工程结构优化设计概述汇总十篇

序论：好文章的创作是一个不断探索和完善的过程，我们为您推荐十篇工程结构优化设计概述范例，希望它们能助您一臂之力，提升您的阅读品质，带来更深刻的阅读感受。

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中图分类号：TU37 文献标识码： A

钢筋混凝土框架结构是当今建筑结构主要结构形式之一。如何使结构设计更为可靠、经济、合理，是设计者与开发商关心的主要问题。所谓可靠、经济、合理，就是在满足工程使用要求和控制条件下使设计达到一个最佳方案，即达到结构优化设计。例如，追求材料达到充分利用，用料最省，造价最低，可靠性更高和追求结构的形状更合理。

结构优化设计是20世纪60年展起来的一门新技术。它的兴起给结构设计开辟了一条新的途径，设计方法发生了深刻变革，使人们从传统的被动结构分析转变为主动的结构优化设计，为结构设计的自动化开辟了广阔的前景。利用结构优化设计方法，通过计算机可迅速求出给定条件下的最优设计方案，设计速度大大加快，设计质量显著提高。

钢筋混凝土框架结构是目前乃至今后很长时间仍是我国建筑结构中一种量大面广的结构形式，特别是近年来结构设计出图时间随着市场的要求越来越短，而结构设计、校对、审核、审查各环节主要强调满足规范、规程要求，忽视结构方案优化，这样掌握钢筋混凝土框架结构优化设计的方法就显得尤为重要。

1钢筋混凝土框架结构优化设计概述

1.1 常用的结构优化设计方法概述

结构优化设计大致可以分为三类，即尺寸优化、性能指标优化和拓扑优化。

1.1.1尺寸优化

对结构进行优化设计的最简单和最直接的做法是修改结构单元的尺寸，亦即在优化设计过程中将结构的尺寸参数作为设计变量，这种方法称为结构尺寸优化设计。运用这种方法，人们可以对结构进行优化，以达到目标函数最优的目的。但尺寸优化不能改变原结构的形状和拓扑，很难对原设计进行较大的修改。

1.1.2性能指标优化

常用的形状设计方法将控制结构形状的某些边界控制点的几何信息取为设计变量，由这些控制点生成结构的边界，从而达到改变结构的形状，使目标函数最优的目的。性能指标优化既可以改变结构单元的尺寸，又可以改变结构的形状。

1.1.3拓扑优化。

结构拓扑优化方法的主要思想是将寻求结构的最优拓扑问题转化为在给定的设计区域内寻求最优材料的分布问题。它不仅要解决尺寸优化问题，还要确定结点间杆件的连接方式，是结构优化领域中更为困难、更具挑战性的课题。

1.2 优化设计步骤

通常对钢筋混凝土框架结构进行优化设计，可以采用建立数学模型的方法进行优化设计，即把工程实际问题用数学表达式表示，包括选定设计变量，选择目标函数，建立约束方程等几个步骤。

1.2.1给定参数

指预先给定的描述结构特性的参数。在优化过程中，其值是固定的，因此可以作为常数考虑，如荷载、柱高、梁长、弹性模量以及材料容重等一般都属于给定参数。

1.2.2明确设计变量

优化设计中待确定的某些参数，称为设计变量。一个结构的设计方案是由若干个量来描述的，这些量可以是结构构件的截面尺寸，如面积、惯性矩等几何参数，也可以是结构的几何参数，如结点坐标、高度、跨度和间距等，还可以是结构材料的力学或物理特性参数，如材料的弹性模量等。设计变量是最优化设计数学模型的基本组成部分，是最优化设计最后所要确定的参数。

1.2.3构造目标函数

利用设计参数描述追求目标(如重量、造价)的数学表达式称为目标函数，也称为直函数、评价函数，它是设计变量的函数，代表所设计结构的某个最重要的特征或指标。优化设计就是要从许多的可行设计中，以目标函数为标准，找出这个函数的极值(极小值或极大值)，从而选出最优设计方案。结构的体积、造价、刚度、承载力、自振频率等都可以根据需要作为优化设计中的目标函数。

1.2.4构建约束条件

优化设计寻求目标函数极值时的某些限制条件，称为约束条件。它反映了有关设计规范、计算规程、运输、安装、施工、构造等各方面的要求，有的约束条件还反映了优化设计工作者的设计意图。

2结构平面布置

2.1选取竖向荷载传至柱的传荷路径最短的结构布置形式

框架柱、框架梁的布置应选取在上下各层墙体基本对齐的轴线上，以便绝大部分墙体荷载直接经框架梁传至框架柱;次梁的布置应使墙体荷载及楼、屋面恒活荷载传至框架梁的传力路线最短，这样使得梁的数量最少。

2.2选取纵横向框架梁均匀承重的结构布置形式

结构布置若能尽量做到纵横向框架梁均匀承重，不但结构整体抗震性能好，而且能发挥纵向框架梁的作用，同时也使得柱配筋上下均匀，柱截面大小合理。

一般情况下，房间的隔墙均在横向框架梁上，若一级次梁布置又沿纵向布置，则纵向框架梁分配到的荷载很小，而纵向框架梁截面按整体刚度要求又不能取得太小，故纵向框架梁截面作用远没有发挥出来，反而增大了横向框架梁的截面及配筋，如图1所示为一种较好的次梁布置形式：横向次梁为一级次梁，内走廊墙下次梁为二级次梁。若将X~Y轴跨次梁改为沿纵向居中布置，还会使得顶层角柱、边柱变成大偏心受压，配筋量增大，甚至有时形成顶层柱截面尺寸为控制截面尺寸。

图1 结构平面布置

有内柱的大空间房间，若纵横向柱距相等或者相差不超过20%，则宜在纵横向均匀布置次梁，形成连续井字梁，这样使得纵横向框架梁高度相同且最小，井字梁高度也相同且最小，最大限度地满足了建筑在大空间使用时净高的要求，井字梁规则可不做吊顶，或在柱网内做吊顶都能满足建筑设计要求。

无内柱的大空间房间，若房间长短向尺寸相等或者相差不超过20%，则宜在纵横向均匀布置次梁，次梁间距以2.5~3.0 m为最佳，形成大跨度井字梁，周边边梁应取较大的截面来约束井字梁并承受较大的扭矩，这样使得大空间净高最大，同时使得周边柱双向受弯，避免了单向布置次梁一个方向形成截面高度很大的框架梁将弯矩传到柱的一个方向，形成大偏心受压柱，使得柱截面和配筋变大。

