结构设计优化范文

导语：如何才能写好一篇结构设计优化，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：房屋结构设计；建筑结构设计；优化

中图分类号：TB482.2 文献标识码：A 文章编号：

Abstract: with the development of economy, improve the people's living standard, the building structure design of building structure in the design optimization is one of the effective ways of China's construction enterprises to achieve sustainable development. The paper discussed the optimization design of building structure design of building structure.

Keywords: building structure design; structure design; optimization

1.建筑结构设计优化概述

由于建筑工程所涉及到的内容非常丰富，建筑结构设计优化所包含的内容页比较丰富，从总体上来看，建筑结构设计的优化工作包括对房屋总体结构和分部结构优化两个大的内容，其中，在房屋建筑结构设计中的建主结构优化设计主要包括以下几个方面的具体内容，第一，房屋基本结构优化内容。第二，房屋顶部结构的优化。第三，房屋的维护结构、总体结构、细节结构等内容的优化设计。第四，要以房屋建筑的基本功能要求和舒适性要求为基础，对房屋建筑结构的造价进行控制，也就是要对“房屋的造价进行最优化设计”。

之所以对建筑结构设计进行优化是因为优化设计能够实现对有限的空间和资源进行充分利用，提高各种设备和材料的使用效率，尽量使优化结构下所建筑的房屋能够实现安全、可靠、经济、美观。相关研究统计数据显示，建筑结构的优化设计与传统设计相比能够节省5%～33%的工程造价，因此，在房屋建筑结构设计中要积极应用建筑结构优化设计技术，以推动建筑工程企业的常远发展，实现资源的充分利用。

2.常用的房屋建筑结构设计优化技术

常用的建筑结构设计优化技术有很多种，不同的优化技术产生的实际建筑结构设计效果也是不同的，而由于各种优化技术都具有自身的特征，对建筑工程的要求也不同，因此，在与房屋建筑结构相结合时就需要对房屋建筑工程的实际状况进行分析，而基本优化技术的应用分为以下两种。

2.1概念设计在房屋结构设计中的应用

概念设计技术指的是“设计人员根据设计的一般规律和实践经验，对房屋建筑结构设计的多种方案进行分析并优化选择方案的过程”。概念设计技术在房屋结构中主要应用在房屋结构布置、房屋结构的细节处理、荷载量的确定、参数选择等部分的设计中，在进行概念设计过程中设计人员要对房屋施工方案进行综合分析，从中选择出最佳的施工方案。

2.2概念设计在建筑设计中的应用

概念设计在房屋的建筑设计中进行应用主要目的在于提高房屋的抗震能力，应用在房屋的抗震性设计当中，如果房屋抗震性能差，在发生地震时则会造成重大的损失，因此，房屋建筑设计中的抗震优化设计就显得尤为重要。然而发生地震的随意性是非常大的，不同地区的地震等级、破坏能力等都是不同的，这就给房屋建筑设计中的抗震设计提出了更高的要求，相关数据的计算难度也非常大。概念设计是“综合考虑决定抗震性能的各种因素和造价因素，选择抗震性和经济性最强的方案。”因此，在房屋建筑设计中的概念设计优化技术的应用能够大大提高房屋建筑的抗震能力。概念设计优化技术在房屋结构设计中所应用的主要思想是“小震不坏、中震可修、大震不倒”，其实这种思想也是多途径设防的思想，多途径设防思想是指“在发生大地震时，先破坏房屋次要的结构，消耗地震能量，尽量保证房屋的主体结构不遭到破坏。”

3.房屋结构设计中的建筑结构设计优化策略

房屋结构设计中的建筑结构设计优化策略是需要从不同的角度和方向来进行的，比如可以从节能环保角度进行优化设计、从信息化自动化角度进行优化设计等等，具体而言房屋建筑结构设计优化策略大致有以下几点。

3.1优化选择房屋建筑结构类型

不同的形式的房屋建筑结构类型是会产生不同的造价管理模式的，而在建筑结构设计中常用的结构类型有如下几种，第一，剪力墙结构类型。该类型主要应用于高层房屋建筑中，所依托的基础为混凝土结构施工技术，该种优化结构类型同“短肢剪力墙”结构类型相比就有抗震性能强、钢筋材料使用数量较少等特征。第二，框架结构类型。这种类型主要优点在于开间大、灵活布局、造价较低等优点，但是该结构类型也具有一定的缺点，柱的截面面积比较大，抗震能力相对较薄弱。第三，“框架—剪力墙”结构类型。这种类型的结构是对剪力墙和框架两种结构的优化组合，其能够综合以上两种结构类型的优点，结构布置比较合理，实际应用能力也比较强，该结构的最突出特点就是抗侧力能力比较强。

综上所述的三种房屋结构类型，无论是哪种都会有优点和缺点，在进行结构类型选择过程中一定要从建筑质量和建筑成本两个角度出发优化选择，对于建筑质量一定要符合业主和相关标准的要求，而对于建筑成本控制来说，要对房屋建筑工程的投资水平和施工单位的实际施工能力等进行分析和选择，最好是实现利益均衡。

3.2积极应用信息优化技术

在房屋建筑结构设计中存在的变量比较多，房屋建筑结构的优化造成了一定的障碍，因此考虑到房屋建筑结构中存在的各种复杂因素，在优化设计中就应该积极应用先进的信息技术，比如应用一些参数定义软件，这样就能够有效的减少房屋建筑结构优化设计中设计者的工作量，提高工作质量和工作效率。

3.3节能结构设计的优化

节能结构设计的优化是需要以绿色建筑理念为基础，并积极应用设计学中的方法。首先，优化布局和表面形状。布局就是指建筑的主要朝向，受到我国气候条件的影响，为了保证房屋的阳光照射量的通风良好，房屋的朝向尽量要朝南。表面形状的优化就是要保证所设计的房屋建筑外表面积不要接受冷风的直接朝向，这样就能够减少热能的消耗，起到节能效果。其次，维护结构设计。维护结构主要指的就是门窗和屋顶，对于门窗而言，在房屋朝南的方向所设置的门窗要尽量要大和多，这样能够最大限度吸收阳光辐射，朝向北的就要减少门窗，防止热量的流失，材料也要选择保温效果好的。屋顶的设计可以采用架空的方式或者是铺设循环水管，夏天降温冬天保暖。

4.结语

从以上的分析中我们看到了房屋建筑中结构设计的优化是需要综合进行的，虽然本文简单的提出了三点优化策略，但是在实际应用中，不同的房屋建筑工程特征所要求的优化方式也是不同的，还需要设计人员在优化设计之前对房屋建筑工程实际状况进行深入了解。

参考文献

[1]翁维素.运用系统思想，优化工程结构设计，实现节约目标[J].河北建筑工程学院学报.2008（03）.

