工程结构优化设计
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工程结构优化设计范文第1篇
引言：
众所周知，不论在什么行业中，追求追优化的配置和设计是每一个行业从业者追求的目标。所谓的最优化设计，就是在诸多被选择的项目中根据自身的特点以及条件找到一种比较合理的，最节约成本以及实现利益最大化的设计方式与方法。
立足于工程结构的设计中，我们在最优化设计的过程中致力于将技术以及力学的相应概念做到最好的融合。在设计要求的基础上形成一些可以操作的，具有可行性的方案。进而通过科学的数学计算找到客观的，可以应用于实际的优化方案。在诸多工程结构设计的优化方案中，我们在选择了最佳方案的同时也就同时节约了成本，使得爱同样的时间内创造了巨大的效应，更加使得这些工程的工期变短，工程质量变的十分优良，是一种降低工程成本，提高质量的最佳选择则途径。
一、工程结构优化设计演变历史概述
对于工程结构设计，最开始是将直觉的准则法，如满应力准则法，满应变准则法等作为优化设计的基础性选择，在很长的一段时间中得到了很好的应用和成本的节约。一般来说，准则法的应用是为了主要提升单步设计变量修改幅度使之变得越来越大，并且在收敛速度上也有着显著的提升，但是这些不会改变结构的大小，也不会因为结构的复杂而改变。随着时间的推移，我们的研究者逐渐的将拓宽了优化设计的范围，从而数学规划法出现了。这就使得我们要针对一些特殊的工程进行很好的研究，因为这个时候的准则法已经不适用有所有具有个性的工程优化设计中了，主要是因为没有一些科学的，客观的理论准绳。与其相反，数学规划方法，站在比较科学的角度，对于结构设计有着严谨的研究，这样的算法能够有着科学性的展现。但是实际的工程结构优化设计一般都是有约束、非线性和隐式的优化问题.这两种方式都不是用于现代工程的发展和诉求。随之而来的就是模拟退火算法的出现.接着，到了二十一世纪，随着计算机的普遍应用，信息化以及全球化时代的到来，我们的研究方式与方法就随之而来了，在工程结构优化设计上有着很好的发展，诸多实用性方式出现，下面我们将做详细的研究。
一、 工程优化设计研究
1.为何设计---工程中结构不确定性的存在
在工程施工之前，对于其结构进行深入的分析和研究，并完成良好的设计是因为在工程设计以及进行的过程中，有着很多不确定性的存在。基于不确定性理论的工程结构优化设计主要考虑变量。但是出于安全性以及可靠性的角度考虑，先前的优化设计有些过时，我们要站在更新的角度上发展，所以之前的缺陷我们要有着很好的认识。主要分为以下几点。
第一， 缺乏结构可靠性的设计，不能保证稳定，安全。
第二， 没有对材料的可变性做出预算，不能真实的反映材料的参数。所以没有科学的数学建模可以支撑，难以形成最佳的方案。
第三， 在工程中存在着一些很复杂的施工情况，之前的设计不能很好的给予判断以及确定，这就使得我们的施工情况不能符合实际，没有真正意义上的达到最优。
2.工程优化设计方案研究
第一，形状优化。可以说，这种优化设计方案是当下比较流行的，主要是通过调整工程结构内外边界形状来改善结构性能和降低工程结构造价，其主要用来发掘工程系统构件的合理内外边界形状。具体上讲，这种优化也是将一些离散变量以及块体、板、壳类的连续变量包含在内。
第二，模拟退火算法。也就是通常所说的SA方式放大，也就是在施工的设计中进行固体加热，使之到达了一定的温度，进而在科学的作用下使之渐渐的变冷下来。因为在升温的时候，固体的内部结构法身了很大的变化，随着热能的增多内能变大，其中固体中组成部分也就是内部的元素也会随之变大。但是随着热胀冷缩原理的深入，当这个固体的整体变得冷却的时候，所有的元素变回到之前的一种有序的排列状态。也就是说，在固体中，元素因为在每一个趋近于平衡温度的时候都有着自己的平衡状态出现，最重要的是在常温的时候内能处于最小化状态，也就是我们所说的基态。这就是模拟退火算法.这种方法有着自身的好处，那就是：适用于离散型、连续型及混合型变量；鲁棒性、全局收敛性、隐含并行性较强，并且可以得到很广泛的应用。
第四， 粒子群优化算法。该种算法是近几年来比较流行的一种应
应用广泛，并有着实际用途的设计计算方式与方法。这个算法的研究十分奇怪，主要是来源于整个鸟群，从鸟群捕捉食物中找到灵感，这个算法是开始于随机解，并通过迭代寻找最优解，在设计的过程中不断的寻找一种适应度来找寻解的品质。这样的算法是比较方便以及会计的的，没有一些复杂的计算以及冗长的分析。是比较得到现代设计者以及施工方的喜爱的，效果也是比较明显的。
第五， 变密度法假设优化设计。可以说，变密度法假设优化设计
的主要设计对象是那些密度可以变更的材料，这就使得我们的设计具有一定的局限性。在设计的过程中我们要假定材料物理参数与密度间存在某种数学关系，并将所设计的材料的密度作为一种变量，致力于寻找到一种目标函数，这种目标函数以材料的最优质分配为主要目标。并且，我们在这种工程优化设计中可以找到一些优势或者是特色，具体来说，该种方式可以很好的展现出拓扑优化的本质特征，并且在实现的过程中显得比较简便，有利于操；同时这种程序的设计计算成功率比较高，但是精准度确实是不高，总而言之，这种方式的最大他点就是计算方法简单易行，但是适用范围十分受到局限，需要特定的材料以及特定的环境。