2.3次梁尽可能连续布置且外挑

连续梁自身的受力性能和经济性比单跨梁优越，这是由于多跨连续梁为非静定结构，梁挠度较小，梁截面可取得较小，弯矩包络图连续均匀分布在梁上下两侧，梁截面配筋上下均匀，梁裂缝宽度容易满足规范要求，裂缝宽度控制时不必增加太多的钢筋。正是由于自身的优点，连续梁在结构中对其他梁的帮助也很大。

无内柱的大空间房屋井字梁布置四周向外连续或外挑，其优越性更明显。

2.4利用结构中其他结构构件来传递直接作用(荷载)及间接作用(温度变化、混凝土收缩等)

地下室底板及顶板次梁的布置可利用地下室混凝土外墙及水池墙体来传递直接作用，地下室混凝土外墙及水池墙体的设置主要用来传递其平面外的水平作用，其竖向承载力远未充分发挥，将次梁支承在其上，一般情况不会增加其截面及配筋，且能增加其平面外的约束。

超长结构中可利用抵抗其直接作用的部分承载力来抵抗间接作用。当结构的均布活荷载值较大且其准永久值系数较小时(如有固定座位的看台)，由于其均布活荷载不是长时间连续作用，而间接作用(温度变化、混凝土收缩等)是随结构所处环境的变化，在较长的一段时间里一直有量的变化，故此种直接作用及间接作用同时达到最大值的概率较小，可以充分利用结构的长期抗力来抵抗间接作用。

3 梁、柱截面选取与配筋

3.1 柱截面选取与配筋

柱截面按柱轴压比控制，以绝大多数柱配筋是构造配筋为最优结果。按规范规定，柱纵筋配筋率大于3%时，柱箍筋直径不应小于8 mm，且宜采用焊接接头，这就使得配筋费用变大。

3.2 梁截面选取与配筋

(1)梁截面选取按纵筋配筋率在1.0%~2.0%之间为最佳。梁截面选取应使梁纵筋配筋率在当时市场条件下(混凝土及钢筋的单价)的经济配筋率范围内。梁纵筋配筋率2.0%时梁端箍筋加密区范围内的箍筋最小直径要加大2 mm。

(2)连续梁(次梁、框架梁)各跨梁截面应按梁纵筋配筋包络图及剪力包络图选取。连续梁各跨梁截面的选取在满足梁挠度要求的条件下，使得梁纵筋配筋率在1.0%~2.0%之间，同时应使梁纵筋配筋包络图连续均匀地分布在梁上下两侧。

梁纵筋配筋在满足纵筋最小净距的条件下，应使配筋排数最少，以便使得梁截面有效高度最大。外挑梁截面可设计成变截面，变截面的斜度根据其剪力及弯矩包络图决定。

4结语

通过对钢筋混凝土框架结构的合理优化设计，能够显著较少钢材、混凝土的用量，一方面可以降低工程的建设成本，另一方面还可以有效的减缓建筑能耗，达到集约化建设的目的，因此在现代化的工程建设中，应当大力推广结构优化设计方法。

参考文献

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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

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Abstract: through the reinforced concrete frame structure reasonable optimization design, can significantly less steel, concrete dosage, on the one hand, can reduce the project construction cost, on the other hand also can effectively slow building energy consumption and achieve the purpose of intensive construction, so in modern engineering construction, must vigorously promote structural optimization design method. This paper introduces the reinforcement concrete frame structural optimization design methods and steps, the reinforced concrete building structure design optimization empirical analysis.

Keywords: reinforced concrete; Structure design; optimization

中图分类号： TU318 文献标识码： A 文章编号：

钢筋混凝土框架结构是一种用量最大也是最普通的一种结构形式, 一般设计人员用计算机软件分析, 很快就能得到分析结果, 如果设计人员掌握了一般的结构优化概念和方法, 设计人员在追求设计速度的同时就可以进一步优化结构方案, 那么通过优化结构设计每年节约的建筑材料是相当可观的, 而且结构整体性能也大大提高。

一、钢筋混凝土框架结构优化设计方法及步骤

1、常用的结构优化设计方法概述

结构优化设计大致可以分为三类, 即尺寸优化、性能指标优化和拓扑优化。

( 1) 尺寸优化。

对结构进行优化设计的最简单和最直接的做法是修改结构单元的尺寸, 亦即在优化设计过程中将结构的尺寸参数作为设计变量, 这种方法称为结构尺寸优化设计。运用这种方法, 人们可以对结构进行优化, 以达到目标函数最优的目的。但尺寸优化不能改变原结构的形状和拓扑, 很难对原设计进行较大的修改。

( 2) 性能指标优化。

常用的形状设计方法将控制结构形状的某些边界控制点的几何信息取为设计变量, 由这些控制点生成结构的边界, 从而达到改变结构的形状, 使目标函数最优的目的。性能指标优化既可以改变结构单元的尺寸, 又可以改变结构的形状。

( 3) 拓扑优化。

结构拓扑优化方法的主要思想是将寻求结构的最优拓扑问题转化为在给定的设计区域内寻求最优材料的分布问题。它不仅要解决尺寸优化问题, 还要确定结点间杆件的连接方式, 是结构优化领域中更为困难、更具挑战性的课题。

2、优化设计步骤

通常对钢筋混凝土框架结构进行优化设计, 可以采用建立数学模型的方法进行优化设计, 即把工程实际问题用数学表达式表示, 包括选定设计变量, 选择目标函数, 建立约束方程等几个步骤。

( 1) 给定参数。指预先给定的描述结构特性的参数。在优化过程中,其值是固定的, 因此可以作为常数考虑, 如荷载、柱高、梁长、弹性模量以及材料容重等一般都属于给定参数。

( 2) 明确设计变量。优化设计中待确定的某些参数, 称为设计变量。一个结构的设计方案是由若干个量来描述的, 这些量可以是结构构件的截面尺寸, 如面积、惯性矩等几何参数, 也可以是结构的几何参数, 如结点坐标、高度、跨度和间距等, 还可以是结构材料的力学或物理特性参数, 如材料的弹性模量等。设计变量是最优化设计数学模型的基本组成部分, 是最优化设计最后所要确定的参数。