[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（08）.

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关键词：结构设计；优化技术；新型结构；形式应用

中图分类号： TB482.2文献标识码：A 文章编号：

0 引言

结构设计优化技术就是在原设计方案的基础上，结合新工艺和设备的使用，增加新材料的投入，采用新型结构体系进行局部设计的改变，使技术更可行，更加满足建筑功能要求，同时节约材料， 降低造价。从建筑上分析结构设计优化方法， 它主要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量方面。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目标进行结构优化设计。

一、结构设计优化方法

进行结构设计时， 不同方案的选择及不同的建筑材料的选用对工程整体会有较大影响， 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）结构优化设计模型

结构优化设计模型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如下： 一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。二、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。

（2）结构优化计算方案

结构优化设计多个变量、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、Powell 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

（3）推广设计标准规范和标准设计

工程设计标准规范的形成，来源于大量成熟的、行之有效的实践经验和科技成果，是科技转化为生产力的必要途径。 优秀的工程设计标准和规范， 不仅优化了设计， 减少设计的盲目性，还将大大提高设计速度， 有效降低项目的全寿命费用。 在标准规范中可以对一些重要的部位采取设计经济指标限额制度，对一些设计部位使用“宜”或“不宜”等引导性语言提示设计人员对方案进行优化， 鼓励他们在设计中大胆使用新工艺和新材料。 整体结构的科学性和合理性是新规范特别强调内容。新规范用于控制结构整体性的主要指标主要有：周期比、位移比、刚度比、层间受剪承载力之比、刚重比、剪重比等。新的建筑结构设计规范在结构可靠度、设计计算、配筋构造方面均有重大更新和补充，特别是对抗震及结构的整体性，规则性作出了更高的要求。

二、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。 结构设计优化技术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。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。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

结构设计的阶段分为三个：结构方案阶段、结构计算阶段和施工图设计阶段。概念设计是展现先进设计思想的关键， 结构工程师的主要任务就是在特定的建筑空间中用整体的概念来完成结构总体方案的设计，客观、真实的理解结构的工作性能，并能够有意识的处理构件与结构、结构与结构的关系，灵活地运用它们。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）结构设计优化应考虑采用新型结构体系

建筑工业化是我国建筑业的发展方向。 建筑工业化是在建筑标准化的基础上采用先进、 适用的技术、 工艺和装备，发展施工专业化， 提高机械化水平， 减少繁重、复杂的手工劳动作业。在目前建筑工业化的大背景下，实现建筑工业化首先应从设计开始，从结构入手，建立新型结构体系，包括钢结构体系、预制装配式结构体系，复合木结构建筑等。多层建筑应由传统的砖混结构向预制框架结构发展，高层及小高层建筑应由框架向剪力墙或钢结构方向发展。要使大部分建筑构件实行工厂化作业，减少施工现场作业。

（3）概念设计结合细部结构设计优化

概念设计应用于没有具体数值量化的情况，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。在做结构设计的时候，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）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。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，选择经济适用的方案能大大降低造价。

三、结构设计优化的现实意义

（1）结构优化设计提高材料利用率

对我国这样一个发展中国家， 结构设计的目的即是花最少的钱做最好的建筑。 从优化设计的角度， 结构性能最好的方案不一定材料利用率最高， 这就要求设计时对结构材料的充分利用，同时也强调使用各种新型建筑材料，如预应力混凝土结构、钢-混凝土结构等。其中钢管混凝土结构是将混凝土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，可借助内填混凝土增强钢管壁的稳定性，借助钢管对核心混凝土的套箍作用，使核心混凝土处于三向受压状态， 从而具有更高的抗压强度和抗变形能力。 它的出现使传统意义上的受压破坏特征由脆性变为延性， 对结构抗震的延性设计意义巨大， 也使超高层建筑底层柱的轴压比限制问题迎刃而解。 钢管混凝土与钢结构相比， 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。与普通混凝土相比，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提高材料利用率，降低工程造价。

（2）进行结构设计优化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，有利于抗震，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。与传统的结构设计相比， 采用结构设计优化方法可以使建筑工程造价降低 6%-34%.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。赏心悦目的建筑是建筑的美观与结构设计相互协调密切配合的结果。建筑结构设计追求适用、安全、经济、美观和便于施工五种效果，而建筑结构设计优化技术方法的应用不但满足了建筑美观、造型优美的要求又能使房屋结构安全、经济、合理，成为实际意义上的“经济适用”房。

参考文献

[1]谈建筑结构的优化设计[J].建筑科学，2009（4） 。

[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） 。

[3]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：结构设计；优化技术；房屋设计

中图分类号： TU318 文献标识码：A 文章编号：

Abstract: This article mainly start from the building structure design optimization technique of practical value and application, combined with the design of building structures in the cost aspect of economic factors, mainly on the structural design optimization technology in building structure design discusses the application.

Key words: Structure design；Optimization technique；The housing design

在房屋建造过程中，建筑结构的成本造价是一项较大的花费，通过结构设计的优化技术能够很好的解决成本造价方面的压力，因此，从事结构设计的人员应该充分考虑房屋建造过程中的经济性、合理性、适用性，从而在满足相关建造要求的前提下，较好的降低工程的总体造价。

一、房屋结构设计优化技术的现实价值和应用

1、房屋结构设计优化技术的现实价值

在进行房屋结构设计时，首先要做的就是要满足房屋结构效益的长远化，在这个基础上，尽量使房屋在投资商降低，结构上科学合理。与传统的房屋结构设计理念相比，现代房屋结构设计优化技术在房屋结构建造中的应用，能够有效的降低工程成本，大约可以维持在10%――35%之间。结构设计优化技术的运用，能够将建材的利用率和性能发挥到最大值，使房屋内部的各个空间之间形成协调的整体，并符合我国相关的安全质量规定。此外，房屋结构设计优化技术的运用还能够对房屋的最初设计提供帮助，因此，优化技术对房屋整体设计的安全、合理、舒适起着重要的作用。

2、房屋结构设计技术方案和理论的应用

房屋结构设计方案和理论在现实中的应用主要表现在两个方面，即房屋总体工程结构设计的优化和房屋各个组成部分的设计优化。在这其中，房屋各个组成部分的设计优化包括很多方面，如：相关细节结构部分的优化设计、相关基础结构方面的优化设计、房屋护围结构方面的优化设计和房屋屋顶方面的设计优化等，对于这些方面的设计优化还包含很多更加细化的设计，如布置、选型、造价、受力等方面的设计优化。相关的设计工作者应该在满足房屋建造的相关规定前提下，而后充分考虑造价方面的因素进行相关的结构设计优化。

