工程结构优化设计基础精选(九篇)

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第1篇：工程结构优化设计基础范文

关键词：钢筋混凝土建筑；结构；优化设计

中图分类号：TU37 文献标识码：A 文章编号：

结构优化设计是在满足设计规范要求及保证结构安全和建筑使用功能的前提下，通过合理的结构布置，科学的计算论证，采取一定的措施来达到合理节约工程造价的一种设计方法。文章主要以优化结构方案及其构造措施入手，结合某钢筋混凝土框架剪力墙结构优化工程，对钢筋混凝土框架-剪力墙结构优化设计相关要点进行了阐述。

1 优化结构方案

结构方案是结构设计的关键，在设计中贯彻国家的技术经济政策，采取正确的结构方案，是保证工程质量，提高工程效益的有力保障。

1) 结构工程师与建筑师商讨，共同确定最优建筑方案。首先在建筑工程的设计阶段，结构工程师凭借自身的专业知识，拥有的对结构体系功能及其受力、变形特性的整体概念和判断力，用概念设计的方法明确结构总体系同分体系之间的最佳受力特征分析，达到使建筑平面结构抗侧刚度中心、建筑平面形心、建筑物质量中心重合，可以有效减少建筑扭转的影响，此外建筑立面要尽可能避免刚度突变和结构不连续，体型要规则、均匀，建筑物总高度满足适用最大高度的规范要求。

2) 力使结构受力与传力途径简洁、明确，传力途径过于复杂会出现多次转换的结构构件，这不仅会增加造价，还容易引起计算错误而埋下安全隐患。而简单、直接的传力途径，可以减少中间传递的结构构件，减少结构的安全风险，结构受力明确，经济实惠。

3) 结构工程师在建筑设计中要尤其注意规范，规程中有关结构概念设计的各项规定，虽然正确的结构计算是设计的重要基础，但设计中不能仅仅依赖于计算，还必须非常重视概念设计。

2 合理的构造措施

构造措施作为计算假定的保证或作为计算中忽略某个因素或某项内容的补充，与结构计算相似。按构造要求设计时，一般只需满足规范的最低要求。如梁箍筋加密的问题，梁的一侧是框架柱，另一侧是梁及梁的一侧垂直搭在剪力墙上，而另一侧搭在梁上，这种梁仅仅是作为支撑楼板用的普通梁，不像框架梁那样耗能，因此不需要箍筋加密，应在位于梁下部或梁截面高度范围内的集中荷载区域设置附加横向钢筋，并优先设置附加箍筋，此外当次梁放在主梁上面及梁上起柱时，主梁不必设置附加横向钢筋。当剪力墙结构中存在部分短肢剪力墙时，只需对短肢剪力墙的抗震等级提高一级而不需提高整体的抗震等级，分布筋、拉结筋、架立筋等起辅助作用的钢筋等级为一级或二级。

3 结构优化实例

某钢筋混凝土框架-剪力墙结构建筑由四层裙楼和A、B两栋高层建筑组成，A楼高74.2m，20层，B楼高88.3m，30层，地下两层为停车库和设备用房，房屋平面布置为不规则形状，总建筑面积约5.4万m2。

3.1设计优化的原则

通过大量计算和经验分析，在满足现行结构设计规范及规定的前提下，遵循保证结构的安全性及合理的刚度，对通过对可减小的结构构件进行有效的核减等措施来进行设计优化。

3.2结构优化设计

高层框架剪力墙结构体系中，重点是是水平荷载作用下，框架和剪力墙内力分配设计问题，其中剪力墙的数量及设计位置是关键。

3.3钢筋混凝土框架结构的优化设计

结构优化是一个渐进的寻优过程。首先对结构整体内力进行分析，然后根据梁柱各构件的控制内力进行截面的优化设计，计算出满足荷载效应要求的各结构构件的几何特征的配筋量的优化结果，在此基础上导致原结构的几何特征和荷载特征的变化，优化结构在现荷载作用下内力分布特征发生变化，各控制截面的控制内力也发生相应变化，根据这些变化进行下一步的优化设计。

3.4框架-剪力墙结构的优化设计

框架结构优化设计的原则究其根本就是结构优化的原则，利用一次完成的结构件，优化各个构件，可以节约投资并使结构受力更加合理。

3.5基础优化设计

(1) 依据地质勘查资料，分别设计主楼和裙楼的基础，主楼采用筏板基础，裙楼采用独立基础，基础底板要按照经验和计算结果设置。例如在地下室基础的设计工作中，初步设计中地下室基础计划全部采用筏板基础，经审核计算，为达到节约钢筋、混凝土的目的提出纯地下室基础部分采用独立基础加抗浮底板及抗浮锚杆的做法，这种方案可以有效保证结构的安全，施工简便。因此对纯地下室基础采用独立基础加抗浮锚杆、底板方式设计施工图（图1）。

图1独立柱基础剖面

(2) 对地下室有防水要求的基础底板，裂缝宽度控制在0.2mm左右；地下室顶板及外墙，荷载取值要准确、可根据实际情况选用荷载。

(3) 作为塔楼的嵌固端，地下室的顶板不宜太薄，根据覆土薄厚情况，采用十字梁井字梁。

3.4.7楼板优化设计

根据楼板要预埋管道的要求，楼板较薄时施工容易造成裂缝，因此楼板设计时采用弹性假定而非塑性假定来计算楼板厚度及配筋的折减，最小配筋率取0.2和0.45ft/fy中较大值相同板厚时混凝土强度等级低、钢筋强度大时，最小配筋率低，故优先采用三级筋，板中抗裂钢筋最小配筋率为0.1%，不用或少用大跨厚板。

1.5优化设计效果

高层建筑的结构优化问题是一个非常复杂的工程难题，同时结构优化具有巨大的经济效益，因此研究和开发应用钢筋混凝土结构优化技术对节约工程投资具有重大意义。为验证设计优化的有效性，分析结构设计的初步方案，根据工程所在地的市场价格推算本工程的优化节约了钢筋65t，节约资金约32万元。

3结语

文章从钢筋混凝土结构优化设计应用出发，总结出了钢筋混凝土框架-剪力墙结构建筑优化设计方法，符合当前建筑结构设计发展的需要，具有一定的现实应用意义。建筑结构的优化设计是一个科学系统的设计过程，针对每一项工程设计，应当根据其建筑特点，使结构各个构件受力均衡，同时要求技术应用合理、结构整体安全可靠，充分发挥每个构件的最大作用。只有这样才能实现建筑结构优化设计的最终目的，以便更好地服务于我国建筑业的发展。

参考文献

[1]张民.钢筋混凝土框架-剪力墙结构设计的优化研究.上海：同济大学土木工程学院，2008.

