結構優化方法范文

導語：如何才能寫好一篇結構優化方法，這就需要搜集整理更多的資料和文獻，歡迎閱讀由公務員之家整理的十篇范文，供你借鑒。

篇1

【關鍵詞】工業建筑；結構設計；優化方法

1工業建筑結構優化設計的探討

1.1工業建筑優化設計的目的。目前，在工業建筑優化設計的過程之中，依據各類建筑，其優化需求目標基本上可以分成兩類：（1）傳統概念之上的建筑結構設計與優化，其主要就是針對成本結構來進行優化設計，在最大限度之上來充分的保障設計的質量以及結構設計的科學合理性，最終于現代社會低碳環保的各項要求相符。（2）主要就是利用建筑結構的設計優化來滿足企業工業生產的各項目標，達到建筑整體而結構的布局及設備置放的部位、分析與處理施工流程之中的各項數據，來最大程度之上加大工業生產作業的效率，提升企業的市場競爭力。

1.2工業建筑結構設計優化中的常見問題。在目前建筑結構設計優化設計的施工經驗之中來進行分析，一般問題都是出現在優化之中?，F如今，應用鋼結構的范圍逐漸的加大，這對于概念性設計與空間美學產生了較大的影響。此外，大部分工業建筑結構設計優化之中，設計人員對于整個結構規劃布局缺乏一個全面化的認識，最終相應的也就引發了優化效果不顯著情況的出現以及大部分企業對工業建筑結構設計優化不認可。

2工業建筑設計優化

2.1建筑結構優化的注意事項。現如今，在進行建筑結構設計的時候，我們國家大多建筑師基本上都不會參前期方案的設計，針對結構可行性與合理性來進行分析，在后期工程建設與方案設計相應的也就加大了難度，當然這也就需要增加對于工程的投入及應用。在工程結構設計前期就得要及時的引入結構優化的設計理念，這樣一來不僅僅可以統籌兼顧來分析出工程優化設計的各項需求，而且還可以縮減企業資金的投入量，那么就可以在工程的初期進行合理的控制。

2.2建立完善的工業建筑結構優化體系。在工業建筑結構優化設計的過程之中，因為各個工業建筑結構的設計缺失統一的指導方案，那么就會使得建筑內部結構優化無法滿足工業建筑結構的各項要求。所以在進行優化設計之前，首先要做的就是得完成的管理體系建立起來，利用管理體系以及工業建筑結構優化設計之中出現的各項問題來進行分析，并及時的制定出來行之有效的措施來解決，逐漸的工作的內容完善起來，最終在最大限度之上來充分的滿足工業建筑結構優化設計質量管理的目的，加大工業建筑結構優化設計質量及其后期正式應用的使用效率。

2.3建立工業建筑結構設計優化模型。為了進一步科學、合理化的實現工業建筑結構優化設計的工作可以有條不紊的進行，在真是開展優化工作之前，要將結構優化設計模型建立起來，在眾多變量參數之中選擇出來其中的重要參數，逐步將函數模型建立起來，最終實現最佳的優化方案。

2.4吊車水平載荷。大部分工廠的生產均要利用吊車來進行輸送體積偏大的獲取，吊車荷載主要可以分為水平與豎直。SAP2000在結構分析之中可以將吊車的水平荷載利用等效靜載負荷的方式來加到排架樁之上，另外豎直荷載主要就是利用移動式的靜載負荷來進行施加的。

2.5電廠煤斗。煤斗是一種大型設備，其主要特征表現在：高度高以及體積大，并且有水平地震的重要性。針對支承構建而產生附加的扭矩以及彎矩，那么就得要利用相應的計算來進行補償附加的內力。其主要步驟為：首先在設備的重心位置加設相應的支承結構，將附加的內力進行縮減；其次則是在與支承梁桿的軸心位置垂直的部位加設梁結構，使得支承梁的扭矩轉變成為作用在梁上的彎矩；再者就是這個時候梁的抗彎能力十分的強，最終轉移危險；最后則是支承結構抗扭配筋在不斷的強化，樓板強度也隨即加強。

2.6磨煤機隔振。對于火電廠而言，其發電過程之中始終無法離開煤炭，那么其中的關鍵工具就是磨煤機。振動的程度也會在很大程度之上影響到其他設備，特別是配電裝置以及發電機組所處的控室。為了可以有效的避免這些問題的出現，那么彈性支承系統也因此而出現。（1）應用了彈簧振系統之后，磨煤機基礎臺座的重量約為一般基礎快的二分之一。由于將之前的占地空間縮減，這對于工藝布置而言十分的有利。（2）應用了彈簧隔振系統之后，降低了磨煤機振動的頻率，另外最為關鍵的就是有效的降低了磨煤機對于周邊廠房及人員的影響。（3）因為磨煤機基礎臺座和鍋爐廠房結構之間出現分離的現象，磨煤機基礎施工的靈活性偏大。磨煤機基礎施工的進行交叉是的施工，可以有效的縮減施工周期。（4）調平磨煤機，基礎沉降可以通過彈性彈簧隔振器來進行相應的調整。（5）應用彈簧隔振系統之后，磨煤機自身受到荷載影響偏小，減小了磨煤機磨損的程度，使得磨煤機的運行可靠性進一步的提升。另外還可以有效的延長磨煤機的使用壽命，加大磨煤機大修的周期。（6）和一般基礎相比之下，在應用彈簧隔振系統之后，磨煤機基礎的振動具備可控制性，最為關鍵的就是傳遞到基礎下荷載量減小了，所以可以適當的縮減地基基礎處理的資金。綜上所述，工業建筑結構設計是一項較為繁雜的工作，那么需要考慮各個方面的因素，從選擇原材料到工程設計以及設計優化等等各個部分，依據工業建筑結構的特征來來具體的進行操作。逐漸的優化設計方案，在最大限度之上設計出來經濟合理的方案。

參考文獻

篇2

關鍵詞：建筑結構 設計 優化

建筑結構在設計的時候，經濟性也是非常重要的因素，同時設計出來的建筑結構也要做到便于施工。在進行建筑結構設計的時候要充分滿足安全、美觀、實用、經濟和施工方便的原則，這樣設計出來的建筑結構才能更好的保證以后的使用效果。隨著生活水平的提高，人們對于建筑的要求也在不斷的提高。建筑結構設計工作的質量自然決定了工程的質量。所以，為了更好的完成建筑設計工作，本文講述了建筑結構設計的基本原則及優化方案，可以為建筑設計工作提供一個參考。

一、建筑結構設計基本原則

建筑結構設計并非是無規則可循，它也是存在一定的原則的，主要可以分為四個方面，下面對施工設計的四個原則分別進行詳細的論述。

1.1取大舍小原則

每一件事都會有一個大小之分的。建筑施工設汁中的取大舍小原則主要講的建筑施工的過程中要有主次之分。一項工程，各個部位所需要的時間是不一樣的，為了保證施工設計的合理性以及可行性，就會把一項工程分為主要和次要的兩個部分，而這兩個部分，也要有不同的重視程度。在施工的時候，要保證的是柱的強度要高于梁的強度，剪處承力要強于彎處，這些東西都在建筑施工設計的范圍之內。取大舍小原則的實施會確保工程的進度質量還有成本。

1.2剛柔有度原則

剛柔有度原則主要指在進行建筑結構設計的過程中，要將過于鋼化的建筑結構進行柔化，提高建筑物的整體穩定性。建筑結構設計剛柔有度要求設計人員對建筑結構的穩定性進行全方位考慮，對建筑設計中過多的鋼化線條設計進行改善和調整，降低建筑物發生形變的可能性。

1.3多重設防原則

多重設防原則主要指在進行建筑結構設計的過程中，設計人員要對所有的設計結構進行把握，將建筑結構的整體作為主要設計核心，設計多重防線，保證建筑結構的安全性。多重設防要求設計人員要熟知建筑結構設計的各個環節，在設計中邊行多重設卡，將建筑結構各部分的功能充分放大，提高設計效果。

1.4打通關節原則

打通關節原則主要指在邊行建筑結構設計的過程中，設計人員要將建筑細節結構和主體結合在一起，將建筑細節結構融會貫通，實現建筑結構的統一。通過減少建筑結構中的關節，將建筑結構關節打通，實現對建筑整體的全方位把握，增強建筑沒計的主體效果。

二、住宅建筑結構設計優化的方法

住宅建筑結構設計優化是要通過對擬建住宅進行模型的優化、計算方法的優化、并在計算和模擬的基礎上制定有效的結構方案，再進行驗證。

2.1結構優化模型的建立

在進行結構優化設計的過程中首要的問題是要根據實際的結構特性設定成為相關的結構設計參數，主要的有目標控制參數和約束控制參數。對于那些變化范圍比較小的，且在結構的局部加強就能滿足要求的部分參數，將其確定為預設參數，從而減少計算的工作量：對于目標函數，是要找到一組可以滿足預定條件的鋼筋截面積和截面的幾何尺寸，目標是要讓總造價最小。對于約束控制函數，包括前度和穩定約束、截面尺寸約束、結構整體約束、構建單元約束、正常使用狀態的上下限約束條件等。參數的設計必須要與實際情況和規范相符。

