结构设计优化十篇

导语：如何才能写好一篇结构设计优化，这就需要搜集整理更多的资料和文献，欢迎阅读由公务员之家整理的十篇范文，供你借鉴。

结构设计优化篇1

关键词：房屋结构设计；建筑结构设计；优化

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）.

[2]侯贯泽，刘树堂，简国威.工程结构优化设计理论与方法[J].钢结构.2009（08）.

结构设计优化篇2

关键词：建筑结构；结构优化设计；结构元素；优化方法；凝固的艺术

Abstract: The design of building structures in short is to use words to express the structure of architects and other professional engineers to express things. The structure of language structure from structural elements derived simplified construction drawings and other professionals in the foundation, wall, column, including, beam, plate, bulk sample stairs details etc.. Load conditions resulting in the most concise way to transfer basis, structural design content is the design basis, design and detail design of the upper structure.

Key words: building structure; structural optimization design; structural element; optimization method; solidification Art

中图分类号：TU318

引言：

结构工程师的主要任务就是在特定的建筑空间中用整体的概念来完成结构总体方案的设计，并能有意识地处理构件与结构、结构与结构的关系。初步设计过程是不能借助于计算机来实现的。这就需要结构工程师综合运用其掌握的结构概念，选择效果最好、造价最低的结构方案，为此，需要工程师不断地丰富自己的结构概念，深入、深刻了解各类结构的性能，并能有意识地、灵活地运用它们。

一、建筑结构设计优化方法的应用及实践价值

直觉优化（概念设计优化）技术与建筑结构设计 对于同一建筑方案，可以有许多不同的结构布置设计；确定了结构布置的建筑物，即使在同种荷载情况下也存在不同的分析方法；分析过程中设计参数、材料、荷载的取值也不是惟一的：建筑物细部的处理更是不尽相同，这些问题是计算机无法完全解决的，都需要设计人员自己作出判断。

1.结构设计优化方法的应用

结构设计优化方法和技术的应用具体体现在房屋工程结构总体的优化设计和房屋工程分部结构的优化设计两方面。其中房屋工程分部结构的优化设计包括：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含选型、布置、受力分析、造价分析等内容，并应在满足设计规范和使用要求的前提下，结合具体工程的实际情况，围绕其综合经济效益的目标进行结构优化设计。 2 .结构设计优化方法的实践价值

在满足建筑结构长远效益的前提下，应尽量减少建筑结构的近期投资并提高建筑结构的可靠度和合理性。与传统设计相比，采用设计优化技术可以使建筑工程造价降低5％～30％。优化技术的实现，可以最合理的利用材料的性能，使建筑结构内部各单元得到最好的协调，并具有建筑规范所规定的安全度。同时，它还可为建筑整体性方案设计进行合理的决策，优化技术是实现建筑设计的“适用、安全和经济”目标的有效途径。

二、 建筑结构设计与各方面之间的关系 1. 结构设计与用地的关系

多层或高层住宅建筑中，总建筑面积是各层建筑面积的总和，层数越多，单位建筑面积所分摊的房屋占地面积就越少。但随着建筑层数的增加，房屋的总高度也增加，房屋之间的间距也必须增大。因此，用地的节约量并不随建筑层数的增加而按同一比例递增。 2.结构设计与造价的关系

建筑层数对单位建筑面积造价有直接影响，但影响程度对各分部结构却是不同的。屋盖部分，不管层数多少，都共用一个屋盖，并不因层数增加而使屋盖的投资增加。因此，屋盖部分的单位面积造价随层数增加而明显下降。基础部分，各层共用基础，随着层数增加，基础结构的荷载加大，必须加大基础的承载力，虽然基础部分的单位面积造价随层数增加而有所降低，但不如屋盖那样显著。承重结构，如墙、柱、梁等，随层数增加而要增强承载能力和抗震能力，这些分部结构的单位建筑造价将有所提高。 3 .高层建筑结构设计与经济性的关系

住宅的层高直接影响住宅的造价，因为层高增加，墙体面积和柱体积增加，并增加结构的自重，会增加基础和柱的承载力，并使水卫和电气的管线加长。降低层高，可节省材料、节约能源，有利于抗震，节省造价。同时，除降低层高可以减少住宅建筑总高度，缩小建筑之间的日照距离，所以降低层高能也取得节约用地的效果。 在相同建筑面积时，住宅建筑平面形状不同，住宅的外墙周长系数也不相同。显然平面形状越接近方形或圆形，外墙周长系数越小，外墙砌体、基础、内外表面装修等也随之减少，并且受力性能好，造价会降低。考虑到住宅的使用功能和方便性，通常单体住宅建筑的平面形状多为矩

三、建筑结构设计优化方法 与现实意义

1.从建筑上分析结构设计优化方法，它主要体现在房屋工程分部结构的优化设计和房屋工程结构总体的优化设计量方面。 房屋工程分部结构优化设计包括：基础结构方案的优化设计、屋盖系统方案的优化设计、围护结构方案的优化设计和结构细部设计的优化设计。对以上几个方面的优化设计还包括选型、布置、受力分析、造价分析等内容，在实施过程中，还应该按照一切从实际出发的原则，结合具体工程的实际情况，围绕房屋建筑的综合经济效益的目标进行结构优化设计。进行结构设计时，应在满足设计意图后，尽量使平面布置规则，缩小刚度和质量中心的差异，这样水平荷载就不会使建筑物有太大的扭转作用。竖直方向上应避开使用转换层，减少应力集中现象。 2.结构优化设计模型 结构设计优化就是在各种影响变量中选择主要参数，并建立函数模型，运用科学合理的方法得出最优解。结构总体的优化建立模型的大致步骤如下：一是设计变量的合理选择。通常的设计变量选择对设计要求影响较大的参数，将所涉及的参数按照各自的重要性区分，将对变化影响不大的参数定为预定参数，通过这种方法可减少很多计算编程的工作量。目标函数的确定。使用函数找出满足既定条件的最优解。最后，约束条件的确定。房屋结构可靠度优化设计的约束条件，包括了应力约束、裂缝宽度约束、结构强度约束、尺寸约束、从正常时的极限状态下弹性约束到终极状态的弹塑性约束、从可靠指标约束到确定性约束条件等。设计中，要保证各约束条件必须符合现行规范的要求。 3.结构优化计算方案 结构设计优化设计多个变量、多个约束条件，属于一个非线性的优化问题，设定计算方案时，常将有约束条件转变为无约束条件来计算。常用的方法有拉氏乘子法、符合型法、Powell等。完成计算方案的设定后只需编制相应适用的运算程序即可得到我们的最终优化结果。

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。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%。

结构设计优化篇3

【关键词】工业建筑；结构设计；优化方法

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。目前，在工业建筑优化设计的过程之中，依据各类建筑，其优化需求目标基本上可以分成两类：（1）传统概念之上的建筑结构设计与优化，其主要就是针对成本结构来进行优化设计，在最大限度之上来充分的保障设计的质量以及结构设计的科学合理性，最终于现代社会低碳环保的各项要求相符。（2）主要就是利用建筑结构的设计优化来满足企业工业生产的各项目标，达到建筑整体而结构的布局及设备置放的部位、分析与处理施工流程之中的各项数据，来最大程度之上加大工业生产作业的效率，提升企业的市场竞争力。