二、房屋结构设计优化的经济性分析

1、房屋结构设计占地方面的经济性

在当前，房屋的建造形式主要以高层和超高层为主，而房屋建造的总面积是由隔层面积之和而得，所以说，房屋的建造层数越多，相应的总的建筑面积就会越多，由此房屋的单位建筑面积需要占用的土地面积越小。与此同时，随着建筑层数的不断增加，房屋高度也会随之不断增加，而房屋与房屋之间的间距也会随之增加，由此可见，在房屋建造时，占地面积与房屋高度并不是按照一定比例进行增加的。

2、房屋结构设计在造价方面的经济性

在进行房屋结构设计时，结构设计方法以及所使用的建材的不同可能使整个工程的造价产生巨大的变化，因此在进行结构设计时有必要对各种方面如基础选择什么养的类型、房屋高度以及层数的选择、结构形式等进行必要的经济性的考虑。根据相关的统计显示，采用科学合理的设计方案能够使整个工程的造价下降10%左右，甚至有的可以达到20%。房屋结构大多是由基础、柱、梁、楼板等组成，而这些部分所需的成本造价也存在很大的差异，因此，在实际工程施工过程中，应该根据实际情况有针对性的进行选择。

3、高层住宅结构设计的经济性

对于高层住宅而言，其层数直接与成本造价产生联系，随着层数的不断增加，建筑中，墙体面积、柱体面积等都会随之增加，建筑的整体自重、基础的承载能力、各种管线的长度同样也会增加。因此设计一个合适的层数，不仅可以使得建筑材料大大节约，而且有利于抗震性能的提升，同时，一个合适的建筑物高度还能够使得相邻建筑物之间的距离缩短，节约建筑用地。

三、房屋结构设计优化技术在结构设计中的应用

1、概念设计优化技术和建筑结构设计

在现代建筑设计中，概念设计是设计思想展示的关键因素，作为设计人员，最重要的事情就是在一个特定的空间内，利用整体的概念来进行总体设计方案的确定，将建筑中，构件和结构、结构和结构之间的关系进行处理，要想将概念设计较好的完成，设计人员必须建立在丰富的建筑经验基础上，随着经验的增长，设计作品也会变得越来越新颖、完美。在相同的设计方案中，建筑中的结构组成设计也存在很多种变化，即使是内部结构设计已经确定的建筑，它的各种分析方法也存在许多的不同，比如说设计参数、材料、荷载等等参数的取值也不尽相同。而上述这些问题，并不能通过计算机来完成，需要相关工作人员自己对其进行判断和处理。这些判断和处理都需要在遵循一般规律的前提下，根据已有的工程经验，得到最终的结果，这一过程也就是前面所说的概念设计。

2、概念设计处理的实际建筑设计问题

勘察设计是工程的灵魂，质量的龙头。只有具备优秀的设计，才能创建优质的工程。一个优秀的结构工程师会在每一项工程设计的开始，即在建筑设计的方案阶段，根据经验和专业设计理论，在脑海中进行一个“优化”过程，运用概念设计方法，可以迅速、有效地对结构体系进行构思、比较与选择，同时帮助建筑师开拓或实现建筑物业所想要的空间形式及其使用、构造与形象功能，并以此为目标，与建筑师一起确定建筑的总体结构体系，并能明确总体结构体系分体结构体系的最优受力方案所得方案往往概念清晰、定性正确，避免了后期设计阶段一些不必要的烦琐运算，具有较好的经济可靠性能。同时，这也是判断计算机内力分析输出数据可靠与否的主要依据。概念设计是结构设计的核心和灵魂，它统领结构设计的全过程，贯穿着设计工程师的知识水平和设计水平。运用结构概念设计从整体上把握结构的各项性能，这样才能对计算分析结果进行科学的判断、合理的采用，保证了工程师在设计中的主导地位。

总之，结构设计在当今房屋建筑工程中是一项责任繁重的项目，其设计的水平直接影响着建筑物的经济性、适用性和安全性。建筑结构成本在整个工程项目中占有很大比例，优质的结构设计不仅可以确保房屋的居住使用安全性，而且能够减少建设成本，进而获得最大的经济效益。

参考文献

1、隋国龙，优化技术及在房屋结构设计中的应用，中国新技术新产品，2011(3)

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关键词: 毛石砌筑挡煤墙;扶壁柱;半地下式结构

Circular coal field structure design optimization

ZhuFeng

(Jiangsu Electric Power Design Institute, Nanjing 211100)

Abstract:According to a power plant coal circle quantity of coal storage requirements and venues, and puts forward the limited scope of underground type freestone half gravity type block masonry wall structure scheme, optimize coal block the stress characteristics of coal wall, in order to reduce BiZhu retaining wall and coal quantity, and help with reinforced concrete block coal wall structure scheme that compare technical economy, some useful conclusions, reference for other similar projects.

1 概述

某电厂扩建2×1000 MW发电机组，在原有煤场东侧，根据贮煤量要求需新建1座圆形煤场，直径为Φ120m，挡煤侧墙高度约8m，最高堆煤高度约28m。根据电厂前期勘测资料，地下水稳定水位埋深一般为2.00～3.50m。上部地基土以粘性土为主，层③、④粘土具有低压缩性、较高承载力的特性，是良好的天然地基持力层。

目前国内已运行的圆形封闭煤场结构均由带扶壁柱的钢筋混凝土挡煤墙和大跨度螺栓球节点空间网架屋面组成. 对已建工程的整体造价进行分析可知120m直径封闭煤场在采用国产设备后土建费用约占总造价的60%以上, 因此土建费用对整体造价起控制作用和决定作用。而在土建费用中，基础和上部结构扶壁柱挡煤墙造价占总造价的70 %左右,网架结构和屋面系统的造价所占的比例约为30 %,因此如何有效的降低挡煤墙及基础的造价,将直接影响到圆形煤场整体造价。

2 圆形煤场结构特点及受力特性分析

带扶壁柱的挡煤墙，平面布置如图1 所示。扶壁柱、挡煤墙的受荷主要来源于煤场内堆煤的水平侧压力、上部空间网架结构自重和水平推力。挡煤墙扶壁柱一般按间距10°沿圆周均匀分布，扶壁柱为悬臂结构，它的受力类似于挡土墙,计算时将网架屋面的支座反力作用在扶壁柱顶,并计算煤堆的水平推力及其不利组合,按照组合内力确定截面尺寸和配筋. 目前工程常用的挡煤墙均为钢筋混凝土挡煤墙，其沿高度方向的两边简支在扶壁柱上,底边简支在环形基础上,顶边处于自由状态, 可按照三边简支一边自由的板承受三角形荷载作用来计算内力。