第六， 相对差商法和混沌优化相结合。该种范式是一种导出求解
离散变量桁架结构拓扑优化设计的混合算法，这种优化设计的计算方式和方法，将设计的体积最小最为最终目的。从而有力的实现了一种
拱坝的体形优化的设计和分析，在应用的过程中得到了很好的设计效果，节省了成本提升了利润。
最后，多目标优化。一般来说，多种目标优化方案就像字面上所述，不是一种单一的目标实现方式，而是在设计中考包含了多方面的设计方式以及方法，这样在计算的过程中，在实施的过程中保证了设计的安全性以及稳定性，更大的程度上实现了一种可靠性。在安全性的实现上，这种多元化的实施方案就要不断的加大结构的截面面积但是要取得最少重量的目标，在设计上就要使得截面面积变小。所以我们知道，这就不可能在全局上实现一种面面俱到的设计方案，所以，我们的设计管理者以及决定人，要在多方面分析只会走找到一个比好合适的方案做一个决定，并实施。可以说，这种多目标的优化设计对于工程系统决策是很重要，并有着很好的应用。
参考文献
1. 蔡新，郭兴文，张旭明.工程结构优化设计[M].北京：中国水利水电出版社，2003.
2. 张炳华，侯昶.土建结构优化设计[M].2版.上海：同济大学出版社，1998.
3. 刘齐茂，燕柳斌，邓朗妮.桁架形状优化的一种改进模拟退火算法研究[J].计算机工程与应用，2007
4. 姜冬菊.结构拓扑和布局优化及工程应用研究[D].南京：河海大学，2008
工程结构优化设计范文第2篇
关键词：工程造价 结构设计控制措施
一、建筑工程结构设计中影响工程造价的因素
1、建筑抗震的性能标准需求
对建筑抗震性能标准的选择是建筑结构设计中的基础性指标，按照建筑抗震的设计规范规定，合理的建筑布置是抗震设计中的核心内容。地震危害表明简单而对称的建筑在地震中不容易产生损坏，而且对简单建筑的结构所采用的抗震措施也容易达到效果，因此在设计中应当提倡对建筑结构设计的简化，利用简单对称的机构来设计建筑解耦股，不应当选择凹凸变化较大、楼板开洞较大、楼层设计错层等结构，来完成建筑的设计。建筑立面应注重规则也不应当采用缩进较大的结构或者竖向抗侧力构件不连续的结构。此种抗震标准的需求从某些方面将直接影响到工程造价的变化，因为简单而规则的建筑显然更加容易对造价进行控制，而复杂的建筑结构将会给工程带来更多的超出设计预算的费用支出，当然就会影响工程的造价。
2、建筑方案的设计
建筑方案是决定建筑造型、风格等不同的设计概念，建筑方案的设计将直接产生不同的建筑效果，进而影响到建筑的成本支出。例如：传统的欧洲风格尤其特有的建筑外观，因此其构造也随之改变，外墙、屋顶等都设计了多种装饰物，因此可以产生视觉冲击，而近现代建筑设计的思路则向着简单化、线条化的变化来了创造对视觉上的冲击和美化，从设计方案上看，而二者就存在着明显的差异。因此建筑设计方案的差异将影响整个建筑的结构形式和风格，也会影响造价的改变。
3、建筑功能性的差异
建筑的功能性的差异也将影响其建筑的成本，因为功能将直接影响结构设计。简单的看，结构简单将不能满足功能需求，而结构复杂虽然可以按照功能上的完善，但却会提高整个工程的造价。因此通常的做法就是利用功能与成本的优化来控制建筑的工程造价，即满足一定的功能又保持较低的造价，实现经济性。
4、建筑的平面形式
建筑的平面结构将影响其外墙的长度，着也将直接影响工程的造价，因为不规则的平面结构意味着将增加长度和难度，因此从施工材料、管线布置、基础工程等方面看，都会增加其成本的支出，因此在面积不受影响的情况下，应当简化建筑的外形。
5、建筑物的高度和层数
建筑物因为其功能性和地理位置的影响会出现不同的高度和层数设计。建筑可以分为多层、高层、超高层等，不同的类型的建筑需要遵循的是不同的建筑规范。规范不同其要求的结构标准也就有所差异，所产生的工程造价也就不同。实际设计中，如层数高度略高于某一个类型的上限则需要按照更高一级的标准来进行设计，所以就会增加其成本的投入，因此这一类建筑的成本将高于同类建筑，因此在设计中应当控制层数设计。
二、优化结构设计降低工程造价的措施
1、选择合理的结构
根据前面的论述，设计中对成本影响最大的就是结构的形式，因此合理的选择结构形式是控制工程造价的关键。如：以民用建筑为例，剪力墙的结构是被广泛采用的，根据高层建筑的结构技术规范，在抗震设计的时候应当墙长在倍的短肢剪力墙的抗震的等级要比剪力墙的等级高，所以在平面布置上应当减少短肢墙的数量，以此相应的降低钢筋的使用数量，从而降低一部分造价。现代建筑中的框架结构的特点是开间大、空间灵活、抗震性能好、且造价低。但是因为柱子的截面大于隔墙厚度而造成柱角的外凸，因为影响了内部空间的功能性和美观性，有时还会因为房间的设计而造成网格的布置困难。