第2篇：工程结构优化设计基础范文

在国民经济和科学技术的大力推动下，工业建设得到了高效的发展。为了满足现代工业建筑越来越高的要求，工业建筑的结构和各种因素要进行全面的分析和研究以达到优化工业建筑的设计结构的目的是十分必要的，保障工业建筑的安全性、可靠性和功能性。工业建筑的设计风格各不相同，主要是根据功能性的不同，设计者也会相对应的设计出不同形式的建筑主体。我国目前的工业建筑大多是采用钢筋混凝土结构和钢结构来构筑的。

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。

作者：吴琦 单位：大地工程开发（集团）有限公司南京分公司

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.

第3篇：工程结构优化设计基础范文

关键词：建筑结构 优化设计 基本原则 影响因素

中图分类号：TU318 文献标识码：A 文章编号：

随着科学技术的不断创新，推动经济不断向前快速发展，人们对物质生存环境提出了更高要求，而建筑是人类物质生存环境的重要载体。近年来，节能环保型社会建设理念的不断深入人心，进一步加剧了建筑的需求者与供应者对建筑结构优化设计的需要。建筑结构的优化设计，不但满足了投资者控制建筑投资成本的目标，而且更加符合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内涵

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

1）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原则

建筑结构设计不仅仅包括建筑的结构本身，而且包括建筑的经济效益、居住的舒适度及建筑空间的使用率等等。所以建筑结构设计需要严格按照一定的基本原则。

2.1使不规则建筑平面布置产生规则结构效应的原则

在建筑结构优化设计的过程中，需要根据不同功能的需求，通过对调节墙柱的布局和墙肢长短，使建筑结构达到经济结构和安全使用的目标。有规则建筑体型和平面布置的结构，因其受力较简单，造价相对较低。但由于不同使用功能的需要，建筑的体型和平面布置是多种多样的，不可能因结构要求规则而对结构设计师的创作提出无理要求，倒是可以在满足不同使用功能的前提下，通过对结构墙、柱的布局和墙肢长短的调节，使不规则的建筑体型和平面布置产生规则结构的效应，同样可以使建筑结构达到经济结构和安全使用的预定目标。

2.2 提高建筑居住舒适度的原则

建筑居住的舒适度是建筑结构优化设计的出发点和落脚点。为提高建筑居住舒适度应该从建筑结构、装饰装修、电气安装等各方面进行整体优化设计。

2.3保证建筑结构整体安全度的原则

建筑结构的安全性主要体现在建筑的抗震设计，其标准已在我国的《建筑抗震设计规范》被提出。因此需要保证结构设计涉及到的每个部件承载能力的可靠性，最终到达建筑结构安全经济耐久的目标。建筑结构的优化设计应包含结构体系的优选、传力途径的科学性、构件布置的合理性、构件和材料选用的正确性等内容；我们应该把尽可能提高建筑投入使用后的舒适度作为建筑结构优化设计的一条重要基本原则。

2.4针对不同构件采用不同安全系数的结构优化设计的原则

如果为了确保建筑的整体安全性而不分构件的实际承载能力，对所有构件均给予相同的安全系数，这样反而会导致结构设计的不合理。可以根据建筑不同部位的承载能力设计其需要的安全系数，达到整体优化的目标。无数结构试验证明:由于现浇钢筋混凝土楼板的约束作用，可以在很大程度上提高楼盖梁的承载能力，最高时可提高约1.5倍而现行国内结构计算软件却小能准确反映现浇楼板的这种约束作用，因此，按力学计算结果进行结构设计的话，对现浇楼盖梁而言，它的安全系数就偏高了许多。

3 建筑结构优化设计的影响因素

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。优化建筑结构设计，不仅是通过受力计算，准确地计算出所需的钢筋用量和布置方式，使结构构件受力最佳、钢筋用量最省、功能最齐全，其实这是不对的，至少是不全面的。因为任何一幢建筑的结构设计方案提出之后，从结构选型和构件布置开始就已经存在是否优化的问题，再加上随后的每一个设计程序也都需要结构工程师去进行精心思考、准确计算和合理选用建筑材料等全过程的优化设计，才能最终产生优化的结构。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，比如，提高建筑空间利用率、增加建筑投入使用后的舒适度和提高建筑的经济效益（性价比）等。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。

4. 结束语

建筑结构优化设计方法的研究是一个非常复杂的综合决策问题。 适用、安全、经济、美观和便于施工是进行建筑工程设计的一般原则。我们需在实践过程中多实践、多探索，以最低的造价实现最佳的经济效益，实现经济、合理和美观的设计要求。

参考文献：

[1] 陈家模，陈玲霞，苗丽. 建筑结构优化设计研究[J]. 工程建设与设计. 2008(07)

[2] 朱小国，谢飞野. 差异演化算法在建筑结构优化设计中的应用[J]. 河北建筑工程学院学报. 2009(02)

[3] 晏育松.高层建筑结构设计中的若干问题研究[D]. 南昌大学 2010

[4] 谭俊清.高层建筑结构优化设计的研究与软件开发[D]. 西安建筑科技大学 2001

第4篇：工程结构优化设计基础范文

【关键词】结构优化设计；房屋建筑；应用；分析

1 房屋建筑工程结构设计优化的方法理念及意义的概述

随着我国社会经济的不断发展，人们不仅对自身物质方面的要求有所提高，精神文明建设也逐步成为一种标准与时尚。对于人居环境方面的改善主要体现在于建筑的结构设计与美观设计之间相互协调、密切配合的表现。建筑工程结构设计的基本要求在于建筑结构应具有适用性、安全性、经济性、美观性和便于施工等几个方面的特点和作用，而本文所讲的建筑结构优化设计是基于以上基本要求作更进一步、更深层次、更为合理地建筑结构设计，使建筑工程既能够满足美观造型、结构安全和经济规划等方面的实际意义，还能够归根结底地提供服务于人民一个良好的生活居用环境。

房屋建筑工程的结构优化设计内容主要是通过对建筑基础结构、屋盖系统结构方案、围护系统结构方案以及一些其他细部结构等方面的综合设计过程，强调一切以从实际出发为基本原则，并结合实际工程情况，以计划成本控制为中心的结构优化设计理念。

