结构设计优化精选(九篇)
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第1篇：结构设计优化范文
【关键字】房屋结构；设计；建筑结构；优化
在进行建筑工程施工之前，均需要依据工程实际及周边环境，合理进行布局设计，安排具体施工办法，通过合理施工控制与竣工验收实现工程质量及功能。一般而言，质量良好，性能完善的房屋建筑，属于建筑设计人员将建筑功能价值与建筑美学价值的整合与统一成果。房屋结构设计，以实现房屋建筑结构功能、美观及应用价值为目标。采取建筑结构优化设计方法，是在房屋设计基础上，进一步优化资源配置，最大限度实现房屋现实需求。本文结合某工程实际，探究建筑机构设计优化重要性及其具体办法。
一、工程概况
本建筑工程位于广东省揭阳市，属于商业住宅建筑，其建筑面积为32680O，地上设计32层，地下设计2层，建筑主体商业部分层高设计为4.9m，住宅部分层高设计为3.0m，建筑总高度为98m。该工程建筑基础持力层属于稍密卵石层，设计为平板式桩筏基础，建筑结构体系应用剪力墙结构。为确保该房屋建筑结构设计质量，提出应用房屋建筑结构设计优化方法，对该建筑工程进行设计优化，以实现建筑工程质量及功能，实现其整体效益。
二、房屋建筑工程结构设计优化所依托的理论基础
房屋建筑工程结构设计，其行为本身属于技术含量高，专业性突出的活动。设计工作人员在执行房屋结构设计任务时，需要综合考虑房屋建筑地质水文、周边环境、建筑功能需求及其各项性能指标，包括建筑工程的功能指标、美学价值指标。功能指标，即建筑工程作为人们生活办公的场所，其应具备的基础性应用功能，建筑审美指标，指的是建筑结构外形表现，给人一种结构协调，外观美感的视觉享受。在房屋建筑设计过程中，需要综合考虑房屋性质所要求的基础性能，考虑其结构搭配与外观表现。在这种房屋结构设计理念下，要求设计工作人员，从多种建筑结构设计方案中选择出最佳方案，通过方案优化，完成房屋结构设计综合目标。换一种角度而言，通过科学化方法进行表述，则为：结合数学知识与相关建筑学知识，在多种设计方案中选择出与整体设计目标相符，最适宜的设计方案。
房屋结构设计中建筑结构设计优化，指的是建筑结构设计过程中，需要进行设计理念更新，选择应用具备先进性与科学性的设计筛选方案，优选出各方面达到最佳效果的一种设计方法。建筑工程其内部结构错综复杂，所涉及的系统较多，为实现建筑工程结构完美协调，发挥最佳功能优势，需要重视并应用建筑结构设计优化方法。一般而言，建筑结构优化，主要以房屋顶部、房屋、房屋细节结构设计优化为中心，依据实际需求，合理优化布局，在优化结构过程中，实现建筑工程的整体效益。建筑设计要求，房屋平面结构表现应平整，尽量降低平面建造质量与房屋刚性结构之间所存在的差异，彰显出建筑工程对称美感，确保在出现较大水平作用力状况下，建筑结构不会出现扭曲及不安全状况。在确保房屋建筑基础功能前提下，需要采取竖直贯通方式的承重结构，以提高建筑工程承受竖直作用力的承受能力。依据渐变规律，进行房屋竖向刚性程度指标设计，防止出现刚性结构角度突变。
三、房屋结构设计中的建筑结构设计优化的现实意义分析
在房屋结构设计过程中，综合应用建筑结构设计优化方式，有助于实现建筑工程现实应用功能、外观美感与整体经济效益，通过结构设计优化，还可以实现建筑成本节约，加强建筑生态环境保护，简而言之，采取建筑结构设计优化，有助于实现房屋建筑整体效益。在市场经济大环境下，建筑商在进行房屋建筑设计施工中，要求确保建筑工程基础应用能力的基础性，最大限度降低房屋建筑设计成本，降低施工成本，从而降低建筑投资。确保房屋建筑结构合理稳定，满足用户不同层次需求，是实现建筑工程整体效益的基础性保障。
社会实践证明，与传统的建筑结构设计方式相比，建筑结构设计方案优化，能够降低房屋30%左右的成本，且通过结构优化，可以更好实现建筑工程资源合理配置，实现建筑材料的充分利用，更好协调建筑单元，发挥建筑功能优势；通过创新设计，在保证建筑安全性基础上，实现更高标准，通过结构优化，实现最佳效益。
四、基于工程实例的建筑结构设计优化策略
该建筑工程位于广东省揭阳市，属于商业与住宅建筑，为实现更好效果，决定对该建筑工程进行结构设计优化，其结构设计优化具体策略如下：
（一）结构模型设计
房屋建筑整体设计优化可以分为三个环节，分别为变量的选择与确定、确定函数与条件衡量。其中，变量的选择与确定，指的是对设计方案存在着重要影响因素的参数值，作为变量为设计人员所选择应用。如该建筑工程的目标参数主要包括建筑价格参数，预期损失参数，工程控制参数、房屋结构可靠性参数等。在房屋结构设计中，设计人员选择变化幅度较小的参数作为重要参考指标，会降低建筑结构设计难度系数。在结构设计众多相似函数中，需要选择出与房屋横截面尺寸及钢筋尺寸面积函数最适应函数，选择该函数并分析函数性质，通过函数优化，降低房屋建筑成本。条件衡量，重点表现为房屋结构设计约束指标，具体而言为建筑房屋尺寸、架构刚性、受力限度、结构确定性、变形限度、组建规格等。在进行结构设计优化过程中，设计人员结合该工程实际情况，明确工程约束性条件，确保该工程条件满足相关要求，实现设计结果最优化。
（二）合理选择计算方法
房屋结构设计中会应用到较多计算程序，而建筑结构优化的过程，则属于建筑工程复杂变量、约束性条件及其他设计条件的计算过程。在进行数据验算过程中，多将约束性条件进行转变，设置为不附带约束条件问题，从而确保计算精度，减少计算时间。如该工程筏基础优化数学模型为：
Min A=F（XAi，YAj）
S、T，P≤f
Pmax≤1.2f
其中，XAi与YAj代表自变量，p代表基础底面平均压力设计值，f代表地基承载力设计值，采取渐进搜索法进行模型求解，实现结构优化。
（三）选择应用最优程序
在房屋结构模型设计后，科学选择计算方法，在此基础上，进行模型程序最优化处理。最优设计程序，需要表现出功能完善，运转高效，其程序多是由多个分程序相组合构成的综合程序，从而发挥作用。
（四）分析统计数据，确定最佳方案
在完成数据计算后，设计人员需要统计数据分析，研究并获取不同建筑结构设计方案之间存在的异同，通过综合分析与综合衡量，最终确定出符合工程实际的最佳方案。在统计数据分析过程中，要求设计人员多层思考，综合考虑细节，科学处理工程技术与工程经济效益之间的关系。
五、结语
为实现建筑工程经济效益、社会效益，提出对房屋建筑进行结构设计优化。结合工程实例，从房屋建筑工程结构设计优化所依托的理论基础出发，探究房屋结构设计中的建筑结构设计优化的现实意义，社会实践证明，通过建筑结构设计优化，有助于实现建筑工程整体效益，研究其结构设计优化具体策略，通过结构模型设计、合理选择计算方法、选择应用最优程序、分析统计数据确定最佳方案，实现建筑结构设计优化，实现建筑工程整体效益。
参考文献
[1]尹英华.房屋结构设计中的建筑结构设计优化[J].城市建设理论研究（电子版），2013，（19）.