3 圆形煤场优化分析及经济比较

根据本工程的特点，可采用两种方式降低土建工程造价。一是采用半地下式结构,即不改变封闭煤场直径,通过调整挡煤墙基础埋深后采用部分地下结构,利用地下结构外侧的土压力平衡部分煤压力,以达到减少挡煤墙结构总的侧压力、从而降低工程造价的目的.二是将钢筋混凝土挡煤墙改为毛石砌筑挡煤墙。降低材料造价以达到降低工程造价的目的。

3.1 调整基础埋深

对于全地上式挡煤墙,可根据环形基础承台的体积,并考虑基础开挖时适当放坡来计算该方案的开挖土石方量,由于地下水位较低,此方案不需考虑施工阶段的降水措施及费用.对于半地下式挡煤墙,如果煤场场地较深，除考虑基础体积和开挖工作面所需土石方量，煤场混凝土底板外,还应考虑施工过程中应采取降、排水措施及其费用。

半地下式结构与全地上结构相比,合理利用了挡煤墙外侧土体的压力来抵抗水平煤压力,整个煤场范围内的基础费用可以大幅度降低;但是当需要考虑地下水位影响时,增设煤场混凝土底板之后,半地下式结构与全地上结构相比,工程总造价不但没有降低,反而有所增加,主要原因是,由于地下水位较高,增加地下室结构之后,在满足地下室防水、抗浮稳定性要求的前提下,煤场底板所需的混凝土量很大,而这部分混凝土仅仅是用来抵抗地下水对地下室的浮力,因而经济性不佳;随着地下室埋深的增加,整个煤场范围内的土方量增加较快,对施工期间的基坑支护和基坑降水也很不利,导致土方的综合单价提高、基坑降水费用增加,是工程总造价增加不可忽视的因素。

不考虑地下水的影响和工艺布置允许时,适当降低基础埋深的条件下,可以达到降低工程造价的目的,具有一定的经济性。因此，根据该电厂地质条件,可将煤场地坪降为-1.000。由于水位较高，调整后经济效果并不明显，但是对于西北方等底水位地区，采用此方法可以大幅降低工程造价。

3.2 调整挡煤墙材料

建筑地基基础设计规范中要求重力式挡墙高度应小于6m，而04J008挡土墙（重力式、衡重式、悬臂式）图集中对也对挡墙高度有限制，其中仰斜式、折背式重力式挡土墙要求高度在2～10米，直立式、俯斜式重力式挡土墙要求高度在2～8米。由于本工程挡煤墙高度不是很高的特点，堆煤侧高度仅8米，通过降低煤场地坪后，实际内外高差仅6米，满足重力式挡土墙构造设计要求。根据前面的受力分析计算(过程略),两种方案的技术经济指标对比见表

根据对比可以明显看出，采用毛石砌筑挡煤墙方案可以比钢筋混凝土挡煤墙方案省大约300万左右。主要原因为：一、其挡煤墙材料造价便宜；二、毛石挡煤内侧不需贴保温内衬；三、扶壁柱及基础计算仅考虑球壳网架传来的上部荷载及扶壁柱宽度的煤场堆煤荷载，因此扶壁柱及其基础材料用量较钢筋混凝土挡煤墙方案少。同时采用毛石砌筑挡煤墙方案，因其结构简单，施工方便，有能够就地取材的优势，对后续的维修也极为便利。

4 结论

因本工厂厂址位于长江下游地区，水位较高，降低基础埋深对工程造价的影响不大。由于重力式挡土墙对高度有一定的限制，在使用中有一定的局限。但是通过对煤场地坪适当优化降低了内外堆煤高差，满足了毛石砌筑挡煤墙的构造设计要求，降低了圆形煤场的造价。对于其它工程中采用毛石砌筑已不合理的圆形煤场，可经过经济比较选择采用混凝土重式挡墙，在强度不够的地方配置钢筋，进一步提高挡土墙的高度。目前此工程尚在设计中，对后续相似工程有一定的借鉴参考作用。

参考文献:

[1] 半地下式储煤场结构设计探讨武汉大学学报 2007年10月第40卷增刊

[2] 建筑结构静力计算手册[M] . 北京:中国建筑工业出版社,1998.

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关键词：建筑结构设计；优化方法；房屋结构设计；应用

中图分类号：TU318文献标识码： A

一、建筑结构设计优化的重要性

在房屋结构的设计中，采用合理的建筑结构方案，不仅能够实现建筑物的实际使用价值，而且还能够很好地实现建筑物的经济价值和环保价值。通俗的讲，好的结构方案不仅可以在最大程度上为建设单位减少资本投入，带来更多的经济效益，而且还可以科学有效地保护建筑施工场地的生态环境，从而实现建筑经济利益与环境保护相结合的模式。因此，合理地使用建筑结构优化技术能够更好地实现建筑的综合效益。建设单位从事建筑开发的基本原则就是在最大程度的减少资本投入、减少建筑材料使用的基础上，实现建筑的高质量和长期使用【1】。建筑只有在保证良好质量和长期使用的前提下才能够实现建筑美观、耐用、新颖等特点，从而满足不同人群的需要。与传统的建筑结构设计方案相比，建筑结构设计的优化可以有效地降低建筑结构成本投入。其采用的结构设计优化措施可以科学地实现建筑施工过程中各种资源的合理配置，以及各项建筑材料的充分利用，并且更好地协调建筑空间布局，使得建筑空间布局能够有效的结合，共同发挥其使用功能。因此，合理的利用建筑结构优化技术，在确保建筑安全性能的前提下能够充分的体现出建筑结构创新性。此外，这种技术还能够帮助结构设计人员选择最为合理的设计方式。

二、建筑结构设计优化的理论体现

在进行建筑结构设计时，我们不仅需要考虑其安全性、可靠性以及基本功能的健全性，还需要考虑建筑本身的美感与艺术感，这就是结构设计优化的相应体现。从理论上对建筑结构设计的相关优化方式进行分析，我们可知，建筑结构的的设计优化方式在现实应用中，主要体现在建筑结构整体的优化和建筑结构分层的优化上。对于建筑结构整体的优化，我们不仅应尽量减少结构质量中心和结构刚度中心的相关性差异，而且还应保持建筑结构的对称性和规则性，但是这些结构设计的理念同时应满足建筑设计师的设计要求。对于建筑结构分层的优化，在满足建筑本身功能的前提下，竖直方向应尽量让同一方向的竖向承重构件达到上下相通，而且为了减小在结构设计上的难度，宜尽量避免转换层结构的使用。在竖直方向的设计还应充分考虑刚度的相关要求，刚度的变化应保持均匀性而不是突变性，否则一旦出现刚度的突变会严重影响建筑结构在抵抗水平方向上的荷载作用性能。

三、建筑结构设计优化的方法

1、优化结构设计模型

建筑结构的优化可以分为以下几个阶段:

1.1 对变量的选择。一般情况下，建筑师决定的最终建筑设计方案起到重要的作用，这些重要的建筑数值均可以作为变量供建筑设计人员进行选择。例如:工程参数的参考，包括对房屋价格的参考、对于其损失的参考等等。设计人员若能够将变化幅度较小或考虑因素较少的参数作为设计的参考，建筑结构的设计和编程难度将会大大降低，设计人员也能够更快的找到最符合设计目标的数据【2】。

1.2 对函数的确定。设计人员要选择出最符合配筋率和房屋结构构件尺寸的一组函数，进而在最大程度上降低建设成本。

1.3 对施工条件的衡量。想要进一步确保建筑结构的稳定性，就需要从房屋的受力限度、变形限度、结构的稳定性、房屋结构构件的尺寸、结构构件裂缝的限度、房屋的结构体系等方面考虑。在实际的建筑结构设计过程中，设计师应该结合建筑使用方案和房屋的施工条件，分析出实际设计中存在的约束性条件，并且要确保解决这些约束性条件的方案要符合我国现行的规范规定，以保证建筑结构的设计结果达到最优。

2、科学设定优化设计的相关方案及应用程序

首先，依据可靠度而开始进行房屋结构设计的优化通常都具有很多约束条件，有时会遇到非线性的相关优化问题。所以在相应的计算中，会进行相应的转换，将有约束的优化转化成无约束的优化，而相关的计算、方式有拉式乘子法、powell 法等。其次，依据可靠度而开始进行房屋结构设计的优化基本模型，以及在设计时运用的相应的计算方式，为了可以更好地实现其效果，能够将这些编纂成一个运算速度较快而且功能全面的综合性、科学性的应用程序。这样能使整个优化设计更加全面地、有效率地进行实施。

3、对统计结论进行分析

设计人员在进行了各种计算之后，要对统计结果进行认真的分析，并且找出各个设计方案中不同点和相同点，并且结合总体的设计情况和进展选择最佳的设计方案。设计人员在进行结论分析的时候，要注意不要遗漏一些细节问题。房屋的建设与设计是一项耗时长、成本高的项目，它不仅涉及到建设单位的利益，也涉及到了房屋使用者的利益，设计人员在把握细节的基础上，要注意从宏观上把握住当事人的利益，这样才能够有效的节约建设成本，进一步优化建筑结构。在进行建筑结构优化的时候，设计人员不仅要避免追求片面的利益，还应该避免为了追求设计创新而忽略了建筑实际情况。

四、建筑结构设计优化方法在房屋结构设计中的应用分析

1、对建筑主体上部结构进行的科学性优化

房屋建筑的上部结构设计应当建立相应的模型并进行系统的优化。整个过程第一步就是先合理地设置剪力墙，保证剪力墙整体的布置是均匀的，这样使楼层平面刚度的中心点重合于楼层平面质量的重心，从而减少地震作用及风荷载等对其的破坏性。在房屋结构设计时，如果条件允许，应尽可能地对剪力墙进行大开间的布置，加长剪力墙的墙肢长度，这样既能减少墙肢的数量，还能在符合规范的条件下减少混凝土的使用量。另外，剪力墙内的暗柱一般都设置了钢筋，如果采用较大的剪力墙就可以减少相对的钢筋使用数量，从而相应减少的材料成本。然而如果建筑的本身不具有相应的条件，而且对于抗震抗压的要求较高，就不得开间过大的剪力墙。

2、房屋建筑的整体性与局部性优化

建筑在设计过程中都应具备相应的层次性和复杂性的特点。从层次性角度来讲，建筑体系包含着建筑整体设计体系、结构相关体系及安装体系等，每一个单独的体系又包含了众多的下属体系。在对房屋进行设计时，设计者要对每一个下属系统地进行相应的优化，冲破关联的横向性，实现叠加型工程;对于复杂性角度来讲，主要包含选取建筑的材料、选取建筑的零部件等。因此在进行结构优化时要从整体入手，才能真正实现结构整体的设计优化。

3、结构优化与建筑优化保持协调

对于结构设计既要保证结构的整体性，又要与建筑平面功能紧密配合，这样才能实现建筑本身的功能与结构相应合理性的效果。对于建筑系统来讲要保证平面简洁，墙体与立柱不能有错位的现象，高度与截面的面积相通。在楼体设计时，自身受力较多的转角区域，要选择高强建材做为承重的材料，从而更好地降低自重。对于结构整体来讲要保证重心、刚心、质心三者正确交叠，防止扭转的状况出现。

4、直觉优化技术与建筑结构设计

即使对于同一个建筑方案，结构布置方面也可能存在诸多的差异。建筑结构的布置如已经确定，即使荷载情况是完全相同，也可以将差异化的分析方法给应用进来。在分析过程中，也可以采取差异化的设计参数、材料和荷载的取值，对于建筑结构的细部处理，更是存在着诸多的差异。现在建筑结构的计算大多都是靠计算机来完成的，但很多问题都是计算机无法完全解决的，那么就需要靠设计人员进行科学的判断。在判断的过程中，需要严格依据结构设计的一般规律，总结过去的工程实践经验，这也就是我们所说的概念设计。因此，设计师在选择多种备选方案的过程中，就需要应用到概念设计。

5、建筑寿命优化与阶段性优化。

在建筑的使用年限内，需对建筑每一阶段进行相应的结构方案优化。房屋结构的设计者要考察各个阶段的特点，根据实际情况进行优化方式的确定，从而对工程的整体寿命进行科学的优化。这样，既保证了建筑产品质量，又提高了建筑企业的经济效益。

结束语

综上所述，建筑结构设计优化对于整个建筑工程的质量与美观都有着重要的促进作用，建筑结构设计优化方法在房屋建筑结构中的应用，在很大程度上促进了建筑结构设计的科学性和合理性，因此，有必要不断加强建筑结构设计优化方法的广泛应用。

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),2013,03:81-82.

[2]郑智,乐肖军. 结构设计优化设计技术与其在房屋结构设计中的应用[J]. 中国新技术新产品,2011,04:98.

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【关键词】结构设计优化设计技术；房屋结构设计；应用

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。

1 结构设计优化方法

赏心悦目的建筑是建筑的美观与结构设计相互协调密切配合的结果。建筑结构设计追求适用、安全、经济、美观和便于施工五种效果，而建筑设计优化设计技术方法的应用不但满足了建筑美观、造型优美的要求又能使房屋结构安全、经济、合理，成为实际意义上的"经济适用"房。从建筑上分析结构设计优化方法，它主要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量方面。

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如下：一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。二、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 结构优化计算方案

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、Powell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。

2.1 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。

2.2 概念设计结合细部结构设计优化

概念设计应用于没有具体数值量化的情况，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。

2.3 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。

3 结构设计优化的现实意义

3.1 结构优化设计降低总造价

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。另如屋盖部分，一栋楼只有一个屋盖，并不会因为层数的增加而有所改变，它的成本下降会比较明显。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 进行结构设计优化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。

与传统的结构设计相比，采用结构设计优化方法可以使建筑工程造价降低6%-34%。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。

参考文献

[1]谈建筑结构的优化设计[J].建筑科学，2009(4).

