性。最后，为了真正地得到满足所有可能约束的结构最佳组成，我们要对最后的尺寸和形状作出决策。因为，对每种不同的工况，计算得到的"最优值"是各不相同的，那么，在综合所有计算工况时，究竟如何确定其最终尺寸呢？显然，按满应力法则不大可行，因为满应力法是要求每一单元至少在一种工况下达到满应力状态，这样综合的结构就不可能是最轻结构。因此，最后尺寸和形状的决定也要借助模糊理论来解决。从模糊到精确，再从精确到模糊，这是符合历史发展规律。

3.研制、推广、应用CAD软件。根据现代结构设计的需要，借助计算机辅助设计，不但能对结构的初始方案和改进方案快速地进行结构分析和强度校核。而且还能开展以最轻重量的单目标优化设计和以机器工作性能、节省钢材和结构强度三大要素为出发点的多目标优化设计。因此加速研制一些多功能的计算机辅助设计软件，对于提高矿山机械设计的质量，是很有必要的。目前，在农机领域已经有了用于微型机的大型多功能的MAS程序系统，不过，在优化设计等方面，还有待进一步完善。应用CAD软件，可以在以下几个方面起到明显作用：一是提供合理的设计方案、节省钢材和成本。二是提高产品设计水平。三是可找出结构损坏的原因和有害振动的根源。四是可以对机器系统进行多目标的优化设计。在研制CAD系统时，应该注意的是：一是发掘较为普及的微型机的潜力。二是结构设计和分析的完备性（结构静动分析、结构静动优化计算机绘图等）。三是适用于多种结构型式，即适用于多单元的结构（如杆、梁、板、壳等）。

三、发展方向

1.大力推广应用结构优化设计的发展方向。航空、国防、造船等行业分别召开了结构优化设计的学术交流会。土建部门还举办了结构优化设计的专门讲习班。机械工程学会召开的强度学术会议上也交流了结构优化方面的论文。这说明在这些行业和部门，结构优化设计已经受到重视。因此，矿山机械设计部门的工作者（包括设计师、研究生和教师）应该注意推广和应用结构优化设计技术。可以举办结构优化枝术讲习班，召开矿山机械结构优化设计学术交流会。学习工程设计人员应该掌握结构优化设计的基本知识，学会使用一些结构优化设计软件。对具体的结构采用优化设计，以提高整个矿山机械的设计水平。

2.矿机结构从静力优化向动力优化过渡。首先，我们要大力开展矿机结构的静力优化设计，推广应用和完善现有的结构优化程序，研制和发展一些通用性较强而且又适合矿机特点的软件包。其次，我们应该在结构静力优化的基础上，对矿机结构进行动力优化设入计。因为在静力优化时没有考虑结构的动力特性。如固有频率、动态响应等。而这些动力特性对于大部分矿山机械来说是比较重要的。如固有频率对司机乘坐的舒适性以及共振破坏等都是很重要的。而结构的动力优化设计就是在静力优化的基础上引进频率约束，动强度约束，动刚度约束等。在理论上，进行动力优化是没有困难的，静力优化的结果可以作为动力优化的初始值。

我们建议，在近几年内，应该集中精力着手研究一些具有专业特色的典型的程序包。如底盘、车架、机架等结构件的优一化程序。按照结构的通用性、统一性和组合性原则建立程序包，对结构件进行选型优化设计。当然，如果在程序包中加上对整机参数的优化、液压系统优化设计、传动系统优化设计等等，可以使矿山机械的设计更趋自动化。

参考文献：

[1]程耿东。可靠性最大的结沟优化设计.计算结构力学及其应用.2010，No4

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关键词：房屋建筑；建筑结构；优化设计；设计研究

中图分类号： TU3 文献标识码： A

引言

随着我国社会经济的发展，人们的生活水平不断提高，对于自身的生活和居住环境也提出了更高的要求。房屋建筑的结构设计中，不仅需要考虑结构的合理性、可行性和安全性，还必须充分满足舒适性、经济性的要求。在市场经济环境下，市场竞争的日益激烈，使得建筑企业为了保证自身的利益，在保证建筑使用质量的前提下尽可能的降低成本，展开了对于结构优化设计方法的有益探索，从而推动了建筑结构设计优化技术的发展，不仅可以使得房屋建筑的设计效果更佳，而且能够取得最大的经济效益，具有十分重要的现实意义。