具体的建筑结构优化设计首要的工作是要建立起一种关于结构优化设计的模型，我们必须认识到建筑结构设计优化就是在各种不同的影响变量参数中的若干关键参数，利用这些关键参数建立起来的函数模型，然后通过科学的计算手段得到函数模型的最优解，一般建立函数模型的程序有设计变量的选择、目标函数等办法。在得到结构优化设计模型之后的主要工作内容是要制定一套科学合理地计算方案，通常认为建筑结构优化设计应属于一种非线性的优化选择问题，可以通过采取拉氏乘子法等数学统计等方法手段进行优化设计模型最优解的计算，计算得到最优解之后就可以确立最终的建筑工程结构设计的优化结果方案。

房屋建筑结构优化设计的意义在于可以有效降低建筑工程的总成本造价和提高建筑工程结构的经济性两方面。相对于传统的建筑结构设计方法，采用建筑工程结构设计优化技术方法可以有效降低工程成本造价25%左右。如对多层或高层建筑物进行结构设计优化，由于层数越多单位建筑面积自然就会越少，从一定程度上还是可以做到节约土地占用的成本费用就是一例。结构优化设计技术的实现可以对施工材料的性能利用更为合理化，使得建筑工程结构内部各个不同单元之间的相互协调更为充分，从而提高了建筑工程结构设计的经济性。

2 结构优化设计技术在房屋建筑中的应用

结构设计优化技术应用于实践应用是目前一个比较重点的课题之一。主要是利用结构优化设计技术是在不改变房屋建筑的使用性能的前提下能够达到降低工程成本造价和提高经济性的目的。结构优化设计技术在一个建设项目中的应用还是比较广泛的，一般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过程，通常都可以发挥一定的效益。但是，在应用结构优化设计技术的同时，我们还需要对一些在实践过程中的问题进行重点关注：

2.1 结构设计优化技术的应用需注意到前期的参与

房屋建筑项目的投资计划在实际工程中的影响因素非常复杂繁多，前期方案确定的质量好坏会直接影响建筑项目的总投资成本，而就目前普遍存在的前期方案的确立问题就是在前期方案阶段结构优化设计技术并不参与其中，相关设计人员在进行房屋建筑结构设计时往往会忽略或不考虑建筑结构的合理性和可行性，这样的建筑结构设计结果会对结构设计造成直接的影响，在后续的结构设计工作中往往被增加了结构设计的困难度且在建筑项目总投资上增加了一定的成本。想象一下，如果在房屋建筑结构设计方案确定的初期，结构优化设计就能完全地参与其中，那么我们就能从容地针对不同的建筑类别要求，优化选择合理地结构形式和设计方案，一定可以避免以上情况的发生。

2.2 结构设计优化技术与建筑工程结构设计针对于同一建筑工程结构设计方案都均匀许多种不同的结构设计布置情况。如果已经确定了建筑结构设计布置的建筑工程，也有在同种荷载情况下存在不同的分析办法。在一般的分析过程中，对于设计的参数、设计的材料以及设计试验承载能力的取值都不是只有一种取值情况。尤其是在处理一些建筑工程细部结构的设计问题时，还须面对计算机无法解决等情况，作为设计工作人员就不得不通过自身的判断能力根据结构设计规范的规定内容与指导展开设计。因此可以看出，结构设计优化技术主要应用于没有具体的数值量化的情况中，一般在采用概念设计方法的实际情况是可以通过有效数值作为一种辅和参考性的设计依据，以避免在设计过程中出现较大的误差或偏差，并利于设计结果能够达到最佳的效果。

2.3 概念设计能够处理的实际建筑工程结构设计问题是非常广泛的，我们所期望的是能够通过概念设计，房屋建筑工程结构能够在遭遇各种不同外部荷载作用下不会受到严重破坏或能够将破坏程度降到最低。因此，在分析如何能够应对建筑工程在一定期间内所有可能遭遇的各宗不确定的破坏因素应该成为概念设计的一项重要内容。尤其是在拟建工程项目地区内的地震活动作用最难以捉摸清楚，且地震的破坏作用通常也非常大，所以在对房屋建筑结构设计工程中必须要了解到拟建工程所在地区内在一定历史年限内的地震活动等一系列自然灾害的发生情况，然后充分考虑到建筑工程结构设计一些有助于提高建筑整体结构抗震能力的措施办法，而且应主要避免设计不利于抗震效果的结构做法。因此，在房屋建筑工程结构设计工程中必须要在整个设计过程中贯穿一种抗震设防的思想且以概念设计作为重点指导设计。

2.4 房屋建筑下部地基基础结构设计优化首先任务是要选择一套合适的优化方案，如果是深基础，那么就需要先对拟建工程施工现场的地质勘察情况全面了解到，然后再综合其他现场场地的条件因素进行基础选型及埋深等设计，这样做可以有效节约造价成本。

3 结束语

结构优化设计技术在房屋建筑中的应用，随着社会经济的发展、生产技术水平的提高以及人们对于居用建筑功能要求的不断改变，目前已经得到了极大的推广与发展。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。

参考文献

[1] 张炳华，王亚飞；土建结构优化设计[M]；上海：同济大学出版社；2008，11（07）：34 - 36

[2] 张友鸿；优化结构设计减少建筑投资成本[J]；陕西建筑；2008，09（11）：12 - 13

[3] 王鹏远，林振国；工程结构与系统抗震优化设计的实用方法[M]；北京：中国建筑工业出版社；2007，13（11）：35 - 37

[4] 卢晓菲，黄淼，唐宏；房屋加层外框架结构方案的优化设计[J]；哈尔滨工业大学学报；2009，07（04）：102 - 104

作者简介：

第5篇：工程结构优化设计基础范文

【关键词】建筑 结构 优化 设计

一、建筑结构设计优化的概述

1、建筑结构设计优化方法的概念

结构优化的目的是在满足房屋建筑的基本功能需求和舒适度要求、满足建筑质量安全和美观度要求的前提下，对房屋建筑结构造价进行控制。建筑结构设计优化需要对空间资源、设备资源、材料资源、经济资源进行充分利用和合理配置。这种优化设计比传统的设计能够节省5%～33%的工程造价，所以在项目施工中，要从建筑结构设计优化的原理出发，结合现场实际情况，提高工程的经济效益。

根据建筑设计的总体要求，结构设计要尽量减小质量中心和刚度中心的差异，保证建筑在水平荷载的作用下不会产生很大的扭转效应。建筑平面结构尽量采用对称和规则的方式，在满足建筑相应的功能条件下，使竖直方向上相应的承重构件保持上下贯通。为了保证结构的简洁性和设计的简单性，尽量减少转换层的使用。竖向刚度应采取渐变的方式，避免水平荷载作用产生应力集中，产生刚度突变。