2.2結構優化設計的計算方法

在結構優化設計計算方案的確定上，考慮到建筑結構的復雜性帶來的變量多、約束條件多且非線性，因此在計算過程中，一般的做法是先將有約束的優化問題轉化為無約束條件再進行求解，可選用的計算方有拉式乘子法、復合形法等。結構選型、尺寸和參數設計完成后，在計算方案的基礎上設計優化程序。并在得到計算結果后，對結構進行綜合分析，最后確定最合理的結構優化設計方案。

2.3建筑設計優化中所要解決的復雜性問題

設計房屋建筑結構最主要的目的，就是要使建筑物的安全性、耐久性以及功能性得以保障。保證其能在一定的期限中達到各個功能及要求的滿足，此外還要做到建筑資金最大可能性的節約。房屋建筑結構優化的目標就是要保證所設計出的建筑物可以對一些自然界的外力作用予以實質性的抵抗。所設計出的房屋建筑不至于在外力影響下而坍塌。所以，對房屋建筑物抵抗外部因素的分析與研究是對建筑物設計與優化的關鍵。在某些比較復雜的外在自然因素中，相對較為特殊的就是地震的作用。因為地震的作用對其發生的地點、時間以及能量等級無法準確的確定。而且其活動的周期性也沒有任何可供參考的規律，地震一旦發生，其破壞建筑物的威力也是非常嚴重的，因此對房屋建筑物加強抗震設計，是房屋建筑結構優化設計中必不可少的一個環節 。對剛度均勻堆成的房屋布置方案進行采取能夠使房屋抗震能力得以提高，此外，根據房屋延性設計的原理，也能夠保證建筑結構在強烈的地震中不會出現破碎性的破壞。

三、建筑結構設計優化的應用分析

建筑結構的優化設計要在保證建筑使用功能的條件下，利用結構優化設計技術達到提高結構安全度、降低工程造價、提高經濟性的效果，也就是要貫穿建筑的整體設計、前期規劃及抗震設計等階段。

3.1結構優化設計的前期參與

建筑是相對長期的投資，常見的建筑使用年限均在50～100年間，這就要求結構能夠保證在設計使用年限內，建筑能夠保持基本的使用功能、良好的空間環境。因此，要在建筑方案設計初期就加入結構優化的考慮。這樣可以有效避免出現結構不合理、工程造價高等問題。也就是說，在建筑方案的設計初期就加入結構的優化設計，是提高建筑利用率的有效方法。

3.2要注重建筑結構的細部優化

隨著電子技術和建筑物結構設計優化理論的有效結合，在對其建筑物設計優化進行具體操作的過程中，其優化方案已經從一個建筑實踐問題逐漸向數學問題進行轉化。所以，建筑設計工作者必須對基于電子技術方面的建筑優化設計予以加強。除對整體性設計予以注重之外，還要對建筑結構的基本構件在進行精細設計上進行加強。比如，對矩形現澆板設計予以盡可能性的劃分，這樣做一方面使現澆板設計保證其受力的合理性，另一方面，也避免了建筑基本構件拐角裂縫的產生。

結語：

一個優秀的建筑施工設計，是整個施工過程中一個良好的開端，可以保證建筑的整體質量和整體效果。建筑結構設計對一個工程有著舉足輕重的作用?？傊Y構優化設計是在堅持可持續發展觀、充分利用有限資源的基礎上提出的，是符合社會發展需要的有力舉措。

參考文獻：

[1]胡金焱.淺談建筑結構設計中應注意的問題[J].科技創新與應用. 2013，32.

篇3

一、灰色線性規劃方法

線性規劃是運籌學的一個重要分支,它是一種在具有確定目標又有一定約束限制條件下,從所有可能的選擇方案中找出最優方案的數學方法,也是目前研究多變量復雜系統常用的一種最優化方法。但是,一般的線性規劃存在問題為:①靜態規劃不能反映約束條件隨時間變化的情況;②當規劃模型或約束條件中出現灰數時不便處理;③從理論上講,定義在凸集上的凸函數是有解的,而實際計算中往往因技巧、技術問題使求解過程難以進行下去。

利用灰色系統的思想和建模方法,使上述問題得到了一定程度的解決。灰色線性規劃彌補了一般線性規劃的不足,它不要求目標函數中的效益系數、約束條件中的技術系數、資源量及其他限制量等都被固定下來,而允許技術系數是可變的灰數,約束值是發展的情況下進行,是一種動態的線性規劃?；疑€性規劃中的約束條件系數,是灰區間數,既可按下限規劃,又可按上限規劃,還可按區間內的任何一白化值進行規劃。在區間內,只要可以得到一組白化值,便可得到一組優化方案,從而使規劃靈活多變,有眾多的調整余地,適應情況的發展變化,避免了常規線性規劃使許多具體問題得不到可行解的結論,或解過于死板,無調整余地的缺點。

關于數學模型的求解,除由于灰色線性規劃模型中效益系數、技術系數及約束系數是區間灰數外,為體現土地資源利用效益最高、費用最低、土地資源配置最佳的原則,取效益系數的上限、技術系數的下限、約束參數的上限,可得到土地資源利用結構的理論最優方案。另取效益系數的下限、技術系數的上限、約束參數的下限,可得到土地資源利用結構的警戒方案。根據今后土地開發利用可能采取的方針和政策,對不同投入水平和不同需求條件下的土地資源利用結構進行優化,據此分別得出不同投入水平和不同需求條件的不同組合,根據土地資源利用結構的現狀取漂移系數,就可得到一組土地利用結構優化方案,再綜合考慮社會效益、經濟效益和生態效益,再根據研究區域目前的經濟發展水平及未來的發展趨勢,最終優選出一組土地資源利用結構優化方案,實現土地資源利用結構的優化配置和持續利用。

二、土地資源利用結構優化多目標線性規劃模型

土地資源利用結構優化即是土地資源利用結構多目標線性規劃數學模型。

需要說明的是,土地資源利用結構多目標線性規劃模型中的其他約束可以是土地適宜性評價約束、土地總面積約束和數學上的非負約束等,特別強調的是本模型無論是目標函數還是約束條件都可以采用灰數,即本模型是灰色線性規劃多目標模型見圖1,若模型中所有變量都為白數即為通常的線性規劃模型。

三、實例

本次計算實例選擇環京津地區7各地級市,對其土地資源利用結構進行優化配置。

(一)環京津地區概況

河北省環京津地區包括唐山市、秦皇島市、滄州市、保定市、廊坊市、張家口市和承德市7個地級市以及13個縣級市、65個縣城,國土面積共13.82萬平方公里,占全省總面積的73.5%,其中7個地級市城市建成區面積417.97平方公里,占區域總面積的0.3%。2007年總耕地面積3855633公頃,總人口3974.77萬人,占全省總人口6943.19萬人的57%,人口平均密度為287.6人/平方公里,農村社會生產總值為124351338萬元,占河北省的64%。

(二)環京津地區土地資源特點

河北省作為環京津地區的第一大省,是中國唯一兼有高原、山地、丘陵、平原、湖泊和海濱的省份,也是緊鄰京津的省份,京津地區任何發展變化都與河北省密不可分,其土地資源利用的特點也隨著京津地區的發展需求而發生變化。環京津土地資源的數量特征及其空間分布狀況,構成了該地區土地資源的特點。

(三)模型采用的約束條件

本次計算采用灰色線性規劃方法,建立多目標農業土地利用模型,約束條件總的分為3大類,即社會、經濟和環境,包括12個約束條件。為了保證規劃的動態性,約束系數aij和約束常數bi采用灰色GM(1,1)模型預測,并結合定性分析得到其白化值。再進行求解。

(四)目標函數的價值系數

由于環境生態約束與社會約束選擇的是優化后的結果,在總目標中作為必須保證的約束處理,此時的總優化目標只取經濟效益最大。

根據2007年統計資料,求得相應地類的價值系數,由于居民點和工礦用地及未利用土地不產生經濟效益,故其價值系數取0。

(五)優化結果

根據以上給定的約束條件和建立的灰色線性規劃模型,求得若干套環京津地區土地資源利用結構優化結果,選擇有代表性的4套方案列于,由于采用灰色線性規劃優化模型,任一灰變量在灰區間取任何一個不同的白化值都構成一套優化方案,在此不予贅述。

環京津地區土地資源利用結構優化是在社會需求、生態效益最優的的前提下,求農村社會總產值最大,本次分析選擇與土地利用結構密切相關的農林牧漁總產值作為比較對象,上述所選4套優化方案與2007年實際各項產值相比。其中在2007年實際林業產值中包括果園產值。