( 3) 构造目标函数。利用设计参数描述追求目标( 如重量、造价) 的数学表达式称为目标函数, 也称为直函数、评价函数, 它是设计变量的函数, 代表所设计结构的某个最重要的特征或指标。优化设计就是要从许多的可行设计中, 以目标函数为标准, 找出这个函数的极值( 极小值或极大值) , 从而选出最优设计方案。结构的体积、造价、刚度、承载力、自振频率等都可以根据需要作为优化设计中的目标函数。

( 4) 构建约束条件。优化设计寻求目标函数极值时的某些限制条件, 称为约束条件。它反映了有关设计规范、计算规程、运输、安装、施工、构造等各方面的要求, 有的约束条件还反映了优化设计工作者的设计意图。

二、钢筋混凝土建筑结构设计优化实证分析

某工程，两层地下室，负一层为超市，负二层为车库（含部分人防区域），上部结构由7 栋高层塔楼组成。施工图完成后受业主委托，对该工程地下部分进行了结构优化咨询。该工程优化是针对已完成的施工图，在不影响建筑使用功能的情况下，以满足现行的国家以及地区的行业规范、规程，确保建筑物安全和抗震能力为前提，通过对该工程的结构分方案和各类构件的截面、配筋优化，最大限度的降低建筑材料和人工消耗，优化过程以定性分析为主，辅以重点优化部位的定量计算分析，主要优化内容如下。

1、对基础形式进行优化

原设计基础形式高层部分采用板式筏板基础、多层和单独地下室部分采用柱下独立基础，因场地持力层有一定起伏，原设计为满足基础持力层的最低标高，将基础底标高均取- 6.8m 左右，同时在- 5.200 标高设地梁、地下室底板，导致基础板与地下室底板间高差很小，结构不合理，且土方开挖、回填量增加，基础与地下室底板间施工难度较大。优化设计将独立基础和筏板基础顶标高均改为- 5.200，使地下室底板顶标高与筏板基础、独立基础顶标高一致，同时对局部基础不能进入持力层的，采用毛石回填的方法解决，优化后基础受力更加合理，同时原设计筏板基础上方地梁和底板完全取消，节约了大量的钢筋和混凝土，减少了土方工程量，也降低了施工难度。

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中图分类号：TB482.2 文献标识码：A 文章编号：

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

Keywords: building structure design; structure design; optimization

1.建筑结构设计优化概述

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

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

2.常用的房屋建筑结构设计优化技术

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

2.1概念设计在房屋结构设计中的应用

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

2.2概念设计在建筑设计中的应用

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

3.房屋结构设计中的建筑结构设计优化策略

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

3.1优化选择房屋建筑结构类型

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

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

3.2积极应用信息优化技术

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

3.3节能结构设计的优化

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

4.结语

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

参考文献

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

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1引言

随着我国人民经济水平的不断提高，对住房质量要求不断增加，人们开始重视房屋建筑的美观性、经济性、实用性。就目前情况来看，在房屋建筑工程建设的过程中，因为施工的机械化，建筑结构构件的工厂预制、加工所占比重不断减小，大部分施工工序以及购件需现场进行施工，这样就导致建筑工程施工周期增长，施工难度不断提高。所以，在建筑结构设计的过程中，可以采用结构优化的方式，不断提升工程施工的便利性，同时采用结构优化设计的方式，增加建筑工程的稳定性与经济性。由此可见，再进入结构设计集中加强优化方式的运用是非常重要的。

2建筑结构设计优化技术概述

建筑结构设计的主要内容是在房屋建筑工程实际施工过程中，有限的利用科学技术，优化建筑结构设计，将空间的利用率不断增加。在建筑结构时候画设计的过程中，必须保证空间布局以及设计之间关系的合理性、科学性、专业性。随着信息技术的不断发展，设计技术的要求不断提升，必须加强对设计技术的创新。就目前情况看，建筑结构设计优化技术，主要是对建筑整体进行优化，在建筑结构设计的过程中优化技术，起到了非常重要的作用。在设计中，建筑结构设计主要是各种建筑设计的依据和基础。为此，建筑结构设计，需要根据建筑工程的实际情况进行。，在结构设计的过程中加入优化技术的应用。着重体现经济效益以与质量效益。在具体的建筑结构设计过程中，需要进行长远的考虑，保证建筑方案整体的合理性。这样在现有的结构设计的过程中可以节省30%的费用。在一定程度上，有效地节省了经济成本，避免经济失衡情况的发生。建筑结构优化设计的进行，还可以协调施工过程中各个部门之间的关系，合理的使用施工资源，提升资源的有效利用率，保证建筑工程结构的整体性、安全性、经济性，有效地提升建筑工程的应用价值。

3建筑结构设计优化方法的必要性

将建筑结构设计优化方法应用到房屋结构设计过程中，可以使建筑工程项目的施工成本得到有效的控制，保证建筑工程的美观性、实用性。对建筑施工企业来讲，希望可以用最少的投资得到最大的经济效益，所以，必须保证建筑结构设计的安全性、科学性、合理性，这样就必须加强对建筑结构设计的优化。与传统的房屋结构设计相比，结果优化设计方法具有以下优点：1.有效地保证了建筑结构的安全性；2.科学合理的协调建筑结构内部的全部单位；3.科学合理地使用建筑施工材料；4.时间煮，施工成本降低6％～35%。在建筑房屋结构优化设计的过程中，合理的使用优化设计方案，能够有效地保证建筑物的使用价值，提高建筑物的经济价值与环保价值。在优化方案过程中，节省建筑单位的资金投入，降低建筑工程施工成本。建筑结构优化设计与传统的房屋结构设计相比，能够增加施工企业的经济效益，为用户提供更好的居住环境。通过优化建筑工程结构施工中的各种资源，比如建筑施工材料、结构布局等，实现结构与施工材料的有效结合，共同发挥建筑结构优化作用。建筑物的面积随着建筑物层数的增加而不断提高，想要保证建筑工程具有良好的实际效果，就必须加强建筑结构的优化设计，采用最佳的优化方案，提高建筑工程结构的质量。