2、建筑结构设计优化的重要性分析

随着经济建设的不断变化与发展，人们对于建筑行业的设计过程逐渐重视，新的技术以及理念也在不断地被应用于其中，同时计算机技术的普及引来建筑行业新的变革与发展。建筑结构设计就是采取先进的设计手段及理念，在有限的空间范围内进行完整的、合理的优化设计，将使用空间最大化，同时还要特别注意构件与构件之间，结构与结构之间的空间布局。这也是检验建筑结构工程师是否优秀的重要标准之一。工程师的结构设计重点不仅仅体现在设计理念上，而且其结构设计的经验总结也是极其重要的。随着计算机技术的发展，对于工程师的设计手段又提出了新的标准与要求，建筑结构设计师不仅仅要掌握专业的设计理念，同时还要掌握基本的计算机技能，将设计理念与计算机技术相结合，使其设计水平上升到一个新的高度。

3、建筑结构优化设计的内容和意义

3.1 建筑结构优化设计包括很多内容，主要分为房屋总体结构和分部结构优化两个部分。总体结构优化包括房屋基本结构优化、房屋顶部结构优化、房屋维护结构优化、房屋细部结构优化等。不管是总体结构优化还是分部结构优化都对选型布置、结构造型、构件受力、工程造价等进行了合理的优化，并在此基础上对结构形式进行创新，把设计对象设计得更为完善。

3.2结构设计优化的意义

3.2.1 优化设计，保证结构功能性

结构优化设计能够根据工程的需求对结构造型、受力性能、结构材料等进行优化配置。比如选择圆形、方形的结构进行平面设计能够增加结构的受力性能。因此，工程结构的优化技术，是工程实现既经济又安全，既美观又实用的途径。

3.2.2 节约造价

建筑工程造价控制是保证企业经济利润的关键因素。结构优化设计能够降低15%～30%的工程造价，具有实际的经济性。房屋建筑大多是多层建筑，甚至很多都是高层建筑，层数的增加会因为建筑面积的增加而增加投资。层数增加对结构承载力的要求也随之增加，为了保证结构的安全性，承重墙、梁、柱的承载等级和抗震性能都要随之增加，因而提高了房屋的造价。合理的结构设计能够根据建筑结构的空间和层面，合理选用结构构件并利用结构的各种性能。结构设计合理性增加、抗震性增加不仅可以减少结构所需物料，还能减少基础和装修物料，达到统一协调的目的，实现了结构的经济和安全。

二、制约我国建筑结构设计优化的因素

结构优化设计主要包括以下几个过程：建立优化设计的数学模型；选择正确的优化方法；选定所使用的函数和变量；确定设计中的各项数据编写计算机程序语言；通过计算机计算出整个设计的结果，然后对结构数据进行分析。结构优化设计主要存在两方面问题：如何将设计中的问题转化到能够反应问题实质的优化的数学模型中；如何选择最优化的方法求得该数学模型的最优解决方案。

结构优化设计在发展速度、研究深度以及应用推广上都落后于结构分析，其中一个最重要的原因就是结构优化设计的难度很大。一般情况下，结构优化设计的变量个数较多。且变量个数随问题的复杂度的增加而急剧增加，难以区分主动变量与被动变量。结构优化设计的约束条件在种类和数量上也有很多，并且约束条件通常比变量个数要大得多，有时难以区分有效约束或无效约束，这也给结构设计的优化工程带来了很大的困难，有时很难确定要选择哪种目标函数和变量。对于不同的建筑进行结构优化设计时，要根据其具体情况选用对其最优化、最合理的目标函数，以达到结构设计优化的目的。所以针对一个具体的建筑项目，选择一个科学合理的目标函数是非常重要的，必须要谨慎。同时，在进行结构分析和灵敏度分析时，对于实际问题一般很少有只进行一次优化结构分析就能成功的。对建筑设计进行结构分析是一项代价很大的工作，这就意味着在对实际问题进行多次反复的结构分析时，需要付出昂贵的代价。通常每做一次结构分析就要接着做一次灵敏度分析，有时灵敏度分析的代价比结构分析还要大。所以总体来看，所要付出的代价就更大了，这就使得我国的建筑结构设计的优化发展受到了制约。

三、结构优化设计方法研究

1、制定合理的结构优化设计方案

建筑工程的结构优化设计需要考虑许多因素，如结构优化设计的使用、实施等方面。因此，必须要设计出不影响工程进度要求的合理设计方案，而不仅仅是单纯的数学理论。所以，在进行建筑结构的优化设计时，一定要结合实际的工程来进行优化设计。在选择设计变量时要以少而精为原则，选择对目标函数影响最大的参数作为设计变量。而其他参数作为常量使用，或不作为独立的变量来使用。严格按照约束条件进行优化设计，这样可以缩小设计变量的可行域，减轻结构优化设计的工作量。目标函数作为判断结构优化设计方案优劣的标准，要制定一个全面的目标函数是很难的，因此，一般选取结构设计中的几个主要特征或因素来选取目标函数，并且要针对具体的工程和实际情况来制定最合理的目标函数。

2、建立综合评定指标体系

20世纪70年代，由美国一位教授提出的层次分析法充分体现了定性与定量相结合的方式。这种方法把复杂的问题分解成若干有序的层次，并且根据对一些客观事实的判断，对每一层次的重要性给予定量的表示，利用数学方法确定每一层次的相对重要性次序，再通过对各层次的分析导出对整个问题的分析结构。

3、综合评定指标体系的使用方法

在使用综合评价指标体系时，将我国的城市按大小大体分为三类，然后通过聚类分析方法和相关的程序对某一类城市的经济、历史、文化、气候等因素的区别与相似度进行分析，再将其划分成若干类。通过调研获得某类地区的数据特点，然后再利用层次分析法和相关程序计算出该地区各层次因素的权重值。以此类推，计算出我国其他地区的数据特征。存储在特殊的数据库中，综合各项指标评出标准及待选方案的得分表。再利用灰色聚类评价方法程序或迷糊评价方法及程序，计算出最优设计方案。

4、提升结构设计人员的设计水平和职业修养

结构优化设计最终还是取决于设计人员的自身修养，符合人们的视觉美感和应用价值的建筑才是完善的，才能真正彰显出建筑的质量和水准，做到全方面的有序、高效。因此，结构设计人员必须提高自身的责任意识。既要掌握高超的结构优化设计本领，还要注意团队协作。建筑结构的设计涉及到各个方面，不可能由一个人来独自完成。需要各方面的设计人员团结协作，才能设计出更加优化的设计方案。