目前，框剪结构已经广泛应用到了各类型的建筑中，其结构更加的灵活、适应性强、结构合理，在主体结构中可以利用不同的形式配合，达到较好的抗应力的作用，从而保证建筑的稳定。而且，没有突出的柱脚对内部空间造成影响，因此在高层建筑中框剪结构应用的效果较好。另外，如果采用异形柱而对空间影响不大，也可以考虑采用，因为其对增加结构空间的整体性和抗风、抗震能力都是有利的。但是应当注意的是，异形柱往往在节点处会出现连接困难，而影响抗震性能，容易发生脆性损坏。随着技术的发展，小开间的建筑结构已经随着时代的发展而日趋减少，取而代之的是大开间的剪力墙结构。这样室内就不会出现横纵交错的承重结构，可以按照不同的空间功能性需求而划分和重组空间，已达到功能的丰富。
综合的看，不同的建筑功能需求会对结构设计提出不同的细部要求，因此合理的选择结构的主要形式就成了设计的核心内容。合理的选择不仅仅可以达到建筑的功能需求、安全需求，更可通过合理的结构设计来控制某些建筑的工程造价。
2、合理的抗震结构设计
对于现代建筑，抗震是不可缺少的结构设计因素。因此抗震载荷的考量将对结构设计产生重要的影响，也会直接影响到造价。对于有抗震要求的建筑物来说，抵抗侧向力的结构设计是对整个建筑抗震性能影响的重点，随着建筑物的高度增加，抗侧力的结构造价也就随着增加。而结构设计中，每一种不同的结构形式都有其相应的抗震性能和经济指标，因此设计人员早选择相应的抗震指标和结构的时候，应当综合考量其经济性指标。对于一个结构从设计开始就也应当将地震对其的影响考量进去，即从房屋的形式、结构体系、刚度分布、构件延伸性等进行全面衡量，从最为薄弱的环节开始辅以计算和概念设计，这样才能保证抗震的需求，也可以达到经济性的目标。
3、降低建筑的钢材使用比例
钢材是建筑中不可或缺的材料，有其是框剪结构中，钢材的需求更是一个较大的成本支出。随着经济形式的变化，钢材的价格一再出现波动，这使得钢材的用量直接影响了工程的造价。所以在结构设计中如果可以降低钢材的使用比例，势必可以降低工程的造价。在满足结构安全性的需求的同时尽量降低结构中钢材料的使用比例，即控制工程的含钢率在合理的范围内，着不仅仅可以优化结构设计的方案，也可从造价上节省一部分材料开支。另外，钢材料的比例的降低可以节约工程中对钢材料的运输和储存、工艺性支出等费用，即节省了材料也节省了人力和物力。因此，结构设计人员应当从正确理解规范入手，采用合理的计算机技术、模型、设计载荷、参数选取、构造措施、概念设计等，对整个建筑的结构设计进行最大的优化，在保证安全、功能的基础上，尽量降低钢材料的使用比例，一提高结构设计的经济性。
工程结构优化设计范文第3篇
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.
工程结构优化设计范文第4篇
【关键词】住宅建筑；结构优化设计；钢筋混凝土；影响；建议
1 结构优化设计对工程投资控制的影响
住宅工程开发项目的建设全过程可划分为决策、设计和施工三个阶段。工程项目投资控制的关键在于决策阶段和设计阶段。工程设计费用一般不超过建设工程总成本的1%，但在项目投资决策确定后，设计阶段对投资控制的影响程度却高达70%以上。
由于建筑产品单一性的特点，特别是不同地质条件对基础造价的影响很大，致使开发商难于确定针对每项具体工程的经济合理的限额设计指标。在进行建筑方案设计时，开发商和设计人员一般只重点关注使用功能的合理性和建筑立面的美观，而对不同建筑平面布置、不同进深与开间尺寸、不同立面形式、层高与层数等对投资的影响，很少进行考虑。在结构设计时，由于结构设计人员经济意识不强，缺乏经济技术比较手段，结构设计时间紧等原因，在结构方案的选择及结构材料选用时，往往只凭经验进行确定，很难使结构设计达到经济合理。
作者通过对多家设计单位、多项工程的结构施工图进行优化分析，在满足同样建筑功能的前提下，通过结构优化设计后，一般可比常规设计降低土建工程造价5%～10%左右。特别是对于面广量大的多层住宅开发项目，进行结构优化设计具有很好的经济价值和现实意义。
2 结构优化设计的基本方法
结构优化设计是在保证建筑使用功能和建筑总体效果的前提下，通过选用合理的结构体系，优化结构布置，对结构受力进行详细计算分析，使整个结构体系既安全可靠，又经济合理。优化后的结构设计，既要满足现行结构设计规范的要求，又使结构各构件之间达到最合适的比例关系，以提高结构整体的抗震性能、抗风性能等功能。同时，优化后的结构设计必须方便施工，易于在工程实践中实施。结构优化设计一般可从下列五个方面进行。
2.1 结构优化分析方法
工程结构的优化分析包括两个层次:一是结构体系的优化，主要是确定结构形式、柱网尺寸和墙体布置等；二是对结构构件进行优化，在己确定结构体系的前提下，确定构件的截面尺寸和混凝土强度等级。
在传统设计中，结构体系的确定和构件截面尺寸是凭经验假定的，然后进行分析计算，校核是否满足规范要求，是一种被动的设计方法。优化设计也需要先进行假设，但假设目的不一样，所采用的分析方法也不同，优化设计需按一定的优化方法进行搜索，从而达到结构造价最优，是一种主动的设计方法。