[2]闫新红，王雄飞.浅谈房屋结构设计中的建筑结构设计优化[J].房地产导刊，2014，（2）：44-44.
第2篇：结构设计优化范文
【关键词】结构设计；优化
结构设计的目标是“安全、适用、经济”，对结构设计进行优化的目的就是使有限的空间、资源效果最大化，结构设计的优化工作就显得非常的重要。结构设计优化的方法就是合理的利用材料的性能，合理的利用结构体系的受力特性，合理的结构布置，使结构内部各单元得到最好的协调，达到规范所规定的安全度，并使其使用功能得到最大的满足。下面将通过几个方面对结构设计的优化进行探讨，以期与广大结构设计人员共勉。
1 结构整体分析
在承载各种作用的时候，建（构）筑物总是以整个结构体系协同工作的，结构体系的优劣是这个建（构）筑物的先天基础。合理的结构体系可以在安全、经济、适用等方面做到更好的协调。
1.1 结构形式的选择及结构布置
同一建筑方案，可以采用多种结构体系进行设计。建筑工程常用的结构体系有框架结构、框架剪力墙结构、剪力墙结构、筒体结构等。每一种结构形式的经济性都有所差别，且都有其相应的适应性、抗震性能。因此，设计人员在建筑结构体系的优化选择过程中，要根据建筑物使用功能的要求、建筑高度的不同、场地条件等因素，按照经济合理、安全可靠的设计原则，保证结构整体具有良好的抗震性能、足够的承载力和刚度的前提下，选择最合适的结构体系。
结构布置要求结构设计者具有化繁为简、了解各种结构特性并对其出现的各种状况采取相应措施的能力。在建筑结构设计的过程中，在基本满足建筑师设计意图的基础上，平面布置应尽量规则、对称，尽量缩小质心和刚心的距离；使建筑物在水平荷载作用下不致产生太大的扭转效应。竖向布置应在满足功能要求的前提下，尽量使竖向承重构件上下贯通且竖向刚度最好不要突变，否则突变处在水平荷载作用下会出现严重的应力集中现象，这对结构抵抗水平动力荷载是十分不利的。
笔者设计的某值班宿舍楼，平面尺寸为7×38m，平面虽然很规则，但很狭长，结构布置的时候，做到了结构刚心与质心非常的接近，但计算后的结果却不能令人满意，第一周期是扭转周期，对于结构的抗震是非常不利的。究其原因就是结构平面过于狭长，平面刚度不足，造成两端振动不同步引起了扭转效应。在增大了两端柱截面之后，虽然第一、二周期变成了平动周期，但第一扭转周期与第一平动周期的比值大于0.9。虽然抗震规范对多层建筑的周期比并不做要求，但参考高层规范的规定，比值过大的情况下结构的抗震性能并不是很好。于是笔者在两端墙体交接处各增加了一根柱子，使得两端的刚度进一步增强，且柱的布置不影响使用，结构的周期比小于了0.9，而且由于结构布置的时候刚心和质心是非常接近的，因此结构的抗震性能是非常好的。
1.2 功能要求
每一个建（构）筑物都有其预定的功能要求，设计者甚至不能满足其无限扩大的功能要求，而功能要求往往也会与结构形式产生冲突。当为了更大满足功能要求而不能采取更优的结构形式使造价增加，或者采取更优的结构形式使造价降低却但限制了一些功能上的要求时，设计者应当与建设方协调，在功能要求和结构形式上互相做出让步，以确定双方都满意的结构方案。比如框架结构、框剪结构、剪力墙结构、简体结构等满足使用者自由布置空间的能力是不同的，一般情况下按上述排序该能力是越来越弱的，但结构体系的刚度却是越来越强的，适用的最大高度是越来越高的。当某建筑物的高度接近框架结构的适用最大高度时，其结构成本相对是比较高的，可以考虑采用框剪结构，如建设方认为框剪结构影响了其功能使用，且结构成本对其影响不大时亦可继续采用框架结构。但通过沟通，在采用框架结构的同时，在不影响其功能要求的某些位置设置少量的剪力墙以加强结构的抗侧刚度则不失为更优的结构方案。
2 改变约束条件
改变约束条件是进行结构设计优化的一种有效的手段。
某水厂水池，由于施工单位的失误，池壁钢筋产生严重的偏位，按偏位后的截面进行复核，池壁承载力已经不够。笔者采用增加约束的办法进行处理。将池壁上部的走道板强化设计，作为池壁的上部约束，经复核此情况下偏位后的钢筋满足要求。
某门式刚架厂房，笔者最初设计时对刚架的底部按固端约束进行计算，发现刚架的基础非常大，造价很高。后经优化，减掉部分约束，改为铰接，基础尺寸大为减小，柱脚构造施工难度变小，且上部构件截面增大不多，取得了良好的经济效益。
3 构件分析
每一种结构构件都有其最经济的使用范围，每一种截面尺寸均有其最经济的承载状况。通过构件分析进行结构优化的目标是使构件的截面尺寸更合理，充分发挥材料的结构性能。
笔者在设计水处理构筑物的时候，通过采用通用计算软件分析发现控制构件配筋的最不利弯矩衰减得非常的快，这些在普通的静力计算中是察觉不到的。根据这个特性，在大尺寸的池壁设计中，可以采取沿高度逐渐减小池壁厚度和逐渐减少配筋量的方法来更合理的发挥材料的性能，取得更好经济效益。
牺牲某些结构构件的部分经济性，达到更高的整体经济效益则是另一种结构优化的方向。例如，常规梁经济性最好，但严重影响建筑层高，尤其是在目前土地资源有限的情况下，其不一定能实现整体经济效益的最大化。宽扁梁能减少梁的截面高度，增加建筑物的净高。在建筑物总高度限制的情况下，可以增加层数，以获得更多的建筑面积。虽然宽扁梁在经济指标上与常规梁相比并非最优，但对比整体经济效益和结构增加的投资，整体经济效益大时，做宽扁梁设计是个值得考虑的结构设计优化方向。
4 材料选择的优化
结构承载能力的载体就是材料，工程实践证明，设计阶段合理选择建筑材料，控制材料单价或工程量，是控制工程造价的有效途径。建筑材料应尽量选用性价比高的高强度建筑材料。例如HPB300、HRB335和HRB400这三种钢材的价格比较接近，但它们的抗拉强度值是270：300：360=1：1.11：1.33，可见采用高强钢筋的性价比高。采用高强度钢筋减少了用钢量的同时，还减少了施工量，增加施工可操作性，减少了施工难度。当柱截面由轴压比控制导致尺寸过大时，可以采用更高等级的混凝土，以达到减小结构尺寸，增加使用空间的目的。结构设计者可以与建筑设计者协调采用轻质高效的建筑材料，如填充墙材料宜采用轻质墙体，屋面采用轻质防水材料等，这些材料的使用既可增加室内的使用空间，也能减轻结构自重，减小地震作用，进而减少结构主要受力构件的用钢量和混凝土用量，减少了结构部分的投资。
