工程结构优化设计精选(九篇)

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第1篇：工程结构优化设计范文

关键词：结构设计;优化设计;实践

中图分类号：TU318 文献标识码：A

对于一个项目，工程结构总体的优化设计主要是针对围护结构、屋盖系统、结构体系、基础形式以及结构细部等进行相应的设计方案的优化设计。在设计的时候还必须考虑到相应的布置、选型、造价以及受力等方面的问题，然后根据工程的实际情况并结合建筑物的经济性要求，对建筑结构进行相应的优化设计。 为了适应时展的要求，建筑的结构形式必须不断的进行创新。对于结构设计师来说，要在确保建筑结构具有一定的安全保证的基础上设计更合理、更经济、更能体现创新的结构形式。

1 结构设计优化技术的现实意义

对建筑结构的设计进行必要的优化，在对于房屋结构相关的设计中的应用意义重大，不仅能够满足了建筑的实用与美观，而且还可以有效地对工程造价进行控制。对于建筑商来说，其当然希望用最少的投资，而获得最大的收益，然而又必须对建筑结构的科学性、可靠性以及安全性做出保证，这必然要求对建筑结构进行优化设计。

结构设计优化和传统房屋结构设计进行比较我们可以发现：运用设计优化的技术能够降低整个建筑工程造价10%～40％。结构设计优化技术能够使得建筑结构内部的每个单元都得到最佳的协调，并可以对材料的性能进行最合理的利用。这样不仅能够保证相关规定的安全系数，还能够实现建筑结构设计的经济性与实用性。

2 结构设计优化技术在建筑结构设计中的步骤

2.1 建立结构优化的模型

在我们对房屋结构整体进行必要的优化设计时候，可以分成三步进行建筑结构的优化设计。下面将对每一步骤进行详细的介绍：

2.1.1 要对设计变量进行合理的选择

通常在对设计变量进行选择时，我们把对建筑结构影响的主要参数作为设计变量。如目标控制的相关参数（损失的期望C2 和结构的造价C1）和约束控制相关参数（结构的可靠度PS）等；然而还有一些影响不是太大，其变化范围也不是很大或者由局部性以及结构的相关要求就能够满足相应的设计要求的一些参数，我们可以用预定参数来表示，这样能够使得我们的设计量、计算量以及编制程序的工作量均大大减小。

2.1.2 对目标函数进行确定

在进行结构设计优化的时候，我们还必须寻找一组能够满足相关的预定条件的截面相应的几何尺寸、钢筋面积以及相应的失效概率的函数，使得工程造价最少。 针对目标函数进行的优化设计都有条件和相对的，即为“最满意解”而不是最优解。

2.1.3 对约束条件进行确定

对于房屋的结构的设计优化来说，必须在确保结构整体可靠的基础上，对优化设计相关的约束条件进行相应的确定，设计优化的约束条件主要包括裂缝宽度约束、结构强度约束、尺寸约束、构件单元约束、应力约束、结构体系约束、从可靠指标约束到确定性约束条件以及从正常使用极限状态下的弹性约束到最终极限状态的弹塑性约束等约束条件。在进行结构设计的时候，我们必须对目标约束条件与实际的约束条件进行相应的比较与分析，确保每个约束条件都必须满足相应的要求，化繁为简，抓大放小，以实现最佳的设计。

2.2 对优化设计的计算方案进行设定

根据可靠度进行的房屋结构的优化设计具有多约束且非线性的优化问题以及复杂的多变量，在进行相应的分析计算中，一般把有约束的优化问题转换成无约束优化问题的求解。常用的优化设计的计算方法有拉格朗日乘子法、复合形法、准则法以及Powell（鲍威尔） 法等基于不同理论准侧的计算方法。

2.3 进行程序的相关设计

针对具体的工程设计，我们可以根据不同的设计要求选择有限元分析软件或者设计配筋软件，可以选择针对具体构件进行有限元分析或者是针对整体结构实际工程计算分析。针对复杂的超高超限的工程可以进行专门的不同目标函数的优化设计，具体可选用结构优化设计系统MCADS。

2.3 结果分析

我们必须对相应的计算结果进行必要的分析比较，选择出最佳的设计方案。在这个过程中，我们对出现的问题必须全方位、多角度的考虑。例如，钢结构满应力设计中病态杆的出现等。这一步骤在建筑结构设计优化中尤其重要，合理的选择设计方案，不仅能够确保结构的美观、安全性、合理性以及实用性，还能够对施工中的资金的投入有着重大的影响。在结构设计优化中只强调经济性要求，而忽略技术要求，是不正确的；同样只考虑技术要求，忽略经济性要求，也是不合理的。我们必须在满足现行规范的前提下，区分“应”和“宜”，对两者进行合理的配置，才能达到相关要求。

3 结构设计优化技术的实践应用

当下，限额设计已经成为常态，建设商经常附加各种各样的设计条件，对于这样的项目我们可以从前期设计、整体设计、旧房改造以及抗震设计等方面采用结构设计优化设计的方法来节约造价。下面对实践应用中的问题进行简单的说明：

3.1 结构设计优化应注意前期参与

前期方案直接会影响到工程的造价，然而很多建筑物的设计往往忽略了这一点。项目立项后，结构师应该及时跟进，对建筑方案提出合理的指导意见，避免出现超限、超规范的情况，前期参与能够让我选择合理的结构形式以及合理的设计方案，节约造价占50%以上。

3.2 概念设计结合细部结构设计优化

在没有具体数值量化的情况下，我们可以使用概念设计。例如，对地震的烈度进行设防时，由于它存在这不确定的因素，所以我们无法找到与实际相符合的计算式，所以在进行设计优化的时候我们可以使用概念设计的方法，把相应的数值作为参考与辅助相关的依据。同时在设计过程中，相关结构设计人员必须合理并灵活的使用结构设计优化的方法，从而达到最佳的效果。

在设计过程中必须对细部的结构进行相应的设计优化，物尽其材。例如，竖向柱构件采用高强度混凝土能够有效减少柱子截面，而对于水平构件来说就可以降低混凝土标号，这样既可以达到受力要求，又可以节约成本。后期的优化设计和细部结构精细化设计能节约一定的经济成本。此阶段通过优化设计能节约造价10%以上。