一、建筑结构优化设计综述

建筑工程包含的方面很多，所以建筑结构在设计过程中优化所涉及的内容也很丰富。从大的方面可以简单分为两大内容，即房屋总体结构优化和分部结构优化。细化可以进一步分为:房屋内部基本结构优化;房屋的维护方面、细节和总体结构的优化设计;屋顶结构优化设计;房屋造价优化控制设计等。建筑结构设计优化的目的是能够对有限的空间和固定的资源进行合理分配，将建筑材料和设备达到最大使用率，还能使所要建成的房屋安全、舒适、美观。经过优化设计的房屋比一般房屋在造价方面能够节省很多，从长远利益上看，建筑优化设计的理念对建筑工程是一种可持续发展的理论观念，对资源实现充分利用起到了关键作用。

二、结构设计优化技术的作用

（一）提升建筑的安全性

通过对房屋建筑结构的优化设计，可以对原有设计方案中的不足和缺陷进行弥补，从而提升建筑结构的合理性和安全性，在保证建筑整体质量的基础上，节省建筑材料，提升建筑的稳定性和相应的受力性能，确保建筑的使用安全。

（二）减低工程造价

相关数据显示，运用结构优化设计后，与原设计方案相比，建筑工程的成本可以节约10%－30%左右，成本大大降低。同时，通过结构优化设计，还可以充分发挥原材料的性能，确保建筑结构各个单元之间的紧密联系，提升建筑工程的经济性。

三、结构设计优化技术的方法

之前也提到，建筑结构设计所追求的最终效果，是实现结构的安全性、经济性、美观性、实用性以及施工的便利性。在房屋建筑中应用结构设计优化技术，主要体现在建筑结构总体的优化设计以及建筑的分部结构优化设计。在房屋结构设计中的结构优化设计，主要包括基础结构、屋盖系统、围护结构、结构细部等多个方面，需要从结构受力情况、整体布局、结构造型以及成本造价等方面进行综合分析。结构设计优化技术需要从房屋建筑的实际情况出发，以确保优化设计作用的充分发挥。

（一）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。

（二）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。

四、探讨房屋结构优化技术的实践应用方式

（一）框剪设计的整体思路

框剪结构集框架结构布局灵活、剪力墙结构刚度较大的优点于一身，使得该种结构体系具有较好的延性和整体性。目前框剪结构已被广泛的应用于公用建筑、住宅等高层建筑中。在这个结构的剪力墙可以单独设置，也可以利用一些其他的墙体，比如电梯井、楼梯间等，此外，这个结构还可以有效的提高侧向刚度。在实际的建筑施工中，主要有刚性、刚柔、柔性等不同的价值计算方法，一般来说选用哪种计算方法会根据抗震质量的不同来进行合理的选择，比如为了改善结构的抗震性能，应该注意场地的土质类别，对不同土质采取不同的加剪力墙等。

（二）复合地基形成法的技术提升

通过对被加固土体填充相应的材料，改变土体的结构，使土体被增强或被置换形成一定的增强体，由增强体和周围地基同承载荷载，形成复合地基的一些地基处理方法。在建筑施工中，根据特殊地质条件对地基承载力的要求，而选用不同的处理方法达到相应要求。比如通过填充砂和石料深入土体，被置换或挤密，从而达到提高承载力的目的等。

（三）多层钢筋混凝土框剪结构设计

在多层钢筋混凝土框剪结构的设计上，全面把握设计的主要点，分析梁柱以及刚接或者铰接相连促成的承载重量体系，在依据设计图纸和文件的前提下，全面把握设计图纸的客观需要，同时加强规范性施工和管理，读懂并理解设计图纸中的每一项内容，达到按图纸施工、依据图纸设计的目的，作好技术交底。根据建筑结构的实际需求，可以采用现浇式框剪设计，就是通过梁、柱、楼盖的现浇钢筋水泥混凝土结构，增强建筑结构的整体性能，提升抗震能力，在实际建筑设计中可以广泛应用；同时，还可以采用预制装配式设计，就是指梁、柱、楼板均为预制，这样可以减少工程的难度，提高工程的速度，但是，整体建筑质量的性能不是很强，抗震效果、漏水系统等会有一定的偏差，可以结合地质条件进行考虑。

（四）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建筑结构的类型需要，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，是在建筑结构设计中要考虑的要素。

结束语

总之，在我国建筑行业飞速发展的带动下，人们对于建筑工程提出了更高的要求，也使得结构设计优化技术在建筑工程领域发挥着日益重要的作用。对于设计人员而言，需要对房屋结构优化设计的复杂性和系统性有一个清晰而明确的认识，不断提升自身的专业能力和设计水平，推动结构设计优化技术的发展，进而促进我国建筑行业的持续稳定发展。

参考文献

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[2]马雪丽.浅析建筑结构设计[J].黑龙江科技信息，2011（10）.