5 计算模型的优化
实际结构是很复杂的，完全按照结构的实际情况进行力学分析是不可能的，对工程设计而言也是没有必要的。因此结构设计时，都需要采用某个计算模型对结构实际状况进行简化模拟，计算出结构在各种工况下的效应。结构计算模型的准确性决定了计算结果的合理性及对工程设计的指导意义。
纵观结构设计软件的发展历史，就是结构计算模型提高准确性的发展历史。在计算机高度发达和通用计算逐渐普及的今天，结构设计者拥有了更多的选择对结构进行更为合理的模拟计算，设计者可以得到更为准确的结果，从而更为合理有效的进行材料配置，提高经济效益。
由于业主功能需求的变化，某已建成的建筑物空间布置发生了较大的改变，部分楼板荷载超出了原设计的规定。笔者在对此建筑物结构进行技术鉴定时，考虑到原结构设计是采用梁柱模型计算的，楼板并未直接参与计算，仅估计了对梁刚度的影响，可能实际结构承载能力还有一定的富余。笔者采用了梁柱与板壳元共同工作的计算模型进行复核，并对其局部荷载进行精确施加。最终验算的结果表明原结构基本能满足要求，仅需进行小的调整即可满足结构安全。
在水处理构筑物的设计中，水池底板的设计一直都沿用传统的倒楼盖法，整个底板的地基反力是按均布荷载布置的，这与实际的受力状况有很大的不同，造成了底板用钢量过大的结果。在使用通用计算已成为可能的今天，可以考虑采用更为接近实际状况的有限元模型进行受力分析，并以此结果指导配筋将会更为合理且更为经济。
第3篇：结构设计优化范文
（广东美的制冷设备有限公司，广东 佛山 528311）
【摘 要】随着社会的不断进步以及经济的发展，人类的生活环境也变得开始渐渐的恶化了。人们对空调也开始渐渐的形成了依赖，然而，空调的能耗比较大，并且，其对环境有很严重的负面影响。随着现在全球变暖的情况越来越严重，这种问题已经严重的困扰了相关人士。因此，对空调结构优化的设计问题变得越来越急迫，需要受到更大的重视。
关键词 空调结构；优化设计；节能
0 引言
现在，全世界对能源和环境问题都是一直非常重视的，各个国家都制定了相关的法规来解决现在的环境问题。空调的能源消耗一直都非常严重，对环境保护的问题作为重点的检测对象，由于空调的耗能比较多，因此，其对地球的环境存在很大的影响，导致消耗大量能源的空调变得不被看好，因为，空调的年耗电量已经远远的超过了洗衣机、电视和冰箱，因此，它已经不符合现在的可持续发展趋势。导致世界各地生产空调的国家都开始制定了节能的法规，禁止厂家生产高耗能的空调。压缩机其作为空调的核心，对整个机体起着决定性的作用。如果压缩机选择的额定制冷量太小，对制冷系统也存在一定的影响，这样也就达不到设计的要求。如果压缩机选择的额定制冷量太大，就会导致其消耗的功率也会增大，而且，能耗高的压缩机价格一般也比较高，这也涉及到要考虑公司的成本问题。我们在配选高效率的空调系统时，不能随意的增大换热器甚至超过其允许值，这样将会导致压缩机产生故障。因此在选配压缩机的时候，一定要选用小排量的压缩机，这是提高压缩机能效的关键。本次，笔者对优化空调结构的设计进行详细的分析，希望能通过此次分析来解决这个问题，也希望能为目前的节能问题提出更好的解决办法。
1 现阶段我国空调设计存在的一些不足
1.1 环保材料使用较少
现在，我们面对着大量的不可再生资源的消失，导致全世界都开始出现了能源危机，由此可见，现在的能源问题已经十分严重了。除此之外，随着现在能源的大量消耗，也给环境带来了很多的污染问题，例如，我们国家的环境污染就十分严重。我国使用的主要能源是煤、石油和天然气，在这些能源使用的同时非常容易造成环境的污染，例如：空气污染以及水污染，这种对人们的生活环境造成严重影响的行为让我们开始对此进行深思。现在，某些空调设备依然在使用氟利昂作为制冷剂，但是，据我们所知，氟利昂对臭氧层有严重的破坏，并且，无法恢复。因此，作为加剧全球变暖情况的氟利昂的空调已经被人们慢慢摒弃。为了人们能够过上更加舒适的生活，真的不应该再继续使用能给环境带来严重影响的物质了，不能以损害子孙后代的利益为代价来继续使用那些了。因此，现在环保材料使用过少的局面已经到了社会的重视，我们也必须开始寻找更加合适的方法来消除现在这种形式了。
1.2 制冷效果不高
由于我国科学技术水平比其他发达国家的水平低很多，导致我国使用的能源方面浪费，同时，空调的制冷效果也不高。为此，我国在此方面应该大力的加强了。相关人员把室内机的风道和贯流风扇的直径加大，在适当的修正贯流风道曲线的同时也会改善涡流噪声和出风量蒸发器的结构，在这种改变了空调输入输出的方式后，可以明显的体现出空调系统的风量确实增大了，其能力也被明显的加强了，也明显节约了能源的消耗。实验结果表明：空调机在结构上的优化对节省电力，促进空调的发展有重要的现实意义。
2 优化空调结构设计的必要性
2.1 降低能耗
现在，我们面对着大量的不可再生资源的消失，导致全世界都开始出现了能源危机，由此可见，现在的能源问题已经十分严重了。对此，相关人士一直在思考用什么新能源来代替日常能源的消耗。我们发现：建筑旁边种植的大量的树木不但有防风、阻隔噪声、减少灰尘和美化环境的作用，而且，对于建筑隔热和节能也有重要的作用。因此，在空调建筑周围种植大片的树木能够降低温度，减少建筑物吸收的太阳能，降低了建筑的温度，这样既能改变现有的被污染的环境，又能降低夏季空调的使用，完全实现了空调的节能。就像这样的想法我认为是最贴切我国可持续发展的，也是降低能耗的最好的方法。
2.2 节约成本
节约使用成本对空调优化结构设计的又一个重要的因素，由于空调使用的大部分都是不可再生的资源来，并且，其耗电量又是非常大的，我国目前也在面对着能源的危机。由于某些空调的结构设计不合理，其经常会出现很多的问题，这样来说，其维修时的费用也非常贵，本来空调的价格就挺高的了，加上其电费以及维修费等使用费用让我们渐渐被压的喘不过气。因此，空调对于人们的生活质量应该是提高的，而不是作为一种负担强压在人们的身上。这样，不但降低了人们生活的舒适程度，同时也降低了人们的工作热情，不利于国家的长远发展，也不符合我国可持续发展的观念。