四、結語

篇4

關鍵詞：結構設計；設計優化；探討；應用

1 房屋建筑結構優化設計的重要性

如今，隨著城市化進程的不斷加快，城市建筑土地資源越來越緊缺，因此高層或超高層住房將成為城市住宅的發展方向，相較于傳統的建筑模式，高層建筑等新型建筑的建設具有更大的難度，這就要求相關的施工建設人員應該重視房屋結構優化問題，在減少資金投入的同時，進行細致的建筑設計方案規劃，運用新技術和新理念，建設出既安全又經濟的建筑。根據相關數據可以看出合理的房屋結構設計可以減少建設資金投入，與沒有進行設計優化的建筑相比采用優化法進行優化后的建筑能夠節省10%～20%的建設費用。不過，在實際的施工建設過程中，優化設計的實施往往不是一帆風順的，可能因為多方面的限制而難以進行。首先，很多施工單位都會因為趕工程進度，而不顧施工質量，對于房屋設計的缺陷不予及時的優化處理，而對最后的建筑質量造成影響。其次，還有一些施工建設人員自身經驗不足、專業素質不高，無法進行建筑設計優化。最后，還因為一些施工建設人員和設計人員只注重建筑的部分建設，而忽視建筑的整體設計，不能準確的制定工程預案，影響建筑整體的造價。對建筑的結構進行設計優化能夠合理的規劃建筑設計，減少工程資金投入，房屋結構各個方面整合起來，能夠保證建筑質量，為人們提供經濟安全的住房。

2 建筑結構設計優化方法在房屋結構設計中的應用

2.1 分階段優化與壽命優化。在限定時間內，每一個項目工程都有使用的期限，而且在每一個環節中，都可以設計出多種方案以供參考與挑選。也就是說，在每個階段，都可以對方案進行優化。因此，房屋建筑結構的設計人員可在確定優化方法的時候，可以將各個階段的性質作為依據，從而優化整體工程的壽命，并對建筑的施工質量予以保障，使得企業的經濟收益能夠有所增加。

2.2 局部優化與整體優化。復雜性與層次性是任何一個項目建筑設計都具備的兩大特點。從復雜性方面來看，其主要包括零部件的選取、建筑原材料的選取以及結構類型的選取等內容。從層次性方面來看，其主要包括建筑的結構體系、設計體系以及安裝設計體系等，而在每一個體系之內又包括了很多個下屬體系。在設計房屋建筑的時候，設計人員應該優化各個下屬的系統，沖破各個布局間的橫向關聯，對工程進行疊加。因此，在建筑任何房屋的時候，優化的著眼點都應該是整體而非局部。只有這樣，才能達到真正設計優化的目的。

2.3 優化上部結構。要想模型建立與優化房屋建筑的上部結構，首先就要對剪力墻進行合理的布設，對剪力墻的質量均勻予以有效保證。這樣，樓層的結構重心便能同樓層的平面剛度中心點實現重合，從而有效地削減了風力以及地震等外部荷載作用的扭轉影響。如果房屋的類型允許的話，那么可以盡量使用大開間的剪力墻構造，并對剪力墻的墻肢長進行增加。這樣做，不僅可以有效地對墻肢的數量進行縮減，還可以確保剛度能夠與相關標準相符合，并以此作為前提與基礎，有效地降低混凝土的使用數量。

3 房屋建筑結構設計優化的具體措施

3.1 地基是建筑結構的基礎。對建筑物的穩定性起著決定性的作用。在進行建筑結構的地基設計時，要因地制宜，具體情況具體分析。進行建筑結構地基的設計優化首先是要選擇合理的優化方案，如果是基礎較深，那么就需要對擬建工程施工現場的地質情況進行全面仔細的勘察，然后再綜合其他現場場地的各種因素進行基礎選型及埋深等設計。

3.2 砌體結構的設計優化。磚砌體在房屋建筑結構中主要擔負著抵抗側向位移和承重的作用，它的布置方式較為多變，但是在躍層結構或表現出過大的受力結構中卻并不適宜。通常應該對其進行以下方面的優化，優化平立面結構，保證建筑形體的規則性，抗側力構件平面布置宜規則對稱，側向剛度沿豎向宜均勻變化。縱向抗震墻體在建筑整體中，必須保證有三條以上，合理規劃門窗的開口規格，一般要將寬度控制在2m或2m以下，這樣的設計有利于增加建筑結構的穩固性。

3.3 建筑底部剪力墻的設計優化。處于房屋建筑底部位置的框架剪力墻因為具有豎直方向抵抗側力部件的不連續性，所以就增加了受力出現不平衡狀況的因素。也就因此而增加了對建筑平面的要求。在設計中，應該盡最大可能將承重墻放置于框架梁之上，如果受到具體條件限制而只能放置于次梁時，就必須要將主梁與框架梁的鋼筋配置適度增大，使放置承重墻的樓板厚度增加。

3.4 剪力墻的設計優化。對剪力墻進行優化設計，其中連梁是最為重要的環節。如果將連梁的剮度增加，就一會產生增加建筑結構地震作用的情況，同時也就造成了連梁與墻肢的內部受力分配大幅度增加，這樣就應該將此處構件的鋼筋配置適度增加，從而使建筑材料受到不必要的浪費。所以，在進行房屋建筑結構的設計時，不應該選擇將大剛度窗下墻當做連梁的設計。應該選擇的設計方式應該是把連梁設計成剛度與截面較小的弱連梁，并且在達到結構的剛度與變形程度要求的條件下，進行經濟與變形能力等多方面思考，對構件進行合理的布置。一般來說，剪力墻設計越多，建筑結構也就具有更大的抗側力，從而減少建筑結構的位移，卻導致了地震力的增大?；谝陨系目紤]，進行剪力墻的設計時必須要掌握對稱和分散與均勻的基本理念，以水平位移限度為準控制剪力墻的數目。

3.5 房屋建筑結構細部設計優化。進行建筑結構的設計優化，不但要關注整體設計，也應該對各個細部結構部件的設計給予重視，比如進行現澆板的設計時，為了達到去除拐角裂縫與結構受力均勻的目的就需要將異形板劃分為矩形板。對于建筑結構底部的框架抗震墻的鋼筋配置通常較大，如果在材料選用上使用冷軋帶肋鋼筋則能夠適當減少鋼筋配置，從而更加便于施工和達到控制工程造價的目的。在有關設計技術優化方面，也可以增加對現代化高科技的利用。

4 結語

總而言之，利用對建筑的結構進行設計優化，可以保證建筑自身的功能，并且對工程資金投入進行控制。另外，建筑企業及開發商不應過于重視結構設計優化的經濟效益，利用縮減建材、降低質量標準、削弱技術性能等方法來追求利益，并且也不可以一味的關注技術而忽視經濟效益。房屋結構的設計優化其最終的目的在于保證建筑的功能、提高建筑的質量、提升環保性能，增加企業收益。為了完成這一任務，設計人員應不斷提高自身水平，緊跟時代步伐，勇于開拓創新，為人民的居住及生活提供安全保障。因此，對建筑結構設計優化方法在房屋結構設計中的應用進行談論是值得相關工作人員深入思考的事情。

參考文獻

篇5

關鍵詞：建筑結構；設計；優化設計；分析

1 建筑設計優化的重要意義

使用合理的優化方法，對建筑的結構設計進行優化，既能降低整個工程的造價，還能提升建筑的經濟價值，從而能夠有效提升建筑的經濟效益。

1.1 使工程的造價降低

建筑工程結構優化設計在會充分的考慮到現行階段的建筑行業的發展趨勢來進行剖析，根據現行的建筑特點來進行設計，如當前的高層建筑和高層的住宅偏多，因此其層數很多，在建筑用地面積不變的情況下建筑總面積很大，在面對高層建筑的結構設計時，為了節省用地，會將建筑物的房頂進行細致的規劃，可以保證整個工程的總造價降低，節約成本。

1.2 能夠提高建筑結構的經濟效益

建筑結構的設計需要保證到建筑工程的經濟效果，隨著建筑的層數的增加，高度也會增加，與其相關的墻體面積、柱體面積及配套的設施如管道等都會增加很多，層數比較少或者高度比較低時相應的建筑就會節省一些這樣的荷載。同時，高度越高的建筑，相鄰之間的距離也會比較遠，這樣不利于節省用地開支的目標實現，如果讓建筑的總高度下降，那各建筑之間的距離也會靠的近一些，這樣可以節約用地。另外，相同面積的建筑之間，建筑的平面形狀不同會使得其周長不同，越規則的平面形狀其周長會小一些，并且能夠提高其荷載的性能，增強了建筑的質量。優化創新后的建筑結構設計相較于傳統的設計，能夠有效降低建筑的總造價，能夠有效的提高建筑結構的經濟效益。

2 建筑結構設計優化的具體內容

建筑結構優化設計的內容可以分為目標函數選擇、變量選擇、約束條件選擇三個步驟，每一個步驟都涉及到建筑結構優化設計的一個方面的內容。

2.1 目標函數選擇

確定建筑結構的目標函數是建筑設計人員對建筑結構進行優化創新設計時的第一步，通過采用相應的技術與辦法，以建筑的面積的參數以及建筑可以達到的安全標準為前提，結合建筑建設所用的建筑材料等進行系統的規劃和計算，要保證相關的參數在計算的過程中要滿足相關的需求。合理科學地選擇建筑的工程造價模式是建筑設計相關人員在建筑結構優化設計過程中必須要進行的工作，要盡量優化建筑結構設計，在保證建筑質量的前提下，降低工程的總體造價。

2.2 變量選擇

建筑工程的設計階段，除了對建筑工程優化設計的目標函數進行正確的選擇，還要對建筑結構的進行變量選擇，變量的選擇對于建筑結構的設計也是至關重要的。變量選擇，顧名思義就是對影響建筑結構設計的各種會變化的因素進行分析和選擇，并研究其中會對建筑結構設計造成的影響最大的一個因素，然后在實際的設計過程中，對其進行評估計算以及控制其影響程度，以發揮建筑工程結構設計優化方法的作用。