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关键词：结构设计优化技术;民用房屋结构;设计;应用

Abstract: Structural design optimization technology mainly refers to the design department and design personnel in the construction industry to follow the "economic, reasonable, application of" principle, the use of advanced technology of modern, new technology optimization design of structure and process. This paper is based on the analysis of the technology of structural design optimization, explains its application in the design of civil building structures, to provide some feasible ideas for future building structure optimization settings.

Key words: structural design optimization; civil building structure design; application;

中图分类号： TB482.2文献标识码：A文章编号：

1、前言

近年来，我国建筑业不断发展，取得了一些可喜的成果。但是仍然出现资源浪费严重、造价成本过高的现象。这为建筑企业的未来发展带来了隐患。其中建筑结构的造价在建筑项目整体造价上占有很大比例。如何优化建筑结构的造价是摆在设计人员面前的一道难题。结构设计优化技术的产生正好解决了当前的问题。其设计原则是：经济、合理、适用，这样大大降低了建筑工程的造价成本，也为企业带来巨大的经济效益和社会效益。

2、建筑结构设计优化技术的应用和意义

建筑结构设计优化技术主要应用于两方面：房屋工程分部结构的优化设计以及房屋工程结构的总体优化设计。房屋工程分部结构的优化设计由四部分组成：基础结构方案、结构细部设计、围护结构方案、屋盖系统方案。其中针对以上四部分还具体分为布置、造价分析、选型、受力分析的优化设计。建筑结构设计优化主要是根据设计图纸和设计规范的要求，结合具体的工程情况，围绕“经济、合理、适用”的原则以及经济效益的目标进行结构上的优化设计。

近年来，中国在不断倡导构建可持续发展的和谐社会，建筑业也不例外，更是将经济效益与社会效益的和谐作为重中之重。建筑结构的设计优化正好体现了这种思想，注重将长远利益与眼前利益结合起来，发展可持续性的新型建筑结构。其较传统的建筑结构设计相比，降低了5%—30%的工程造价。建筑结构设计优化技术主张全面合理的利用设备材料的性能，完善并协调建筑的内部结构，保证建筑的安全性和效用性，达到“经济、合理、适用”的目的。

3、在民用房屋结构设计中所应注意的问题

民用房屋的主要受众群体为广大的老百姓。其对住房的要求，更注重经济、适用、美观、合理、性价比高等因素。所以在对民用房屋结构设计时，更应该考虑其自身的独特的要求。

①结构设计与工程造价

民用建筑楼层的层数与建筑面积造价有直接联系。但是对于房屋工程分部结构的联系不大，例如，由于楼层的不断增多基础结构部分的荷载逐渐增大，这就要求不断增加基础结构的承载力，但与之相反基础结构部分的单位面积的造价会随着楼层的增加而开始递减；承重结构一般包括：梁、柱、承重墙等。这些会根据楼层的变化而增加承载和抗震、承重的能力，因此在造价上也要不断提高；屋盖系统不会因为楼层层数的增加而发生变化，都可以共用一个屋盖。

②高层住宅结构设计与经济性

楼层的高度与工程造价有着密不可分的关系。楼层越高，所花费在墙体面积、结构设计等地方的费用会越高，投入也越大。从优化结构设计的角度分析，降低层数是节约能源、节省材料、缩小日照距离、节约用地的好方法。

相同建筑面积时，建筑形状也会影响其结构的造价。所以，一般设计师倾向于选用矩形作为楼房结构形状。这是因为矩形的外墙周长系数最小，外墙内外表面装修、砌体基础等部位也会减小，同时，矩形受力性能好，造价普遍比其他形状要低，既方便又实用。

③结构设计的平面布置与竖向布置

在建筑结构的平面布置上要尽量做到对称和规则，减少刚度中心和质量中心的差异，以免在水平荷载的重压下发生扭转出现断裂。竖向布置上，要尽量满足功能需求，做到竖向承重分布均匀，上下贯通，减少扭转层的运用。同时，竖向刚度做到渐变，避免由于突变使水平荷载出现应力聚集，影响结构抵抗水平动力 的荷载。

④建筑与用地

高层民用建筑中，整体的建筑面积是各楼层建筑面积的总和。在占地面积固定的情况下，楼层越高，建筑总面积会越多，但平均的单位建筑面积会减少。另外，楼层的高度越高，总高度也会随之增加，使得房屋的间距有所加大。显然，楼层数与用地的节约量之间没有本质关系。所以在优化结构设计上可以忽略用地的因素。

4、结构设计优化方法

赏心悦目的建筑是建筑的美观与结构设计相互协调密切配合的结果。建筑结构设计追求适用、安全、经济、美观和便于施工五种效果，而建筑设计优化设计技术方法的应用不但满足了建筑美观、造型优美的要求又能使房屋结构安全、经济、合理，成为实际意义上的“经济适用”房。从建筑上分析结构设计优化方法，它主要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量方面。

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如下：一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。二、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。

②结构优化计算方案

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、Powell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。

5、结构优化设计在民用建筑机构设计中的应用

①概念设计优化技术和建筑结构设计

概念设计优化是设计师在设计结构之前结合实际的建筑经验对建筑的结构进行合理性的、多方案的一种“理想化“设计。它更注重对同一建筑方案的不同结构布置设计；对同一分析中的设计参数、荷载取值的不同；对建筑细节的不同处理；对同种荷载情况下的不同分析方式。见图1

图1优化技术设计的流程

②概念设计处理的实际建筑设计问题

概念设计优化的关键内容在于如何应对建筑物可能出现的不确定因素。例如：我国是一个地震高发地区，每年因为地震所发生的楼房倒塌所造成的人员伤亡很多。地震超强的破坏力和无法预测性是我们在结构设计中必须考虑的，采取一定的防震措施，加强设计结构的抗压性以及抗震性，提高遇到灾害的防御能力。具体设计如下：采取多道设防思想，使次要构件先发生损坏，减耗部分地震能量，增加人员生还的机会，尽可能降低地震所带来的损失。多道设防思想在整个设计过程中十分重要，应作为重要的指导思想贯彻其中；采取对称、刚度均匀的结构，减少地震对结构的不利影响，保证结构的稳定性和固定性；采取延性设计，增加韧性，防止结构在地震中出现脆性破坏，带来不必要的人员伤亡。