3 空调可持续化设计的方法
3.1 加大环保型材料的开发和应用
制冷除湿设备是基于浓溶液自然吸收空气中水气的原理。这种无毒无害的浓盐溶液，在对空气制冷、除湿和净化的同时，不需要更换，也不会减少。当浓盐溶液被加热时，水又以热的湿蒸汽的形式回到空气中，在系统的任何地方不会形成结露。盐溶液本身又是自然的消毒剂，只要经过一次处理，就可消灭新风中大量的细菌、微生物并去除异味。
3.2 优化空调结构设计节约能源
空调的研发在近年来还有一些新的技术正在由科学家们研发并逐步的优化。随着人们生活的日益进步，他们对美观的要求也变得十分严格，因此，其必然已经成为空调的未来发展，然而怎样能在减小空调壳体的基础上还能提空调的使用效率。除了那一系列的空调系统，在节能方面，我们应该更多的去考虑使用一些清洁无污染的可持续能源，例如：风能和太阳能等。同时，还要改造空调原有的结构，减少空调的热损失，并且能实现对空调产生的热损失进行有效地回收利用，这样一来既能节约能源，又满足了国家可持续发展的观念。目前随着互联网的飞速，让我们看到了网络的优势，我们可以发展与网络想配合使用的控制系统，在空调的内部增加一些智能的控制结构，这样可以让电能使用的更加节约和适当。这种改善的空调能够有效的提升我国多方面的能力，在进行思考的同时要多参考国内外的新技术和新手段，把他们的经验学习过来，可以减少走错路的机会，同时面对这些经验不能仅仅照搬照抄，只有通过多方面的学习和思考，通过不断的补充新的知识，设计出最适合自己发展的空调结构。这样被设计出的空调能效可以达到降低成本、节约环保的效果，能够在空调产品的市场显示出极大的优势，为我国空调发展起一个良好的带头作用，并且，更加的促进我国空调产品的发展。
4 结语
随着科学技术的快速发展以及社会的快速进步，在空调的设计生产中得到了新技术的应用，同时通过不断的对此进行优化使空调能够越来越节能，希望这一问题能够得到有效的解决。这样，能够使人们在享受清凉的夏季以及温暖的冬季时能够不用害怕会对自然造成损害，同时，这样也可以为后代留下更多的资源。我认为，可持续的发展应该是我们国家，以及全世界的发展趋势。
参考文献
［1］庄宇.浅谈现代建筑空调系统中的新技术及节能优化设计[J].建筑与发展,2013(10):1088.
［2］周威,霍鹏.浅谈暖通空调设计中存在的问题及优化策略[J].河北企业,2012(06):108-109.
第4篇：结构设计优化范文
【关键词】结构设计优化；设计技术；房屋结构设计；应用
Application of Building structural design structural design optimization design techniques
Pan Li
（Xinyang City， Henan Province Quality Supervision Station Xinyang Henan 464000）
【Abstract】People's material needs and making changes in market prices rising construction costs， the use of structural design optimization method to optimize the design of building structures is an important means to maximize resources， the paper established a model and calculation methods of structural design optimization method， while emphasizing its structural design considerations in housing applications， with a strong operational in architectural practice， but also to the development of structural design optimization of the construction market has brought far-reaching significance.
【Key words】Structural design optimization；Design technology；Building structure design；Application
近年来，由于土地价格市场的变化，不断上涨的土地价格给开发商的建筑总成本控制带来了极大的压力，同时，人们对于居住条件及生活环境的要求不断提高，相应建筑产品的品质要求也就不断提高，这就让开发商不断寻求新的手段满足顾客需求，而降低工程造价就成为开发商追求的直接目标，这就需要我们利用结构设计优化设计技术方法，提高有限空间、有限资源的最大化效果发挥，实现经济化、实用性和适用性的良好目标。
1. 结构设计优化方法
1.1 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。
1.2 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。
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。
（1）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。
（2）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
（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。
（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）.
[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）.