1.2工业建筑结构设计优化中的常见问题。在目前建筑结构设计优化设计的施工经验之中来进行分析，一般问题都是出现在优化之中。现如今，应用钢结构的范围逐渐的加大，这对于概念性设计与空间美学产生了较大的影响。此外，大部分工业建筑结构设计优化之中，设计人员对于整个结构规划布局缺乏一个全面化的认识，最终相应的也就引发了优化效果不显著情况的出现以及大部分企业对工业建筑结构设计优化不认可。

2工业建筑设计优化

2.1建筑结构优化的注意事项。现如今，在进行建筑结构设计的时候，我们国家大多建筑师基本上都不会参前期方案的设计，针对结构可行性与合理性来进行分析，在后期工程建设与方案设计相应的也就加大了难度，当然这也就需要增加对于工程的投入及应用。在工程结构设计前期就得要及时的引入结构优化的设计理念，这样一来不仅仅可以统筹兼顾来分析出工程优化设计的各项需求，而且还可以缩减企业资金的投入量，那么就可以在工程的初期进行合理的控制。

2.2建立完善的工业建筑结构优化体系。在工业建筑结构优化设计的过程之中，因为各个工业建筑结构的设计缺失统一的指导方案，那么就会使得建筑内部结构优化无法满足工业建筑结构的各项要求。所以在进行优化设计之前，首先要做的就是得完成的管理体系建立起来，利用管理体系以及工业建筑结构优化设计之中出现的各项问题来进行分析，并及时的制定出来行之有效的措施来解决，逐渐的工作的内容完善起来，最终在最大限度之上来充分的满足工业建筑结构优化设计质量管理的目的，加大工业建筑结构优化设计质量及其后期正式应用的使用效率。

2.3建立工业建筑结构设计优化模型。为了进一步科学、合理化的实现工业建筑结构优化设计的工作可以有条不紊的进行，在真是开展优化工作之前，要将结构优化设计模型建立起来，在众多变量参数之中选择出来其中的重要参数，逐步将函数模型建立起来，最终实现最佳的优化方案。

2.4吊车水平载荷。大部分工厂的生产均要利用吊车来进行输送体积偏大的获取，吊车荷载主要可以分为水平与竖直。SAP2000在结构分析之中可以将吊车的水平荷载利用等效静载负荷的方式来加到排架桩之上，另外竖直荷载主要就是利用移动式的静载负荷来进行施加的。

2.5电厂煤斗。煤斗是一种大型设备，其主要特征表现在：高度高以及体积大，并且有水平地震的重要性。针对支承构建而产生附加的扭矩以及弯矩，那么就得要利用相应的计算来进行补偿附加的内力。其主要步骤为：首先在设备的重心位置加设相应的支承结构，将附加的内力进行缩减；其次则是在与支承梁杆的轴心位置垂直的部位加设梁结构，使得支承梁的扭矩转变成为作用在梁上的弯矩；再者就是这个时候梁的抗弯能力十分的强，最终转移危险；最后则是支承结构抗扭配筋在不断的强化，楼板强度也随即加强。

2.6磨煤机隔振。对于火电厂而言，其发电过程之中始终无法离开煤炭，那么其中的关键工具就是磨煤机。振动的程度也会在很大程度之上影响到其他设备，特别是配电装置以及发电机组所处的控室。为了可以有效的避免这些问题的出现，那么弹性支承系统也因此而出现。（1）应用了弹簧振系统之后，磨煤机基础台座的重量约为一般基础快的二分之一。由于将之前的占地空间缩减，这对于工艺布置而言十分的有利。（2）应用了弹簧隔振系统之后，降低了磨煤机振动的频率，另外最为关键的就是有效的降低了磨煤机对于周边厂房及人员的影响。（3）因为磨煤机基础台座和锅炉厂房结构之间出现分离的现象，磨煤机基础施工的灵活性偏大。磨煤机基础施工的进行交叉是的施工，可以有效的缩减施工周期。（4）调平磨煤机，基础沉降可以通过弹性弹簧隔振器来进行相应的调整。（5）应用弹簧隔振系统之后，磨煤机自身受到荷载影响偏小，减小了磨煤机磨损的程度，使得磨煤机的运行可靠性进一步的提升。另外还可以有效的延长磨煤机的使用寿命，加大磨煤机大修的周期。（6）和一般基础相比之下，在应用弹簧隔振系统之后，磨煤机基础的振动具备可控制性，最为关键的就是传递到基础下荷载量减小了，所以可以适当的缩减地基基础处理的资金。综上所述，工业建筑结构设计是一项较为繁杂的工作，那么需要考虑各个方面的因素，从选择原材料到工程设计以及设计优化等等各个部分，依据工业建筑结构的特征来来具体的进行操作。逐渐的优化设计方案，在最大限度之上设计出来经济合理的方案。

参考文献

结构设计优化篇4

关键词：建筑结构，优化，设计，措施

中图分类号：S611文献标识码：A 文章编号：

城市的高层建筑越来越多，在进行高层建筑的设计时，要考虑多方面因素，比如建筑结构要有足够的强度，要有适宜的刚度，建筑结构有合理的自振频率等。另外，为了避免大震下高层建筑倒塌，在进行建筑结构的优化时要保证建筑结构的强度够硬，这是一个前提条件。因此，在建筑结构的优化过程中，要对各方面因素综合考虑，才能设计出符合人们要求的建筑产品。

一、建筑结构概述

在进行建筑结构设计时，要进行内力、位移等多方面计算，计算的过程也要从不同的角度进行，以保证最大限度地获取准确的数据。对建筑结构进行分析时，可以从以下几个方面进行。

（一）建筑结构的材料分析

从线弹性的角度对建筑结构进行分析时，一般假定内力和位移的量，想象结构与具体的构件在弹性工作形势下，具体分析的过程则根据弹性理论进行研究。弹塑性的析方法一般用在计算地震环境下的建筑结构的薄弱层变形时。

（二）刚性楼板分析

在对高层建筑的内力与位移进行计算时，通常都假定楼板对自身的平面有无限的刚性，由于平面的外刚度极小，可以将其排除。假定楼板结构为刚性时，在进行建筑结构的设计时就要运用相关的措施以保证楼板平面的整体刚度。