6、总结

建筑结构优化设计是建筑工程中对实用性和经济性的完美追求，更是现今建筑行业高科技、高环保，现代化的体现。合理运用建筑结构优化设计，强化资源配置，使各环节，各资源都呈现和谐，达到经济效益和社会效益的双丰收。

参考文献：

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

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

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【关键词】建筑结构；结构设计；优化方法

一、建筑结构设计优化方法的现状

随着人们对生活品质的追求不断提高，对于建筑而言已经不仅仅停留在满足实用性和安全性方面，而是追求经济性和美观性等其他因素综合方面的更高水平。

（一）设计优化方法的现状

由于近年来经济的快速发展，人们的居住水平越来越高，对于高品质的居住环境需求越来越大。设计师在设计环节时需要考虑到各方面成本的因素，兼顾房屋结构的科学性和合理性。 现代的设计师不仅要有专业的设计方面知识，而且还要结合当今社会推出新颖别致的设计，才能保证设计出来方案更加的合理，更加的具有可操作性。结构设计优化工作的灵魂就是科学合理的结构优化方案设计。结合当今飞速的科学技术，科学技术水平以及设计理念，融入到房屋设计的结构中，充分考虑到房屋结构周围的配套诸元，对周边环境因素进行全面的了解，尤其是对人文环境进行实地考察，这样就能将房屋结构的各项数据进行精确控制，并对房屋结构的设计进行优化，使房屋结构更具人文性和实用性。

（二）建筑设计优化过程中存在的问题

在房屋设计的过程中，很难把握的一个问题就是，对诸多元素的一个平衡，不能一味的追求低成本，而忽略对美观性的设计和安全性的把控，避免出现顾此失彼的结果，找到兼顾各种元素的最佳平衡点，这才是设计优化方法的初衷。另外在设计过程中，需要注意很多细节的问题，针对细节差错要进行逐一的筛选、审核，避免影响整体房屋设计的观赏性和实用性。再有像前文提到的，由于人们生活水平和生活质量逐步提升，人们对住房的要求具体到每一个设计的细节，这对于房屋设计的实用性、观赏性、新颖性的考验越来越严苛，结果就导致房屋的设计优化人员不得不发散思维，激发灵感，才能更好地设计规划房屋结构和内部布局，使设计方案更加的精准，让人们更满意房屋结构的设计。

二、建筑结构设计优化策略

（一）构建设计模型

在构建模型时，将设计的限制性条件提前规划好，比如建筑结构的规划尺寸、建筑物的整体强度、预应力参数的临界点等方面。在设计的前期工作中，应当熟知这些限制条件，按照设计优化方法来优化设计方案，从而才能保证各项限制条件符合建筑构造标准，符合实际操作的具体要求。结构优化的具体数据主要是通过构建结构优化的模型计算出来的，通过一定比例的换算，使用精确地函数模型，提炼其中的相关变量，从而得出最佳的结构设计方法。

（二）优化计算方案

一套完整而且合理的设计方案主要就是依靠科学的设计优化方法，在优化过程中个汇总各项参数，而且各项参数也是复杂多变的，在优化设计方案时，常常将约束性数据转化为无限制的问题，综合多种计算方法优化出更为合理的设计方案。结合房屋具体实际应用情况，从房屋的整体结构出发，既要考虑到设计完成后的功能性要求，还要兼顾到平面布局的规模进行优化，合理地设计建筑整体布局和占地，精确计量建筑的质量中心和刚度之间差距，确保均衡力度的承载方向。

三、建筑结构设计优化方法的运用

在房屋结构设计中合理的运用建筑结构优化设计方法既实现了降低成本的目标，又能使建筑结构达到更为合理的初衷，有利于将经济效益与社会效应相结合，满足人们居住的多方面要求，达到最优的设计理念。一般来说，建筑结构设计优化方法一般运用到建筑结构设计的前期设计环节、基础地基设计、节能指标设计、对已有建筑的整体改造方案、结构的抗震效果设计等等。

（一）前期的设计环节

能够对建筑物产生决定性作用的环节就是前期的设计环节，它是决定方法的总体规划的前提，也影响着建筑物的总投资资本，是定位建筑服务功能的基本依据。然而目前的设计方案，很少在前期的建筑设计环节中运用设计优化方法，在前期的设计中往往会忽略结构设计的合理性和科学性，这些失误会对建筑结构的设计造成很多负面影响，甚至会影响到建筑的实用性和安全性的重要需求。在前期设计中运用较为合理设计方案、选择可行的结构形式，规划合理的设计方案，为科学、使用的建筑打下坚实的基础。

（二）建筑地基的结构设计优化

加强建筑结构设计优化方法在房屋结构设计中的运用，希望能够设计出更加符合以人为本的科学房屋结构。建筑物的地基是整体结构的关键部分，也是优化设计的关键部分，只有完成好地基的结构设计实现最优设计，才能保证后续的施工设计优化。根据其建筑物的整体规划、服务功能不同，地基的施工优化法法也不同，结合实际建筑特点，精确测量地形数据，在优化时首先考虑建筑物稳定性作为前提，再兼顾人文形态，其次还要兼顾工程的成本造价，从而优化出最佳的施工方案。

（三）节能指标的结构设计优化

建筑结构设计方法在房屋结构设计中的运用主要是为了提升房屋建筑的整体效益，满足人们的建筑需求，降低工程造价，实现观赏性和实用性的最佳平衡。选择节能指标较高的结构设计是比较明智的选择，一般的建筑结构形式分为三种，即框架结构、短肢剪力墙结构和框架与剪力墙相结合的结构。抗震效果最好的就是框架结构，选用的材料不是很多；柱截面较多的是第二种短肢剪力墙结构，但是这种结构会影响建筑物内部家具的选用和布局；即抗震效果好又不影响家具布局的就是第三种结构设计，综合适应性比较强。这三种方案结合成本因素进行考虑，各有优劣，这就需要建筑设计的优化方法根据实际情况决定最佳的设计方案。

结语：

将建筑结构优化方法应用于房屋结构设计中，能够实现提高建筑结构的经济性、降低工程总造价的目标。选择科学合理的建筑材料，将优化设计方法运用前期设计、建筑地基设计、节能指标选择等诸多环节，不仅能节约建筑工程成本，而且还能使建筑物实现美观性与功能性的统一，实现更好的经济和社会效益，更加符合科学发展观、可持续发展理念的要求。