4建筑结构优化步骤分析

4.1构建优化模型

首先，科学的选择建筑结构设计变量。在变量选择的过程中，应该将影响建筑结构设计的参数作为变量。比如，建筑物的损失期望值、建筑结构造价值、建筑结构设计的可靠性等进行严格的控制，这些技术相关的目标参数，又是建筑约束控制的参数值。对于建筑结构设计中影响范围较小、变化面积较小的因素，可以将其视为部分设计参数值；在具体的实践过程中，可以采用用预定是参数来表示，并将其作为依据来减小设计，计算变量，减小建筑结构设计方案编制过程中的工作量，有效地提升设计工作效率。其次，目标函数的确定。在进行建筑结构设计优化时，应该找到符合相关规定的尺寸和条件的钢筋截面面积、已经失效的概率函数，通过这种方法可以有效地减少建筑施工成本的浪费。最后，科学地确定约束条件。在建筑结构优化设计过程中，应该有效地保证建筑结构的安全性、整体性、科学性，合理地确定建筑结构约束条件。在建筑结构设计中，应该对目标的性质、实际应用性质等约束条件科学化的进行对比与分析，保证相关约束条件能够有效地满足建筑施工的整体要求，以保证建筑结构设计的最优化。

4.2结果分析

建筑结构设计优化过程中最重要的一步就是结果分析，对计算机中获得的各种数据进行详细的分析，根据分析的结果制定优化设计方案。在建筑结构设计优化的过程中，需要对各种因素进行综合的考虑，努力的完成建筑结构优化设计工作。在建筑施工的过程中，会应用到大量的资金、劳动力，优化建筑结构的主要目的是在最大程度上讲的上述指标，并且保证建筑工程施工的质量。所以，在建筑结构优化设计的过程中应该加强对以下几方面的重视：第一，明确建筑涉及与经济之间的平衡点，有效的降低两者之间的矛盾，在高新技术的应用下降低经济费用的支出；第二，要加强理解高新技术对经济效益带来的影响，必须认识他技术的进步与发展，有效的降低了不必要经济的支出，所以，必须加强对技术发展的重视。

5建筑结构设计优化方法在房屋结构设计中的应用

房屋建筑工程施工过程中，特别是结构优化设计时，其主要目标就是加强建筑结构设计的功能与建筑施工的质量，并在此基础上加强建筑工程建设的经济效益，为此，应该在建筑结构设计中不断提高专业技术的能力，采用先进的设计技术，合理的选择设计方案，并对建筑结构进行优化设计，以此来保证建筑结构的安全性、使用性、经济性。

5.1对建筑结构整体与局部的优化

在进行房屋的建筑设计过程中存在着复杂性、层次性这两个特点。首先，从房屋建筑结构的复杂性来说，要注意选择建筑材料，材料必须符合使用标准，还要结合具体情况，选择建筑结构类型；其次，从建筑结构设计的层次性来说，要对建筑内部做出整体优化，可从建筑局部的结构设计、建筑使用设备、电气设计、安装体系等方面着手。除此之外，可将整体结构设计与局部结构设计同时进行优化，由此形成一个综合性的结构体系，这样一来能够使房屋的安全性与合理性得到提升，而且能够减少不必要的浪费，另外，要尽力保证建筑结构整体的协调优化，保证建筑的截面面积与建筑高度相协调，避免出现墙位错误的现象，在设计过程中，还可以适当运用几何结构，从而使建筑达到简洁、美观的视觉效果。在电梯和楼梯的设计过程中，要保证其稳固性，可以在减轻其自身重力的同时注意对材料的选择（选择承重能力较强的材料）。无论是进行整体结构优化还是局部结构优化都需要制定出合理的结构方案，另外，“部分决定整体”，设计人员可通过先做好局部设计方案，经过整合之后再完成整体设计，达到局部带动整体的效果。

5.2柱网布局和平面布置的优化设计

在建筑结构优化设计过程中采用柱网布局，柱网布局决定了柱子之间的跨度（纵向或者横向相邻的两个柱子之间的间距），柱网的尺寸通常在5.4米到10.5米之间，如果柱子之间的相邻距离较小那么其传力途径就会变短，殇，不说要复合的面积就会变小，跨中弯距变小，梁高度变低，但是这样会导致柱子的数量变多，建筑内部空间变小，停车场车位配置效率降低。所以，柱网布局是否合理，对建筑工程的综合造价及建筑上部结构有很大的影响。此外，柱子的截面形状与尺寸对工程造假也有着非常大的影响，所以合理的使用柱网布局、柱子截面的形状以及梁系的布置对工程造价的影响是非常明显的。下面我们将结合某工程地下室的布置情况进行分析。首先，以地下室顶板为例，当顶板的厚度、荷载、柱子间距离相同时，次梁截面积及布置方式也相同的情况下。方案一采用的是400x800的主梁，方案二采用的是400x900的主梁。在方案一中混凝土的使用量是0.38，方案二的混凝土使用量是0.39，相对比方案一的混凝土使用量较小，但是钢筋的使用量40.95比38.81多了部分，这样只是从数值上很难进行比较，我们再根据最新的施工材料造价信息单价进行比较，三级钢3600元／顿，C30混凝土320元／㎥，经过比较之后发现：方案二在经济上更具有优势。同时也对，工程本身的实际情况进行综合考虑，最终选用了方儿的结构布置进行设计。然后将地下一层为例，在荷载、柱子的距离、顶板的厚度相同的前提下，分别采用不同的结构布置方式进行设计，方案一采用的是“井”字梁系，方案二采用的是单向次梁系，通过相应的计算数据显示，方案一混凝土使用量0.29大于方案二混凝土使用量0.25，同时方案一钢筋含量26.59也大于方案二钢筋含量23.8，所以，该地下工程梁系布置方案使用的是方案二布置方式。