2.2 荷载精细化计算
为取得良好的优化效果，在荷载取值上要进行精细化计算。在计算墙体荷载时，应考虑实际墙体高度、长度和开洞影响，墙体高度的取值应扣除钢筋混凝土梁板的高度，墙体长度的取值应扣除钢筋混凝土墙柱的长度，并应扣除洞口面积。消防车等荷载宜按等效荷载取值。楼面活荷载按实际使用功能合理取值，并按规范规定考虑楼面活荷载的折减。正确取用抗震防护烈度、场地类别，合理确定风荷载标准值和风载体型系数，必要时可根据风洞试验确定风载体型系数。根据不同荷载组合和不同计算内容选用荷载分项系数。在进行基础设计时，当上部结构传给基础的荷载为设计值时，应将设计值转换成标准值。
2.3 准确理解和使用规范
认真学习国家和当地有关设计规范，理解规范实质，并注意规范的适用范围和规范使用的配套性。如采用《建筑桩基技术规范》(JGJ94-2008),《建筑地基基础设计规范》( GB50007-2002)进行桩基设计，在计算桩数时，荷载效应采用标准组合，对应的抗力采用单桩承载力特征值;在确定承台高度及配筋，验算材料强度时，荷载效应取基本组合，采用相应的分项系数，对应的抗力计算采用材料强度设计值。设计人员必须概念清晰，避免混淆。
2.4 构件尺寸及配筋的合理设计
构件尺寸一般先按经验确定，然后进行强度验算。在优化设计时，应对不同构件布置方式和不同截面尺寸进行配筋计算，并作经济比较，以确定最优构件布置方式和截面尺寸。剪力墙如能合理布置，可使大部分剪力墙的配筋不是由内力控制而是构造配筋。抗震墙分加强部位和非加强部位，边缘构件分约束边缘构件和构造边缘构件，这两种边缘构件的配筋相差很大，应分别按不同的构造要求进行配筋。对于截面宽度较小的梁，配筋量较大时需放2～3排钢筋，可将梁宽适当放大，尽量布成单排，以增大梁的有效高度。跨度较大的悬臂梁，除角筋外可在跨中切断，既节省钢筋又方便施工。
2.5 合理的构造设计
按构造配置的钢筋，只需满足最小配筋率要求，不必提高其配筋。较大直径钢筋优先采用焊接或机械连接，钢筋搭接和锚固长度应按规范公式进行计算，不必加长。剪力墙结构中存在部分短肢剪力墙时，不应整体提高抗震等级，只需对短肢剪力墙的抗震等级提高一级。
2.6 选用高性价比材料
要降低钢筋混凝土结构的用钢量，应尽可能采用性价比高的高强度钢筋。HRB400的强度设计值比HRB335高20%，HRB335比HPB235约高43%，而不同强度等级钢筋的价格相差一般不超过5%。可见，性价比从高到低依次为:HRB400, HRB335, HPB235。对于配筋按强度控制的构件，直径≥12mm的钢筋应优先选用HRB400钢筋；直径
通过对受弯构件经济配筋率的计算分析可看出，当混凝土强度等级>C30时，采用HRB400比HPB235可降低20%用钢量;当混凝土强度等级=C30时，采用HRB400比HPB235可降低7.5%用钢量;当混凝土强度等级C30时，应优先采用HRB400钢筋，而当混凝土强度等级
3 推行结构优化设计存在的困难
3.1 对设计的经济性缺乏考核指标
由于设计工作的特殊性和建筑产品的单一性，不同的工程有各自的特点，难于确定每个工程项目的合理经济指标，所以针对不同项目的设计成果，对设计的经济合理性缺乏明确的量化考核指标。施工图审查单位在审图时，重点是审查设计单位的资质、建设手续、设计施工图是否满足强制性条文和设计规范的要求，强调结构的安全可靠性，而对设计是否经济合理不作审查。
3.2 开发商对优化设计的意识不强
开发商往往把投资控制的重点放在施工环节上，而对设计对投资影响的重要性认识不够，对设计环节控制重视不够。开发商很重视施工招标，在施工招标中，施工单位通过投标报价让利和其它优惠条件争取中标，从而使开发商的工程建造成本得到有效控制，但往往忽视了设计方案的优化会带来更大的经济效益。虽然目前已普遍实行设计招投标，但在设计招标评标时，往往过于看重设计方案的效果和设计费报价，而对设计方案的经济合理性、设计团队的设计能力、设计优化能力重视不够，同时，设计的经济合理性又很难进行界定，故难于在设计招标时对设计的经济合理性进行有效的评判，并作为选择设计单位的重要指标。
在方案设计阶段，为了获得满意的设计效果，开发商往往愿意花费较长的时间对设计方案进行反复修改，而设计方案一旦确定，对初步设计和施工图设计的时间往往抓得很紧。特别是结构设计，设计计算和绘图的工作量大，结构施工图又是最先用于施工的，出图时间很紧，结构设计人员往往要连续加班，才能满足业主的出图时间要求。在这种情况下，设计人员根本没时间进行多方案的经济技术比较。
3.3 设计单位对优化设计缺乏动力
由于目前尚缺乏公平的设计市场竞争机制，设计收费是按建筑面积或按造价的一定比例计取，几乎跟投资的节约和设计质量的优劣无关，不能做到优质优价，使优化设计失去动力。由于设计是否经济合理与设计人员的利益无关，导致方案设计时只重视立面效果，追求高标准，而不重视经济分析；施工图设计时不重视结构方案的经济比较，为保险起见或为了减少计算和绘图工作量，随意放大配筋，造成投资浪费。