参考文献：

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【关键字】房屋结构设计；建筑结构设计；优化方法；意义

1 建筑结构设计优化的基本理论

对于房屋建筑本身来讲，给人们提供一个良好与舒适的生活环境，使得人们免受风吹日晒，从而保证人们的学习效率与工作效率，这是房屋的功能价值；而房屋本身的美观性能够符合人们的审美需求，并且使得房屋本身与周围一些物体良好地结合起来，形成一个有机的整体，这是房屋的美学价值。而对于房屋建筑设计人员来讲，如何将房屋的功能价值与美学价值统筹起来，是房屋设计质量优良的关键所在，因此一个优良的房屋建筑设计师应该引入房屋建筑结构优化设计的理念，并且充分考虑房屋的功能价值与美学价值，进而寻求出一个最佳的房屋优化方案，从而设计出满足建筑结构设计优化要求与人们需求的房屋建筑。

所谓的建筑结构设计优化是指在进行房屋结构设计的过程中引入先进的设计理念，采用合理与科学的方式选择出最佳的设计方案，从而使得设计出的房屋建筑在各项标准上都能够达到最佳的标准。而建筑结构设计优化主要分为房屋建筑的各部分设计优化以及整体设计的优化，而对于房屋建筑来讲是一个由许多部分组成的一个有机的整体，那么在建筑结构设计优化方面，整体设计的优化就显得尤为重要，只有重视房屋建筑结构整体设计的优化，才能够使房屋建筑结构的各个部分有机地结合在一起，相互协调，成为一个整体，才能够使得设计出来的房屋更具完善性。

在建筑结构设计的优化方案上，应该遵从做到更好的理念，不断使房屋结构设计更加完善。而对于具体的建筑结构设计优化方案来讲，首先应该保证房屋的性能与房屋结构的良好性与结构的稳定性，在此基础之上，不断引进先进的设计方案，对设计方案进行不断的探索与创新，从而设计出更加优秀的建筑结构设计优化方案。

2房屋结构设计中建筑结构设计优化技术的重要意义

随着人们对房屋建筑的要求逐渐提高以及市场中竞争的不断增加，对建筑结构设计进行优化具有十分重要的意义，通过对建筑结构设计进行优化不仅可以大大增加房屋建筑本身的美观性，使得房屋建筑结构更加稳定，从而增加其本身的实用性，这样会大大增加房屋建筑本身在市场中的竞争优势；而且在一定程度上能够对房屋建筑的工程造价进行严格与合理的控制，从而使得建筑企业对房屋建筑工程的投资减小到最小，进而实现了建筑企业盈利的最大化，因此就必须对建筑结构设计进行优化。

除此之外，在对结构设计优化和传统房屋结构设计的比较中可以看出：经过结构设计优化的房屋建筑要比传统的房屋结构设计所投入的工程造价节省6%―35%，而且应用结构设计优化技术能够使得整个房屋建筑中的各个组成部分得到合理与最佳的协调，从而保证房屋建筑整体的美观性与统一性。除此之外，结构设计优化技术还能够对建造房屋的材料进行合理的利用，从而不仅仅大大增加了房屋建筑的质量与安全系数，而且通过对建筑材料利用的最大化实现了房屋结构设计过程中的经济性与实用性的理念。

3 房屋结构设计中的建筑结构设计优化的具体措施

3.1 设计结构模型

对于建筑结构设计优化，首先应该纵观房屋建筑的整体，将房屋建筑整体结构设计优化作为整个结构设计优化的重点，那么就应该设计房屋建筑的模型。其具体的方法与步骤主要如下：

（1）由于在具体的房屋建筑结构设计的过程中是一个十分复杂的过程，要充分考虑到各种因素对房屋建筑结构的影响，因此在变量的选择上要具有合理性与科学性，这就需要房屋设计师在对参考指标进行选择的过程中不应该选择影响因数较多或者变化幅度较大的参数，这样就可以尽可能地避免外界一系列因素的影响，从而能够十分准确并且十分迅速地找出最佳的参数取值。

（2）充分考虑各个房屋建筑的实际情况，选择出最适合此房屋建筑的函数来进行对房屋结构设计的辅助运算。在对房屋结构进行设计的过程中，设计师可以对事先设计出的一些函数进行计算，例如：房屋横截面尺寸的函数和钢筋尺寸面积的函数等，通过事先预算，要找出最经济与适合的一组函数，从而不仅可以保证建筑材料的 合理利用，而且在一定程度上可以大大节省投资的浪费，达到节省成本的作用。

（3）要对条件进行准确与详细的测量。对房屋建筑结构的设计中，保证房屋建筑的质量与安全系数是建造房屋的基础，因此对于房屋设计人员来讲，应该首先保证房屋质量性与房屋结构的稳定性，要与房屋本身的具体情况有机结合起来，充分考虑与注意到在房屋建筑实际的施工中与实现对房屋结构进行设计的差异，从而设计出能够更加负责要求与标准的最佳房屋建筑结构设计方案。

3.2 决定计算方法

对于房屋建筑结构设计的整个过程来讲，其本身就是一个十分复杂的过程，而要想找出最佳的房屋结构设计方案，就必须要对所有的数据以及条件进行详细与准确的计算，通过对各个计算结果进行比较进行得出最佳的房屋结构设计方案。在此期间所要计算的数据与方法是十分繁琐与复杂的，那么就会消耗大量的时间，并且一旦在计算过程出现失误或错误，就会给最后的方案选择带来一定的误差。因此，在对数据以及条件进行详细与准确计算的过程中应该充分结合房屋建筑的实际情况，找出可以将问题进行简单化的计算方法，从而不仅可以大大提高计算的准确度，还可以节省大量的时间，从而提高对房屋建筑结构设计的效率。

3.3 选择最优程序

在对设计完房屋建筑结构模型与选择出最佳的 计算方法之后，就需要相关设计人员充分结合上面的两个步骤选择出最佳的房屋建筑结构设计的程序，进而保证房屋建筑过程中各个功能的完善性与正常的运转，从而可以提高房屋建筑的整体工作效率，这对于房屋建筑结构优化设计来讲具有十分重要的作用。

3.4 分析统计结论

在相关设计人员对各种数据进行计算并且得出相应的计算结果之后要对这些数据进行详细与综合的分析统计，要把握整个房屋建筑结构设计的全局，充分考虑到各个设计方案的优点与缺点，并选择出一套最佳的设计方案。

4结语

总而言之，房屋结构设计中建筑结构设计优化是一个繁琐而且复杂的过程，它不仅可以保证房屋建筑的良好质量与建筑结构的稳定性，还可以在大大增加房屋建筑的美观性的前提下，将投资成本控制在最小，从而不仅满足了人们日益增长的需求，还在一定程度上实现了建筑企业盈利的最大化。因此房屋结构设计中建筑结构设计优化对于当今房屋建筑来讲是十分重要的。

参考文献：

[1] 周宏伟.刍议房屋结构设计中建筑结构设计优化方法的应用[J].四川水泥，2014，（12）：283-283，286.

[2] 常青.浅谈房屋结构设计中建筑结构设计优化方法的实际应用[J].新材料新装饰，2014，（8）：459-459.

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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：