2.3 約束條件選擇

建筑工程是一個復雜而又系統的工程，因此在實際的設計過程中，受許多約束條件所影響，在對建筑工程結構設計進行優化設計時，必須要考慮到建筑工程的約束條件、對約束條件的準確判斷，能夠實現建筑結構優化設計的最大化。比如，在建筑設計時，設計人員對結構的強度、尺寸、應力等等因素所存在的約束條件進行判斷選擇，要以建筑工程的實際情況作為出發點，進行科學合理的選擇，使得建筑結構設計的優化工作具有模范性和科學性，給建筑工程的施工打好基礎，提高整個工程項目的效率和經濟效益。

3 建筑結構設計優化的具體措施

建筑結構的優化方法，是由建筑結構的整體設計優化方法以及建筑結構的細節結構優化方法@兩個發面體現出來的。在建筑結構整體的優化設計中，要立足整體，全面的分析總體的數據，并相互協調，確保選出最優的優化方法。在細節結構優化設計中，要對建筑結構的各個方面進行剖析，合理劃分為不同的部分，逐個解決相關的選型、布置、造價等幾個部分的優化設計，實現降低工程造價的目標。

（1）拓撲優化法。拓撲優化法，就是通過在建筑結構設計優化過程中，結合建筑自身的特點以及實際的用途和情況，正確找到理想化的建筑結構分布形式，全面的分析建筑結構的剛度和其他與結構相關聯的屬性，來減少建筑結構自身的重量，從而提升建筑的性能。設計人員要充分掌握以及了解拓撲分析方法的優點，合理運用拓撲分析方法，使得設計出來的建筑結構擁有很強的邏輯性。

（2）截面優化法。截面結構的可靠性以及安全性是建筑結構優化設計時相關人員必須要考慮的一個重要方面。截面結構作為建筑結構的細節所在，其性能是最能體現出建筑的整體性能的。在實際的設計過程中，為了保證截面結構的的可靠性與安全性，設計人員要對建筑結構中所涉及的界面進行準確的計算，然后再進行設計，不僅可以提升建筑結構的穩定性，還可以提高建筑的美觀程度。具體的方法有，可利用有限元方法來計算設計變量的結構位移情況以及應力特點，然后用計算設備對獲得的數據進行驗算和分析，得出結果后，根據其需求調整，確定調整的范圍，在此范圍中再進行區域優化設計。

（3）外形優化法。外形優化是在界面優化的基礎上進行完善的，以達到更好提升建筑的結構設計質量的目的。在對建筑結構進行外形優化時，相關人員要對建筑的整體情況掌握得很清楚，再根據我國現行的建筑柱結構設計的相關標準，在掌握的建筑的情況的基礎上進行改進。建筑結構的外形特征就是利用外形優化法來進行劃分的。外形優化方法在實際的實施過程中，通常會采用連續性結構與桿系結構。建筑結構的節點坐標選取是桿系結構的重要環節，節點坐標在選取好后，要將其作為設計的一個變量，來實現建筑外形優化設計的目標及需求。

（4）細節部分結構設計與概念設計相結合。概念設計優化方法，是在比較缺乏詳細的相關數據的情況下進行的。某些因素是具有不確定性的，比如地震，在對建筑的抗震能力進行設計時，由于缺乏詳細的數據，只能通過概念設計的優化方法，將一些存在的數據當作輔助來進行。同時，通過結合上訴的一些結構優化方法，使得優化效果更佳。另外，在設計的過程中，對建筑結構的細節部分進行優化設計是必須要做的工作，如現澆混凝土施工過程中，異形板料的彎曲部分容易開裂是一個比較突出的問題，對此我們將其進行簡化，然后再選擇鋼筋，這樣能有效的降低混凝土出現開裂現象的幾率，不僅提高了經濟效益，最重要的是滿足了建筑結構的基本需求。

（5）對地基結構進行優化設計。對建筑的地基進行優化設計也是優化整個建筑結構的有效方法。選擇合適的方案對于地基的結構優化來說很重要，例如，樁基類型的選擇，要以實際的施工情況為準，并實現降低造價的目標，然后以樁端持力層的厚度為參考，選擇科學合適的灌注樁長度，且對不同的優化方案進行集中對比，盡量使得選擇的方案是最佳的。再比如，樁筏基礎是某建筑結構的原有設計方案，通過把該設計利用的樁筏基礎改為樁基礎的優化方法，設置不同的承臺，在此優化中，在保證總的沉降值和不均勻沉降值的前提下，顧及到的是基礎傳力的傳遞路勁越短會越省材料的原因。與樁筏基礎設計方案相比，樁基礎是一個更好的選擇。

4 結束語

綜上所述，建筑結構的優化設計能夠使得建筑質量更好、更加美觀、降低工程造價以及提升建筑的經濟效益，在建筑行業競爭激烈的今天能夠提高企業的競爭力，也能夠為人們帶來更有安全保障和質量保障的建筑物，因此其在建筑工程中是一個很重要的環節。但在建筑結構優化設計在實際的實施過程中，是比較復雜的，需要多方面的出發，充分結合實際的情況選擇科學合理的方案，以實現對建筑結構進行最佳的優化目標。

參考文獻

[1]李貴江.建筑結構設計優化設計新方法探析[J].江西建材，2017（01）.

篇6

【關鍵詞】建筑結構設計；優化方法；概念設計優化

一個建筑要達到精美的效果，設計師需要把其美觀設計與結構設計緊密結合起來。為實現在有限的空間、有限的資源的情況下，發揮出最大效果，最終達到經濟化、實用性和適用性的良好目標，在房屋結構設計中，要采取適用、經濟、安全、便于施工和美觀這五種效果措施。而在房屋結構設計中，應用建筑結構優化設計方法可以滿足這一要求，保證建筑美觀、造型優美，同時又能夠便于房屋的施工，使房屋安全、經濟、適用，從而真正成為“經濟適用”房[1]。

一、結構設計優化方法的理論基礎

在進行工程項目和結構設計的過程中，需要考慮的因素很多，最終目的是要在保證設計對象基本適用功能和安全可靠性的情況下，把設計對象設計到最好的程度。這就涉及到工程和結構最優化的問題。用科學的語言來描述就是：利用確定的數學方法，在所有可能的設計方案的集合中，搜索到能夠滿足預定目標的、最令人滿意的方案[2]。

從建筑理論上分析結構設計優化方法可以得知，結構設計優化方法主要體現在兩個方面，其一是房屋工程部分結構的優化設計，其二是房屋工程結構總體的優化設計。后者的優化設計包括：屋蓋系統方案的優化設計、圍護結構方案的優化設計和結構細部設計的優化設計。穿插其中的，還包含選型、布置、受力分析、造價分析等項目，在實施過程中，應遵循一定的原則，結合具體工程的實際情況，從實際出發，圍繞房屋建筑的綜合經濟效益目標進行結構優化設計。

在設計安全被保證的情況下，建筑師應開拓創新，挑戰新的結構形式。在建筑結構設計的過程中，建筑師的設計意圖應能夠得到基本滿足，應設置盡量符合規則的平面布局，使其對稱；同時減少質量中心和剛度中心的差異，使建筑物在水平荷載作用下不致于產生太大的扭轉效應。在豎直方向的布置上，應確保在滿足功能要求的情況下，盡最大可能貫通豎向的承重構件；為使結構分析和設計上的難度不致于太大，減少不必要的經濟浪費，使應力分散，轉化層應盡可能少地使用；豎直方向的剛度要漸變，而不要突變，如若不然，在水平荷載作用下，突變處會產生嚴重的應力集中現象，這是非常不利于結構抵抗水平動力荷載的[3]。

二、結構設計優化技術的意義所在

在房屋結構設計中運用建筑結構設計可以起到非常好的效果，這不僅可以使房屋看起來更加美觀，用起來更加實在，而且也能夠節省大量的造價，起到良好的效果。采用設計優化的方法與采用傳統房屋結構設計方法相比優點是十分明顯的，它可以使建筑工程造價得到大幅度降低，降幅可達30%左右。要實現優化方法的技術性問題，材料的性能要合理利用起來，爭取協調好建筑結構內部的各單元，達到建筑規范所規定的安全水平。同時，優化方法的技術性實現還可以合理決策建筑整體性方案設計，它可以有效實現建筑設計的經濟化、實用性和適用性的良好目標。

三、結構設計優化技術在建筑結構設計中的步驟

（一）結構優化模型

房屋結構整體優化設計方法分以按3 個步驟進行。首先，選擇設計變量。一般把對設計要求起主要影響作用的參數作為設計變量，如目標控制參數（結構造價C1 和損失期望C2）和約束控制參數（結構的可靠度PS）；而將那些對設計要求來講，變化范圍不大或是根據結構要求或局部性的設計考慮就能滿足設計要求的參數等作為預定參數，這可以大大減少設計、計算和編制程序的工作量；其次，確定目標函數。尋求一組滿足預定條件的截面幾何尺寸和鋼筋截面積以及失效概率，從而使總費用最?。坏谌?，確定約束條件。房屋結構基于可靠度優化設計的約束條件，則包括尺寸約束、結構強度約束、應力約束、變形約束、裂縫寬度約束、構件單元約束、結構體系約束、從正常使用極限狀態下的彈性約束到最終極限狀態的彈塑性約束、從可靠指標約束到確定性約束條件等。在設計中，要使結構優化設計應用于實際房屋結構工程，則是路房屋結構設計中實際的約束條件與目標約束條件相比較，保證各約束條件都符合現行規范的要求，以實現最優設計。