3.3 下部地基基础结构的设计优化

基础的设计尤为重要，基础造价能占到结构成本的30%左右，在地基基础的结构设计优化中，我们必须选取合适的基础方案，确定合理的持力层，尽量选择天然地基，桩基能不用则不用，可以有效降低成本、节约工期。如果不可避免的采用桩基，需根据桩端持力层的厚度选择合理的桩长，并根据土层情况确定是否采用后压浆灌注桩；而对于管桩，同样直径可以考虑选用方桩，能够提高20%的摩擦力。通过对多种设计方案进行必要的分析比较，然后选取最佳的设计方案。

4 结语

对于住宅建筑，目前限额设计已经成为常态，传统的结构设计理论与方法已经无法满足建设商的要求，在目前的设计中采用优化设计已经成为无法回避的问题。通过选择合理的结构体系以及基础方案，充分利用材料强度，降低自重，活学活用规范做到精细化设计能够节约可观的工程造价，适应建设绿色可持续发展社会的要求。

参考文献

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

[2]汪树玉.结构优化设计的现状与进展[J].基建优化，2007:12-13.

第2篇：工程结构优化设计范文

关键词：钢筋砼建筑；结构优化设计；工程造价；策略

中图分类号：TU723文献标识码： A

前言

建筑物的结构好比人体的骨架，结构设计的好坏直接影响到建筑物建设的难易程度和使用的舒适、安全程度，由于整个建筑施工需要遵照结构设计进行，因此，设计人员通过科学合理地利用各项技术实现对建筑结构设计的优化，能够在很大程度上减少工程造价，实现技术手段与经济效益的有机结合，最大程度控制合理的建筑成本。

1.工程造价与结构设计

1.1工程造价与结构设计的含义

工程造价是包括投资设计、施工图预算、方案修正、工程竣工决算等在内的工程建设花费的全部费用。从工程决策、设计施工到最终工程验收，不同阶段的工程造价及影响关系存在差异，研究表明决策阶段对工程造价的影响居于首位，而设计阶段的影响程度可达到75%，其中，通过对建筑结构设计的优化，能够将工程造价降低10%到20%，因此，对于钢筋砼建筑来说，通过结构优化设计控制工程造价是十分必要的。

建筑结构设计是根据建筑的重要性，建筑所在区域的地震情况，建筑本身的规模和性质来确定建筑的结构形式，从而构筑受力构件和承重体系的一个过程，从阶段划分来说，它可以分为结构方案、结构计算、施工图设计三个阶段。从整个建筑施工过程来看，建筑结构设计在工程造价控制方面至关重要。

1.2工程造价与结构设计的关系

工程造价与结构设计的关系主要体现在以下几方面，就设计阶段的工程造价而言，它只占据整个工程极小的一部分，结构设计主要通过影响建筑施工决策来影响工程造价，设计过程中对于建筑结构方案的确定和施工材料的选择是决定性的，这就对决策阶段产生了巨大影响。同时，设计的质量好坏直接关乎建筑投资，由于设计质量问题导致的建筑事故在众类事故中占据将近四成的比例，不合理的建筑设计往往导致施工过程中返工甚至停工现象，对于投资方而言，需要投入更大的施工人力和物力，造成资源的浪费和工程造价的攀升。建筑在投入使用后，由于照明、取暖、供水等产生的能源消耗情况与建筑物结构设计的科学程度关系密切，合理的结构设计能够有效地节约资源，降低建筑使用费用。

2.钢筋砼建筑结构优化设计

钢筋混凝土建筑设计费用一般不超过总成本的1%，一旦投资方案确定之后，结构设计对工程造价的影响将达到70%以上。进行结构设计时，往往会由于设计人员业务能力和经济意识的差别，使结果很难达到科学合理的程度。开展不同形式的结构优化设计，提高钢筋砼建筑结构优化设计，是必要之举。

2.1抗震结构设计优化

抗震结构是现代钢筋混凝土建筑普遍考虑和实施的一种结构，尤其对于地震频发地区而言，抗震结构是有效地保证建筑物稳定性和使用安全性的重要举措。在当下经济社会，抗震结构的设计要体现经济性的原则，在抗震结构能够最大限度保护建筑的前提之下，合理选择设计方案，进行材料选取，贯彻经济节约的方针。因此，在抗震结构设计之前，掌握建筑所在地区地震情况显得尤为重要。具体方案确定时，需要根据地区至今发生的最大地震震级及地震数量，预测未来可能发生的地震情况，参考已发生地震引发的建筑坍塌事故数据，合理有效地配置建筑资源，优化抗震结构设计，控制工期成本。

2.2结构计算方法的优化

结构计算方法优化是钢筋混凝土建筑结构优化的关键，过去的设计中，没有专门的应用软件供设计师进行精确的计算，更多的是通过人为的估计，对结构体系和构件截面尺寸做必要的假设，然后通过计算分析与规范标准进行校验，这种人为地假设和经验主义估计有时并不准确，大大降低了结构设计的质量。为了改变这种被动的设计方法，首先需要通过确定经济合理的结构形式，柱网尺寸和剪力墙布置优化结构体系的选择；其次，在上述基础之上，考虑经济可行性，选取科学合理的构件截面尺寸、混凝土强度等级、钢筋强度等级和配筋量。

优化后的结构设计建立在初始假设的基础上，通过多次分析和调整，针对不同构件布置方式和截面尺寸计算配筋量，进行经济性比较，最终确定最优设计。以悬臂梁为例，针对跨度较大的情况，可选择在跨中切断（角筋除外），达到节省钢筋方便施工的目的。