由于进行优化设计要付出比常规设计多得多的人力和物力，设计单位即使花费了较多的人力和物力，优化了设计方案，通过多方案经济分析，为业主节约了投资，也不能得到应有的报酬。在设计单位内部管理上，设计人员的收入一般都是与项目的设计费挂钩的，在同一项目上投入的精力越多，设计人员的收入水平必将降低，从而严重挫伤了设计人员对优化设计的积极性。
4 对推进优化设计的建议
4.1 从政策上鼓励优化设计
为推进优化设计工作的进行，政府主管部门在制订设计费收费标准，对设计质量进行评估，进行优秀设计评选，制订施工图设计文件审查办法等工作时，应将设计的经济合理性作为重要考核指标之一。审图公司在进行施工图设计文件审查时，除审查设计单位的资质、建设手续、设计施工图满足强制性条文和设计规范的情况等内容外，应将设计的经济合理性作为审查内容之一。政府主管部门应加强对设计市场的管理力度，严格通过资质管理、人员注册、设计招标、图纸审查等环节来规范设计市场，提高设计质量。主管部门可通过总结推广标准设计、公布合理的技术经济考核指标，推进优化设计工作。
4.2 推行设计监理或设计咨询工作
提高设计质量，推进优化设计工作，仅靠政府主管部门的监控和审图公司的施工图审查还远远不够。优化设计的控制重点应在设计过程中。要加强设计过程控制，就必须推进设计监理或设计咨询工作。通过设计监理或设计咨询单位可打破设计质量靠设计单位自己控制的局面，实现通过第三方对设计过程和设计成果进行把控。
4.3 结构优化设计的开展形式
结构优化设计对专业业务能力的要求很高，仅靠开发商自身的力量难于完成，需委托具有丰富的结构设计经验，在结构优化设计方面具有良好业绩的专业人员进行。开展结构优化设计可采取下列三种形式:
4.3.1 从方案设计阶段开始，聘请具有丰富经验的专家作为结构优化设计顾问，在设计全过程提供结构优化的合理化建议，通过过程控制，使结构施工图设计达到经济合理。
4.3.2 在初步设计图纸完成后，进行结构方案优化和构件优化，提出详细的优化后的结构方案、设计参数取值以及各构件的截面尺寸和混凝土强度等级等，与设计院沟通并在施工图设计阶段实施。
4.3.3 在设计院设计施工图完成后，进行优化设计研究，提出详细的结构优化方案、设计参数取值以及各种构件的截面尺寸和混凝土强度等级等，与设计院沟通并修改结构施工图。
上述第一种形式操作较方便，不影响工期，不增加设计单位工作量，但优化效果难于评判;第二种形式不增加设计单位工作量，可对优化效果进行评判，但对工期有一定影响;第三种形式对优化经济效果可进行详细计算，但设计施工图返工工作量大，对工期影响较大。
5 结构优化实例分析
台州某小区工程总建筑面积11.4万平方米，包括多层住宅、低层联排住宅和地下车库等。该工程的结构优化是建立在施工图设计的基础上，以不影响建筑使用功能为前提，同时又要确保建筑物安全和抗震能力，也就是必须满足现行的国家以及地区的行业标准。结构优化的主要内容为对该工程进行结构方案优化及各类构件的优化:结构优化的目标函数为房屋结构造价，最大限度地以低成本建造高安全度的房屋。主要优化内容如下:
多层住宅原设计采用沉管灌注桩，柱下独立桩基承台，承台之间设置基础拉梁。由于该建筑柱的轴力不大，但桩的承载力较大，优化后桩型不变，采用梁下布桩方案，可以使得布桩更加灵活。由于大部分桩均布置在墙下，故承台梁的内力不大，配筋基本接近构造配筋。
上部结构原设计为剪力墙结构，优化时对异形柱框架一剪力墙结构体系和剪力墙结构体系两种结构体系进行了分析比较，异形柱框架一剪力墙结构体系更经济。因考虑到现场实际施工进度以及设计院图纸修改工作量的问题，为不影响现场施工进度，后决定优化后上部结构仍采用剪力墙结构体系，在原结构方案的基础上对剪力墙墙肢布置和尺寸进行了调整，且在不影响建筑使用的前提下，将个别短肢剪力墙改为钢筋混凝土矩形柱。
地下车库原设计为钢筋混凝土框架结构，底板采用钢筋混凝土无梁板结构，顶板采用钢筋混凝土梁板式结构。优化设计时，对平面布置不作调整，对地下车库底板厚度和配筋、墙板配筋、顶板次梁布置和配筋进行优化。并对地下室顶板消防车活荷载取值进行优化，按消防车的轮压进行等效均布荷载的计算。地下室顶板原设计为横向布置次梁，经过优化分析比较，优化后改为纵向布置次梁。原设计地下室底板厚度5OOmm，优化后底板的厚度调整为400mm。经上述优化，扣除优化设计费用后，实际可节省造价约345万元。取得了较好的经济效益。
6 结语
6.1 土建结构工程建造成本在整个工程成本构成中占很大的比重，通过结构设计优化降低工程建设成本具有较大的经济价值。
6.2 推进结构优化设计需要政府、开发商和设计单位统一认识，从政策和经济上给予支持。
6.3 结构优化设计的三种形式，可根据项目具体情况选择应用。
6.4 进行结构优化设计可有效降低多层住宅开发项目土建成本，提高经济效益。
参考文献
[l]张炳华，侯起.土建结构优化设计，上海:同济大学出版社，1998.