另外，还可以通过计算图形对高层建筑的结构体系进行分析，分析时的计算图形主要有三种，即一维、二维协同分析以及三维空间分析。

二、如何进行建筑结构的优化设计

为了保证现代化的建筑能不断满足人们对建筑物的要求，同时提高建筑物的稳定性、安全性和可利用性。可以从以下几个方面优化建筑结构。

（一）优化基础拉梁设计

这种优化设计主要针对多层框架的房屋，当这类房屋的基础埋得比较深时，可以在一定范围内对基础拉梁的位置进行设置以达到最优状态，宜于按照框架梁的结构进行整体设计，并且按照规定来设置箍筋加密区。但针对建筑物的抗震特性来说，应该采用短柱基础。一般来说，当独立的基础埋置不深时，可以根据抗震的要求，在两个主轴的方向沿线上设置基础拉梁。基础拉梁的尺寸也有一定的要求，一般横截面宽度是柱中心距的三十分之一至二十分之一左右，基础拉梁的高度取柱中心距的十五分之一内。基础拉梁的顶标高通常要与基础的顶标高相同，当基础拉梁的框架底层不算太高或者基础埋得不是太深时，也可以把基础拉梁的面积设计得比较大，以便用基础拉梁平衡柱底的弯矩。

（二）优化框架梁、柱箍筋的间距

不同抗震等级的框架梁和柱箍筋有不同的特性，比如其加密区的最大箍筋间距和最小箍筋直径，这些参数都有明确的规定。根据相关规定，在进行工程设计时，常常将框架梁、柱箍筋的加密区最大间距设置为100毫米，非加密区的箍筋最大间距为200毫米。利用计算机程序进行模拟时将框架梁和柱箍筋的加密区间距也设置成为100毫米，并且计算出加密区的箍筋面积。但是在某些情况下，也有可能会因为非加密区采用200毫米的箍筋间距而导致配箍不足。因此，在实际建设过程中我们也应该适当地增加箍筋的直径或者将箍筋间距的加密。

（三）优化独立基础设计荷载的取值

现代化的建筑物中，钢筋混凝土结构的房屋越来越多，而钢筋混凝土多层框架的房屋则大多采用柱下独立的基础形式。当房屋地基的受力范围内没有软弱的粘性土层时，总层数在八层以内而且高度在25米以下的民用框架房屋可以不用进行验算地基基础的抗震承载能力，但在实际的设计过程中应该考虑风荷载的影响。在对以钢筋混凝土为原料的多层框架房屋进行整体的计算分析时，必须要考虑到风荷载的影响，不能因为风荷载的影响不明显就忽略掉这一部分。另外，在设计独立的建筑结构基础时，在设计外荷载的柱脚内力值时，只取轴力设计值或者只取轴力与弯矩设计值，都会导致建筑物的基础尺寸偏小，会影响基础结构以及整个建筑结构的安全。

（四）优化地下室层数

地下室也是建筑物不可或缺的一个部分，对地下室的结构进行优化，有助于提升空间的利用价值。由于地下室的隔墙比较少，因此在设计过程中基础形式常采用筏板式。在利用计算机对这一部分进行设计时，应该同时输入地下室的层数和上部结构，这样可以一次性计算出地基以及基础底板的竖向荷载。同时可以利用现有的数据对层间侧移刚度比进行分析，通过分析比较的结果，可以正确地判断、调整房屋的具体嵌固位置，并且采取相应的措施来提高建筑结构的抗震能力。如果在对建筑结构的整体计算过程中，输入的地下室层数比实际的层数要少，会导致在发生地震灾害时底层的柱底部位会因为抗震能力降低而受到破坏。

（五）优化建筑结构计算中几个参数参数

利用计算机进行信息化处理，能较快捷地得到相应的计算结果，但对计算出的结果不能盲目使用，应该经过认真的分析判断以保证其合理准确，才能将各种参数应用于建筑的过程设计中。一般说来，利用计算机进行计算的参数有建筑结构的自振周期、楼层的侧向刚度比、柱底内力设计值、楼层地震剪力系数、墙和柱的轴压比等。众多的数据参数都是进行建筑结构设计的依据，因此，参数的准确性也影响了建筑设计的安全稳定性。为了通过分析来判断计算机计算出的结果是否合理，在进行相应参数的计算时，一方面要保证有合理的结构方案，准确可行的结构计算简图，另一方面要根据建筑结构的具体特征，正确地填写相应的场地类别，而且对于总信息中的各种参数要进行合理的选取。在应用这些参数时，要按照相关程序来进行设置，以便设计的结构更加合理可行。

结语

现代化的进程逐步加快，人们的生活脚步也越来越快，也加快了城市建设的进度。建筑物越来越多，导致建筑物的发展方向向高层化，但是高层建筑具有自身的特点，无论是建筑物的形式、建筑原材料还是具体的力学分析模型都逐渐复杂，多元化。加强建筑结构的优化设计是建筑过程中必不可少的一步。通过不断优化建筑结构，才能让建筑物满足经济科学且人性的要求。

参考文献

[1] 韩科峰.浅析高层建筑结构优化设计[J].中国科技财富，2011（02）：798

[2] 何飞平.浅析建筑工程中建筑结构优化设计[J].知识经济，2011（11）:35

结构设计优化篇5

1．1煤仓间框架结构形式和梁柱截面尺寸的优化

电厂煤仓间框架结构轴线尺寸为81m×19．4m×54．55m(长×宽×高)，共9榀框架。截止目前尚无百万机组荷载的明确规定，也无相同机组的设计经历，因而在初始阶段只能依据60万机组设计经验、收口资料和工艺大荷载进行框架结构形式的布置和梁柱截面的确定，并初步拟定了两个方案，方案一和方案二框架剖面图见图1。两个方案整体布置相近，其主要区别在于根据两方案的结构布置特点调整了内部框架柱的高度和框架梁、柱截面。其中方案一内部框架柱顶标高为29．5m煤斗层，方案二内部框架柱顶标高为38．0m煤斗止晃层，并且柱截面在17m，29．5m进行两次变截面，由方案一的1000×1200修改为1000×1000，1000×800，煤斗止晃层框架梁截面由方案一的600×2000缩减为500×1500，方案二其余各层梁截面高度较方案一也均有所降低。经过模型计算和比较，最终选择方案二为本工程煤仓间框架的结构设计方案。选择方案二，主要有以下原因:1)由于煤仓间在38．0m层是个煤斗止晃层，煤斗止晃层需要承受煤斗产生的水平晃动荷载和地震水平作用，而在方案一中，这部分荷载完全依赖于本层的框架梁来承担，导致本层梁和框架结构受力不利;2)方案二在解决煤斗止晃层荷载传递不利的同时还降低本层框架梁的截面高度，有效增加了主厂房的净空，避免了“胖柱肥梁”现象。