2.3选用高性价比的材料

钢筋的选取应以高强度、延展性、可焊性、机械连接性优异的钢筋为原则，这类钢筋性能优良，可以有效减小构件截面面积，降低钢材的使用量，从而减少工程成本，获得最为直接的经济效益。以HRB400、HRB500为代表的热轧带肋钢筋是目前市面上选用最多的类型，并逐步代替了传统的HRB335系列。当然，针对不同的建筑工程需求，还需要进行性能比对，选取最优的材料配比，例如从强度控制角度，当混凝土的强度大于C30时，HRB400系列的钢筋用钢量将比HPB235系列减少20%之多，当混凝土强度小于C30时，两者的用钢量相当，但HPB235的价格更为低廉，此时应选择后者。

近年来，随着建筑领域的繁荣，混凝土材料朝着高强度的方向发展。在钢筋混凝土结构设计中，框架柱与剪力墙的轴压需要满足一定的比例关系，同时框架柱截面不能过大，对于此种设计要求，一般选用市面上强度大、变形小、耐久性好的现代高强度混凝土，研究表明，混凝土材料的强度由C30升至C60时，对受压构件而言可以节省30%至40%的混凝土，因此，选用高强度混凝土对于节约原料，降低工程造价具有非常重要的意义。但是对梁柱而言，混凝土的强度对其承载力的影响不大，楼板在混凝土强度增大之后会增加开裂的几率，因此，对于这两者来说，选用低强度的混凝土为最佳，同时也符合经济性原则。

2.4结构参数的优化

钢筋混凝土建筑结构设计优化中对于结构参数的优化要具有全局和长远的目光，针对不同用途的建筑和局部结构要根据将来的施工和潜在使用状况，完善结构参数的计算分析。对于毛坯房而言，各个功能空间的结构参数在设计安排上要经得起二次装修荷载；对于墙体而言，钢筋混凝土梁板、混凝土墙柱、开洞情况是需要重点考虑的因素，在进行实际墙体高度和长度计算时，应扣除上述结构的空间，获得墙体荷载的准确值。除此之外还需考虑的参数包括风荷载标准值、抗震设防烈度等。

2.5合理的构造设计

构造设计可以理解为构造计算的补充，下面通过几个例子说明问题：

（1）对于框架梁而言，存在箍筋加密的问题，但对于普通梁而言，它的一侧搭在剪力墙上，另一侧搭在梁上，它的作用仅仅是支撑楼板，并不像框架梁那样耗能，因此不需要进行箍筋加密；

（2）当主梁的上方放置了次梁或者主梁上部起柱，此时在主梁上无需安装横向钢筋，但是梁的下部和由于集中承受了大部分荷载，需要预先安置横向钢筋，必要时可加设吊筋；

（3）短肢剪力墙的存在会影响建筑整体的抗震性能，结构设计时只需将短肢剪力墙的抗震等级提高一级即可。

结束语

通过优化建筑结构设计，能够有效降低建筑材料的过于消耗和浪费，合理配置建筑资源，科学地安排人力和选择施工技术，在保证工程顺利实施的同时，降低了工程成本，实现了经济效益的最优化。但目前结构设计优化中，对于结构计算的相应软件发展仍处于不成熟阶段，无法满足当前建设的需要，不断提升科学技术水平是解决当前结构设计短板的必由之路，只有通过不断地实践，加强对设计优化的重视程度，才能进一步推动建筑行业繁荣发展。

参考文献

[1] 郝艳娥，兰永强, 基于工程造价控制的框架结构优化设计研究, 低温建筑技术,2014.02

[2]孙洁，钢筋混凝土结构优化设计探讨，安徽建筑，2010.10

第3篇：工程结构优化设计范文

（西安思源学院，西安710038）

摘要院建筑结构设计水平的优劣不仅关系着土木工程的可靠性和安全性，更关系着人们的生命财产安全。建筑结构设计是一项专业性很强的工作，要综合考虑多方面的因素，如土木工程的美观性、可靠性、经济性，设计方案的可行性和合理性等，不断提高建筑结构设计水平。

关键词 院土木工程；建筑结构；设计；问题

中图分类号院TU-02 文献标识码院A 文章编号院1006-4311（2015）27-0076-02

0 引言

随着城市化进程的加速，高层建筑迅猛增加，建筑物的商品化形势也逐渐加剧，一些房地产的投资商更关注利润问题，例如为了实现利润的最大化，要做好结构设计和规划。在这个过程中，相关人员应比较多种方案，从而保证建筑结构形式更加安全与合理。建筑设计形式应不断进行优化，经过一定时间的改进之后，使其能够具有经济性、节能性的特点。在实际施工中，要较好地限制设计的实施情况和建筑施工情况。相关人员应合理控制施工进度，但是当前建筑结构设计的一些问题并没有得到人们的广泛关注，缺乏有效的理论分析，建筑设计没有被大部分工人掌握。有些设计人员担心这种设计降低结构的安全度；另外，目前国家规定的设计费取费标准是以造价为基准的，这也让设计人员失去结构优化的主动性。因此，为了减少工程造价的成本，相关人员在设计中，对建筑的设计方案进行详细分析，重视其实施效果，始终坚持技术与经营效益相结合的理论手段，做好合理的规划，创造出最大的社会效益。本文以某办公楼为背景，对其结构优化设计进行了分析。

1 结构设计中存在的问题

1.1 建筑结构设计中的整体稳定性在现在的土木工程中，高层建筑是非常多的。但是在高层建筑的施工中抗震的实施是一项必须的工作。那么，在高层建筑的抗震设计中，对其宽度参数的研究是非常重要的，同时也是保证建筑结构设计整体稳定性的一项重要内容。在这一内容上要特别注意基础的深埋程度，在一些建筑物的主楼和裙楼之间，如果用变形缝分开就会导致主楼的基础深埋度不够高，这样在发生地震的时候，建筑物就会产生整体滑移的现象，严重时会出现整体性的倾覆。

1.2 楼层平面刚度的问题建筑结构在设计的过程中，其如果出现了缺乏结构布置必要措施和基本结构概念的情况时，就会采用楼板变形的计算程序来对楼层的平面刚度进行计算。虽然从力学模型上来讲，此程序是成立的，但是在去顶楼板变形程度时，其计算的准确性却存在着一定的问题。经过研究发现，此问题的出现和结构设计中某些部位或构建在安全储备上过大的情况有一定的关系。在对这一问题的解决上，为了使程序的计算结果和实际中的真实受力情况不会出现根本性的误差，在设计的过程中可以通过将楼层设计成刚性的露面来进行。