5、优化资源配置提高原料效率

建筑材料是建筑工程的基本元素，然而不合理的结构设计方案很容易造成原料的浪费。因此，在进行结构优化设计时，一定要注意选取适当的建筑材料。在提升建筑美感的同时，提高建筑材料的利用率，减少对材料的浪费，这也是结构优化设计时要考虑的一个重要因素。

结束语：

结构优化设计可以使房屋更加安全经济和美观，能够满足人们不断提高的对建筑产品的品质要求。在以后的结构设计过程中，还要进一步优化建筑结构的设计方法，使建筑物的设计更为实用，更为安全，更为美观经济，提高建筑物的质量，保证建筑企业的经济效益。

参考文献：

[1]吴展智 浅析建筑结构设计之优化设计[J] 建材与装饰 2012（1）

[2]余金凤 有关建筑结构设计的优化设计的分析[J] 科技创新导报 2013（2）

第6篇：工程结构优化设计基础范文

关键词斜拉桥；工程；结构；优化；模型；设计；方法；

中图分类号：U448.27文献标识码： A 文章编号：

引言

结构优化设计理论和米歇尔麦斯威尔桁架似乎已有百年，从施密特使用数学规划求解结构优化设计也有40多年的历史，特别是在过去30年中，理论，算法和应用方面都取得了长足的发展。优化设计领域的航天，机械，土木工程，水利工程，桥梁，铁路，汽车，纺织和轻工业，能源工业和军事工业等方面，主要治疗这些复杂的结构系统的设计，或大规模的工程建设，或产量大，汽车，机械产品的创新设计。优化设计中的应用研究也延伸到了土地资源的开发和利用，环境监测和生态保护，和海洋工程等领域，并作为一种技术手段解决诸如系统识别，工程反分析问题。

一、关于结构优化设计的概述

一个好的设计应该首先确保工程结构具有足够的可靠性，即：满足工程结构的安全性，适用性和耐久性要求。在过去的很长一段时间，人们主要集中在结构可靠性，随着科技的发展和现代计算工具和方法，人们越来越注重经济结构设计。在科学的结构分析方法出生之前，结构设计是基于经验的方法，结构设计的主要目的就是满足安全使用，该方案还仅仅是不可行解，最优解。只检查安全性检查功能。随着生产的迅速发展，新技术不断涌现，结构工程师和逐步掌握结构分析的理论和方法应用于工程实践，初期由于理论的不完善和计算手段的限制，结构设计仍然倾向于结构安全和较少考虑计划经济。在近代，特别是在业务研究，拓扑结构，有限元方法的出现和计算机技术的发展和越来越广泛的应用在工程，结构设计的可靠性和经济的方案已成为可能，为应运而生的结构优化设计理论。

二、斜拉桥优化模型的建立

斜拉桥的设计满足强度，刚度，变形，频率和其他要求和施工要求。在本文中，这些规定的约束函数形式，他们通常是设计变量的隐式函数。

2. 1频率约束条件

桥梁结构频率（特别是低阶）反映了结构尺寸，类型，材料类型和边界条件和特点，考虑结构的总体频率作为约束条件之一。为防止斜拉桥发生共振，或避免一些负面频率区域的情况下，大桥斜拉桥动力特性应符合一定的要求。此外，研究表明，基本频率的桥梁结构最直接地反映冲击系数，桥梁结构按照通常的做法，在国内外各种桥梁设计规范，用于在车辆荷载垂直静态效应的基础上乘以增大系数为移动车辆荷载垂直动态效果，即

Sz = ( 1+ u) Si

式中: Sz在移动车辆荷载作用下, 桥梁结构在竖向产生的总荷载效应;

Si在移动车辆荷载作用下, 桥梁结构在竖向产生的静力效应;

(1+ u) 考虑移动车辆荷载对桥梁结构产生的竖向动力效应的增大系数.

(1+ u)定义为冲击系数. 从现场实测和理论研究得知, 每次移动车辆( 一辆或多辆)过桥时, 对桥梁结构产生的最大竖向动力效应均出现在最大静力效应处, 因此在取得每次移动车辆过桥时的应变( 应力或挠度) 的时间历程曲线的基础上, 冲击系数( 1+ u) 亦可用下列公式来描述, 即

( 1+ u) = ydmax/ Y jmax

式中: Yjmax 在最大竖向动力效应处的静力应变( 应力或挠度) 的最大值;Y dmax与Y jmax对应的动应变( 应力或挠度) 的最大值.通过对实桥的测试结果进行回归分析, 总结出冲击系数与基频f 1之间的函数关系如下

(1+ u) = 0. 9843+ 0. 4068logfi

并且指出, 无论是桥梁建筑材料，结构类型，如果有区别，不论大小，如果有区别，只要是相同的基本频率的桥梁结构，在相同的条件下行动的车辆荷载，可以得到相同的脉冲函数。本文介绍的基本频率（或频率）为约束条件也可以对冲击系数的研究将帮助。在优化设计中, 桥梁结构整体频率特性以两种约束函数的形式表述:

其中W , W为预先设定的频带的下、上限,W i , W j为关切频率, 是临近约束频率的固有频率. 本文利用序列二级算法求解形如W2i≤W2, W2j≥W2的数学模型.第一级优化是求解在尺寸约束及频率下限约束下的优化问题. 由于频率下限约束限制了结构的尺寸上限, 为了使结构在满足约束条件的前提下有一个较大的选择余地, 目标函数应取原目标函数( 重量) 的最大值. 第一级优化的数学模型为

第二级优化求解在频率上限及约束下的目标函数极小值( 结构最轻重量) 问题. 只是在该优化问题中, 尺寸约束的上限应取由第一级优化求得的优化值, 这样形成了新的设计空间. 第二级优化的数学模型为

2. 2斜拉桥优化模型的建立

通常带频率约束的优化计算模型表达式为

其中, m, n 分别表示约束条件数和设计变量数,

斜拉桥设计参数的分析表明：斜拉桥结构主要受的特点，主跨比，边，角和束电缆，塔电缆截面尺寸效应。此外，斜拉桥是平均静定结构，通过调整线张力可以有效减少体重开始温度，造成梁弯曲位移。本文取按有限元划分的全桥各单元的截面特性( 面积A i、惯性矩I i)为设计变量建立优化模型. 定义目标函数为

式中pi为结构各种材料比重, Ai为结构各断面面积、li为结构各单元长度、c1为各部分结构造价( 包括材料费、劳动力价格等) .