5.3建筑物下部地基基础结构的优化设计

这对建筑工程下部地基基础结构进行优化设计的过程中，设计人员必须选择合适的设计方案，比如，结合建筑工程实际施工情况选择最佳的桩基础类型，尽量降低施工工程造价，在按照桩基础顶端持力层的厚度对灌注桩的长度进行科学合理的选择，对集中优化设计方案进行合理的对比，进一步选择出最优化的设计方案。比如，某建筑物结构的原设计时用的是桩筏基础，通过对该结构的设计进行优化，将桩筏基础改为桩基础。设置两桩承台、三桩承台、四桩承台和梁式承台。在对这部分进行优化设计的过程中，需要考虑的是基础力度传递的最短路径，但是需要保证总沉降值和不均匀沉降值。桩筏基础相对于桩基础来讲，增加了一块整体的筏板，将整体受力转变为局部受力，增加了传递的途径，但是也增加了施工材料的使用量，虽然浪费了施工材料，但是可以有效地控制不均匀沉降。根据地建筑工程实际情况来讲，如果需要同时满足总沉降、不均匀沉降以及地基承载力的要求，使用天然基础会比使用桩基础更好，并且施工方法简单，施工时间短，所使用的费用也相对便宜，不失为一个好的选择。

5.4做好后浇带设计

通常来说，在进行地基结构的设计过程中，设计人员需要根据混凝土的具体情况与施工现场的土质相结合，之后确定科学的后浇带方式，为了避免混凝土结构出现变形以及由于混凝土不均匀沉降而出现开裂的现象，对后浇带进行合理的使用，除此之外，在这一过程中，要保证地基的基础层一直到房屋顶板与后浇带设置在同一个区域内，还有一点要求就是确保混凝土的等级适当的高于两侧混凝土。在后浇带施工完成之后，要在保证混凝土强度达标的情况下开展后期的施工，而想要混凝土的强度达到规定，要求工作人员认真工作，保证后浇带呈现出完全封闭状态，待混凝土强度达标后，拆除支撑。另外，在地基的实际施工过程中，会受到各种因素的影响，比如由于结构应力出现集中效果减弱情况，混凝土受到温度变化的影响，可能会出现裂缝现象，所以这就是使用后浇带的目的，但是，在施工中，部分地基工程项目中有的无法使用后浇带，这需要设计人员做好相关工作，首先，需明确后浇带所具有的断面形式；其次，根据水位的不同区域，在后浇带的下方安设防水板。

6结束语

随着我国时代的发展和经济水平的不断提高，我们在保证建筑的安全性和实用性的同时对建筑的美观性和和经济性方面的要求也正在不断地提高。既要保证建筑安全、实用，还要做到建筑经济、美观，与此同时也要加强对施工便利性和时效性的考虑。所以对要建筑结构做工完整的优化设计也是十分重要的。而完善合理的建筑结构优化设计可以让这些要求全部实现并且统一化。在这篇文章中，作者结合了自己的亲身工作经验和学习到的相关知识，对房屋建筑结构优化设计进行了全方面的介绍，并且阐述了对建筑结构优化设计的方法和房屋结构设计的方法的应用。

参考文献:

[1]张叶红.关于建筑结构设计优化方法在房屋结构设计中的应用探究[J].门窗,2014(11).

篇（6）

自从改革开放以来，我国市场经济体制日益完善，建筑市场竞争也越来越激烈，这就使得建筑行业施工成本日益攀升。在这种设备背景下，建筑工程施工人员利用结构优化技术的方法来对建筑结构进行设计，对资源进行合理配置已成为提高建筑经济效益的主要手段，也是现代化建筑工程中备受人们关注和重视的工作环节。这种结构优化技术的应用一方面为房屋结构建设指明了发展新方向，也为现代化社会发展提供了充足的能源保障。

一、结构优化设计概述

随着我国建筑事业的不断发展，越来越多的高层建筑拔地而起，为建筑行业发展指明了新方向的同时也为房屋结构设计工作开展提出了艰巨挑战。截至目前的建筑工程项目中，工作人员如何有效的提高房屋结构的可靠性、经济性已成为一个世界性话题，也是建筑业内人士研究的重点话题。另外，随着建筑市场的发展和建筑材料的不断涌现，更多的新兴建筑材料被应用在房屋结构设计中，起到越来越重要的作用，同时也造成了传统的房屋结构设计方法的滞后和落伍，无法满足目前时展需要，这就需要我们在工作中进行优化，从而发挥出应有的设计目标。

1、结构优化设计

所谓的结构优化设计是指工程结构在满足相关约束条件的基础上，按照预定的目标求出最优化的设计方案和设计策略，以实现最大经济效益。在一个建筑结构设计工作中，其主要的工作环节大致可以分为假设、分析、核对、重新设计几个方面。其中能够重新设计的主要目的在于选择出一个科学、经济、合理的方案，但是它在应用中只是一个分析的环节。

2、结构优化设计构成

房屋结构优化设计是一个综合化、系统化的工作环节，其在工作中包含有建筑结构数学模型的优化设计、变量优化设计、目标函数设计和约束条件分析等环节。

二、建筑结构优化的主要方法

在目前的建筑工程项目中，机构设计有优化的方法与应用结构优化的方法是相互依存和促进的发展关系。随着近年来房屋工程建设力度的加大，建筑工程施工项目越来越受到人们的关注与重视，尤其是在工程项目中，我们对于建筑工程施工结构方面的优化通常还是从两个方面进行的，其中房屋工程的部分优化模式包括对结构设计方案的优化、房屋屋盖系统方案的优化、维护结构方案的优化以及结构细部优化等等。在目前施工项目中，我们最为常见的优化体系和优化措施主要有以下几种。

1、保障设计工作的美观性

赏心悦目在目前的建筑工程项目中越来越受到人们的关注，这也是建筑结构美观性得以保证的关键环节。在这种建筑工程环节中，建筑设计、建筑结构设计以及建筑作用设计都是一种全面系统优化的结果。在这种结构条件下，结构设计通常都是以追求实用、经济、美观和便于施工为主要目的的结构模式。因此在设计中通常也都是从这几个方面入手去分析与完善的。这种设计模式的主要意义在于以经济方式的发展和前进为基础，从而在工作中实现了房屋结构的系统化、全面化发展模式。

2、模型设计优化

在房屋结构设计优化工作中，通常情况下在设计中对要遵循一切从实际出发的优化与设计原则，并且在工程项目中我们需要布置一套系统化的管理模式，同时还需要根据我们目前存在的相关情况和工作模式进行系统化的管理与总结，从而使得工程环节中的设计意图和设计宗旨都能够达到最佳标准和要求。在目前的建筑工程结构设计优化工作中，对于建筑结构设计影响最大的设计模式和变动方式都是以函数确立为主的工作模式，在工作中通常都是运用科学、有序的管理模式和管理技术来进行分析，并且要根据结构的整体性、全面性优化手段来系统深入的进行总结和完善。