1.3 建筑结构设计的安全问题建筑事故的产生和建筑结构的设计是否有着直接性的联系，也是建筑设计一直在重视的问题。在建筑结构设计的实际工作中，经常会出现盲目加大构建截面、增加钢量的现象，其不仅会造成很大的浪费现象，还严重的威胁着建筑结构设计的安全性。虽然我国在建筑结构上所设定的安全贮备是比较低的，但是从部分工程的材料用料上来说，其却高于国外的同类工程。从我国土木工程的结构设计方法上来看，自上世纪的50 年代开始，在建筑中所使用的混凝土强度就比较低，施工的手段也比较落后，以此就导致着建筑安全施工不断的发生。从我国以前的很多建筑物上来看，自唐山大地震到汶川地震，其都经过了相关的考验，这就说明了建筑安全事故的产生和建筑结构的安全性是没有必然的联系的。

2 建筑结构设计优化案例

2.1 案例概况本工程为一幢28 层（地上27 层，地下1 层）的高层建筑，总建筑高度82.6m，根据《建筑抗震设计规范》（以下简称《抗规》）GB50011-2010 中表6.1.2，抗震墙结构高度小于80m 时，抗震等级为四级，大于80m 时，抗震等级为三级，确定为27 层的设计方案，其中地上26层，地下1 层。总建筑面积达到10138.19m2，高度达79.60m。

2.2 计算参数的确定及计算软件的选取

2.2.1 设计基本参数本工程的设计基准期为50 年，使用年限为50 年，安全等级则为二级，地基设计等级为甲级。该建筑工程抗震设防烈度为6 度，地震分组是第一组，设计的基本地震加速度选取0.05g，建筑抗震设防类别是丙类，场地类别芋类，抗震构造措施四级。工程场地的特征周期Tg=0.45s，水平地震影响系数的最大值琢max=0.04。工程所在地区基本风压为0.45kN/m2，地面粗糙为B 类，风压的体形系数、风压高度变化系数以及风振系数都按《建筑结构荷载规范》GB50009-2001（2006 版）的规定来确定，楼面活荷载标准值按《建筑结构荷载规范》进行取值。

2.2.2 计算软件在结构计算中，主要采用了PKPM软件，在高层建筑中应用这种软件，能够较好对有限元和计算软件进行分析，更好地对剪力墙进行设计，从相关数据显示，这种结构能够有助于单元的较好划分。在这个过程中，相关人员要总结不同洞口的排布方式，使建筑物结构各部位的受力情况得到有效的计算。

2.3 计算分析与多层建筑相比，高层建筑更容易受到多因素的影响，例如地震、风力，都会在一定程度上影响建筑设计的实施情况。如果施工建筑中，结构位移的变化较大，就可能导致结构出现扭转、产生裂缝，降低了建筑物的整体舒适度，严重的情况会导致建筑物的结构损坏。在建筑设计中，结构设计是重点内容，从实际情况来看，剪力墙的数据越多，其能够抵抗侧力的刚性就越大，这种会影响相关人员对结构的控制。根据《高层建筑混凝土结构技术规程》JGJ3-2010（以下简称《高规》）可知，高度小于150m 的剪力墙结构楼层层间最大位移与层高之比的限制为1/1000。设计时可以1/1050耀1/2000 作为层间位移比的目标限值，在保证建筑物安全富余的前提下减少不必要的剪力墙墙体，从而从整体上节约造价。根据计算分析，本工程楼层最大位移：X 方向风荷载作用下的楼层最大层间位移角：1/1565；Y方向风荷载作用下的楼层最大值层间位移角：1/1274，满足位移角限值且合理的控制了结构的抗侧力刚度。

《抗规》3.4.2 规定：建筑设计应重视其平面、立面和竖向剖面的规则性对抗震性能及经济合理性的影响，宜择优选用规则的形体。建筑的平面布置制约着剪力墙的布置，若建筑平面比较规则、凹凸少则用钢量少，反之则较多，平面形状是否规则不仅决定了用钢量的多少，还应对结构的抗震性能进行分析，例如平面宽度和长度都比较大的建筑物，其在两轴方向动力特性相差比较远，所以在水平力的作用下，构件的受力情况不均匀性会使结构产生扭转，增加单位面积用钢量。根据《抗规》3.4.3-1 中扭转不规则规定：在规范水平力作用下，楼层的最大弹性水平位移大于该楼层两端弹性水平位移平均值的1.2 倍为扭转不规则。在本工程中，根据计算结果数据分析，X 与Y 方向的最大层间位移与平均层间位移的比值均小于1.2，限制楼层位移比，关注的是结构设计承受的扭转效应。《高规》3.4.5 规定结构平面布置应减少扭转的影响。结构扭转为主的第一自振周期Tt 与平动为主的第一自振周期T1 之比，A 级高度高层建筑不应大于0.9。本工程前三阶振型周期表如表1 所示，以平动为主第一自振周期T1=2.8134，以扭转为主第一自振周期Tt=1.9668，Tt/T1=0.6990约0.9，限制结构扭转周期与平动周期的比值，其目的是确保结构有一定的扭转能力，使结构具备必要的抗扭刚度。

《高规》7.1.8 规定：抗震设计时，高层建筑结构不应全部采用为短肢剪力墙结构。《高规》7.2.2 条，抗震设计时，短肢剪力墙的设计应符合下列规定：其轴压比限值相应降低0.1；除底部加强部位外，其他各层短肢剪力墙的剪力设计值，一、二、三级抗震等级应分别乘以增大系数1.4、1.2和1.1；短肢剪力墙截面的全部纵向钢筋的配筋率，底部加强区部位一、二级不宜小于1.2%，三、四级不宜小于1.0%；其他部位一、二级不宜小于1.0%，三、四级不宜小于0.8%。以上要求加大了剪力墙的截面厚度及配筋率，不仅抗震性能较差，经济指标也不好（图1 所示）。该工程剪力墙布置如图2 所示，所有剪力墙均未使用短肢剪力墙，相关人员要了解剪力墙的容量，然后将其设计成L 的形状或是T 型的形状，从而保障剪力墙的稳定结构。在这个过程中，相关人员要做好侧向的刚度测量，确保建筑设计满足结构的本身指标，在一定程度上降低工程的资金投入。