1．2框架结构配筋优化

煤仓间框架结构形式和梁柱截面确定后，进一步从煤仓间框架的材料选择、荷载取值、计算系数和细部构造等方面对煤仓间框架配筋进行了优化。1)材料选择。提高材料强度一方面可有效降低材料用量，减少结构自重;另一方面也可降低梁柱板尺寸，有效增加主厂房净空。具体措施有:a．无特殊要求的填充墙全部采用轻质材料;b．煤仓间框架结构混凝土等级由原来的C30提高为C45;c．受力钢筋由原来的HPB235，HRB335级提高为HRB400级。2)荷载取值。煤仓间框架结构计算的荷载取值，严格遵循《火力发电厂土建结构设计技术规程》(以下简称《土规》)和《火力发电厂主厂房荷载设计技术规程》(以下简称《荷载规程》)要求，并对相关规定进行了细化。a．楼(屋)面活荷载按《土规》要求进行了折减，楼层活荷载分区布置，避免在荷载布置时只取最大荷载布置而造成的荷载放大;b．折减后不小于4kN/m2楼(屋)面活荷载分项系数取为1．3;c．管道荷载乘0．9折减系数;d．主厂房屋面不考虑积灰荷载和雪荷载;e．楼(屋)面活荷载各组合值系数按《荷载规程》表7．0．4取值，设备、管道荷载各组合值系数按《荷载规程》6．6条取值，风荷载各组合值系数按《荷载规程》9．1．3条取值。3)模型计算分析中各项系数的取值。在模型计算中，有很多参数对计算结果的影响较大，在满足规范要求前提下，通过对某些关键参数的调整，可在一定程度上降低配筋的计算量，为梁柱结构配筋的优化提供依据。a．内力计算的相关参数按实际取值，如梁端负弯矩调幅系数取0．8，梁活荷载内力放大系数取1．0等;b．梁柱截面和配筋均不进行归并，主筋选筋库中钢筋直径全选，配筋放大系数取1．05，若需调整可在梁柱施工图中人工选择;c．梁柱受力钢筋的直径尽量取两种;d．箍筋、架立筋、腰筋等构造钢筋，不人为提高直径和数量。4)细部构造设计及措施。a．增加主筋和箍筋直径类别，按计算配筋面积配置，受力主筋采用两种直径钢筋以最接近计算面积的方式搭配使用，避免了因钢筋归并造成的钢筋面积加大的现象;b．按照规范要求设置附加吊筋，不任意加大吊筋直径和根数;c．改变箍筋设置形式，部分梁柱复合封闭套箍筋改为拉结筋;d．框架结构受力钢筋采用机械接头以减少钢筋搭接长度。实施以上措施，设计工作量会增加很多，设计人员需要不厌其烦地计算调整再计算再调整，框架梁柱截面的配筋形式和钢筋类型也会更复杂多样。优化前后煤仓间主框架配筋对比详见表1。根据表中统计结果，经过优化，煤仓间横向框架钢筋体积含量减少了45．39kg/m3，钢筋用量降低了近20%。

2结论及建议

结构设计优化篇6

1.1基于拉格朗日方程的刚柔耦合动力学建模在对硅片传输机器人动力学模型过程中，需要对实际机器人进行如下合理的假设：①将硅片传输机器人手臂等效为均质杆，将关节质量等效为集中质量；②将同步带以及谐波减速器等效为无质量线性弹簧，系统阻尼采用比例阻尼进行简化。经过上述假设后，硅片传输机器人手臂可由如图2所示的简化模型表示。硅片传输机器人手臂简化模型中各物理量参数定义及其数值见表1。1.2硅片传输机器人动态特性分析柔性系统一般有多阶固有频率以及模态，但并非所有阶固有频率和模态会对末端轨迹精度造成影响。为了有效地选取优化变量，首先应先对柔性系统进行固有频率及模态等动态特性分析，从中寻找对末端轨迹精度有影响的模态以及对应的固有频率阶数，从而将优化重点放在为对末端轨迹精度影响较大的固有频率阶数上。由于固有频率为系统的固有属性，因此将硅片传输机器人手臂的刚柔耦合动力学模型写为式(2)的形式进行模态分析根据模态分析理论，柔性系统固有频率以及模态振型可由式(3)求得，其中ω为固有频率，A为模态振型矢量硅片传输机器人手臂柔性关节系统的质量阵为时变矩阵，因此其固有频率会随着末端的位置变化而变化。采用表1的系统参数进行仿真得到硅片传输机器人手臂固有频率特性如图3所示。由图3中可以看出机械臂的固有频率随末端点位置变化而变化。选取末端点位置最远点进行模态分析，分析结果如图4所示。由模态分析结果可以看出，系统的第三阶模态各个关节角的振幅比例约为1:–2:1。根据硅片传输机器人手臂的结构原理，大臂、小臂以及末端手的关节角度按照1:–2:1运动时，末端点的运动轨迹为一条直线，故三阶振动状态对末端轨迹的直线度并不造成影响。因此，对于硅片传输机器人手臂进行优化设计时，只需要重点考虑一阶与二阶的振动，以提高系统一阶与二阶固有频率为主要目标。

2手臂结构优化变量确定

如何在可优化变量中找到对固有频率影响最大的设计变量通常需要进行灵敏度分析。当优化参数以一很小值变化时，将此时固有频率的变化量作为该结构参数对固有频率的灵敏度。通常固有频率对结构设计参数的灵敏度可由式(4)表示式(4)的前提条件为设计变量bj的修改量必须很小。而在实际应用中，对不同设计变量改变同样数值时的难易程度并不相同，而对优化变量改变同样百分比的数值的难易程度基本一致。例如硅片传输机器人柔性关节刚度数值相对较大，而手臂质量较小，如果同样采取0.1为改变量时，刚度修改比质量修改更容易。因此，本文提出固有频率权值的概念，并以权值作为优化参数的选择依据。2.1权值概念在结构优化设计中，固有频率一般为多个优化设计变量的隐函数，可将固有频率按式(6)进行展开，其中偏导数项即为固有频率的灵敏度，而权值向量则表示所有变量对固有频率数值“贡献”的比例。优化变量的权值越大说明该变量对固有频率的影响越大。2.2优化参数确定根据上述理论，分别对硅片传输机器人手臂的优化参数进行灵敏度分析与权值分析。结构参数对一阶固有频率的灵敏度分析结果如图5所示，结构参数对一阶固有频率的权值分析结果如图6所示；结构参数对二阶固有频率的灵敏度分析结果如图7所示，结构参数对二阶固有频率的权值分析结果如图8所示。从仿真结果中可以看出：当采用灵敏度作为选择依据时，关节处的等效惯量灵敏度最高，而其余参数均较小，当采用权值作为选择依据时，手臂质量、杆长以及柔性环节刚度对固有频率影响较大，显然采取权值作为判断依据更符合实际情况。其中权值为正表示参数增大时固有频率提升，权值为负表示参数减小时固有频率提升。分析结果表明：对一阶固有频率的权值较大的变量为：腕关节集中质量、末端手臂质量、小臂与末端手长度以及同步带的刚度；对二阶固有频率的权值较大的变量为：腕关节质量、小臂质量、末端手臂质量、小臂与末端手长度以及同步带刚度。本文只重点考虑质量的优化，且腕关节集中质量主要为轴承等标准件，无法进行优化。因此，最终的优化变量确定为：小臂质量与末端手臂质量。同时注意到大臂的质量对一阶与二阶固有频率均无影响，必要时可以考虑增加大臂的质量来增加竖直方向上的刚度。