三、优化求解方法

本研究主要是关于斜拉桥的动力优化问题的基本概念，将“三个支柱”理论，即结构分析，优化模型及算法结构分析采用有限元方法用于优化设计的状态变量（即，挠度，应力，特征值优化模型）。建立综合考虑的分析变量的（横截面面积，惯性矩，几何尺寸，形状参数，如弹性模量）和设计变量（使用组件的大小）之间的联系以及建立目标函数（通常结构成本和重量）和约束功能和优化算法求解非线性选择约束优化方法可行方向的方法。除了加快算法的效率，采取有效的近似方法，并介绍了敏感性分析的方法计算的优化过程中所使用的目标函数和约束函数的梯度。 类似的做法常见于一些国内外大型软件, 如Access, SAPOP, START S 以及 I-DEAS 等系统中. 图 1 表示了优化迭代过程的流程, CBDEA 可看作“黑箱式”寻优程序块。

第3 步利用了泰勒一阶近似法( T SA) , 其近似式可表为

第 7 步计算搜索步长使用了一步步检验与纠错的方法, 在循环的每一步都要使目标函数按比例减小一个量. 定义目标函数的减小量为原值的β值, 即 f ( Xk+ 1) =β f ( X k) ( 0. 90 ≤β≤0. 95)。

在结构动力优化，寻求有效的计算结构固有频率和振型对于设计变量的灵敏度的方法是非常重要的。此外，敏感性分析也被用来计算搜索方向，构造函数和参数修改研究。 Fox, Adelman, Haftka, Gardani 等人都给出了一些计算公式, 本文主要应用中心有限差分法进行了该方面的研究。

在无法或难以提供解析梯度值，不同梯度值的精度，算法的收敛性将产生较大的影响。采用高精度差分方法是一种有效的方法来提高精度，但计算会带来的副作用，并运用可行方向法企的主要目标之一是尽量减少一些功能评价的目的。因此，本文采用的计算中心差分法。没有更多的功能评价的前提下的差别，一步长度自动调节，所以当变量和约束函数值的迭代过程中发生变化时，差一步变化，可以有效地提高准确性差。方法如下, 取差分步长因子a 为

a=10-5×Xi,102

并且满足要求

如不满足, 则作如下修改

四、结构优化设计在桥梁工程中的应用状况

虽然早在第十九世纪中叶出现了现代意义上的结构优化设计理论，但由于桥梁结构设计变量，复变函数来管理，需要大容量和手术时间长等原因，优化设计在桥梁结构设计的研究后。在十九年代开始有了桥梁结构优化设计研究。在最早的发展最为成熟的桁架桥的设计优化。大跨度桥梁设计研究是在第二十世纪末，大跨度桥梁和计算机技术的迅速发展，逐步发展。由于大跨度桥梁结构复杂，不确定的频率较高，结构较为复杂，设计变量较多等原因，进行综合优化设计难度大。以往的研究还只是一种局部优化，如：索力优化，优化，动态优化等。

大跨度桥梁结构优化设计是目前主要集中在局部优化，全局优化和优化理论在三个方面。局部最优不等于整体最优，但有利于整体最优，并促进发展的桥梁结构。由于局部最优设计变量的相对较少，研究的难度大大降低，研究的深度和更深入的。大跨度桥梁的局部结构优化一直参与了大跨度桥梁结构设计和施工的所有方面，包括：加劲梁截面优化，调整索力优化，电缆或索力优化，结构优化，索塔，或吊索锚固优化，悬索桥锚碇的优化，墩基础的优化。大跨度桥梁静不定结构，结构复杂，设计变量，建筑设计涉及到很多因素，因此，必须进行全面的整体优化或全过程的优化依然存在困难。困难在于，不仅在其建立目标函数，它是建立目标函数，寻求最优解的计算速度和可能性。整体优化：包括总成本最优，动态性能优化，整体施工工艺优化及结构优化设计及景观设计方面的协调。

结束语

伴随着快速发展的斜拉桥施工，近年来在全国范围内建立了大型斜拉桥。主梁斜拉桥结构优化设计可以有效改善应力状态，使斜拉桥的设计，确保安全，经济合理。

参考文献

【1】蔡新、郭兴文、张旭明等．工程结构优化设计【M】．北京：中国水利水电出版社，2003：

1．10．

【2】王光远，董曜明．结构优化设计【M】．高等教育出版社，2010：1．15．

【3】D．Wang，W．H．Zhang，J．S．Jiang．Truss shape optimization、vitll multiple displacement

constraint．Computermethods inappliedmechanics andengineering，2002，191(2002)：3597―3612．

【4】孙蓓．连续体结构拓扑优化理论研究及其在水利工程中的应用恻．南京：河海大学．2005：l-23．

第7篇：工程结构优化设计基础范文

关键词：建筑；空间结构；设计优化

中图分类号： S611 文献标识码： A 文章编号：

1引言

在建筑工程建设中，结构设计是关键步骤。建筑结构的造价在建筑工程的总造价中占较大比例。近些年来，节能型环保技术在建筑工程中广泛应用，加剧了建筑修建者对建筑结构的设计和结构优化的需要。良好的空间结构设计和结构优化，不但能保证建筑物的美观实用，而且可以降低建筑物的建造成本和使用效率。在目前，我国建筑物空间结构设计和优化还存在着很多问题，很多建筑修建者和建筑空间设计者对建筑空间结构设计的重视不够，建筑空间结构设计不合理，影响了建筑的实用性和美观性。所以，加强建筑工程建设中空间结构设计和优化设计，是建筑工程迫切需要解决的重要问题。

2建筑空间结构基本设计

2.1建筑空间结构设计的概念和原则

建筑物结构设计在建筑物建造中起着非常重要的作用，良好的建筑空间结构可以让建筑物更加美观实用。建筑空间结构设计主要侧重于建筑物结构安全性能的设计方面，包括建筑物抗震能力、建筑物防风能力和建筑整体空间结构设计方面。良好的建筑空间结构，一反面能保证建筑物的使用安全和适应效率，一方面有利于节约建筑生产成本，是建筑物更加实用、更加美观。设计师在进行建筑结构设计时，首先遵循经济环保、美观大方、安全实用的设计原则，严格按照建筑物的施工要求和施工方案，对建筑的空间结构进行修建，才能保证建筑物的安全性和实用性。