第4篇：工程结构优化设计范文

【关键词】结构设计；功能成本优化

前 言

本文所提及的结构设计是一项具有复杂性、综合性的设计工作，该设计工作包括零部件材料的选择、工艺的制备、精度的确定、制图的原则以及设计计算和试验检测方法等学科。由此看来，在零部件的结构设计工作过程中，材料、工艺以及设计等内容都会对该工作的功能成本产生影响，若是在计划选择时发生偏差，便会不利于零部件的结构设计功能成本优化。其中，各项影响因素之间也存在关联，并且互相影响制约。正是由于这些影响因素的涉及范围广泛，因此，机构设计的功能成本的优化工作难度很大，在此对其功能成本优化的手段和措施做出细致探讨是十分重要的。

一、影响结构设计功能的因素

在零部件的结构设计工作中，影响其功能的因素包括以下六种情况：

1、受力影响因素

零部件的受力程度与其结构尺寸的规格有关。在所谓零部件的受力状况即指载荷的性质、大小以及方向。因此，在完成零部件的结构设计工作时，为避免由于承载能力不足而引发的事故，造成不必要的成本损失，应当注意零部件结构尺寸的设计以及用料的选材。

2、材料性质影响因素

在零件结构设计选择材料时，应当注重对材料特性的考虑。同时要明确一个原则，唯有材料质量合乎要求标准，才能保证结构设计工作的质量，这才是使零件结构设计功能成本优化的基础和关键。由此看来，选择耐受的材料应用在零件的结构设计中，不仅能够完成结构设计任务，确保设计质量；同时也能以最小的耗材形式呈现设计结果，从而节约零件结构设计的功能成本投资。

3、设计可行性影响因素

零件的结构设计不能只是单纯地从理论角度出发，更要结合实际，对其结构设计的可操作性以及操作的难易程度加以考虑。由于零件加工的消耗成本同其加工操作的难易程度也有很大的联系，因此，为了结构设计成本的合理控制，应当注重设计结构的操作工作要讲究经济性、实用性以及可操作性。

4、设计装配影响因素

为了实现零件结构设计的功能成本优化，节约设计工作的资金投入，我们应尽量使零件的安装配置趋于自动化、简便化。

5、设计可靠性要求

零件的结构尺寸与其可靠性成正比，若其结构设计可靠性能够有保证，那么就能保证该零件结构在一定的条件下完成其要求的功能概率。

6、部件的使用与养护维修

所谓零件的寿命周期可分为两部分，该寿命周期的前半部分为零部件的设计阶段和制造阶段，然而这两个过程对零部件产品的使用以及维修过程不断地经济化和简便化起着至关重要的作用。因此，加强对部件使用过程的养护管理可节约零部件结构设计的功能成本投资。

二、影响结构设计功能的因素

1、有关设计费用的影响因素

随着零部件产品中所引用的结构设计在不断地复杂化，其相对应的零件结构设计的成本费用也在不断增长。由此看来，要想充分体现出结构设计的经济化和简便化发展趋势，就应在零部件的结构设计工作中注重设计的成本费用的节约。

2、有关材料费用的影响因素

为了体现零部件结构设计成本的经济化发展，应注重在零部件结构设计工程中材料的选择及其材料成本费用。同时应注意在结构设计中部件造型的设计、材料特性的利用以及材料资源的节约，尤其是贵重金属的节约使用。往往人们在零件的结构设计工作中容易忽略坯料的结构尺寸同实际的结构尺寸的合理分配，从而导致边角废料的浪费，以及材料利用率的降低。

3、有关加工费用的影响因素

在零件的结构设计过程中，其加工费用也往往是人们用以忽略的资金消耗的地方，同时，也是资金投入较多的环节。因此，应当对需要加工的零件在进行加工操作之前做一个合理的整理划分，选出最具合理性和经济性的加工方法，并确定出标准合理的衡量指标，从而降低零部件的加工成本费用。

4、有关使用费用的影响因素

某些产品的使用费用比购置费用还要高,此时该设计既要注意降低费用, 同时还要注意选用高效率、低能耗、可靠性较高和维修方便的结构。

5、有关其他费用的影响因素

主要有包装费用、运输费用以及安装费用等。这部分费用往往不为设计人员所重视。

三、结构设计的功能与成本相互关联分析

对于特定的结构,其成本可用寿命周期成本来表示,则结构设计的功能与成本的相互关联。其中设计变量,是影响结构成本的功能关联因素。

四、结构设计的功能成本优化方法

1、等强度优化法

等强度优化法能够通过每个零部件截面受力能力的程度来确定该零件的受力截面的范围，同时保证每个确定下来的截面范围内的强度以及安全系数是相同的，以便确保受力部件在一定强度的受理条件下不被破坏。

2、结构系统可靠性优化方法

由两个或两个以上的结构元件互相间有机地组合起来,用以完成某种特定功能的综合体称为结构系统。结构系统的可靠性优化,是指通过选择适当的系统可靠性,并以此为依据确定系统内各元件的结构尺寸,使得结构系统所耗费用最小。

3、数学规划优化方法

如果在功能与成本优化时,其优化问题可以用一定的目标函数表示, 并且各结构设计变量可用一定的约束条件表示,这类优化模型就称之为数学规划优化模型。在许多结构设计问题中,都可以采用这一类模型进行功能与成本的优化。