（二）設定優化設計計算方案

房屋結構基于可靠度的優化設計問題屬于比較復雜的多變量、多約束非線性優化問題，一般情況下，在計算過程中，應轉化問題求解，即將有約束優化問題轉化為無約束問題?？梢岳闷饋淼膬灮O計計算方法有復合形法、拉氏乘子法、Powell 法等。

（三）進行程序設計

根據基于可靠度的結構優化模型和選擇的優化設計計算方法，編制功能齊全、運算速度快的綜合程序。

（四）結果分析

對計算結果進行分析，確定最優設計方案。在上述步驟的執行過程中，涉及的問題包括多個方面，所以要全方位、多角度地考慮。這主要是因為建設投資這項工程的耗資非常大，涉及到的情況非常多，在設計中片面強調經濟節約是不正確的。應滿足技術上的相應要求，使項目達到相應的功能要求，與此同時，要反對重視技術，輕經濟、設計保守浪費的現象。

四、結構設計優化技術在建筑結構設計中的應用

（一）直覺優化（概念設計優化）技術與建筑結構設計

對于同一建筑方案，可以有許多不同的結構布置設計；確定了結構布置的建筑物，即使在同種荷載情況下也存在不同的分析方法：分析過程中設計參數、材料、荷載的取值也不是惟一的：建筑物細部的處理更是不盡相同，這些問題是計算機無法完全解決的，都需要設計人員自己作出判斷[4]。而判斷只能在結構設計的一般規律指導下，根據工程實踐經驗進行，這便是前面所說的概念設計。因此，概念設計存在于設計師對多種備選方案進行選擇的過程中。

（二）概念設計處理的實際建筑設計問題

概念設計所要處理的問題多種多樣。但可以肯定的是希望通過概念設計，建筑結構能在各種不期而遇的外部作用下不受破壞，或將破壞程度降至最低。因此，分析如何應付建筑物可能遭遇的各種不確定因素成為概念設計的重要內容。其中，地震作用最為難以琢磨，破壞性也最大。故而，建筑設計過程中就應該未雨綢繆，從計算及構造等各個方面都要采取一些有助于提高抗震能力的措施，不利于抗震的作法則應盡量避免。剛度均勻、對稱是減小地震在結構中產生不利影響的重要手段；延性設計則能有效地防止結構在地震作用下發生脆性破壞；多道設防思想能使建筑在特大地震作用下次要的構件先破壞，消耗一部分地震能量。這些抗震設防思想在整個設計過程中都應該作為概念設計的重要指導思想。

總而言之，建筑結構優化設計方法的研究涉及面廣泛，具有十分復雜的特點，是一項綜合決策問題。適用、經濟、安全、便于施工和美觀是建筑工程設計優化追求的五種效果，而這五個方面的側重點各不相同，相互之間又存在一些矛盾的地方，一個優秀設計的出現往往

是這五個方面的最佳結合。所以，在進行建筑設計的實踐過程中，應加強實踐探索，降低經濟成本，以達到經濟效益的最大化，從而在保證經節約經濟成本和達到美觀要求的情況下合理進行結構設計。

參考文獻

[1]王智鋒，孫之如. 建筑結構概念設計的優化[J]. 河南水利與南水北調. 2010（09）

[2]李鋒. 淺談現代建筑結構優化設計[J]. 科技資訊. 2010（26）

篇7

【關鍵詞】房屋結構設計；建筑結構設計優化方法；重要性；應用

房屋建筑企業應該應用合理的建筑結構優化設計，實現公司利潤的最大化，從而提高公司的綜合競爭力?？偠灾课萁ㄖO計師充分做好房屋建筑結構優化設計能夠實現企業與客戶的雙贏。

1.房屋結構設計中建筑結構優化方法的重要性及其作用

1.1房屋結構設計中建筑結構優化方法的重要性

對房屋建筑的結構進行優化，施工人員應在確保房屋建筑質量安全的前提下，對設計方案進行細致分析，應用先進的設計觀念及技術，從而對工程造價進行控制。根據相關數據分析，房屋的結構如果經過設計優化，同未經設計優化的房屋建筑相比可以縮減10%―20%的費用。但是，在現實的施工設計優化中，因為受到多方面條件的限制，實施起來十分困難，無法充分發揮其優越性。例如：一些施工企業過于追趕工程進度，從而導致對房屋的設計效果造成影響；很多年輕的項目設計人員因為缺少工作經驗，無法進行設計優化；還有的設計人員因為對房屋建筑部分的過分關注，從而對整體房屋建筑的設計預案造成忽略，影響了整體造價。從中可以看出，房屋建筑項目的設計人員應把施工技術同經濟收益緊密的聯系起來，唯有規劃出切實可行、效果良好的設計預案才可以保證企業獲取最大收益。

1.2建筑結構設計優化方法的作用

（1）對房屋建筑的結構進行設計優化可以全面發揮機械設備及建材的性能，同以往的結構設計相比，更具優勢。對房屋建筑的結構進行設計優化可以降低工程造價的資金投入，為企業贏取更高的收益。同時，還能夠把房屋結構中的各個單元進行有機整合，提高房屋建筑的質量，保證人們的居住安全。所以，對房屋的結構進行設計優化是保證民用房屋經濟性更好、適用性更強的重要方法之一。（2）提升房屋建筑的安全性。通過對房屋結構的優化設計，可以對原有設計方案中的不足和缺陷進行彌補，從而提升房屋結構的合理性和安全性，在保證房屋建筑整體質量的基礎上，節省房屋建筑材料，提升房屋建筑的穩定性和相應的受力性能，確保房屋建筑的使用安全。（3）減低工程造價。據相關數據顯示，運用建筑結構優化設計后，與原設計方案相比，房屋建筑工程的成本可以節約10%-30%左右，成本大大降低。同時，通過建筑結構優化設計，還可以充分發揮原材料的性能，確保房屋結構各個單元之間的緊密聯系，提升房屋建筑工程的經濟性。

2.建筑結構設計優化方法在房屋結構設計中的應用分析

2.1結構同房屋建筑的協調優化

在進行設計時，應盡可能保證房屋建筑的結構同整體平面的配合緊密，從而實現造型美觀、結構合理的效果。在進行房屋建筑柱及墻的布設時，應同房建平面的功能需求相一致，每個房間的進深、開間都應保持統一。房屋建筑系統盡可能簡潔，墻與柱不可以出現錯位情況，每一層的高度及截面面積應相同。進行樓體或電梯的設計時，其應力集中或受力方向較多的轉角區域，承重構件應盡可能選取高強建材，從而降低自重，而非承重的構建應選用質量較輕的建材。整體房屋建筑在布局方面應保證重心、剛心及質心交疊，預防出現扭轉情況。

2.2整體優化和局部優化

任一項目房屋建筑的設計都具備層次性及復雜性兩方面的特點。以層次性看來，其一般包含房屋建筑的設計體系、結構體系及安裝設計體系等，每一個體系內又囊括了多個下屬體系。進行房屋建筑設計時，設計人員應對各個下屬系統進行優化，將各個布局間的橫向關聯沖破，疊加工程；以復雜性看來，其一般包含房屋建筑原料選取、零部件選取、結構類型選取等內容。所以，對于任一房屋建筑來講，就應從整體進行優化，方可真正實現設計優化。

2.3優化設計規范

在對房屋建筑工程進行建筑結構優化設計的過程中，設計人員嚴格遵循了相應的結構設計規范，不僅充分了解了結構設計規范中的相關條例，而且結合房屋結構設計的實際情況，對建筑結構優化設計的方案進行了合理應用。同時，針對結構設計規范中存在的不足，如安全性較差、要求過于寬松等，設計人員結合實際情況進行了適當的取舍，從而切實保證了設計成果的最優化。

2.4概念設計優化

技術與房屋結構設計對于同一房屋建筑方案，可以有許多不同的結構布置設計；確定了結構布置的房屋建筑物，即使在同種荷載情況下也存在不同的分析方法；分析過程中設計參數、材料、荷載的取值也不是惟一的：房屋建筑物細部的處理更是不盡相同，這些問題是計算機無法完全解決的，都需要設計人員自己作出判斷。而判斷只能在結構設計的一般規律指導下，根據工程實踐經驗進行，這便是前面所說的概念設計。因此，概念設計存在于設計師對多種備選方案進行選擇的過程中。此外，分析如何應付房屋建筑物可能遭遇的各種不確定因素成為概念設計的重要內容。其中，地震作用最為難以琢磨，破壞性也最大。故而，房屋建筑設計過程中就應該未雨綢繆，從計算及構造等各個方面都要采取一些有助于提高抗震能力的措施，不利于抗震的作法則應盡量避免。剛度均勻、對稱是減小地震在結構中產生不利影響的重要手段；延性設計則能有效地防止結構在地震作用下發生脆性破壞；多道設防思想能使房屋建筑在特大地震作用下次要的構件先破壞，消耗一部分地震能量。這些抗震設防思想在整個設計過程中都應該作為概念設計的重要指導思想。