三、结构设计优化技术的实践应用

在目前的工程结构设计过程中，除了在工作中需要考虑到设计对象的基本使用功能和安全、可靠性之外，还需要考虑到在设计工作中将设计对象做的尽善尽美，这也是工程和结构优化设计工作中最值得我们关注和重视的话题。用科学的话语来描述就是在工作中利用确定的数学方法将所有可能涉及到工程环节的方案进行稽核，搜索出其中能够满足预定目标且最令人满意的设计方案。

（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）概念设计结合细部结构设计优化

概念设计应用于没有具体数值量化的情况，例如地震设防烈度，因为它的不确定性，计算式难免与现实有较大的差异，在进行设计的时候就要采用概念设计的方法，把数值作为辅助和参考的依据。设计过程中需要设计人员灵活的运用结构设计优化的方法，达到最佳的效果。

四、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。

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。

五、结束语

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。

篇（7）

建筑结构设计优化是一个复杂而系统的过程，通常被归入综合决策的范畴。在实际优化环节，既要考虑实用性和安全性，又要考虑经济性，还应考虑整体效果。建筑概念设计将会致力于这些不稳定因素的解决，以提高建筑的实用性。对建筑结构的诸多可能破坏因素进行研究，发现地震这一破坏因素最难以控制，因为地震发生时，将会给建筑施加一个极大的作用力，同时地震又是难以准确预测的。所以，在优化建筑结构设计的实际环节，应该站在整体的角度对建筑结构设计进行优化， 采取多项措施以达到提高建筑结构抗震能力的目的。另外，设计方案中如果有不利于建筑结构抗震的因素，则应对其进行适当调整，无法调整时，则应放弃。在建筑结构设计优化的帮助下，建筑在整体刚度方面应该达到均匀、对称的效果，如此一来，便有效保证了建筑结构在地震作用下的安全性。与此同时，是实际设计环节，还应综合其他优化方法的应用，以提高建筑的抗震能力。如延性设计，该种设计方法能够很好地保护地震中的建筑免受脆性破坏的危害；又如多道设防的设计方法，其设计思路是，当发生剧烈地震时，“牺牲” 部分次要结构去吸收地震能量，以降低地震对建筑主体结构的破坏效果。在进行建筑整体结构设计的过程中，应注意上述优化方法的有效运用。

一、建筑结构设计优化的意义

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，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。

二、结构设计优化方法的概述

完美的建筑是在满足人们使用功能及视觉感受的前提下，充分满足使用者和社会所期望的各种要求。依据设计的要求，把力学概念与结构优化设计进行有机结合，让参与计算的量部分可以以变量部分出现，进而形成结构设计优化方案域，运用数学手段，在域中找到可以满足要求的结构优化最佳设计方案。由此可见，结构优化设计不仅可以提高整体设计水量及设计质量，还可缩短设计周期，从而降低整体工程造价，提高经济及社会效益。房屋工程分部结构优化设计包括：基础结构方案的优化设计、屋盖系统方案的优化设计、围护结构方案的优化设计和结构细部设计的优化设计。对以上几个方面的优化设计还包括选型、布置、受力分析、造价分析等内容，在实施过程中，不仅要按照一切从实际出发的原则，更应该结合具体工程的实际情况，围绕房屋建筑的综合经济效益的目标进行结构优化设计。在满足设计要求后，在进行结构设计 时应该尽量缩小刚度、质量中心的差异使平面布置规则，水平荷载就不会使建筑物有太大的扭转作用。为降低应力集中，竖直方向上应避开使用转换层。

三、结构设计优化技术

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瞎。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。

结束语

建筑结构设计优化是一个复杂而系统的过程，通常被归入综合决策的范畴。在实际优化环节，既要考虑实用性和安全性，又要考虑经济性，还应考虑整体效果，总之，要平衡各方面的关系。本文对建筑结构空间利用率的优化进行了重点探讨，对建筑结构优化的理念进行了阐释和延伸，希望能对类似工程建设提供一些借鉴和帮助。

参考文献

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中图分类号：TH122 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2012）12（c）-0013-01

在机械优化设计中需要对参数模型进行求解和优化，特别是在大型的复杂的设计项目中，需要重复建模、重复优化模型。除了遗传算法等数学方法使用外，CAD技术应用对复杂的机械设计优化问题取得了较好的效果并产生了很好的经济效果。

1 机械优化设计中的CAD技术

单体机械机构的优化对象主要是零件的结构优化，涉及的学科少、优化的功能单一，优化的过程只限于结构设计和机构构成之间的关系。对于复杂的机械设计，优化的对象对体现整体优化思维，即整体优化大于局部优化。在这个过程中就需要采用合理的手段和方法优化的范围综合起来。计算机辅助手段日臻完善，在优化设计中把原理方案、功能，结构方案、总体参数以及结构性状的全部设计包含在内，真正的做到全局优化。

复杂的结构设计计算复杂、方法多变，涉及多学科多目标，而优化更要在这些方法找到更有效的方案更为困难。因此单一的方法来解决整体的优化问题肯定不行，但是采用CAD进行整体的优化和分解协调优化，通过模型建立，减少计算缩短优化时间。在结构优化中器件多，耦合度高，利用CAD技术可以在结构优化中应用网状分解的方法，将其分解，这种分解方法除了提高CAD利用效率之外还可以解决优化过程中的交叉学科问题，例如利用CAD机械设计的协同优化。在整体优化中目前的CAD技术还没有形成普遍使用的分解方法，因此分解的正确性并不是可以控制的，这成为CAD的在机械优化设计中应用的瓶颈。但是优化设计分层优化取得比较好的效果，由此建立起来的CAD优化发展。

2 CAD机械优化设计建模应用

机械产品设计优化技术就是设计者借助CAD技术将设计形体可视化、模拟化、可修改、可分析优化，进一步通过计算机辅助优化实体模型。产品的优化可以在CAD中进行三维几何重现，优化设计通过三维虚拟优化，采用几何模型描述对象的位置、结构、大小和性状，并寻求最高效的组合途径，通过优化的赋值可以将对象的颜色、纹理等信息进行详细描述，优化产品的原型，在这个过程中CAD的建模优化是最常见的优化方法。