2.2建筑空间结构设计的要点与规范

建筑物空间结构设计的基本类型主要分为木结构、钢结构、混凝土结构和砌体结构。按照建筑物的使用要求和使用方式，可以选择不同的结构进行修建。但是不管是何种结构类型的建筑物，在空间结构设计上一定要遵循美观实用、经济环保的设计原则。首先，建筑结构设计中要注意基础平面图的设计绘制。在基础宽度方面，如果出现地基较软、土质不均匀的情况，需要采用柱下条基来减轻上部建筑物的重量，加强地基的硬度和刚度。另外，还要充分考虑到地下室的空间结构，并注意抗震缝和伸缩缝的连接设计。建筑物一般都设有地下室，地下室的空间结构设计要和建筑物整体的强度性能相适应，如果地下室采用的是混凝土墙体，那么建筑主体的基础梁和相关楼层之间的梁就可以取消。有的建筑物会采用独立柱基设计，要是建筑物的独立基础面积比较小，则可采用锥型基础来设计，这样可以方面施工，还可以减少工程消耗。其次，在建筑物内部楼梯和梁的结构设计中，要保证楼梯的高度，特别是在建筑物入口处，楼梯高度和建筑物入口的高度要设计合理，否则会影响建筑物的有效使用。另外，在建筑物梁结构的设计中，还要注意梁的高度和角度要与断面互相适应，在大梁外露的情况下，挑梁的设计要做截面的，这样才能有效减轻梁自身的重量。最后，在建筑空间结构设计的过程中，结构的计算和分析是建筑工程设计质量好坏的重要因素，结构设计师自身要对建筑结构有清醒的认识。在建筑结构整体计算中，选择合适的计算软件进行计算，一方面可以避免结构的不安全隐患发生，一方面可以加强建筑的抗震性能和安全性能。

3建筑空间结构优化设计

3.1建筑结构优化的概念和原则

在建筑工程中，首先是建筑空间结构设计，但是在传统的建筑工程中，建筑结构优化设计是必不可少的设计步骤。所谓建筑结构优化设计，是指建筑工程在满足建筑工程施工条件之下，按照预定的目标找出最优设计方案的设计方法。建筑结构设计一般是建筑设计者按照传统的建筑物色号及要求创建建筑空间结构的设计方案，基本只是设计出建筑物施工和使用的基本方案和可行方案，建筑结构优化设计是在这些建筑方案基础之上，通过建筑设计师和建筑施工方以及建筑使用方的要求和探讨，寻找到一套最适合、最经济、最安全的建筑物空间结构设计方案来，提高建筑工程的实用性和安全性，改善建筑工程结构的经济效益和使用功能。在一般的建筑工程中，采取结构优化的工程往往可以使工程的造价降低15%左右，并且建筑物的使用空间也加大了，各种功能性空间结构更合理，建筑物整体结构去趋于稳定和美观。建筑作为人类生活的基础性的生存环境，与人类的生产生活密切相关，所以建筑物的安全性和实用性是建筑物的基本要求。在建筑物空间优化设计中，提高建筑物的安全性能是重中之重。再者建筑物的功能性和实用性也是考量建筑物结构优化设计的重要方面，建筑物的主要功能就是满足人们的生产生活的需要，同时还要尽量满足人们美观性、协调性、舒适性的生活需要。建筑物在结构优化方面还要注意提高建筑物经济性和环保性，通过建筑结构的优化设计，可以最大限度的节约各种建筑材料，减低建筑物的建设成本。环保性能的提高是近些年来建筑发展的方向之一。在建筑的选材方面，选择环保型材料可以减少碳排放量，缓解日益严重的城市污染，保证建筑的使用安全。

3.2建筑结构优化的要点

3.2.1选择合理的结构方案

建筑结构设计方案的优劣往往决定了建筑结构的成败，一般情况下，建筑物的设计方案并不是唯一的，不同的建筑结构方案在建筑工程造价和工程质量方面有重要的影响。因此，在建筑结构方案的选择上，首先，建筑工程方要尽可能的与建筑设计师互相沟通，对于建筑的使用要求和性能要尽量沟通清楚，并且在此基础上，通过反复对设计方案进行对比、计算和优化，选择更合适、更经济、更环保的设计方案作为施工方案。

3.2.2进行正确的结构计算

目前，在建筑工程的结构设计优化方面，一体化的计算机结构设计程序在建筑工程结构设计方面广泛应用，帮助结构工程师从繁琐的计算中解脱出来。但是，建筑结构工程师还要仔细的研究设计方案，仔细计算核对设计数据、认真分析设计误差、选择合适的参数进行建筑结构施工。建筑设计师只有加强建筑设计方案的结构计算，优化结构方案，才能保证建筑物设计方案的完美，保证建筑物的结构合理，美观实用。

3.2.3建立优化设计综合评价体系

建筑物在进行施工建设之前，完美的建筑空间结构设计是重中之重，因此，在选择合适的建筑物结构设计方案中，要建立优化设计综合评价体系。当一套甚至多套建筑物空间结构设计方案摆放在眼前，首先，建筑结构工程师要严格把关，删除不符合建筑施工标准和使用标准的设计方案。在几套合适的方案中，对设计方案进行综合评价，即使选择出合适的建筑设计方案，也要对此设计方案进行优化设计，严格计算设计方案中的设计数据，保证设计方案的正确性，还要对设计方案进行经济分析，加大安全系数，提高设计方案的质量，才能保证建筑空间设计的合理和实用。

参考文献：

[1]沈汝伟.对建筑结构优化设计的探讨[J].煤炭技术.2011.（4）

[2]文志华.建筑结构优化设计之我谈[J].建材与装饰.2012.（12）

[3]于洪生.浅析建筑架构设计及其常见问题[J].中国新技术新产品.2012.（17）

第8篇：工程结构优化设计基础范文

关键词：工程造价；控制；钢筋砼结构；结构优化

基于钢筋砼结构建筑的自身特点，其工程的设计阶段就应当对于其工程造价进行整体的设计与评估，从源头上进行其造价的全面控制。进而对其工程结构进行优化，定量分析其结构优化的具体方案。本文就针对工程造价控制的钢筋砼建筑结构优化设计进行讨论。

1工程建设钢筋砼结构设计与造价问题

工程造价控制一直以来都是一项贯穿于工程建设的全过程的一项重要工作。整体上看，我国在工程造价控制方面一直以来都是将侧重点放在对于项目的实施过程中的设计控制。这么做导致的结果是建筑单位对工程造价控制能力不足，效果不明显。而工程建筑的每个阶段对于投资的影响是不一样的。工程设计阶段对于整个工程建筑的造价影响表现最为突出。其中，技术设计又是影响整个工程设计的关键环节。因此，可以说工程造价控制的重点应当是工程设计中的技术设计阶段。钢筋砼结构建筑作为一项重要的工程建筑方式，其在结构设计与工程造价问题上有几点表现：