第5篇：结构设计优化范文
关键词：建筑；结构设计；优化技术
中图分类号：G267文献标识码： A
引言
在进行结构优化设计的过程中，前期合理的结构设计方案至关重要，因为一个合理的结构设计方案不但能够使建筑工程在技术上达到要求，还能够降低其在经济上的消耗。结构设计优化是一个涵盖面非常广的系统性问题，为此我们需要加大对结构设计优化方法的探究力度。
一、结构设计优化概述
结构的设计优化方法主要包括两个方面，一个是从整体出发，对结构模型进行合理调整，通过控制位移、刚度等参数保证结构的整体稳定性。另一个是从分部出发，对建筑物的基础结构、上部结构和围护结构等方面进行优化设计。对这些分部进行优化设计时，需要对建筑结构进行选型与布置，并进行工程造价分析和受力分析等。在具体的结构设计优化中，要以建筑工程的实际情况为基础，以实现建筑的经济效益和综合效益为目标进行设计优化。另外，在进行结构设计前，要对建筑的功能准确掌握，在此基础上尽可能地使各个平面布置的均匀、规则，使不同部位的质量和刚度差异得到缩小，避免建筑物在水平荷载作用下发生巨大扭转。竖向上要尽可能避免转换层的使用，避免应力集中问题的发生。
二、结构设计优化的原则
一般来说，结构设计优化要遵循以下原则。首先就是要符合居住者的需求，也就是说要确保建筑能够满足居住者日常生活所需的基础功能，使得居住者感觉方便舒适。其次，要充分考虑居住者的健康安全，也就是在进行结构优化设计时，必须要把安全性和环保性放在第一位，要使建筑能够长久使用，使得居住者感觉健康安全。然后，还要考虑到开发商的经济利益，因此设计师们在进行结构优化设计时，要使建筑项目资源分配最优化，尽力节省资源和成本。最后，设计师在对结构进行优化设计时，要大胆创新，多借鉴和使用一些新的结构形式和设计思路，不仅仅满足于结构的纵向功能齐全，应力均匀，刚柔度适中，还要根据建筑的特点，充分融入自己的创意和理念，使得建筑能够“形神兼备”。
三、结构设计优化技术
1、结构的抗震性设计
（1）结构抗震等级设计
在结构设计的过程中，建筑结构按其抗震设防烈度分类，建筑的抗震等级可以根据建筑高度、烈度和结构类型按照国家《抗震规范》附表确定。
（2）地震作用振型组合数据
当结构振型数大于3的时，应该取3的整数倍进行计算，但是该数据不可大于建筑物的层数；当建筑的层数小于等于2时，振型数则可以取建筑层数。对于那些不规则的结构，应当考虑扭耦联转，对于高层的建筑来说，振型数应当取大于等于9的数；建筑的层数多或者建筑结构的刚度突变系数较大的话，其振型数则应该多取，例如建筑结构中含有多塔结构、顶部有小塔楼、转换层等，其振型数应尽量取大于等于12的数。
2、结构周期性折减系数
在结构设计过程中，填充墙的存在使得整体结构的实际刚度要大于设计计算的刚度，计算的周期也会大于实际的周期，所以，当算得结构的剪力偏小时，会使结构某些部分不太安全，因而应该对结构的计算周期适当进行折减，以达到更好的效果。对于框架结构来说，一般采用填充墙，计算周期的折减系数可取大约0.6～0.7之间；当填充墙采取轻质砌块或墙体较少时，可取0.7～0.8之间；完全采取轻质性的墙体板时，则可以取到0.9。除非无墙的纯框架，否则计算周期尽量适当折减。
3、重视节点的设计原则
在结构体系中的节点是指各构件交接之处或连接异常的地方。不同类型的构件相连接，同一构件截面改变之处，都会形成需要在设计图中表示清楚的节点。广义上，诸如结构错层，体型改变，设置转换层是大型节点。当强大的荷载突然袭来之时，对于单一的构件，力量传递合理，因而可以控制。对于复杂的结构体系，各节点的复杂性难以预测和控制，即使从理论上保证了每个组成构件的强度和刚度，但因为各个节点的力传递不顺畅而出现应力集中的现象，从而造成结构的破坏。历次灾害表明，从设计不合理的节点开始破坏的建筑占了相当大的比例。
4、刚柔相济的设计原则
合理的建筑结构体系应该是刚柔相济的。结构刚度过大则适应变形能力差，强大的破坏力瞬间袭来时，需要承受的荷载很大，容易造成局部受损甚至最后全部毁坏；而刚度过柔的结构虽然可以很好的释压、传递外力，但容易造成变形过大而无法运用甚至全体倾覆。结构是刚多一点好，还是柔多一点好， 到什么程度才算合适，这些问题需要建筑结构设计师在两者之间建立一个很好的平衡。
5、多道设防的设计原则
安全的结构体系是多道设防的，在实际的建筑结构中，绝大多数结构都为超静定结构体系。当地震来临时，所有能够抵抗外力的构件都在协同工作，如果此时，局部构件在设计或者施工中有瑕疵，一旦由于裂缝等问题影响了局部构件承受荷载的能力，而使局部构件产生破坏的话，静定结构体系破坏带来的后果是不堪设想。近几年国家把这方面的抗震规范补充的更加细致，超静定结构体系的应用，尤其是在砌体结构的楼梯间处的表现尤为突出。这时候，如果把“生存”的希望全部寄托在某个单一的构件上，是相当危险的。超静定结构体系，仅仅理解为纵抗震墙或者框架柱设置为纵贯三道，是远远不够的。当我们设计较为复杂的高层建筑时，也要考虑到局部破坏对整体结构稳定性的影响。理解和活用超静定结构体系就体现了多层设置防线的结构设计思路。
6、概念优化设计与分部结构优化设计相互结合
概念优化设计对结构的整体稳定性具有重要作用。可以肯定的说，经过概念优化设计的结构是能在各种各样可能出现的环境情况作用下使房屋破坏程度最小的。所以，研究分析如何应对建筑可能遭受到的多种不确定因素是检测结构设计合理性的重要途径。地震作为对结构破坏性最大的因素之一，是结构优化设计需要应对的一个重要问题，因此应验证建筑结构对地震等突发事件的抵抗能力。刚度的对称均匀是降低地震破坏力度的重要手段之一；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。多道设防的设计思路能使建筑在特大地震作用下先破坏次要的构件，消耗一部分地震能量，从而保证大震不倒。所以这些常用的抗震设计思想在整个结构优化设计过程中都应该引起足够的重视，并得到应用。结构设计应该未雨绸缪，从计算和构造等各个方面都采取一些有助于提高建筑抗震能力的措施，尽量避免不利于抗震设防的工程作法。刚度均匀、延性设计和多道设防等思路在整个设计过程中都应该作为概念设计的重要指导思想。
结束语
我们常说，结构是建筑的骨骼。好的结构设计师总希望可以通过合理的结构体系来增进建筑的安全性与美感。结构设计师应严格遵循“安全、经济、美观”的设计理念，努力探索更合理的结构设计方案，使得建筑成为拥有实用性和艺术性的美妙融合。
参考文献
[1]饶远文.结构设计优化技术及其在房屋结构设计中的应用[J].价值工程，2010，（9）.