结束语

结构设计的功能与成本优化是一项较复杂的工作,以上优化方法基本上属于单因素的优化问题,对于多因素优化方法,还有待进一步探索。

参考文献

第5篇：工程结构优化设计范文

关键词：深基坑；支护结构；优化方法

中图分类号：TV551.4文献标识码： A

引言

深基坑支护工程技术难度高、风险大，是一项较为系统的工程。高层建筑上部结构传到地基上的荷载很大，为了充分利用地下空间，有的设计有多层地下室，所以高层建筑的基础埋深较深，施工时基坑开挖深度较大，许多城市的高层建筑施工都需开挖深度较大的基坑，给施工带来很多困难，尤其在软土地区或城市建筑物密集地区。施工场地邻近的已有建筑物、道路、纵横交错的地下管线等对沉降和位移很敏感，不允许采用较经济的放坡开挖，而需在人工支护条件下进行基坑开挖。支护结构如何选型、进行合理的布置和设计计算，这些会直接影响如何组织施工，以及施工过程中的支护结构监测和环境保护等问题。

2、工程概况

本工程位于某市新区，基坑平面尺寸为75m×140m，地下室占地面积近9000m2，工程由A、B、C座三幢单体组成，其中B、C座设二层地下室，地下一层楼面标高-3.85m、地下二层楼面标高分别为-7.65m和-8.40m，基坑开挖深度7.70m～9.05m，电梯井局部开挖达11.20m；A座设一层地下室，基坑开挖深度3.85m～5.35m。工程桩采用700mm～ 800mm钻孔灌注桩，基坑周边采用上翻地梁，所有承台均下翻。本次设计对象为B、C座地下室基坑。

3、高层建筑深层支护技术

3.1.钢板桩支护

钢板桩深基坑支护技术具有操作简单、造价低廉的特点，在高层建筑的深基坑支护施工中被广泛的运用，但在具体施工中也受到周围环境的限制，无法运用于所有深基坑支护工程中。钢板桩支护是一种连续性的支护技术，在具体的应用中要使其在距离基坑5米的位置施工。施工用的钢板应符合长6-9m,宽3m,厚25mm的规格，板桩的界面形状为梯形、总体结构呈U型，充分提高几乎结构的受力能力。

3.2.搅拌桩支护

深基坑搅拌桩支护主要是应用水泥做施工的固化剂，使用具有较强入土能力的搅拌机对加有水泥的土壤进行强制性的搅拌，使二者之间充分接触、均匀相连，达到最高的物理强度，起到充分的阻挡土壤和水分渗透的作用。在进行这种类型深基坑支护的过程中要控制好开挖深度，就可以在各种形状的作业面中使用该技术，并且为整个工程节约巨大的开支，获取更大的经济利益。

3.3.柱列排桩支护

柱列式排桩支护技术操作简便、成本低廉，主要是由柱列式排列的钢筋混凝土灌注桩充当挡土结构，具有较强的实际支护效果。但是柱列式的深基坑支护技术会受到复杂的施工工序的影响，在完成混凝土灌注桩浇筑之后，不能够达到桩与桩之间的紧密相连。所以在具体的施工各种要将建筑截面的连梁连接起来。

3.4、锚喷网支护

锚喷网支护是通过将喷射锚杆、水泥混凝土和钢筋网整合在一起来形成一个稳定的结构，是一种较为先进的支护形式。特别适用于跨度比较大的建筑工程。对于岩土质高边坡工程也有着较好的适用性，锚喷网支护的主要优势是体现在能改善给岩土体强度不足的特性，同时能够使得岩土体自身的强度得到充分的发挥。

3.5、地下连续墙支护

地下连续墙的具有较大的刚度，另外能够起到很好的防水和抗渗的效果。特别适合于一些深基坑中存在地下水、沙土粘土的复杂地质条件的基坑工程。在连续墙的施工过程中需要将墙体结构埋入到较深的土层之中。这种支护形式的应用范围也比较广

4、支护方式的选择

4.1、基坑支护方案的确定

根据现场水文地质情况及基坑支护规范要求，土方开挖过程中，采用深层搅拌桩，自然放坡，其中杂填土放坡边坡系数为1：0.75，强/中风化板岩及辉绿岩放坡边坡系数为1：0.4，以确保边坡稳定。

4.2、基坑排水方案的确定

排水可采取明沟排水的办法，在基坑底部周边设排水沟，在四周角点各修筑一个1米×1米的集水坑，用水泵将基坑渗出的地下水排出。对于由于降雨产生的雨水排水措施我部在基坑边四周约1.5米的范围内修筑200×300的排水沟，防止雨水流入基坑导致基坑坍塌。具体情况如图一所示：

（图一）基坑排水方案

5、深基坑支护结构设计中存在的问题

5.1 放坡开挖时坡角过陡

在深基坑支护工程中许多类型的土壤都可以采用放坡开挖的方式开挖，在进行基坑开挖的时候，粘性土的滑动计算会直接会影响到斜坡的稳定性，而在工程的实际应用中，难免会有人会粗心大意或者存有侥幸心理，不按照规定进行操作，导致出现质量问题，严重的还会导致安全事故发生。

5.2 边坡开挖达不到规范要求

深基坑支护的开挖必须得使用机械，工作人员将土坡简单进行修正之后方可进行挡土支护工序。但是通常状况下，在实际操作的过程当中，经常会出现施工人员擅离职守、技术水平层次不齐、机器操作水平不当，导致边坡的表面粗糙不平，修补时也不按标准执行，存在超挖、欠挖现象。

5.3 忽略跟踪监测

为保障工程的正常应用，在进行深基坑支护时部门都会采取跟踪监测的措施，这样方便我们在遇到疑难问题的时候能够及时进行解答和处理。然而在实际的建筑过程中，很多施工单位都忽略了跟踪监测，没有很好地对跟踪监测本领和体制进行完善，也没能及时地掌握基坑支护变形的实时资料，等到发现问题时已经为时已晚。

5.4、深基坑土体的取样具有不完全性

在支护结构设计前，应该对地基土层进行取样分析试验，以取得土体比较合理的物理力学指标， 为支护结构的设计提供依据。一般深基坑开挖区域内钻探取样都是按照国家规范的要求进行的。所以取得的土样具有一定的随机性。然而地质构造复杂多变，取得的土样无法全面反映地基土层的真实性，支护结构的设计也就不一定完全符合实际。