3手臂结构优化设计

根据上述分析结果，最终选取硅片传输机器人小臂质量与末端手臂的质量作为优化参数，减小质量参数有助于固有频率的提高。然而大幅度的减小手臂的质量必然造成手臂在竖直方向上的刚度降低，从而使悬臂结构在竖直方向上的静态变形增大以及在竖直方向上的振动的加剧。因此在减小手臂质量的同时，需要考虑对竖直方向上变形的影响。3.1优化方法及约束方程推导将硅片传输机器人小臂与末端臂简化为图9所示的等截面空心梁。其中H与W为空间尺寸约束条件，通常为常数；h1、h2、h3为手臂厚度变量；L为手臂长度。OYZ为截面坐标系，YC为截面弯曲中性轴。硅片传输机器人小臂与末端臂的受力均可等效为图10所示的形式。图10中p为手臂自身重力引起的均布载荷，Fe为等效力，Me为等效转矩。则手臂末端的挠度、由于硅片传输机器人手臂为串联结构，故式(8)中的等效力与等效力矩均参数均与该手臂所承载的后端的手臂的质量以及长度参数有关。因此，在进行硅片传输机器人手臂结构优化设计时需要从末端手臂开始设计，随后再设计小臂。3.2末端手臂优化设计在硅片传输机器人末端手臂设计时，末端手臂所承受的等效力与等效转矩由末端手与负载的参数决定。通常末端手与负载的参数为常数，且末端手等效载荷以及尺寸约束参数数值如表2所示。仿真结果表明：末端总变形随末端手臂上壁厚度的增加而增加，但当上壁厚度大于2mm后末端总变形基本不变；侧壁的厚度对末端总变形的影响较小，基本可以忽略；末端总变形随着末端手臂下盖厚度增加而增加，但当下盖厚度大于1mm之后，总变形增加的较为缓慢。因此，末端手臂厚度尺寸最终确定为：上壁厚度2mm、侧壁厚度1.5mm、下盖厚度1.5mm。3.3小臂结构优化设计末端手臂优化完成后，小臂的等效力与等效转矩参数即可以确定。小臂受力及约束尺寸参数数值如表3所示。仿真结果表明：末端总变形随小臂上壁厚度的增加而增加，但当上壁厚度大于2mm后末端总变形基本不变；侧壁的厚度对末端总变形的影响较小，基本可以忽略；末端总变形随着小臂下盖厚度增加而增加，但当下盖厚度大于1mm之后，总变形增加的较为缓慢。因此，小臂厚度尺寸最终确定为：上壁厚度2.5mm、侧壁厚度2mm、下盖厚度1.5mm。

4优化前后性能及参数对比

优化前后的小臂与末端手臂的三维模型如图17所示(手臂的下端盖未显示)。优化前后手臂质量以及硅片传输机器人手臂系统的固有频率数值对比关系如表4所示优化前后硅片传输机器人手臂系统由悬臂引起的竖直方向上的静变形、静应力以及竖直方向上的振动频率如图18～23所示。由表5与表6可以看出：优化前后末端手臂质量降低了50%，小臂质量降低了18.8%；一阶固有频率平均值与二阶固有频率平均值均提高了10%；竖直方向上最大静态变形量降低了52.3%；系统最大应力降低了58.3%；竖直方向上的振动频率提高了45.2%。

5结论

结构设计优化篇7

关键词：高层建筑，设计 ，转换层

1高层建筑结构体系选型的影响因素

高层建筑是个单体，可统计性差、影响因素多，并且多个影响因素之间往往相互制约，从信息角度讲：它的不确定以及不确知的信息多，同时其综合性也很强。高层建筑的结构方案不仅仅取决于力学分析，且应该综合考虑到环境、经济、安全、适用性等综合因素，决策于分复杂。我们只能考虑其中主要因素，忽略次要因素的影响；注意各影响因素可能具有的层次性，不同因素之间存在的连续性，以及这些影响因素综合起来对整个结构选型有具有一定的模糊性。

对于千差万别的建筑方案除了考虑美学因素以外，影响高层建筑结构选型的主要因素可以简要的归纳为：

1）环境条件：主要包括建筑抗震设防烈度、建设场地类别、基本风压以及基本雪压等自然环境因素。

2）建筑方案特征：主要包括方案建筑的高度和层数、高宽比、长宽比以及建筑体型。每一种结构形式都有其各自的特点以及适用性，考虑到经济的原因也就有了各自的适用高度。我国的《抗震规范》以及《高规》均给出了每一种常见建筑结构体系的适用高度。

3）建筑功能要求：结构是为建筑服务的，所以结构的布置必须满足建筑功能的要求。建筑的功能基本上分为住宅、办公楼、旅馆和综合楼，某种功能的建筑可能只有某几种结构形式与之相配。例如高层住宅，由于其使用空间较小，分隔墙体较多，各层的平面布置基本相同，通常比较适合采用剪力墙或框架一剪力墙结构。

4）建筑材料：建筑材料对建筑的影响是非常大的，可以说是至关重要。每一次建筑高度的突破，都伴随着建筑材料的革新。在多层建筑中，水平荷载处于次要地位，结构的荷载主要是竖向荷载。由于楼层少，高度低，对材料的强度要求不高，因此结构选型比较灵活，受制约条件较少。且高层建筑由于楼层多，竖向荷载大，并且在水平荷载作用下，竖向构件中会产生很大的附加轴力和水平剪力。为了满足结构强度的要求，就不得不加大构件的断面尺寸；且建筑功能要求结构构件所占面积尽可能小，这就要求结构材料应具有较高的强度，对于有抗震设防要求的建筑还应具有良好的延性，使得自身荷重大的结构体系的应用受到很大的限制。对于大多数的高层建筑以及超高层建筑，最优考虑的结构形式还是结构自身重量小、强度高的钢结构、钢一混凝土组合结构或者劲性混凝土结构。所以，结构材料应具有轻质、高强、延性好等性质，是高层建筑结构选型的基本要素之一。

2高层建筑结构体系优化

如上文所说，每一种结构体系都有其适用的经济高度，对于同一栋高层建筑，往往可以有不同的结构体系可以选择。到底选择那一种结构体系比较经济合理，这就牵扯到结构体系优化的问题。

在钢筋混凝土以及钢结构的设计中，有一些基本的原则能够改善结构的受力性能，提高结构的抗震能力，且不需要明显地增大建筑成本。

1）增加抗弯结构体系的有效宽度，以调整结构的抗侧刚度。这样做，是非常直接的，也是非常有效的。增加宽度可以直接增大抵抗力臂，从而减小抗倾覆力，从材料力学的基本知识可以知道，同样面积、不同形状，可以获得不同的其几何特征。例如：相等面积的条件下，工字形截面的截面惯性矩要大于矩形截面，而矩形截面又要大于圆形截面。根据这个原理，不难理解加大宽度以后，整个结构的抗侧刚度得到很大提高。在其它条件不变的前提下，侧移将按宽度增加的二次方的比例减小。当然，必须考虑“剪力滞后”的不利影响，结构体系中竖向构件的水平连接应具有足够的刚性，才能真正达到上述效果。