第6篇：结构设计优化范文
关键字：房屋建筑 结构优化设计 应用
房屋结构设计优化技术的现实价值和应用
1.1房屋结构设计优化技术的现实价值
设计人员在进行房屋结构设计时，首先要考虑的就是要满足房屋结构效益的长远化，在这个前提下，要最大限度的减少投资商的投资成本同时保证结构上的科学合理。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应用之后，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，不仅能够将建材的利用率和性能发挥到最大值，同时也使房屋内部的各个空间之间的结构实现协调规划，并且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。
1.2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
2.1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。
2.2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结构类型的选择和建筑材料的选用等进行必要的经济性的考虑。在相同建筑面积时,住宅建筑平面形状不同,住宅的外墙周长系数也不相同。显然平面形状越接近方形或圆形,外墙周长系数越小,外墙砌体、基础、内外表面装修等也随之减少,并且受力性能好,造价会降低。考虑到住宅的使用功能和方便性,通常单体住宅建筑的平面形状多为矩形。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，不同的结构类型的工程造价是不同的。如在剪力墙结构中，在进行高层建筑抗震设计时短支剪力墙的抗震等级应比相应的剪力墙的抗震等级高一级，所以在平面设计上要尽量减少短支剪力墙的数量这样也会相应的减少构造钢筋的使用量从而减少工程造价。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结构类型选择。
2.3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。
结构优化设计技术在房屋建筑中的应用
3.1结构设计优化应注意前期参与
房屋建设的投资计划在实际的过程中受很多因素的影响，影响最大的当属前期方案的确定，
前期方案的确定将直接影响整个建设项目的总投资成本，对目前而言在进行结构设计时存在问题最大的也是前期方案的确定问题。在进行房屋结构设计时具体的施工人员并不将优化设计使用在前期方案的设计之中，往往忽略考虑建筑物结构的和理性和可行性，这样设计出来的结构设计结果将会对整体结构造成很大影响，不仅增加了后期结构设计的困难度而且在项目总投资上增加了一定的成本，这些都是得不尝试的结果。如果我们在前期方案确定是就加入结构优化设计，那么我们就能从容的针对不同的建筑类别要求，优化选择合理的结构形式和设计方案，在避免上述情况发生的同时保证了工程的进度也减少了投资商的投资资本，这是一举两得的最佳选择。
3.2结构设计优化方法
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计量。对于房屋工程分部结构优化设计主要包括：基础结构方案的优化设计、屋盖系统方案的优化设计、结构细部设计的优化设计和维护结构方案的优化设计四个大的方面，同时还包括对结构设计中选型、空间布置、受力分析和造价等几个小的方面。在实际的优化设计中要一切从实际出发结合具体的工程实际情况满足设计图的整体规划要求，最大限度的使平面布置规则同时减少刚度和质量中心的差异，要着重注意减少应力集中的现象。在构建结构优化设计模型时要合理选择主要参数以创建函数模型，运用合理科学的结构优化计算方案和计算方法将有约束条件转换成无约束条件进行计算最后编制相应的运算程序以得出最终的优化结果。具体步骤如下：首先是对设计变量的合理选择，要选取对设计要求影响较大的参数，并将影响较小的参数作为预定参数，采用此方法将会达到减少计算编程的工作量的效果：其次其确定目标函数，是函数满足设计要求的最优解；最后进行约束条件的确定，这里的约束条件包括应力约束、结构强度约束、尺寸约束等，在保证个约束条件满足现行规范要求的同时采用优化设计合理进行优化是建筑物达到最完美的设计效果。
3.3概念设计优化技术
在现代建筑设计中越来越多的因素被考虑在之中，不同于传统的结构设计概念设计的理念的引入是一场思想的革新。用概念思想来进行建筑结构设计就是设计师在设计的方案阶段根据其自身的工作经验和专业的理论知识，在没有确定具体方案的情况下运用概念设计方法在脑海中进行整体结构的优化。概念设计主要针对设计工程中对于不同的建筑结构采用何种设计施工方法无法确定时，这时设计人员就要根据自身经验并考虑和遵循一般设计规律在不依靠计算机的情况下得到我们想要的最终结果。概念设计的引用较传统设计思想而言可以迅速的、有效的对结构体系进行构思、比较和选择，保证了工作的高效进行的同时也帮助了建筑师确定整体结构体系，使结构体系和受力分析以一种清晰明朗的形式显示出来，避免了后期设计的不必要的计算具有很高的安全可靠性。将概念设计得到的数据与计算机计算得到的数据进行比较可以大大的提高运算的准确性。在实际设计中概念设计还表现在对一些外力的不确定因素堤建筑物的影响，其中影响最大的就是地震对建筑物产生的影响，因此在设计中就要首先将防震思想考虑其中，要多道设防思想是建筑物在地震发生时次要构件先破坏以消耗部分地震能量，此外进行延性设计也能有效的防止结构发生脆性破坏，这些抗震设防思想在整个设计工程中都将作为概念设计的重要指导思想。概念设计是结构设计的灵魂和核心，它贯穿于设计工程师的知识水平和设计水平也统领结构设计的全部过程。运用结构概念设计从整体上把握结构的的各项性能，只有这样才能对计算分析结果进行更为科学、更为合理的采用，保证了工程师在设计之中的主导地位。
3.31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，计算式难免与现实之间有很大的差异，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。
3.4 ANSYS在优化设计中的应用