2.1 参数建模优化

这种优化是通过工程关系以及几何方法在CAD中给予产品的性状特征，从而可以在产品功能上和设计方法上寻求类似的模型，通过模型的优化达到设计优化。在CAD中建立产品与参数之间的关系，而参数作为变量形成变量集合。在优化过程中通过参数的变化影响设计对象的变化，参数优化模型采用修改和定义的几何建模。参数建模优化包含工程优化、拓补结构优化、尺寸优化等，这些都是CAD参数建模优化中需要考虑的因素。

2.2 特征建模优化

这种优化是在CAD环境下从整个设计的各个阶段来优化设计，可表述为集成优化。进行集成优化需要在CAD条件下建立系统的、完整的、全面的描述需要优化的信息，使得各种特征能够从设计中显现优化的策略。特征建模优化可以明确的表示优化逻辑关系、互动关系以及关联特征方面进行表述和描述。特征建模优化能够在CAD环境中建立高层次的产品功能要素，对优化的信息进行联动管理，体现设计优化中，对形状、结构等复杂产品优化建模是思想，将产品的多特征进行特征分解，根据分解的特征相互建立优化途径，通过特征之间的运算达到优化整个设计的目的。

3 具备知识库智能CAD在机械优化设计中的发展

优化设计是一个高度智慧的创新的活动。CAD技术系统引入知识库，产生智能的计算机辅助设计系统，这成为ACD机械优化设计的发展方向之一。知识库智能CAD能够在信息优化、知识优化的基础上建立基于优化思维的知识库。它能够及时对优化设计的方向进行评估，利用知识库的评价机制，实现信息的交换和共享，解决优化设计中对信息和知识和需求。机械设计问题是模糊的，而优化的方式和途径也多样，对复杂产品进行优化，建立知识库信息获取、组织和表达。因此具备知识库智能CAD快速发展，为CAD在机械优化设计领域提供了新的途径。在机械优化设计中，设计不仅具有创意，而且优化应具备整体性和科学性。优化设计可以根据优化的途径分为优化搜索和优化创新。优化搜索可以根据各种方案选择一种最好的组合达到优化目的。在知识库智能CAD中具备的专家系统，采用参数匹配、信息匹配、结构匹配的方法将优化的产品进行搜索，选择最优的设计方案，遍历知识库中相似结构的模型。如果知识库建立的足够大，足够科学则搜索优化的优化度更高；优化创新是直接通过知识库得到最佳的优化结果。这种优化方法可以通过CAD的知识库，将设计的参数、模型、结构导入直接产生优化结果。但是不论是那种优化方法都要依据设计的原始信息，根据实际情况综合分析智能CAD优化结果，得出优化设计的方案。

4 神经网络智能CAD在机械优化设计中的发展

在优化设计中如果将优化的任务进行分解，形成各阶段优化的方案过多，而后面的的优化组成数量也迅速增加，这样就容易形成优化组合爆炸。在优化设计中面临如此大的优化结构时，往往需要更高层次的归纳和综合，对综合的信息进行少量分析即可找到优化的决策。一般CAD的优化只能在参数、简单结构等方面进行优化，而在如此复杂的框架优化、整体优化中显然不能满足优化要求。因此具备神经网络的智能CAD能够将设计的信息通过人工网络结构进行优化决策方式进行模拟。将优化的各层次和任务进行网络串联，共同完成阶段的优化工作。

5 结论

计算机辅助设计是机械优化设计的必要的工具。在知识库研究、神经网络研究、以及模糊控制研究方面已经取得了很多经验并发挥了巨大的经济效益。在优化设计中需要借助CAD这个途径将这些研究的思维移植并实现将大大提高CAD机械优化设计的效率，产生很大的经济效益。

篇（9）

0 概述

科学技术的飞速发展，产品功能要求的日益增多，寿命期缩短，复杂性增加，更新换代速度变快。此外，由于国际化市场的激烈竞争，用户对产品功能、质量、价格、供货期、售后服务等要求越来越高，以信息科学与微电子技术为代表的现代科学技术对制造业的渗透、改造和更新，使传统的制造技术演变成为一门涵盖从产品设计、制造、管理、销售到回收再生的全过程的跨多个学科且高度复杂化、集成化的先进制造技术[1]。现代设计是现代制造的基础，伴随着先进制造技术的发展，以计算机和信息技术为主体的产品现代设计方法得到了普遍应用。

1 优化设计

优化设计是从多种方案中选择最佳方案的设计方法。在众多的优化设计中，结构优化是其他优化设计的前提和基础，只有在结构优化的基础上，才能进一步进行性能的优化，结构优化是在给定约束条件下，按某种目标求出最好的设计方案，通常以计算机为手段，根据设计所追求的性能目标，建立目标函数，在满足给定的各种约束条件下，寻求最优的设计方案。

2 医用升降椅优化设计

2.1 升降椅及其结构组成

升降椅是一种新型的椅子，市面上的升降椅使用的升降装置分为3类――油压、机械式和气压。在低端的升降椅中以气压的居多。气压式升降椅里有个气缸，气缸内的活塞气动杆上下运动支配椅子升降。

近年来，由于气压升降椅的事故频频发生，液压式升降椅的市场占有率在程上升趋势，液压升降椅由于升降过程动作平稳等一系列有点，被广泛应用于美容店、医疗机构等。如图1所示，本文设计的医用液压升降椅主要由座板、靠背、扶手、支架、支架摇臂、升降定位装置（马达和活塞杆）和椅脚构成。其特征在于：支架和椅脚之间由支架摇臂进行对应铰接，支架摇臂以铰接在椅脚上铰接轴为圆心上下转动，当摇动支架摇臂时带动支架进行升降，实现座板的升降；另外，在支架与椅脚之间还设置了升降定位装置。

2.2 升降椅的优化设计

使用优化设计软件SolidWorks/simulation进行优化，优化参数为摇臂长度、摇臂高度和活塞杆伸缩长度，边界约束条件为最大升降位移和最小升降位移，优化目的是马达力最小化。

分析优化结果可以看出，迭代3得到的结果最优，即在摇臂长度为0.4m，摇臂宽度为0.3m，活塞杆伸长量为0.6m时，满足最小、最大升降位移的约束条件下，马达力达到最小值1393.25N。