1.1目前，针对于建筑结构设计的技术人员往往在进行工程结构设计时，忽略对于设计理念的整体把握，只能看到细节，无法准确把握其结构方案的整体性特征，没有能够从概念设计的角度出发，使设计模式化、僵硬化。另外，就是在相关设计人员的设计理念落后，缺乏创新精神与学习的能力，使设计从结构上缺少对于建筑理念的多角度融合，过分看重结构设计的安全度，使得设计上形成一种设计概念模糊不清的特征。这种设计上的模糊不清，往往使一些技术环节在工程建筑中很难把握其尺度，形成工程造价的偏高。

1.2 一些设计人员在进行工程设计的过程中，片面的强调安全性能的提高，缺少对于从经济上面的考虑，对于工程造价控制制造了难题。

1.3 出现在设计部门与业主之间的关系问题上，往往一些业主对于设计部门的要求过高，在很短的时间内进行工程设计，而忽略了设计部门无法在短时间内对于工程设计进行优化设计。在两者的矛盾之间，往往会造成顾此失彼的现象发生。另外，就是设计部门在进行优化设计的过程中表现出来的积极性不高，其主要原因是优化设计基本上成为了对设计单位的附加条件，并没有因为优化设计而额外对设计部门给以时间上和经济上的额外费用。因此，也就形成了设计部门缺少优化设计的热情。

2钢筋砼结构建筑主体结构优化设计

为使工程造价控制更为有效，在进行初步设计阶段中，应当着力于对于建筑结构的形式的选择。往往工程结构形式的选择会很大程度上影响到工程造价。因此，在既能满足建筑的功能需要的前提下，确定更为科学、合理的建筑结构形式。在选择结构形式的时候要遵循一定的标准。

2.1 在进行建筑主体结构形式的选择上，首先应当从工程结构的建筑功能上有一定的要求。其结构形式一定是能够满足建筑功能需求的。在此基础上其建筑材料上要能发挥其性能与效果。另外，就是根据建筑物的主体的高度级别进行因地制宜的选择。再者，从建筑物的抗震能力上要对结构形式有一定的要求，安全性能应该作为作重要的考察范围。同时，还有其他一些构成建筑施工的一般性要素也应当进行综合的比较，选择较为合理的结构体系。

2.2从整体考量设计结构同时要具有标志性的参照，高层建筑的宽高比往往是对于建筑物的综合性能与经济合理性的外在表现。通常能够达到其标准的设计结构更为合理。

2.3 在进行结构形式的选择过程中，应当将建筑师的意见作为重要的参考，尽量避免在工程施工中设置各类的结构缝。如必须增加这种结构的时候，也应该以现行的规范进行合理增设。从而能使其建筑要求达到标准。

2.4在满足了建筑功能条件下应当从其内部结构上对于结构形式进行选择。使其构成一个空间结构整体。从这个角度上来讲，实现建筑功能是一个立体空间问题。

2.5 更加科学的设计建筑物的抵抗水平力的建筑设计构成，使结构抗侧力的合力中心尽量与水平力合力作用的投影重合或接近。

3工程建设钢筋砼结构地基基础优化设计

对于整个建筑结构中对于基础以及地下室部分的设计也是占有极大比重的。对于这部分的工程造价控制应当将重难点放在对于地基的设计上。究其原因，主要是地基基础虽然在形式上基本一致，可是由于地质条件有差异，往往造成地基基础的建设出现千差万别的状况。因此在进行建筑结构优化设计中将地基基础以及地下室的优化设计作为造价控制的重要侧面。

4工程建设钢筋砼楼层结构优化设计

从设计上对于楼层结构的要求应当考虑几个方面的因素，在问题的着重性上主要考虑梁板的受力是否会影响到建筑结构整体。在传力的过程中，是否能实现直接受力。另外，就是从其使用的功能角度上分析，是否可用，和楼层结构的钢使用量的问题。工程设计中的公用建筑设计，基本上都是采用双向开间的形式，使用井字或者是十字次梁，这种结构的主次梁在受力方面上，其截面往往可以受力均匀。使其顶部的压力较小，对于公用建筑进行活动装饰更加有利。另外一种情况，出现公用结构的建筑涉及到了这种双向开间的结构部统一，需要对于主次梁之间的截面高度进行调整，使功能与外观更加合理和美观。

目前，建筑工程设计中对于住宅建筑的板厚要求基本上在10厘米以内，有的板跨小，钢筋强度大，反而不利于板的受重力的伸展，还会增加用钢量，传力途径也无法形成直接受力，还会使受力不合理。所以，在进行板厚的设计上以及板跨上应当尽量将其跨度增大，尽量少的设置次梁，从而实现工程造价控制的结构优化。

5施工图设计优化

在进行对于建筑工程进行结构设计之前，行之有效的结构分析是实现优化设计的必然要求。以结构分析为依据，对于结构设计过程中出现的局限性等问题加以补充与校正，使得结构设计更加准确。由于建筑物被赋予越来越多的功能，其结构也就呈现出越来越复杂的特点，在此基础上对于设计结构的准确性要求也就越来越严格。原本的技术软件在无法满足新的需求的时候，采用更为合理的相关软件模型就显得尤为重要。

6标准化设计的工程造价控制

为了在标准化设计上与传统的设计开发理念相区分开。因此，在进行标准化的设计方面，应当从设计的多元性与长期性上着手，对于设计方案进行优化，使其设计的理念能达到既能满足对于标准化设计的要求又能实现多元设计理念。

7结语

工程结构优化设计不仅仅是节约投资成本，更是一项经济发展可持续性战略的表现形式。同时，在设计优化结构中，也是实现节约能源实施环境保护的过程。因此，在进行工程建设结构优化设计的过程中，始终将对于建筑安全、抗震、经济效益、可持续发展等因素进行综合考量，才能达到预期的设计效果。

参考文献：

[1]张炳华等.土建结构优化设计[M].同济大学出版社.2008

[2]蔡新，郭兴文，张旭明.工程结构优化设计[M].中国水利水电出版社.2003

[3]全国民用建筑工程设计技术措施（2009）[M].中国计划出版社.2009

[4]混凝土结构设计规范[S].中国建筑工业出版社.2011

第9篇：工程结构优化设计基础范文

【关键词】结构设计；建筑结构；优化技术；应用

中图分类号：TB482文献标识码： A

一、结构设计优化方法

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。

二、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。

三、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：

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。

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。

总之，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：