工程结构优化设计范文第5篇
关键词：建筑结构；优化设计；分析
中图分类号：TB482.2 文献标识码：A 文章编号：
引言
建筑结构优化设计，是实现建筑本体功能与建筑成本的关键。随着国家建设节约型社会理念的不断深入，建筑的需求者与供应者都对建筑结构的优化设计提出了更高的要求。近年来，节能环保型社会建设理念的不断深入人心，进一步加剧了建筑的需求者与供应者对建筑结构优化设计的需要。建筑结构的优化设计，不但满足了投资者控制建筑投资成本的目标，而且更加符合使用者对建筑本体功能的需求，从而实现了社会整体经济效益的最大化。因此，建筑结构的优化设计，在市场经济下的节能环保型社会越来越成为可行。
1 建筑结构优化设计的基本理论
主要体现在建筑工程的决策阶段、设计阶段、建设阶段。在建筑工程的决策阶段，确定结构优化设计所要达到的总体目标，满足本体功能，最大程度保障安全性，缩减投资成本；在建筑工程的设计阶段，确定每一个子系统及整体结构的优化布局；在建筑工程的建设阶段，以结构优化设计为建设原则，组织建设好每一个子系统从而实现整体结构优化布局。决策阶段结构优化选择是关键，设计阶段结构优化设计是核心，建设阶段结构优化建设是基础，3 个阶段互相验证、互为补充、缺一不可。建筑结构优化设计的基本要求：
（1）功能性
建筑是人类的基础物质生存环境，建筑结构优化的终极目标就是为了满足人类对物质生存环境的最大化需求。对功能性的满足也不再局限于传统的实用，而是增添了舒适性、美观性、协调性等多种新元素，满足人类对基础物质生存环境的更高要求。
（2）安全性
建筑作为人类生存的基础生存环境，与人类的生产、生活紧密相关，安全性成为建筑结构优化设计的必然考虑因素。一味追求建筑结构的优化设计，忽略决策阶段、设计阶段、建设阶段的安全性，其作为建筑不但没有任何实际意义，反而会给人类正常生产和生活带来致命的危害。因此，安全性是结构优化设计中的必然考虑因素。
（3）经济性
建筑结构优化设计的经济性是市场经济条件下对资源配置提出的新要求。经济性是指通过建筑结构的优化设计，最大化的节约各种材料资源，达到减少建设成本的目标。另外，各种材料资源都存在一定的稀缺特性，建筑结构的优化设计能科学合理的减少材料的使用量，节省建设材料使用成本。
（4）环保性
建筑结构设计的环保性是继经济性之后的一大更高要求，建筑结构优化设计过程通过材料选用品种的环保、整体布局的环保来体现可持续的发展理念。在建筑资源的材料选用方面，在保证建筑本体功能性、安全性的基础上，最大可能的选择节能环保型材料，同时，在结构优化的整体布局中，不仅强调建筑主体内部结构的统一与环保，也包括建筑建设过程中废旧材料的处理与应用，更不能忽略建筑未来使用过程中对环境产生的重要影响。另外，材料选用的环保、整体布局的环保也是结构优化设计过程中安全性的体现。
2 建筑结构优化设计的策略、安全与经济
2.1 结构优化设计中的材料选用
基于物理学与建筑学的基本原理，建筑结构各个点、线、面都呈现出一定的力学承载力特征，而力学承载力本身的载体就是材料，通过各种材料的配置，加强构件的强度、刚性与延展性，钢筋混凝土材料的打造适应了这一趋势。工程实践证明，钢筋混凝土的结构设计中，梁柱是主要的承受载体，打造钢筋混凝土梁柱能局部提高梁柱的抗压力。因此，在工程建设实践中，采用高标号的钢筋混凝土，可以减少梁柱等构件的横截面，减轻结构本体的重量，同时也扩大了使用空间；而梁板以受弯为特性，采用高强度钢筋，能科学合理的减少钢筋的使用量。另外，结构设计者应科学合理的匹配钢筋混凝土结构中钢筋与混凝土的投放比例，最大限度发挥钢筋混凝土复合材料的复合特殊性能，所以在高层建筑结构中，在结构的转换层、受力复杂的衔接点部位与大跨度结构上，采用型钢混凝土、预应力混凝土是比较好的选择，同时保证高层建筑功能性、安全性、经济性的最大化性能发挥。同时，在建筑结构设计与建设过程中，存在非常多的钢筋混凝土现浇板中混凝土标号过高的情况，一味追求高标号混凝土是没有任何意义的，高标号的混凝土无法理想发挥其强度性能, 反而为抵抗高强混凝土较大的收缩变形和满足最小配筋率要求,板中钢筋的配筋量却相继增加, 直接导致钢筋的使用量增加，造成工程投资成本提高。
2.2 结构优化设计中的构件布置