2.5樁基礎優化

樁基礎可以劃分為灌注樁及預制樁兩種樁型。因為灌注樁在施工時質量較難控制，并且操作復雜，時間較長。所以，如果在沉降符合相關標準的基礎上，應利用預制樁進行施工。另外，因為在普通狀況下，伴隨著樁基的不斷深入，土壤對樁身的作用及摩擦也隨之增大，所以，應盡量選取長度較大的預制樁。

2.6框架梁、柱箍筋間距的優化

對不同抗震等級的框架梁，柱箍筋加密區的最小箍筋直徑和最大箍筋間距做了明確的規定。側重點就是關于質量，比如抗震等級、人防等級、地基處理、承載能力、材料使用等一些相關因素，同時還包括對設計圖紙的詳細了解和掌握，在鋼筋水泥的質量要求、地基基礎設計等級、砌體結構施工質量控制等級，基本雪壓和基本風壓，地面粗糙度等等一些基本房屋結構的類型需要，如混凝土的含堿量不得超過3kg/m3、地下水類型及標高、防水設計水位和抗浮設計水位，地基液化，濕陷及其他不良地質作用，地基土凍結深度、設計活荷載值、混凝土結構的環境類別、材料等級、強度等級、材料性能、施工質量的特別要求等，是在房屋結構設計中要考慮的要素。

3.結束語

建筑結構優化設計技術在房屋結構設計中有著極其重要的作用，推動著城市化的建設與發展。房屋結構設計在確保安全性與合理性的基礎之上，應該加強整個結構的設計美觀性，以及對方案進行不斷的優化，促進工作的改進?，F代化的房屋建筑設計不僅需要確保其基本的使用價值和功能性，同時針對外觀的設計還應當具有一定的美觀性，以進一步的增強整個房屋結構和設計方案的價值。

參考文獻：

篇8

（山東太航建筑設計有限公司，濟南 250014）

（Shandong Too Airlines Architectural Design Co.，Ltd.，Ji´nan 250014，China）

摘要： 結構設計是確保建筑質量的首要步驟，特別是對于高層建筑來說，由于建筑層數較多而且結構容易出現復雜情況，因此在進行設計時需要注意的問題尤其多。本文將結合結合筆者結構設計實踐經驗，探討進行高層建筑結構設計時應考慮的問題，以及提出有效提高高層建筑結構水平的相應處理措施。

Abstract: The structure design is the first step to ensure the quality of building, especially for high-rise building, because there are many layers of the building and the structure is complex, many design problems should be paid attention to especially. Combined with the practical experience of structure design, This paper discusses the problems should be considered in the design of tall building structures, and puts forward corresponding treatment measures that can effectively improve the level of tall building structures.

關鍵詞 ： 高層建筑；結構設計；措施；設計參數

Key words: high-rise building；structure design；measures；design parameter

中圖分類號：TU972 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2014）34-0119-02

作者簡介：郭文起（1984-），男，河北館陶人，工程師，研究方向為高層建筑結構。

0 引言

隨著高層建筑的不斷發展以及建筑內部的復雜性，給高層建筑結構設計帶來更大難度。如何設計出經濟合理可靠的高層建筑結構，是設計人員要面對的問題。而掌握高層建筑結構設計要點，正確合理地處理結構設計時所出現的問題，是結構設計人員必須具備的一項基本素質。

1 概述

房屋結構設計優化理念注重以實際為準則，根據工程建設的基本狀況，以計劃成本控制為中心來進行結構優化設計，其內容就是利用對建筑基礎的結構、屋蓋系統的結構方案以及圍護系統結構方案等環節，建立起一種關于結構優化設計的模型，通過對各種不同的影響變量參數中的若干關鍵參數的科學的計算，確立最終的建筑工程結構設計的優化結果方案。

房屋建筑結構優化設計意義主要有兩點：一是大大提高建筑結構經濟性，房屋建筑進行結構設計優化可節省材料，有利于抗震，減少內外表面裝修，提高了其受力性能，增強了建筑的經濟性能；二是結構優化設計大大降低了建筑工程的總成本造價。節約用地，大量資料表明，房屋建筑進行結構設計優化能夠有效降低工程成本造價25%左右，同時結構優化設計技術能夠對施工材料的性能利用更加合理化，能夠讓建筑工程結構內部各個不同單元之間更加充分互協調，提升了建筑工程結構設計的經濟性。

2 房屋建筑結構設計的基本方法

2.1 結構平面圖 在繪制結構平面布置圖時，是否要輸入結構軟件進行建模，當建筑地處抗震設防烈度為6度區時，根據建筑抗震設計規范，是可以不用進行截面抗震驗算的，但必須符合有關的抗震措施要求。因此對于砌體結構來說可以不用在軟件中建模，直接設計即可。

2.2 屋頂（面）結構圖 當建筑是坡屋面時，結構的處理方式有梁板式及折板式兩種。梁板式適用于建筑平面不規整，板跨度較大，屋面坡度及屋脊線轉折復雜的坡屋面。折板式適用于相反的條件。兩種形式的板均為偏心受拉構件。板配筋時應有部分或全部的板負筋拉通以抵抗拉力。板厚基于構造需要一般不宜小于120厚。此外梁板的折角處鋼筋的布置應有大樣示意圖。至于坡屋面板的平面畫法，通常使用剖面示意圖加大樣詳圖的表示方法。

2.3 大樣詳圖 在建筑詳圖的準確無誤的基礎上，大樣詳圖的繪制可在建筑詳圖的基礎上直接繪制，也可在以前做過的詳圖的基礎上來局部改進繪制。這階段需要注意在保持建筑外形的前提下盡量地使結構受力合理和施工方便。在標高和外形尺寸上一定要和建筑專業協調一致。

2.4 樓梯 樓梯梯板要注意撓度的控制，梯梁要注意的是梁下凈高要滿足建筑的要求，梯梁的位置盡量使上下樓層的位置統一。局部不合適處可以采用折板樓梯。折板樓梯鋼筋在內折角處要斷開分別錨固防止局部的應力集中。注意梁下的凈空要求，并要注意梯板寬度的問題。首段梯板的基礎應注意基礎的沉降問題，必要時應設梯梁。

2.5 基礎 基礎要注意混凝土的標號選擇應符合結構耐久性的要求。（通常情況下可采用C25）基礎的配筋應滿足最小配筋率的要求（施工圖審查中心重點審查部位）。條基交接部位的鋼筋設置應有詳圖或選用標準圖。條基交叉處的基底面積不可重復利用，應注意調整基礎寬度。局部墻體中有局部的較大荷載時也要調整基礎的寬度?；A圖中的構造柱，當定位不明確時應給予準確定位。

3 建筑結構設計與工程造價的關系

3.1 設計方案直接影響投資據研究分析。設計費一般只相當于建設工程全壽命費用的1％不到。但正是這少于1％的費用對投資的影響最高卻達到75％。在單項工程設計中，建筑和結構方案的選擇及建筑材料的選用對投資都有較大影響。

3.2 設計方案影響經常性費用建筑結構設計不僅影響項目建設的一次性投資，而且還影響使用階段的經常費用，一次性投資與經常性費用有一定的反比關系。但通過建筑結構設計人員努力可找到這兩者的最佳結合，使項目建設的全壽命費用最低。

3.3 設計質量間接影響投資據統計。在工程質量事故的眾多原因中，設計責任占40．1％，很多的工程質量事故都是由于產品設計不合理造成的。

4 建筑結構體系設計和選取

在選取結構體系時必須針對所設計的建筑實際情況進行評估分析，只有正確選取結構體系才能設計出經濟合理的結構。目前高層建筑多采用鋼筋混凝土結構，其結構體系主要有框架結構、剪力墻結構、框架剪力墻結構等。對于高層建筑來說主要以剪力墻結構和框架剪力墻結構為主，對于低層建筑則多采用框架結構。

框架剪力墻結構體系中以剪力墻作為主要抗側力構建，而承受絕大部分水平荷載；而框架部門則主要承受豎向荷載。框架剪力墻結構中框架和剪力墻兩者共同受力，合理分工。而剪力墻布置應均勻設置在建筑物的周邊、電梯間等部位。由于該結構以框架結構為主，剪力墻為輔助，這種結構體系適用于25層以下的建筑，最高不宜大于30層。

剪力墻結構是用鋼筋混凝土墻板來代替框架結構中的梁柱的，剪力墻作為豎向承重和抵抗側力的結構，全部承受結構的豎向和水平力。這種結構體系通常采用平面布置形式，由于剪力墻受豎向荷載和水平荷載共同作用，剪力墻應雙向或多向布置。同時由于該結構全部由剪力墻組成，其剛度要比框架剪力墻結構更好，該結構體系常用于40層以下的高層住宅建筑等，而且該結構高寬比不宜大于6，其高度也應考慮抗震要求。

5 計算簡圖的處理

筆者將結合一些工程結構設計探討其計算簡圖的處理。對于無地下室的結構來說，基礎埋深較深時，為了加強底層的整體性，可以在0.00m附近設置基礎連系梁。由于基礎連系梁的設計僅為構造設計，無法平衡底部柱腳的彎矩，其不可作為上部結構的嵌固部分，對于底層計算高度H應是取基礎頂面至連系梁頂面的高度，即把基礎連梁以下的部分作為計算簡圖的底層，而把實際建筑的底層作為計算簡圖第二層，層高取用連梁頂面標高至一層樓面標高距離。值得注意的是，這種情況下底層柱的配筋應取用基礎連系梁頂面和基礎頂面中較大內力設計值進行計算。對于帶有地下室的結構來說，計算簡圖中合理確定上部結構的嵌固位置是非常關鍵的，這需要結合工程實際情況來分析。經設計實踐驗證采用這種方法計算簡圖經整體計算后，地震作用相對保守，結構設計比較安全。

6 結束語

總之，在高層建筑結構設計中，融入概念設計，不僅可以體現工程師設計理念，也能夠對工程結構設計師專業水平和技術水平的標準進行有效衡量。因此分析概念設計在高層建筑結構優化設計中的應用，可以有效優化高層建筑結構設計。

參考文獻：

[1]沈蒲生.高層建筑結構設計[M].北京，中國建筑工業出版社，2006.