6、深基坑支护结构方案的优化方法

6.1、加强基坑围护体系

加强基坑围护体系，首先应该保证基坑周围边坡的稳定，使工程可以拥有足够的施工空间，不受来自土层方面的压力；其次，要保证基坑施工周边的环境和设备不受损坏，充分发挥围护体系的作用，限制对工程的施工所造成的影响，将土层的变形控制在范围之内；最后，要保证基坑工程的施工不受地下水位的影响，阻隔来自地下水方面的压力。

6.2、关注基坑工程的排水降水

在基坑工程施工中，由于其本身的特性，开挖的地点如果低于地下水位的平均高度，就会引起地下渗水，给工程施工带来困难，导致地基松动，降低工程稳定性，进而影响建筑的整体性能和安全。所以，在基坑工程施工过程中，必须随时关注地下水位的变动，并及时采取相应的措施对地下水位进行调节，保证基坑工程施工的顺利进行。

6.3、加大对施工现场土质的处理

施工地区的土体强度是深基坑工程稳定性的一个重要因素，主要包括土层的抗压能力、抗拉能力以及抗剪能力。施工现场的土体抗剪强度如果不足，土质较软，就会影响工程的稳定性。因此，在工程的设计和选址阶段要尽量避开柔软的土层。如果因为条件的限制无法改变施工地点，就应在施工过程中对土体的强度进行人工加强，以确保工程的稳定和安全。

6.4、制定应急预案

为确保基坑支护、土方开挖、降水等施工正常进行，预防突发事件以及某些预想不到的、不可抗拒的事件发生，事前有充足的技术措施准备、抢险物资的储备，最大程度地减少人员伤亡和经济损失，必须进行风险分析和预防。根据本工程的特点及施工工艺的实际情况，其应急准备和响应工作程序见图二所示。

（图二）应急准备和响应工作程序图

总之，在深基坑工程中，设计是核心，监测是手段，施工是保证，现阶段深基坑支护工程在施工过程中也已经开始重视施工合理化、信息化，因此，为了保证深基坑支护技术工程能够长期稳健的发展，就必须进一步全面加强对深基坑施工技术的认识与研究。

参考文献：

第6篇：工程结构优化设计范文

关键词:建筑工程 结构 设计 常见问题 解决措施

中图分类号： TU198 文献标识码： A 文章编号：

1 建筑结构设计的基本过程

1 .1 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。

1 .2 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。

1 .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:拉压力、弯矩、剪力、扭矩等。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。

2 建筑结构设计中常见的问题

2 . 1 现浇砼楼板的干缩开裂和支座负钢筋倒伏的问题

2. 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,会影响混凝土的强度。

2.1.2 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已架好的支座负钢筋,工人随意的踩踏使得板支座负钢筋的倒伏随处可见。钢筋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,使板的受力状态逐渐趋向简支,造成板底配筋不足，板跨中也产生裂缝。

为了减少现浇砼楼板的干缩开裂和支座负钢筋倒伏的问题发生，建议在设计过程中板钢筋采用HRB400级的钢筋，在板配筋计算面积的基础上适当加大配筋。

2 .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。在设计过程中应注意避免出现多梁交汇于一柱的情况。

2 . 3 结构电算或设计方法存在问题

2.3.1 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,又没有来得及反馈给结构专业,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,这会使某些构件的配筋失真,造成配筋不足的危险。

2.3 .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。

2 . 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遇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。

3 解决建筑结构设计中常见问题的有效途径

3 . 1 确定整体结构的科学性以及合理性

3.1.1 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。

3.1.2 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,结构的刚度虽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。

3 . 2 结构体系选型的设计方案和优化

结构体系选型的优化可以在项目建设方案确定的过程中引入,这样可以避免建筑方案在结构方面的不合理,首先是建筑物的体形,其次是柱网尺寸,层高以及主要的抗侧力构件所在的位置。

例如:延吉的某建筑工程的主次梁楼盖的柱网不适合采用正方形的设计,而应该采用矩形。以短跨为主梁,次梁为长跨,并且短跨和长跨的比例＜0.75,这样相对比较经济。其采用的主次梁跨度比在0.65～0.70之间 ,根据这样的设计计算 ,使其的主次梁的截面高度协调一致,使梁底达到基本齐平,保证了楼盖的结构高度最小。

3 . 3 结构构件的设计方法和优化

3. 3. 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长布桩,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。

3. 3. 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。

第7篇：工程结构优化设计范文

关键词：建筑结构；结构优化；实际运用

DOI：10.16640/ki.37-1222/t.2016.13.119

0 引言

建筑是一种艺术， 人们都是带着审美的眼光去审查一栋建筑，建筑是从美观的外形和结构功能设计来审判的，适用、经济、便于施工是建筑结构设计的追求，建筑的艺术性是追求建筑的美观、力度的美学、外型的总体效果、建筑的结构设计和建筑的艺术性完美的融合，只有这样才能把建筑有限的空间无限扩大、有限的资源的最大发挥，实现建筑整体性的完美，建筑结构设计优化方法要遵循满足建筑外型美观要求、满足建筑结构安全、合理的原则。

1 建筑结构优化设计的现实意义

随着社会经济的迅速发展，城市里突现的是钢筋水泥的建筑，住宅越来越多，层数越来越高，成本明显增高，要设法降低单位面积的成本，整体降低总成本，因此建筑结构的优化设计可以降低成本的总造价；由于建筑的层数增加，楼体结构自重相应增加，接踵而来的是水卫和点气管线增长等一系列问题，因此建筑结构的优化可以提高建筑结构的经济性。经过考证，结构优化之后要比传统结构的工程造价低7%-35%左右，达到经济高效的效果，又可实现建筑物美观实用，在实际运用中，最合理的利用材料的性能，可以使建筑内部各单元得到最好的利用，在建筑整体造价和建设施工工期方面也有较为良好的贡献，建筑结构优化的最终目的是实现适用、经济和安全，实现经济效益的最大化。