2）设计结构分体系时，应使其构件以最有效的方式相互作用。例如，采用具有有效受力状态的弦杆和斜杆的柑架体系；在钢筋混凝土抗震墙内配置交叉钢筋，以增强其抗剪能力；调整构件刚度，使框架的刚度比达到最优以取得良好的受力效果。

3）增大最有效承受荷载构件的面积，充分发挥材料的自身强度，是结构工程师应该时刻考虑的问题以及应该具有的基本结构概念。例如，增大较低楼层框架柱和框架梁的截面高度或受压翼缘面积，就能够直接增大结构的抗侧刚度，有效减小侧向位移，从而改善结构的抗震性能。

4）水平作用的传递主要是依靠楼板，并巨目前几乎所有的结构分析理论所采用的基本假定都是楼板水平刚度无限大。故此，每一层楼盖应该具有足够的刚度和连续性，以起到水平隔板的作用，使各抵抗外力的构件能够协同工作成为整体，且非各自独立。

5）设置多道设防体系。目前，世界工程抗震的主要思想基本上是一致的：“小震不坏，中震可修，大震不倒”。由于地震作用具有不确定性，防止在罕遇烈度时建筑物发生倒塌，多道抗震防线概念对于实现这一目标是有效的，从且可以保障人民生命的安全。

3高层建筑转换层问题

许多转换层结构的转换层位置都比较高，一般做到3 -6层，有的工程达到了7-10层甚至更高，设计的基本方法基本上同底层框支剪力墙一样。《高规》[5]第10.2.2条明确规定：“底部大空间部分框支剪力墙高层建筑结构在地面以上的大空间层数，8度时不应超过3层，7度时不应超过5层，6度时其层数可适当增加”。 并且研究转换层对建筑结构各方面的影响成为高层设计中的重点。

1）转换层设置高度对框支剪力墙结构刚度突变的影响

针对同一结构，变化其转换层设置的高度，进行分析比较以后发现结构设计沿用底层框支剪力墙抗震设计概念，仅仅控制上部剪力墙结构与下部框支剪力墙结构的层剪切刚度比，当转换层比较低时，基本上可以控制转换层附近楼层层间位移角不发生突变；然且随着转换层设置高度的增加，柔性的框架在整个结构中所占的比重在逐渐加大，因此结构的整体刚度会随转换层设置高度的增加而被削弱。仅仅控制层剪切刚度比是远远不够的，还需要控制转换层下部框支结构的等效刚度。控制的目的是为了使转换层上下部分结构的变形特征以及刚度接近，从总体上看结构连续，以避免转换层附近刚度突变，即使结构能够等效于同样高度的非转换结构。

2）转换层设置高度对框支剪力墙结构内力以及传力途径变化的影响

转换层设置高度不同对倾覆力矩的分配和传递并未造成明显的突变，这主要是因为在转换层下部是以剪力墙为主的框架一剪力墙结构，落地剪力墙所承担的地震倾覆力矩由转换层往下传递较快，且支承框架的倾覆力矩递增量较小，转换构件处框支剪力墙的大量剪力通过楼板传递给落地剪力墙，所以，转换层高度的改变不会造成楼层倾覆弯矩的分配和传递途径的突变，但是倾覆弯矩曲线会发生一定的转折。

3）转换层设置越高，框支剪力墙结构越容易形成底部薄弱层

对于底层框支剪力墙结构体系来说，保证底层结构的刚度和强度，使结构在遭遇地震作用时，屈服发生在转换层以上的剪力墙结构中，底层结构不屈服，允许少数构件开裂。拟动力试验结果表明，此概念对于7度和8度抗震设防的底层框支结构来讲是合理的。

1叶献国.建筑结构选型概论.武汉：武汉理工大学出版社，2003.

结构设计优化篇8

关键词：建筑结构设计；优化方法；房屋结构设计；应用

中图分类号：TU318文献标识码： A

一、建筑结构设计优化的重要性

在房屋结构的设计中，采用合理的建筑结构方案，不仅能够实现建筑物的实际使用价值，而且还能够很好地实现建筑物的经济价值和环保价值。通俗的讲，好的结构方案不仅可以在最大程度上为建设单位减少资本投入，带来更多的经济效益，而且还可以科学有效地保护建筑施工场地的生态环境，从而实现建筑经济利益与环境保护相结合的模式。因此，合理地使用建筑结构优化技术能够更好地实现建筑的综合效益。建设单位从事建筑开发的基本原则就是在最大程度的减少资本投入、减少建筑材料使用的基础上，实现建筑的高质量和长期使用【1】。建筑只有在保证良好质量和长期使用的前提下才能够实现建筑美观、耐用、新颖等特点，从而满足不同人群的需要。与传统的建筑结构设计方案相比，建筑结构设计的优化可以有效地降低建筑结构成本投入。其采用的结构设计优化措施可以科学地实现建筑施工过程中各种资源的合理配置，以及各项建筑材料的充分利用，并且更好地协调建筑空间布局，使得建筑空间布局能够有效的结合，共同发挥其使用功能。因此，合理的利用建筑结构优化技术，在确保建筑安全性能的前提下能够充分的体现出建筑结构创新性。此外，这种技术还能够帮助结构设计人员选择最为合理的设计方式。

二、建筑结构设计优化的理论体现

在进行建筑结构设计时，我们不仅需要考虑其安全性、可靠性以及基本功能的健全性，还需要考虑建筑本身的美感与艺术感，这就是结构设计优化的相应体现。从理论上对建筑结构设计的相关优化方式进行分析，我们可知，建筑结构的的设计优化方式在现实应用中，主要体现在建筑结构整体的优化和建筑结构分层的优化上。对于建筑结构整体的优化，我们不仅应尽量减少结构质量中心和结构刚度中心的相关性差异，而且还应保持建筑结构的对称性和规则性，但是这些结构设计的理念同时应满足建筑设计师的设计要求。对于建筑结构分层的优化，在满足建筑本身功能的前提下，竖直方向应尽量让同一方向的竖向承重构件达到上下相通，而且为了减小在结构设计上的难度，宜尽量避免转换层结构的使用。在竖直方向的设计还应充分考虑刚度的相关要求，刚度的变化应保持均匀性而不是突变性，否则一旦出现刚度的突变会严重影响建筑结构在抵抗水平方向上的荷载作用性能。

三、建筑结构设计优化的方法

1、优化结构设计模型

建筑结构的优化可以分为以下几个阶段:

1.1 对变量的选择。一般情况下，建筑师决定的最终建筑设计方案起到重要的作用，这些重要的建筑数值均可以作为变量供建筑设计人员进行选择。例如:工程参数的参考，包括对房屋价格的参考、对于其损失的参考等等。设计人员若能够将变化幅度较小或考虑因素较少的参数作为设计的参考，建筑结构的设计和编程难度将会大大降低，设计人员也能够更快的找到最符合设计目标的数据【2】。