建筑结构优化设计中的构件布置主要涉及梁、柱子、剪力墙的布置与设计。目前，高层建筑的结构设计大多采用框架- 剪力墙结构体系, 这种体系由钢筋混凝土框架和钢筋混凝土剪力墙两部分组成,框架的梁柱为刚接,框架与剪力墙可为刚接,也可为铰接。高层建筑体型日趋复杂,各种不同功能的建筑用房综合在一起,组成形态各异的高层建筑,给建筑结构优化设计增加了一定的难度。而框架- 剪力墙结构体系具有灵活组成使用空间的优点, 比较容易满足建筑物的使用要求, 而且框架- 剪力墙结构体系有较高的承载力,较好的延性和整体性,并且具备很强的抵抗地震力的能力, 从而大大减小了结构本身的侧移。因此，在建筑结构优化设计的实践过程中，在框架- 剪力墙结构设计中,剪力墙刚度的确定除了必须满足强度条件外, 还必须使结构具有一定的侧向刚度。基于此,剪力墙刚度的大小将直接影响到结构的安全性及工程造价成本。另外，在框架- 剪力墙结构初步设计阶段,简捷、准确地确定框剪结构中剪力墙最优数量,即可避免重复、繁琐的结构刚度调整计算,还可以达到减少经济成本的目标。
梁的选用与布置。常规梁经济性最好,但严重影响建筑层高，尤其是在目前土地资源有限的情况下，最终还是无法实现社会整体经济效益的最大化；宽扁梁能减少梁的截面高度,增加建筑物的净高。在建筑物总高度限制的情况下,可以增加层数,以获得更多的建筑面积。但宽扁梁在经济指标上与常规梁相比并不是最优,由于截面高度减小,使得纵向钢筋的配筋率较高,同时挠度偏大。在跨度进一步加大的情况下,也可采用预应力梁,以满足建筑物的特殊要求,但费用较高。此外，高层建筑框架柱截面大小主要由轴压比控制, 在上部轴力一定的情况下,可以通过加大柱截面、提高混凝土设计强度、加大柱箍筋、采用型钢-混凝土柱等不同方法来控制柱轴压比，最大化程度保证功能性与安全性。
2.3 结构优化设计中的整体布局
为实现这些目标，建筑结构决策者与设计者须从结构优化设计的全局观念出发，利用结构设计中的点、线、面，确定建筑结构设计的总体布局，处理好点、线、面之间的架构关系，借助于材料的选用、构件的布置，充分发挥单个构件与整体结构的配合与协调，使之能实现最佳受力状况，既实现整体结构良好的承重力、刚性与延展性，也实现单个构件的最大化与最佳化利用，保证达到建筑设计的国家质量标准，实现建筑功能性、安全性与经济性的多重目标。
工程结构优化设计范文第6篇
关键词：住宅建筑 结构优化设计 钢筋混凝土 影响 建议
1. 结构优化设计对工程投资控制的影响
由于建筑产品单一性的特点，特别是不同地质条件对基础造价的影响很大，致使开发商难于确定针对每项具体工程的经济合理的限额设计指标。在进行建筑方案设计时，开发商和设计人员一般只重点关注使用功能的合理性和建筑立面的美观，而对不同建筑平面布置、不同进深与开间尺寸、不同立面形式、层高与层数等对投资的影响，很少进行考虑。在结构设计时，由于结构设计人员经济意识不强，缺乏经济技术比较手段，结构设计时间紧等原因，在结构方案的选择及结构材料选用时，往往只凭经验进行确定，很难使结构设计达到经济合理。
2. 结构优化设计的基本方法
结构优化设计是在保证建筑使用功能和建筑总体效果的前提下，通过选用合理的结构体系，优化结构布置，对结构受力进行详细计算分析，使整个结构体系既安全可靠，又经济合理。优化后的结构设计，既要满足现行结构设计规范的要求，又使结构各构件之间达到最合适的比例关系，以提高结构整体的抗震性能、抗风性能等功能。同时，优化后的结构设计必须方便施工，易于在工程实践中实施。结构优化设计一般可从下列五个方面进行。
2.1 结构优化分析方法
工程结构的优化分析包括两个层次：一是结构体系的优化，主要是确定结构形式、柱网尺寸和墙体布置等；二是对结构构件进行优化，在己确定结构体系的前提下，确定构件的截面尺寸和混凝土强度等级。
在传统设计中，结构体系的确定和构件截面尺寸是凭经验假定的，然后进行分析计算，校核是否满足规范要求，是一种被动的设计方法。优化设计也需要先进行假设，但假设目的不一样，所采用的分析方法也不同，优化设计需按一定的优化方法进行搜索，从而达到结构造价最优，是一种主动的设计方法。
2.2 荷载精细化计算
正确取用抗震防护烈度、场地类别，合理确定风荷载标准值和风载体型系数，必要时可根据风洞试验确定风载体型系数。根据不同荷载组合和不同计算内容选用荷载分项系数。在进行基础设计时，当上部结构传给基础的荷载为设计值时，应将设计值转换成标准值。