篇9

關鍵詞: 結構設計方案問題應用

中圖分類號：TU318文獻標識碼： A 文章編號：

在建筑結構設計的過程中，在基本滿足建筑師設計意圖的基礎上，平面布置應盡量規則，對稱，盡量縮小質量中心和剛度中心的差異; 使建筑物在水平荷載作用下不致產生太大的扭轉效應。豎向布置上，在滿足功能要求的前提下，盡量使豎向承重構件上下貫通; 能不使用轉換層的就應避免使用，以減小結構分析和設計上的困難，另外也不經濟，還容易造成應力集中;豎向剛度最好不要突變，而要漸變，否則突變處在水平荷載作用下會出現嚴重的應力集中現象。

1 結構優化設計的模型和方案

房屋工程分部結構優化設計包括: 基礎結構方案的優化設計、屋蓋系統方案的優化設計、圍護結構方案的優化設計和結構細部設計的優化設計。對以上幾個方面的優化設計還包括選型、布置、受力分析、造價分析等內容，在實施過程中，還應該按照一切從實際出發的原則，結合具體工程的實際情況，圍繞房屋建筑的綜合經濟效益的目標進行結構優化設計。進行結構設計時，應在滿足設計意圖后，盡量使平面布置規則，縮小剛度和質量中心的差異，這樣水平荷載就不會使建筑物有太大的扭轉作用。豎直方向上應避開使用轉換層，減少應力集中現象。

1．1 結構優化設計模型

結構設計優化就是在各種影響變量中選擇主要參數，并建立函數模型，運用科學合理的方法得出最優解。結構總體的優化建立模型的大致步驟是: 設計變量的合理選擇。通常的設計變量選擇對設計要求影響較大的參數，將所涉及的參數按照各自的重要性區分，將對變化影響不大的參數定為預定參數，通過這種方法可減少很多計算編程的工作量。目標函數的確定。使用函數找出滿足既定條件的最優解。最后，約束條件的確定。房屋結構可靠度優化設計的約束條件，包括了應力約束、裂縫寬度約束、結構強度約束、尺寸約束、從正常時的極限狀態下彈性約束到終極狀態的彈塑性約束、從可靠指標約束到確定性約束條件等。設計中，要保證各約束條件必須符合現行規范的要求。

1. 2 房屋建筑結構設計的基本方法

(1) 當結構平面圖在繪制結構平面布置圖時，需要輸入結構軟件進行建模。建筑物根據設防類別、烈度、結構類型和房屋高度進行相應的計算和構造措施要求。注意“地震作用”、“抗震措施”與“抗震構造措施”，提高地震作用，則結構的各構件均全面增加材料; 抗震措施指除地震作用計算和抗力計算以外的抗震設計內容，包括抗震構造措施，其中的一般規定及計算要點中的地震作用效應(內力和變形) 調整的規定均屬于抗震措施，提高抗震措施，著眼于把財力、物力用在增加結構薄弱部位的抗震能力上，是經濟而有效的方法; 抗震構造措施指根據抗震概念設計原則，一般不需計算而對結構和非結構各部分必須采取的各種細部要求。設計中需要注意受壓和局部受壓的一些問題。

(2) 屋頂(面) 結構圖當建筑是坡屋面時，結構處理方式有梁板與及折板式兩種。梁板式適用于建筑平面不規整，板跨度較大，屋面坡度及屋脊線轉折復雜的坡屋面，折板式適用于相反的條件。兩種形式的板均為偏心受拉構件。板配筋時應有部分或全部的板負筋拉通以抵抗拉力。板厚基于構造需要一般不宜小于120 厚。至于坡屋面板的平面畫法，通常使用剖面示意圖加大樣詳圖的表示方法，這樣更便于施工人員正確理解圖紙。正確繪圖和設計的關鍵是設計人員真正的心知肚明，結構設計者必須要具備一定的空間概念，正確理解建筑圖紙和意圖。設計的圖紙方能讓施工人員明白。由于屋面的起坡會造成閣樓層的部分墻體超高，要結合門窗頂設置圈梁來降低墻的計算高度。

1．3 結構優化設計方案

結構設計優化設計多個變量、多個約束條件，屬于一個非線性的優化問題，設定計算方案時，常將有約束條件轉變為無約束條件來計算。常用的方法有拉氏乘子法、符合型法等。完成計算方案的設定后只需編制相應適用的運算程序即可得到我們的最終優化結果。

2 結構設計優化技術在應用中的幾個問題

結構設計優化方法應用于實踐之中，是目前一個比較廣泛的課題，利用結構優化的方法在不改變適用性能的前提下達到降低工程造價的目的。結構設計優化設計應用于項目的整體設計、前期設計，舊房改造，抗震設計等設計的各分部環節，發揮著巨大的效益。在按照結構設計優化的方法及模型進行實踐的過程中，要注意下面的幾個問題。

2．1 前期參與

因為前期方案的確定直接影響建筑的總投資，而現在存在的普遍問題就是前期方案階段結構設計并不進行參與，建筑師進行建筑設計時大多并不考慮結構的合理性以及它的可行性，但是建筑設計的結果卻直接對結構設計造成影響，某些方案可能會增加結構設計的難度，并使得建筑的總投資提高。如果在方案的初期，結構優化設計就能參與進來，那么我們就能針對不同的建筑類別，選擇合理的結構形式，合理的設計方案，獲得一個良好的開端。

2．2 細部結構設計優化

概念設計應用于沒有具體數值量化的情況，設計過程中需要設計人員靈活的運用結構設計優化的方法，達到最佳的效果。與宏觀把握相對應的，設計的過程同時要注意對于細部的結構設計優化，比如現澆板中的異形板拐角處易出現裂縫，可劃分為矩形板。注意鋼筋的選擇，I 級鋼和冷軋帶肋鋼市場價格差不多，但是他們的極限抗拉力卻相差很大，所以在塑性滿足要求的情況下，現澆板的受力鋼筋就可選擇冷軋帶肋鋼筋。在做里面設計的時候，外立面上的懸挑板及配筋，滿足基本的規范要求即可，達到既安全又經濟的目的。

2．3 地基基礎結構設計

地基基礎的結構設計優化首先要選擇合適的方案，如果為樁基礎，那么要根據現場地質條件選擇樁基類型，盡量節省造價。樁端持力層對灌注樁樁長的選擇影響很大，應多進行比較以確定最合適的方案。

3 結構設計優化的的功用

3．1 降低總造價

進行結構優化設計中，多層住宅和高層住宅相比較，層數越多，總建筑面積增大，單位建筑面積占用的土地面積就越小，節約了用地成本，但建筑層數的增多，建筑總高度也會加大，樓與樓之間的間距也要加大，這時占用的土地節約量就不與建筑層數增加比例相同了。對于基礎部分而言，雖然也是各層共用的，但是層數增加，傳給基礎的荷載將會增大，我們需要增大基礎，這樣單位面積的造價有所降低，但是卻沒有屋蓋的效果那樣明顯。

3．2 提高建筑結構經濟性

建筑的層高增加，由于墻體面積和柱體積增加，結構的自重會增加，基礎和柱的承載力相應增加，水衛和電氣的管線會加長; 相反降低層高，可節省材料，有利用抗震，同時建筑的總高度減小，兩建筑之間的日照距離就會減小，間接的節約了用地。建筑面積相同，建筑使用不同的平面形狀時，它的外墻周長也就會不同，這樣當選擇圓形或是越接近于方形時，外墻周長系數就越小，基礎、外墻砌體、內外表面裝修都隨之減少，同時其受力性能也得到提高，增強了建筑的經濟性能。優化方法的技術性實現，可以最合理的利用材料性能使建筑結構內部各單元得到最好的協調，不僅可以實現建筑美觀、實用，而且在造價方面也有較大的節省，達到了建筑工程設計對適用、安全、經濟、美觀和便于施工的一般要求。通過使用優化設計手段，達到這5個方面的最佳結合，符合現今建筑商對于建筑結構的效益的需求，也符合市場可持續發展的需求。

篇10

關鍵詞：建筑設計；結構優化；實用性；整體效果

Abstract:The optimized design of the building structure is the important process of building the overall structure of the optimal. In a humane architecture and the use of conceptual design methods to improve the utility of the building structure and overall effect is explored on the basis of the basic procedures of the building structure design optimization method based on practical effect.