3 结论

马达力随摇臂长度增加呈正比关系增长，随摇臂宽度增加呈减小趋势，在摇臂宽度为0.15-0.27的范围内降低较快，基本上呈线性趋势，之后基本趋于稳定（最小值），所以在设计时可以固定摇臂宽度，变量减少一个，可以大大简化优化设计过程，尤其在分析变量与变量相关性的优化过程中，这样做尤为重要。另外，马达力随活塞杆伸长量的增大而减小，基本上呈线性趋势。本文的优化设计过程为医用升降椅设计提供了重要的理论依据。

【参考文献】

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篇（10）

一.建筑结构优先设计方法理论及应用

（一）房屋结构设计中上部结构的优化设计分析

建筑结构设计优化方法的概述建筑结构设计优化方法是从林论上和经验上对建筑结构设计进行优化。建立与优化上部结构的模型首先应布置适宜的剪力墙，且将应将剪力墙的平面具有对称以及均匀分布的特点、有机结合楼层结构的重心以及楼层平面的刚度中心等原则有效遵循，进而将风荷载的作用下以及水平地震下扭转效应尽量减少；如果建筑房型是允许的那么应将大开间的剪力墙的结构形式优先采用，且将剪力墙的墙肢总数减少，也就是在楼层的侧向具有相同刚度时可将剪力墙混凝土的用量大大减少。但是 ，如果建筑物处在较差的地质条件中，那么建筑对于抗震的要求就会随之提高，所以，这就要求尽量避开大的剪力墙结构进行采取措施。例如，若是确定好墙柱之后，跨高比在五米以上，那些框架梁高度英爱采取跨度的十二分之一；另外，建筑楼板的厚度也应该与规定的相吻合。总之，房屋结构设计中的中上部结构都需要进行合理的计算分析，这也可以算是一种概念的优化。

（二）房屋结构设计中建筑以及结构协调优化设计分析

再设计的过程中要配合建筑结构以及建筑平面，进而将美观和适用结合起来以实现它设计目标。布置建筑墙柱应该同建筑物中平面功能的要求相满足；为了实现构件的标准化应尽量的统一各个房间的开间进深；而建筑体系在保证尽量简单的同时墙柱应该难以出现错位现象，且截面的面积也不该有太明显的变化发生，也不可以对夹层结构进行设置；在那些应力集中或者是受力复杂的转角地方不要设置楼梯或者电梯，以免造成安全事故。规则且简单是建筑整体的布置中要遵循的原则，并且为了避开扭转效应应该避开让建筑钢心和质心重合在一起。

（三）房屋结构设计中结构以及电气之间调优化设计分析

如果电气管线容易导线形式安装与金属管外部或者楼板以及墙体处，有可能使预制结构施工困难。因此，若管线贯穿了建筑梁在梁预制的时候应该将孔洞提前留下，并且抱着墙体的厚度与梁宽度一样。大部分房屋的建筑内部电梯房具有较多空洞在里面，同时也有较多的预埋构件。所以，在房屋设计时候应该单独计算电梯房应该具有的强度，从而保证设计合理的同时对施工质量的安全进行有效的保障。总之，在对房屋建筑工程进行建筑结构设计的过程中，设计人员必须严格遵守相应的结构设计规范，不仅仅是要了解设计规范中的相关条例，而且要与房屋设计的实际情况向结合，对优化方案进行合理应用。

（四）房屋结构设计中整体优化以及局部优化设计分析

层次性和复杂性这两大类系统性设计特点是所有建筑项目设计中都包含的部分。复杂性主要包括构件选用、材料、结构选型等，层次性主要包括设备安装系统、结构设计系统和建筑设计系统等多个方面，并且每个系统也可以分成多个子系统。进行设计的整个过程若是优化每个子系统，那么实际上将局部之间横向的联系切断。叠加起来的整个工程没有具有最优化的整体。事实上，每一项的设计环节最优化的方案都很多，也就要求再设计的时候要根据每一个阶段的形制进行优化选择，而不是一概而论。在每个阶段的优化选择，确保了建筑工程的质量提高了建筑寿命的同时可以大限度的提升企业的经济效益。

二.房屋结构设计中建筑结构优化方法的重要作用

（一）降低投入，提高经济性

建筑结构优化方法在我国现阶段国情与发展趋势来看，主要表现为高层建筑，基于这种情况，减少资金的投入是房屋建筑与时代相符合的一点。对房屋建筑结构进行优化设计可以全面发挥各种设备的性能，这样不仅可以降低工程造价，减少资金的投入，为企业赢得最大的效益。据有关数据显示，建筑结构优化设计后，房屋建筑成本大约可以节省百分之十到百分之三十，成本大幅降低，并且各个结构之间的联系也更加紧密，从而大大提高了其经济性。事实上，建筑结构优化设计方法有许多特点，如其多学科联合性广、美观性强、实用性强、又有节能环保的优点，便于施工管理等等。

（二）提升建筑的安全性

通过房屋结构的优化设计，对原来方案中的不足缺陷进行弥补，大大提升了建筑的合理性和安全性，提升了房屋的承受能力，在正常的维护下具有足够的耐久性吗，确保了房屋的安全使用。这种安全性在一定程度上就是可靠性，我国现在建筑会出现一些事故，如电梯事故，地震洪水等导致的房屋塌陷等，这些直接导致人们对建筑选择及其谨慎，所以这种可靠性对于建筑及其重要。所以建筑师要在保证安全性的前提下，不断创新。

三、小结

本文作者从 多方面分析了房屋结构设计中建筑结构有先设计方法，优化升级房屋建筑，希望可以对建筑业起到作用，并且将更加适宜的物质生存和发展环境提供给民众，最后简单说明了房屋结构设计中建筑结构设计优先方法的重要作用，不仅仅是对合理性、安全性等的优化，而且对美观性也作出了要求，进一步增强了整个房屋建筑结构优化设计的价值。

参考文献：

[1]齐建民；《建筑结构设计优化方法在房屋结构设计中的应用》；科技资迅杂志；2015（11）

[2]张岩；《建筑结构设计优化方法在房屋结构设计中的应用分析》；现代装饰（理论）杂志；2014（06）