2 建筑结构优化设计应用的理论

建筑结构优化应用有两方面的作用，一是在建筑分部结构的优化设计方面的作用，二是在房屋工程结构总体的优化设计方面的作用，两者都有细分，例如结构总体的优化设计囊括了总体方案优化设计和细部结构方案的优化设计等，从另一方面讲包含了形体结构选型、布置、机构体的受力分析、建筑整体造价分析等项目。在建筑结构优化的实际应用中，可以根据使用简单、应用方便的原则，对建筑工程进行结构优化设计，在建筑结构设计过程中，要满足设计意图、平面布置规则、整体形态对称原则、质量中心和刚度中心整体布局原则、建筑物水平荷载作用等一系列问题[1]，做到在理论上为实践提供前提、提供理论基础，做好准备工作。

3 建筑结构优化设计应用的方法简介

3.1 做好建筑结构优化设计的函数模型

建筑结构优化要选择主要参数，建立数学模型（函数模型），根据科学合理的方法，得出最优的答案，从而得出最合理的优化方案，结合建筑结构的规律和自身的实践经验，对各方面的影响因素进行全面的综合考虑，找出行之有效的结构方案设计，模型的建立有两个步骤[2]，一是选择变量，即选择影响较大的参数，减少计算编程的工作量；二是确定目标函数，例如房屋结构，确定房屋结构的约束条件，在既定的条件下得出最优解，这种设计方法具有一定的准确性，在实际的房屋建造中具有重要的参考作用。

3.2 做好建筑结构优化的方案设计

建筑结构优化方案设计是做好优化的前提，做好方案设计，设计多个变量、多个条件，编制相应的运算程序，得到最优结果。

4 建筑结构优化设计的实际应用

4.1 建筑场地的合理选择

建筑的拔地而起需要选择合理的建筑场地，在进行建筑场地选择中要考虑很多因素，如防护距离、建筑退界、日照间距、抗震、地段选址等因素[3]，必要时选择合理相应的抗震措施。

4.2 建筑主体结构的选择

建筑结构的设计要遵循规则结构效应的原则，有利于降低造价，通过对墙、柱、梁的调节使不规则的建筑体型产生规则结构效应，例如剪力墙结构布置。需要进行优化设计的主要部分有很多，如基础、墙、柱、梁、楼板、屋面板等，这些是建筑的主要构成部分，在基础的优化设计中，选择合理的基础形式、控制好基础的截面尺寸，相对减少基础结构的造价费用，柱子的截面对工程的造价也有直接的影响；对于柱网布局和柱子截面的优化设计，确定好柱子的行间距，而柱网布局确定着竹子的行间距，因此柱网布局对工程的造价起着至关重要的作用；梁的设计，为了提高材料的利用率，在实际应用中一般都采用平面架来替代矩形梁，减轻了自身重量，经济又实用；钢筋的优化设计，在建筑结构的优化设计中，要对钢筋的型号进行选择，施工过程中钢筋的型号不同，会造成施工的结果不同，如钢管砼结构和钢结构在自重和承载力相近时，前者比后者节约将近45%的钢材，大大节约了工程成本。

4.3 初期方案阶段和抗震设计的应用

对于建筑结构来说，前期方案的确定直接影响到最终建筑的成本投资，而目前的市场情况是前期的方案设计部分不参与结构优化设计，而且在前期的建筑方案设计中，很多没有考虑到主体结构的分析或者对于部分分析不到位、不精准，作为一个合格的结构设计人，应该依靠自身所基本的结构概念去布置结构方案，结合建筑空间结构和结构模型概念以及函数模型来进行方案设计。因为运用概念设计方法，在初期方案的设计中，可以根据简单的函数模型，估算出构件的截面面积[4]。建筑结构优化还要考虑最为重要的一点，就是建筑的抗震性，在建筑抗震设计过程中，大多数建筑结构的优化设计主要按照概念设计进行工作，而软件计算并不是建筑结构优化的主要依据，建筑的使用过程中，抗震效果是居民考虑的一个重要问题，尤其在地震多发地带，由此看来，建筑物的耐久性、安全性、功能性是建筑结构设计的三个重点内容，在节约成本以及达到规定年限的前提下，满足抗震功能是重中之重。

5 总结

长期以来，建筑行业发展迅速尤其是近年来，从建筑资源的整合、低投入、高产出、体现建筑自身整体工艺性、美观性、合理性综合考虑，我们应充分做好建筑结构设计应用工作，结合实际抓到实现自我提升，从优化技术中进行技术分析，使各种建筑材料得到充分利用，节省工程造价，达到建筑工程设计标准，，满足消费者的需求，采用科学创新的方法，研制出更多的优化设计方案，通过科学的方法使建筑结构更适合市场的可持续发展，响应国家绿色环保的政策。

参考文献：

第8篇：工程结构优化设计范文

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

1.结构优化模型的建立

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

2.结构优化设计的计算方法

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

二、住宅建筑结构设计优化的应用分析

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

1.结构优化设计的前期参与

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

2.结构的概念优化设计

一幢建筑的完成，可以有不同的结构设计方案；另外，对于同一种结构布置方案，采用不同的结构荷载、材料和分析方法，参数的取值也是有较大区别的。这些是通过计算机无法实现的，需要结构设计人员作出合理的选择，根据工程实践经验来进行参数的确定。通过概念优化设计，可以预算建筑结构在各种外力荷载的作用下的内力分布，以及将所有不利的荷载集中加载时可能出现的破坏形式等，如建筑结构在地震荷载作用下的破坏情况等，得到预算结果后，就可以作为结构设计的有利参考资料，采取有效的结构方案，选用有利的建筑材料和构造形式，从而降低刚度不均匀、结构的不对称等对抗震不利的结构设计。因此，结构的概念优化设计在自然灾害发生时，显得尤为的重要。

三、结语

第9篇：工程结构优化设计范文

关键词:建筑结构；优化设计；分析

中图分类号：TU318 文献标识码：A

引言

建筑结构设计就是建筑结构设计人员对所要施工的建筑的表达。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。

1 建筑结构优化设计的基本理论

结构优化设计不应仅仅在结构本身,而是应包括建筑的各方面,科学地确定建筑结构优化设计几项基本原则并有效地按照这些基本原则去进行建筑结构设计,是非常重要的。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。

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。