传统的结构设计先是凭借经验和判断做出结构的初始方案，包括空间总体布置、材料选择、结构尺寸和制造工艺等几个方面然后在进行结构分析，最后在力学的基础上校验其方案的可行性，必要时需要进行多次方案修改。在传统的结构设计中结构分析只是仅仅起到了校验可行性的校验功能。而利用ANSYS进行优化设计分析不仅只进行一次计算就可以完成结构的应力和寻优计算而且能够满足设计规定的约束条件实现目标最优。ANSYS软件是融结构、流体、电场、磁场、声场分析已预提的大型通用有限元分析软件，自开发以来不断汲取新的计算技术和方法，在进行高级分析时将有限元分析与优化设计方法合理有效的结合在一起，从而构成了基于有限元分析技术的优化设计。作为工程设计人员而言并不需要具备完善的理论基础只需要掌握就工程所涉及的相关背景能够将工程实际问题转换成优化模型，这样就可以通过使用ANSYS软件完成工程的优化设计，ANSYS软件的应用不仅大大提高了优化设计的工作效率减少了设计过程中繁琐的编程操作而且也大大的提高了工程计算的准确性，保证了工程的整体质量。
3.41 ANSYS结构优化实例
根据上述优化过程的思路，使用ANSYS对常用的三杆桁架进行优化设计。三杆桁架结构模型如图2所示，桁架由三根杆组成，承受纵向和横向载荷作用。优化的目标是使桁架的重量最小，其中三根杆的横截面面积和基本尺寸B在指定范围内变化，每根杆的在最大应力不超过400MPa。已知条件如下：
桁架的材料特性 弹性模量：E=2.06×105MPa，密度：ρ=7.5×10-3g/mm3，泊松比：ν=0.3，最大许用应力：σmax=400 MPa。
几何条件 杆的横截面面积变化范围：10~10000mm2，基本尺寸B的变化范围：1000~10000mm。
集中载荷FX=5×105N，FY=5×105N。
优化设计模型是要在满足给定的工况条件下，追求三杆桁架机构重量的最小值。根据该问题的情况，选择三根杆的横截面积A1，A2，A3以及基本尺寸B为设计变量，目标函数为桁架的重量最小，约束条件为三根杆的内应力在许用应力范围之内以及几何条件。所以，可以根据式（1）将该问题用优化数学模型表示。 按照ANSYS的优化设计过程，采用一阶方法，共进行了10次迭代，得到了优化结果。从结果中可以看出，当A1=2091.5mm，A2=10000mm，A3=477.6mm，B=6062.8mm时，桁架的重量为0.2261t，在满足给定条件下三杆桁架结构的重量达到最小。图2给出了目标函数（重量）的变化规律，从图中也能直观地看到目标函数的整个优化过程以及最终的结果。
图1 桁架结构模型图
图2目标函数与迭代次数的关系图
3.5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。
结语：结构优化设计技术在房屋建筑中的应用，随着我国社会经济的快速发展、生产技术水平和人们生活水平的的提高以及人们对于居用建筑功能要求的不断改变，优化结构设计目前已经得到了极大的推广与发展。建筑是凝固的艺术，建筑师总是希望通过建筑物表达自己的设计意图，力求艺术性和实用性的完美结合。结构优化设计工作同样是一项事无巨细的工作，只有在今后更多的实践中不断积累经验，发现问题和解决问题才能够在未来的房屋建筑工程结构设计竞争中占得先机。对于专业设计人员来说要把提高自身职业技能和设计质量作为终身奋斗的目标，为国家建设行业贡献自己的力量。
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第7篇：结构设计优化范文
【关键词】房屋结构设计；建筑结构设计优化方法；实际应用
一、前言
近年来，人们对生活质量的要求不断的提高，对房屋建筑的要求逐渐的从实用性向功能性、安全性、可靠性方向转变，这给房屋建筑结构设计提出了更高的要求，如何提高房屋建筑结构设计质量，已经成为房屋建筑企业亟待解决的问题，同时也是社会各界广泛关注的焦点。通过将建筑结构设计优化方法应用在房屋结构设计中，能够有效的保证房屋建筑的功能性、经济性以及实用性。因此，文章针对房屋结构设计中建筑结构设计优化方法实际应用的研究具有非常重要的现实意义。
二、建筑结构设计优化方法的概念以及重要性分析
1建筑结构设计优化方法的概念。建筑结构设计优化方法是从理论、经验上对进驻结构设计进行优化，以建筑结构优化设计理论为依据，同时凭借经验对建筑结构进行分析与认知，以此对建筑结构的整体进行优化，是对建筑设计以及工程部分的设计优化与完善。在进行建筑结构设计时，为了保证建筑结构设计的经济性，以及降低结构设计分析的难度，应该严格的控制建筑结构设计的所有环节，进而保证建筑结构设计能够满足实际需求。
2建筑结构设计优化方法的重要性。建筑结构设计优化方法在房屋结构设计中的应用，能够实现对房屋建筑结构的优化设计，不仅能够有效的控制房屋建筑工程的造价，还能够满足建筑的实用性与美观性。对于建筑企业来说，希望以最少的投资获得最大的利益，因此必须保证房屋建筑结构设计的安全性、可靠性以及科学性，这就要求对房屋结构设计进行优化。与传统房屋结构设计相比，结构优化设计方法的优点在于：保证房屋建筑结构的安全性；合理协调房屋建筑结构内部的所有单位；合理的利用材料的性能；降低工程造价6%-35%。由此可见，通过将建筑结构优化设计方法应用在房屋结构设计中，能够有效的提高房屋建筑结构的安全性、实用性以及经济性。
三、建筑结构设计优化方法在房屋结构设计中的实际应用分析
1建筑结构设计优化方法分析。建筑结构优化设计方法主要包括以下几种：（1）拓扑优化方法，拓扑优化方法的主要内容是寻找建筑结构刚度最理想的传力模式或者分布方式，以此优化结构的性能或者降低建筑结构的自重，拓扑优化方法是结构设计初始阶段提出的概念性设计，通过整数变量的形式或者逻辑变量的形式来表现建筑结构的实际分部形式，以此或者最佳的布局设计方案，该种建筑结构设计优化方法与其他方法相比，其经济效益更高，更容易被广大工程设计人员所接受；（2）外形优化方法，外形优化方法的研究时间相对较短，指的是在结构拓扑结构一定的基础上，调整结构内部形状与框架，以此对建筑结构进行改进与优化，以对象为标准将外形优化方法分为两种，即杆系结构与连续体结构，对于杆系结构外形优化方法，应该以节点作为为设计变量，然后进行截面优化，通常采用分布优化与综合优化进行求解；对于连续体结构，通常采用数值、解析两种方法进行结构外形优化；（3）截面优化方法，截面优化方法是采用有限元方法计算设计变量的所受应力与结构位移，通过科学的数学规划方法以及灵敏度分析，实现对房屋建筑结构的优化。
2建筑结构设计优化方法在房屋结构设计中的实际应用分析。文章以某房屋建筑工程为例，该房屋建筑工程采用钢筋混凝土框架结构体系，建筑面积为6408平方米，由于施工现场条件有限，建筑平面长度设计为58.1米，宽度设计为15.6米。该建筑工程总共7层，层高设计为3.6米，走廊宽度为2.4米，房间开间进深为6.6米，地基承载力控制在120kN/O-140kN/O之间，由于冬季气温相对较低，并且地下水深度为7m左右，地下水、降水会对混凝土造成侵蚀，为了保证该房屋建筑工程的安全性和可靠性，需要采用建筑结构设计优化方法对房屋结构设计进行优化和完善，具体表现为：