Keywords:architectural design；structural optimization；practicality；the overall effect

中圖分類號：TU32/399

文獻標識碼：A

文章編號：1008-0422（2012）08-0089-02

1 引言

在進行建筑整體結構設計的過程中，為了使得建筑結構在空間、實用性、整體效果以及造價等方面達到最優，在完成基礎設計之后都需要對建筑結構設計進行優化。尤其是在整體結構的造價控制方面，建筑結構設計優化是進行造價控制的主要途徑。傳統的建筑結構優化設計過程中一般都是以建筑的造價為根本進行控制的，而隨著人們對建筑的實用性和整體效果要求不斷增加，建筑的使用的方便性以及整體效果成為了人們關注的重點。而各種不同的設計方案對建筑材料的選用、建筑基礎類型的選擇、房屋進深的確定、建筑的層高以及總層數的確定等都是需要優化的問題和對象，因此在進行優化設計的過程中都應該予以重點考慮。

2 人性化建筑結構的特點及優化內容

建筑的人性化是體現建筑實用性的一個重要方面，尤其是隨著社會經濟的不斷發展和進步，人們對于自身居住條件提出了更高的要求。在居住環境方面，不但要求有房可居，同時還要求住得方便、住得舒適。這時，以實用性為基礎的“人性化”就成為了人們對建筑設計追求的一個重要概念。而在現代建筑結構設計優化的過程中，現代建筑設計就需要以“人性化”這個特點為基礎，采用“以人為本”的設計理念，對建筑的整體結構進行優化。

人性化建筑結構的特點具有這樣的幾個特點：① 合理的空間布局，通常而言在人少地多的地方選擇獨立的小高層以及別墅，而在人多地少的地區則盡量建設高層，而且在建筑整體結構之內具有明確的用地分工，能夠提高對土地空間的利用率；② 整體建筑結構極具藝術效果，通常在進行結構設計是在充分考慮通風以及采光等因素的基礎上，一般盡可能的將客廳和臥室布置在建筑整體結構的南面，而將廚房、餐廳以及衛生間設置在建筑的北面。陽臺直接與陽客廳相通，這樣就使得穿過陽臺時不需要穿過臥室，將私人空間和公共空間相分離，有效的保證了住宅類建筑使用過程中的私密性。

而通過采用建筑結構優化設計的方法，不但可以實現建筑的上述特點，還可以有效的降低建筑結構設計的成本。其中，在進行結構優化的過程中，主要的優化對象和優化內容包括：建筑基礎結構的優化、建筑屋蓋系統的優化、建筑圍護結構的優化以及細部結構的優化等內容。

而針對上述結構具體方面的優化還包括具體的選型、結構的布置、結構整體受力分析以及結構造價分析等，在確保達到實用要求以及建筑標準的同時，通過與具體的工程實際情況相結合，達到優化設計的目的。

圖1-建筑外部結構

圖2-建筑內部結構布局

3 概念設計方法在提高建筑結構實用性及效果中的作用

建筑結構的概念設計一直是建筑整體結構優化的一個重要方向和重要基礎。通過采用建筑結構的概念設計方法，可以保證建筑整體結構能在多種意料之外的外部作用力以及外部破壞的作用之下，將建筑的受破壞程度降到最低。所以，對建筑在使用的過程中可能會遇到的各種不穩定因素成為了建筑概念設計的重要內容，同時也成為了提高建筑實用性的一種建筑結構優化有效手段。在進行建筑可能遭受的結構破壞分析過程中，地震是一種作用力大、難以準確預測的破壞因素。因此，在進行建筑結構設計的過程中就應該預先針對建筑整體結構進行優化，從結構構造以及計算等多個方面對提高建筑結構抗震能力采取多種措施，而不利于建筑抗震能力提高的設計方案則盡可能的避免。通過對建筑結構的優化，應該確保建筑的整體剛度盡量均勻、對稱，這是有效降低建筑整體結構在減小建筑結構在地震過程中出現破壞的一個重要手段。同時，在設計的過程中還應該采用多種有效的設計方式來增加建筑抵抗地震的能力，諸如延性設計，它可以有效的控制建筑在地震的作用下出現脆性破壞的問題；多道設防的設計思路可以使得在劇烈地震的作用下，建筑的一些次要結構先發送破壞，通過消耗一部分地震能量來減小對建筑主體結構的破壞。這些建筑結構優化方法都是建筑整體結構設計過程中需要遵循和采用的有效原則。

4 基于實用與效果的建筑結構設計優化方法的應用

4.1 提高建筑結構空間利用率的策略

空間利用率是衡量建筑人性化指標的一個重要指標，下面從提高提高住宅建筑的空間利用率出發，探討提高建筑實用性的人性化建筑結構優化策略。

4.1.1基本思路

這里對于提高建筑結構空間利用率的策略是利用了整體和部分的關系，

N=1+1+1+1+1……

當N表示為整個建筑主體時，1就可以分別代表臥室、客廳、餐廳和衛生間等；

當N表示為120m2的建筑空間時，1則分別表示25m2的客廳、15m2的主臥室、5m2的衛生間以及9m2的餐廳等；同樣，當N表示為對應臥室的大小時，1則表示臥室中的床鋪、電視柜、掛衣柜以及桌子的大?。欢擭表示為客廳時，1則表示電視的尺寸、沙發的大小、背景墻體的比例等。

4.1.2提高空間利用率的主要目的

增加對空間的利用程度，減少空間的浪費，在保證空間使用的實用性基礎上增加空間利用的人性化。

4.1.3具體的實施策略

確定建筑空間的面積確保建筑的容積效率之后確定結構的最佳進深計算面寬確定房間的具體進深房間家具的尺寸以及實用性

目標空間結構合理的交通面積

增加面積

房間+客廳+起居室+運動室……

4.2 結構設計優化技術在建筑結構設計中的步驟

4.2.1結構優化模型的建立

建筑結構的整體優化方法包括這樣三個基本的步驟：首先，確定設計變量。以影響建筑整體效果和實用性的相關參數作為設計變量，諸如對應的目標控制函數(整體結構造價C1、損失期望C2)、約束控制參數(整體建筑結構的可靠度SP)。在進行選取的過程中，盡量忽略那些對結構整體效果以及實用性影響不大的相關參數，這樣可以大大減少模型的計算以及編程工作量；其次，建立目標函數，以建筑的整體效果和實用性最佳為目標，尋找一組既能夠滿足建筑使用功能又能夠滿足預設的結構截面尺寸、鋼筋截面積等要素的參量，使得目標函數值最優；再次，定義約束條件，建筑結構的約束條件包括建筑的可靠度、強度約束、應力變形約束以及裂縫寬度約束等。設計的過程中就是要使得實際的結構設計在和約束條件相比較之后，符合當前的設計規范，達到最優的設計標準。

4.2.2優化設計方案的選擇

建筑結構優化設計的方案很多，一般采用基于可靠度的優化設計方案。這些方案在計算的過程中需要考慮到多變量的復雜變化，同時約束條件較多，且都屬于非線性問題，在進行設計計算的過程中一般要轉化成為無約束以及線性問題來加以求解。這個過程中，可以采用的優化計算方法包括：拉普拉斯算子法、復合形法等。在進行算法的選取時可以對算法的精度以及算法的計算速率予以綜合考慮，選定一個最適合的算法。

4.2.3 具體的程序設計

以上述選擇和確定的優化設計方案為基礎，編制一個功能齊全而運算速度較快的綜合計算程序進行計算。程序設計的內容涉及到具體的工程指標選取以及建筑的功能需要，且編程內容較為繁復，這里不詳細論述。

4.2.4結果分析

在對計算結果進行分析的過程中，應該從多個方面和多個角度予以考慮，諸如建筑結構的成本、實用性和整體空間效果等。這主要是因為建筑結構屬于一項耗資較大的工程，涉及到的方面比較多，需要從全盤予以考慮，不能夠僅僅為了節省資金、或者是僅僅為了增加建筑的實用性來進行優化?？偟膩碇v就是要爭取的處理好技術與經濟之間的問題，在兩者之間找到一個平衡點來進行優化。

5 結語

建筑結構的優化設計是一個復雜的過程，屬于綜合決策的問題。在優化的過程中需要綜合考慮實用、安全、經濟和整體效果等因素。本文對人性化建筑以及采用概念設計方法對建筑結構實用程度及整體效果進行改進的方式進行了探討，并針對建筑部分結構的空間利用率的優化部分進行了具體分析，提供了一個建筑結構優化的新理念。

圖3-某大底盤高層建筑結構設計

圖4-某住宅內部空間布局

圖5-建筑結構的有限元分析

參考文獻：

[1] 張炳華.土建結構優化設計[M].上海:同濟大學出版社，2008 :34-36.

[2] 侯貫澤，劉樹堂，簡國威.工程結構優化設計理論與方法[J].鋼結構，2009(8)：121-125.