1.2 对函数的确定。设计人员要选择出最符合配筋率和房屋结构构件尺寸的一组函数，进而在最大程度上降低建设成本。

1.3 对施工条件的衡量。想要进一步确保建筑结构的稳定性，就需要从房屋的受力限度、变形限度、结构的稳定性、房屋结构构件的尺寸、结构构件裂缝的限度、房屋的结构体系等方面考虑。在实际的建筑结构设计过程中，设计师应该结合建筑使用方案和房屋的施工条件，分析出实际设计中存在的约束性条件，并且要确保解决这些约束性条件的方案要符合我国现行的规范规定，以保证建筑结构的设计结果达到最优。

2、科学设定优化设计的相关方案及应用程序

首先，依据可靠度而开始进行房屋结构设计的优化通常都具有很多约束条件，有时会遇到非线性的相关优化问题。所以在相应的计算中，会进行相应的转换，将有约束的优化转化成无约束的优化，而相关的计算、方式有拉式乘子法、powell 法等。其次，依据可靠度而开始进行房屋结构设计的优化基本模型，以及在设计时运用的相应的计算方式，为了可以更好地实现其效果，能够将这些编纂成一个运算速度较快而且功能全面的综合性、科学性的应用程序。这样能使整个优化设计更加全面地、有效率地进行实施。

3、对统计结论进行分析

设计人员在进行了各种计算之后，要对统计结果进行认真的分析，并且找出各个设计方案中不同点和相同点，并且结合总体的设计情况和进展选择最佳的设计方案。设计人员在进行结论分析的时候，要注意不要遗漏一些细节问题。房屋的建设与设计是一项耗时长、成本高的项目，它不仅涉及到建设单位的利益，也涉及到了房屋使用者的利益，设计人员在把握细节的基础上，要注意从宏观上把握住当事人的利益，这样才能够有效的节约建设成本，进一步优化建筑结构。在进行建筑结构优化的时候，设计人员不仅要避免追求片面的利益，还应该避免为了追求设计创新而忽略了建筑实际情况。

四、建筑结构设计优化方法在房屋结构设计中的应用分析

1、对建筑主体上部结构进行的科学性优化

房屋建筑的上部结构设计应当建立相应的模型并进行系统的优化。整个过程第一步就是先合理地设置剪力墙，保证剪力墙整体的布置是均匀的，这样使楼层平面刚度的中心点重合于楼层平面质量的重心，从而减少地震作用及风荷载等对其的破坏性。在房屋结构设计时，如果条件允许，应尽可能地对剪力墙进行大开间的布置，加长剪力墙的墙肢长度，这样既能减少墙肢的数量，还能在符合规范的条件下减少混凝土的使用量。另外，剪力墙内的暗柱一般都设置了钢筋，如果采用较大的剪力墙就可以减少相对的钢筋使用数量，从而相应减少的材料成本。然而如果建筑的本身不具有相应的条件，而且对于抗震抗压的要求较高，就不得开间过大的剪力墙。

2、房屋建筑的整体性与局部性优化

建筑在设计过程中都应具备相应的层次性和复杂性的特点。从层次性角度来讲，建筑体系包含着建筑整体设计体系、结构相关体系及安装体系等，每一个单独的体系又包含了众多的下属体系。在对房屋进行设计时，设计者要对每一个下属系统地进行相应的优化，冲破关联的横向性，实现叠加型工程;对于复杂性角度来讲，主要包含选取建筑的材料、选取建筑的零部件等。因此在进行结构优化时要从整体入手，才能真正实现结构整体的设计优化。

3、结构优化与建筑优化保持协调

对于结构设计既要保证结构的整体性，又要与建筑平面功能紧密配合，这样才能实现建筑本身的功能与结构相应合理性的效果。对于建筑系统来讲要保证平面简洁，墙体与立柱不能有错位的现象，高度与截面的面积相通。在楼体设计时，自身受力较多的转角区域，要选择高强建材做为承重的材料，从而更好地降低自重。对于结构整体来讲要保证重心、刚心、质心三者正确交叠，防止扭转的状况出现。

4、直觉优化技术与建筑结构设计

即使对于同一个建筑方案，结构布置方面也可能存在诸多的差异。建筑结构的布置如已经确定，即使荷载情况是完全相同，也可以将差异化的分析方法给应用进来。在分析过程中，也可以采取差异化的设计参数、材料和荷载的取值，对于建筑结构的细部处理，更是存在着诸多的差异。现在建筑结构的计算大多都是靠计算机来完成的，但很多问题都是计算机无法完全解决的，那么就需要靠设计人员进行科学的判断。在判断的过程中，需要严格依据结构设计的一般规律，总结过去的工程实践经验，这也就是我们所说的概念设计。因此，设计师在选择多种备选方案的过程中，就需要应用到概念设计。

5、建筑寿命优化与阶段性优化。

在建筑的使用年限内，需对建筑每一阶段进行相应的结构方案优化。房屋结构的设计者要考察各个阶段的特点，根据实际情况进行优化方式的确定，从而对工程的整体寿命进行科学的优化。这样，既保证了建筑产品质量，又提高了建筑企业的经济效益。

结束语

综上所述，建筑结构设计优化对于整个建筑工程的质量与美观都有着重要的促进作用，建筑结构设计优化方法在房屋建筑结构中的应用，在很大程度上促进了建筑结构设计的科学性和合理性，因此，有必要不断加强建筑结构设计优化方法的广泛应用。

参考文献：

[1]王也. 建筑结构设计优化方法在房屋结构设计中的应用[J]. 中华民居(下

旬刊),2013,03:81-82.

[2]郑智,乐肖军. 结构设计优化设计技术与其在房屋结构设计中的应用[J]. 中国新技术新产品,2011,04:98.

结构设计优化篇9

【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：

结构设计优化篇10

【关键词】房屋结构；优化设计；方案；应用；

[abstract] the rapid development of the economy in our country, urban and rural construction is also developing rapidly, building structure then are constantly updated and perfect. The housing structure design in the modern building homes of the project, it is a tedious and important as a job, reasonable and effective housing structure design not only can use building resources to reduce cost and improve the safety of the building cost coefficient, and makes a new technology better service in socialist construction. This article in view of the implementation of the necessity of structure optimization design technology are discussed, and analyses the application in building structure.