2.1创建房屋建筑结构优化设计模型。想要实现对房屋建筑结构的整体优化，应该创建完善的房屋建筑结构优化设计模型，具体步骤表现为：第一步，合理的选择设计变量，在选择设计变量时，应该将影响建筑结构的主要参数作为设计变量，例如约束控制参数、目标控制参数等，同时还存在一些影响相对较小、变化范围也相对较小，能够满足相关设计要求的一些参数，通常采用预定参数表示，这样能够有效的降低编制程序工作量、计算量以及设计量；第二步，确定目标函数，在进行结构优化设计时，应该寻找一组可以满足预定条件的截面相应的几何尺寸、钢筋截面积等的函数，以此降低工程造价；第三步，确定约束条件，为了保证房屋建筑结构的可靠性，在进行房屋建筑结构设计优化时，应该确定优化设计的相关约束条件，房屋建筑结构设计优化的约束条件主要包括结构体系约束、应力约束、构件单元约束、尺寸约束、结构强度约束、裂缝宽度约束等，同时在进行房屋建构设计过程中，还应该对实际的约束条件与目标约束条件进行比较分析，以此保证所有的约束条件都能够满足相关的设计要求，实现对房屋建筑结构的最佳设计。
2.2设计计算方案与程序。在进行房屋建筑结构优化设计时，设计人员应该对设计方案进行合理的优化，在此过程中会涉及到众多的变量与约束条件，设计人员在进行设计与计算的过程中，应该充分、全面的了解这些变量与约束条件，并进行科学的分析，采用数学计算方式，实现对房屋建筑结构的优化设计。当创建了模型以及确定设计方案之后，设计人员还应该根据设计方案制定相应的程序，把相关变量录入计算机，当出现设计变动时，应该改写基础结构，然后进行重新录入，由计算机根据相关的编程数据得出相应的结果。
2.3结果分析。当计算机计算出结果之后，应该对结果进行分析，以此判断设计方案的科学性与合理性。在进行房屋建筑结构设计时，应该保证房屋建筑结构设计满足结构规范标准，这就要求设计人员从多个方面考虑，综合分析之后更好的完善结构设计，降低建筑结构设计难度，在不影响整体施工质量的前提下，降低施工企业的施工成本。因此，在进行房屋建筑结构设计时，设计人员应该正视经济与技术之间的矛盾，通过优化设计，有效的的解决经济与技术之间的矛盾，尽可能的降低施工成本消耗。
四、结束语
总而言之，房屋结构设计是一项复杂的系统工程，通过将建筑结构设计优化方法应用在房屋结构设计中，能够保证房屋建筑的安全性，降低投入成本，为人们建造安全、美观、舒适、实惠、耐用的房屋建筑工程。
参考文献：
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第8篇：结构设计优化范文
【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
第9篇：结构设计优化范文
我国房屋建筑已经存在千年，且随着历史变更、时代迁徙其在结构上也有了更多种类，当代房屋建筑主要以楼房、平房为主，在基础结构上已经趋于稳定。但随着对建筑结构要求的不断增加，原本的结构设计无法很好的满足各方面需求，直到结构设计优化的出现，该项技术可以在理论与经验的基础上对建筑结构设计进行优化，可以实现部分优化，也可以实现总体优化。近年来我国很多房屋建筑中均应用了此项技术，并且取得了显著的成果，但依然有很大的上升空间。
1、结构设计优化的优势
结构设计优化在应用时可以发挥多种作用，具体可以体现在如下几个方面：一，且可以在保留建筑结构原有功能的基础上进行强化，使其具备更多功能；二，经过优化后，建筑材料的作用可以得到提升；三，通过建筑结构优化能够使整体结构设计更加符合工程要求；四，以往的结构设计中往往会存在不合理之处，而此种不合理会为相关单位带来更多的成本投入，但在优化后此种弊端会得以解决；五，针对原因结构进行优化，也可以提升房屋建筑的稳定性[1]。
2、结构设计优化在房屋建筑结构设计中的具体应用
2.1 工程寿命方面的优化
无论是什么建筑工程，其均会有一定的使用寿命，若要增加使用寿命则需要在各个阶段实现优化。工程建设往往会耗费很多时间，在这段时间内可以将同一个工程划分为多个阶段，并对每一个阶段进行细致的方案优化，则可以起到局部到整体全面优化的作用。在开展此方面工作时，相关人员应首先对实际情况进行了解和分析，掌握每一个阶段应达到的工程要求，以及已经制定的方案中是否存在不合理之处。只有充分做好了前期工作，才能够为房屋结构设计创造出最合适的优化方案，并利用其来提升工程质量[2]。
2.2 桩基础优化
我国房屋建筑桩基础往往可以分为以下两类：一，预制桩；二，灌注桩。桩基础类型不同，其所发挥的作用也不同，适用的房屋建筑结构也有所差异，从而也导致了施工质量上的差距，尤其是灌注桩。此种桩基础往往施工时间较长、施工工艺复杂，在施工中往往难以保证其达到沉降标准，因此一般情况下不会应用它，但在使用预制桩的同时也要进行一定的考量，最好能够选取长度较长的，长度越长，打桩的深入度越高，摩擦力也会更大，从而可以起到提升房屋稳定性的作用。
2.3 上部结构优化
整个房屋结构中上部结构往往是较为重要的，尤其是剪力墙方面，我国传统结构设计在此方面有所欠缺，特别在近年来的高层建筑中，往往在施工中难以保证实现均匀质量的剪刀墙。今后在进行此方面设计时，要充分考虑到多方面因素，如地震和风力等，其所产生的影响会对整个楼层的稳定性、刚度等方面造成破坏。房屋建筑多种多样，若当前房屋建筑符合相关要求的话，可以对其进行剪刀墙肢长增长操作，同时实现大开间格局创建，如此一来可以很好的降低钢筋水泥的使用需求，在保证了质量的同时实现了资源节约理念[3]。
2.4 给排水设施与结构的协调性优化
给排水设施在城市住房中极为重要，一个完整的给排水系统往往会包含多个管道，且管道之间无论是种类、大小均并不完全相同，这使得为管道通道尺寸预留方面造成了困扰，且楼层管道方面要进行固定，以免在使用中出现问题。对此方面进行优化时首先要确定及水泵房的位置，为了减少影响，也为了安全系数能够得到提升，将其放在地下室会更加稳妥，在管道安装方面也要有所改变，最好不要穿过承重墙和承重柱，如果无法避免此种情况发生，则要做好加固工作。
2.5 电力设施与结构的协调性优化
房屋建筑领域出现了高层建筑，这使得人们的居住环境变得更加优异，在高层建筑中电梯是必要之物，电梯作为电力设施中的重要组成部分，保证其运行质量和位置的合理性是很重要的。在电梯正常运行中，电梯房发挥着十分重要的作用，然而电梯房空间较小，且有很多电线、构件，墙上也有孔洞，这使得整体结构设计方面出现了困扰。利用结构设计设计优化来解决此方面问题是较为可行的，如在进行最初的设计时即考虑到电梯房因素，在墙上为其留有恰好数量、间距的孔洞，并且使电线不出现外漏情况，充分保证用电安全[4]。
2.6 通过结构设计优化减少工程成本
房屋建筑在建成后或许可以为相关企业带来可观的经济收益，但在建设阶段也需要投入不少的成本，如何在保证质量的前提下节省成本并提升经济收益也是目前很多施工企业十分关注的话题。如在房屋设计中对整体结构进行了横向设计，此类设计往往需要占据更大的土地资源，土地价格如今已经上调，若能够将横向设计转变为竖向设计，也就是说向着高层建筑方面转变，则可以减小土地占用面积。