【 keywords 】 housing structure; Optimization design; Project; Application;

中图分类号：TU318文献标识码： A 文章编号：

1、房屋结构设计的优化方法的现实价值及应用

1.1 传统的房屋结构设计无法适应现代建筑设计的经济性、合理性

房屋结构的设计不仅要保证房屋建筑的长期使用质量，而且在此基础上应尽量的降低房屋结构的成本，同时还要提高房屋结构设计的合理性和可靠性。传统的设计无法满足房屋结构设计中的合理性及经济性，而合理利用现代优化设计理念不但可以满足造型美观和安全性的有关规定，而且使建筑材料更为合理的利用，更为经济划算，房屋工程造价将大大的降低。与此同时，优化结构设计理论是否能合理运用将对房屋的整天建设方案产生巨大地影响。优化理论的合理运用是使房屋设计“经济、安全和适用”的最佳途径。

1.2 房屋结构优化设计方案的运用

结构设计优化方法应用于实践之中，是目前一个比较广泛的课题，利用结构优化的方法在不改变适用性能的前提下达到降低工程造价的目的。结构设计优化设计应用于房屋的整体设计、前期设计，旧房改造，抗震设计等设计的各分部环节，发挥着巨大的效益。房屋结构设计追求适用、安全、经济、美观和便于施工5种效果,这就需要应用到建筑结构设计优化方法,来提高有限空间、有限资源的最大化效果发挥,实现经济化、实用性和适用性的良好目标。由于结构优化的房屋建筑对象不同，其优化的细节不同，结构设计包含了很多内容，计者或者工程师应该在达到使用要求和设计规范的前提下，然后结合工程的实际情况，综合考虑其经济效益后再对房屋的设计工作进行相应的结构设计优化。

2、具体的设计优化方案

2.1 房屋结构的抗震性设计

2.1.1房屋结构抗震等级设计

在工程图纸设计的过程中，房屋结构按其抗震设防分类，房屋的抗震等级可以根据房屋高度、烈度和结构类型按照国家《抗震规范》附表确定。

2.1.2地震震力振型组合数据

地震震力的振型组合数据对高层的建筑应当不考虑耦联扭转进行计算；当房屋振型数大于3 的时后，应该取 3的整数倍进行计算，但是该数据不可大于建筑物的层数；当房屋的层数小于等于2时，振型数则可以取房屋层数。对于那些不规则房屋的结构，应当考虑扭耦联转，对于高层的房屋建筑来说，振型数应当取大于等于9 的数；房屋结构的层数多或者房屋结构的刚度突变系数较大的话，其振型数则应该多取，例如房屋结构中含有多塔结构、顶部有小塔楼、转换层等，其振型数应尽量取大于等于12的数，例如房屋结构中含有多塔结构、顶部有小塔楼、转换层等，其振型数应尽量取大于等于12的数2.2 房屋结构的周期性折减系数房屋的框架结构、顶盖等结构设计中，因为填充墙体的存在使得其结构实际表现的刚度会大于设计计算的刚度，计算的周期也会大于实际的周期，所以，当算出结构的剪力偏小时，会使房屋某些结构不太安全，因而应该对结构的房屋结构的计算周期适当进行折减，这样会达到很好的效果，但是对于房屋的框架结构来说，计算周期不宜折减或者将折减系数取小。对于框架结构来说，采取砌填充墙，计算周期的折减系数可取大约0.6～0.7之间；砌体的填充墙采取轻质砌块或墙体较少时，可取0.7～0.8之间；完全采取轻质性的墙体板时，则可以取到0.9。除非无墙的纯框架，否则计算周期尽量适当折减。

2.3 框架梁、柱箍筋间距

房屋柱箍筋、框架梁等的加密区最大箍筋和最小箍筋的直径间距要符合国家规定。依据这些规定，房屋工程上习惯取柱箍筋和梁的加密区的最大间距100mm 左右，而非加密区的箍筋的最大间距约为200mm左右。计算程序的总信息通常也在柱箍筋、内定梁加密区间距100mm

左右，以此为计算的依据算出加密区的箍筋面积，设计人员要依据规范最终确定肢数和箍筋的直径。但在程序内定条件下，当房屋框架梁跨中部有较大其他荷载或者有次梁存在而又仅有两肢箍筋的情况下，其非加密区的箍筋间距应该采取200mm 左右，以使房屋梁非加密区配箍充足，所以建议内定的梁箍筋改为梁的非加密区取200mm。其既可保证梁箍筋加密区（箍筋间距100mm） 的抗剪切能力，同时又适当增加了梁非加密区抗剪承载能力，使梁的强抗剪性能更充分的体现出来。

2.4 地下室层数的输入处理

多层性的房屋框架结构房屋一般都设置了地下室结构。由于隔墙较少，所以常采用板筏基础。设计计算时应将上部结构和地下室层数结合在一起考虑，并于图纸中按实际地下室层数计算。这样，计算的基础底板和地基的纵向荷载可以一次设计完成。同时，通过对侧层移刚度性系数的比较分析，可以正确地调整和判断房屋的相应嵌固位置，并适当采取加固构造措施，以保证楼板的最小配筋率和必要厚度；然而当房屋结构表现纵向不规则时，要着重验算最薄弱层。

3、结构优化设计理论在房屋结构设计中的合理性评估

3.1优化理念要和房屋结构设计要面对同样的建筑设计方案

同一建筑的设计方案可以有很多种不同的结构设计与布置，即使在相同的荷载情况下如果确定了房屋的结构布置，也会存在很多不同类型的分析方案。在分析过程中对于设计的一些数值的取值也是在不断发生变化的。房屋建筑物的细部处理也是不尽相同的，对于这些问题是靠计算机优化设计无法完全解决的，必须要设计人员亲自对各项设计以及数据取值作出合理性的评估。而判断评估也只能是在结构优化设计的通常规律指导下完成，更有效的方法是依据据工程设计施工经验有目的有创建地进行判断。所以，概念优化设计是设计师对多种的备选方案的选择以及对单一方案完美化的过程，其存在于设计师对多种备选方案进行选择的过程中。

3.2 运用概念优化设计处理实际房屋设计问题

运用概念优化设计处理的问题是多种多样的。但是，可以肯定的说，通过概念优化设计房屋结构是能在各种各样可能出现的环境情况作用下使房屋破坏程度最小或者不受到破坏。所以，研究分析如何应对房屋可能遭受到的多种不确定因素是检测设计合理性的重要途径。地震作为最难预测，破坏性最大的事件是考虑建筑优化设计的重要因素之一。所以就要考证当前设计对地震等突发事件的抵抗性和合理性。刚度的对称均匀是降低地震破坏性的重要手段之一；延展性的设计是能有效防止房屋结构的脆性破坏的最佳选择等等。这些常用的抗震设计思想在整个房屋优化设计过程中都应该引起足够的重视，并用于理论上检测房屋设计是否合理。故而，建筑设计过程中就应该未雨绸缪，从计算及构造等各个方面都要采取一些有助于提高抗震能力的措施，不利于抗震的作法则应尽量避免。刚度均匀、对称是减小地震在结构中产生不利影响的重要手段；延性设计则能有效地防止结构在地震作用下发生脆性破坏；多道设防思想能使建筑在特大地震作用下次要的构件先破坏，消耗一部分地震能量。这些抗震设防思想在整个设计过程中都应该作为概念设计的重要指导思想。

结语

传统的结构设计已无法满足现代建设的需要，优化结构设计技术是适应当前房屋建设的必然选择，在现代房屋建设中实行优化结构设计，不仅满足了房屋建设外观美观的基本要求，而且设计人员以“经济、适用、合理”为设计原则，大大降低了房屋建筑中的造价成本，取得了较大的经济效益，广泛应用于我国房屋结构设计中。

参考文献：

［1］[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］饶远文.结构设计优化技术及其在房屋结构设计中的应用[J].价值工程.2010(9).