2.3 准确理解和使用规范
认真学习国家和当地有关设计规范，理解规范实质，并注意规范的适用范围和规范使用的配套性。在计算桩数时，荷载效应采用标准组合，对应的抗力采用单桩承载力特征值；在确定承台高度及配筋，验算材料强度时，荷载效应取基本组合，采用相应的分项系数，对应的抗力计算采用材料强度设计值。设计人员必须概念清晰，避免混淆。
2.4 构件尺寸及配筋的合理设计
抗震墙分加强部位和非加强部位，边缘构件分约束边缘构件和构造边缘构件，这两种边缘构件的配筋相差很大，应分别按不同的构造要求进行配筋。对于截面宽度较小的梁，配筋量较大时需放2～3排钢筋，可将梁宽适当放大，尽量布成单排，以增大梁的有效高度。跨度较大的悬臂梁，除角筋外可在跨中切断，既节省钢筋又方便施工。
2.5 合理的构造设计
按构造配置的钢筋，只需满足最小配筋率要求，不必提高其配筋。较大直径钢筋优先采用焊接或机械连接，钢筋搭接和锚固长度应按规范公式进行计算，不必加长。剪力墙结构中存在部分短肢剪力墙时，不应整体提高抗震等级，只需对短肢剪力墙的抗震等级提高一级。
3. 推行结构优化设计存在的困难
3.1 对设计的经济性缺乏考核指标
由于设计工作的特殊性和建筑产品的单一性，不同的工程有各自的特点，难于确定每个工程项目的合理经济指标，所以针对不同项目的设计成果，对设计的经济合理性缺乏明确的量化考核指标。施工图审查单位在审图时，重点是审查设计单位的资质、建设手续、设计施工图是否满足强制性条文和设计规范的要求，强调结构的安全可靠性，而对设计是否经济合理不作审查。
3.2 开发商对优化设计的意识不强
为了获得满意的设计效果，开发商往往愿意花费较长的时间对设计方案进行反复修改，而设计方案一旦确定，对初步设计和施工图设计的时间往往抓得很紧。特别是结构设计，设计计算和绘图的工作量大，结构施工图又是最先用于施工的，出图时间很紧，结构设计人员往往要连续加班，才能满足业主的出图时间要求。在这种情况下，设计人员根本没时间进行多方案的经济技术比较。
3.3 设计单位对优化设计缺乏动力
由于进行优化设计要付出比常规设计多得多的人力和物力，设计单位即使花费了较多的人力和物力，优化了设计方案，通过多方案经济分析，为业主节约了投资，也不能得到应有的报酬。在设计单位内部管理上，设计人员的收入一般都是与项目的设计费挂钩的，在同一项目上投入的精力越多，设计人员的收入水平必将降低，从而严重挫伤了设计人员对优化设计的积极性。
4. 对推进优化设计的建议
4.1 从政策上鼓励优化设计
审图公司在进行施工图设计文件审查时，除审查设计单位的资质、建设手续、设计施工图满足强制性条文和设计规范的情况等内容外，应将设计的经济合理性作为审查内容之一。政府主管部门应加强对设计市场的管理力度，严格通过资质管理、人员注册、设计招标、图纸审查等环节来规范设计市场，提高设计质量。
4.2 推行设计监理或设计咨询工作
提高设计质量，推进优化设计工作，仅靠政府主管部门的监控和审图公司的施工图审查还远远不够。优化设计的控制重点应在设计过程中。要加强设计过程控制，就必须推进设计监理或设计咨询工作。
4.3 结构优化设计的开展形式
结构优化设计对专业业务能力的要求很高，仅靠开发商自身的力量难于完成，需委托具有丰富的结构设计经验，在结构优化设计方面具有良好业绩的专业人员进行。开展结构优化设计可采取下列三种形式：
4.3.1 从方案设计阶段开始，聘请具有丰富经验的专家作为结构优化设计顾问，在设计全过程提供结构优化的合理化建议，通过过程控制，使结构施工图设计达到经济合理。
4.3.2 在初步设计图纸完成后，进行结构方案优化和构件优化，提出详细的优化后的结构方案、设计参数取值以及各构件的截面尺寸和混凝土强度等级等，与设计院沟通并在施工图设计阶段实施。
4.3.3 在设计院设计施工图完成后，进行优化设计研究，提出详细的结构优化方案、设计参数取值以及各种构件的截面尺寸和混凝土强度等级等，与设计院沟通并修改结构施工图。
5. 结构优化实例分析
多层住宅原设计采用沉管灌注桩，柱下独立桩基承台，承台之间设置基础拉梁。由于该建筑柱的轴力不大，但桩的承载力较大，优化后桩型不变，采用梁下布桩方案，可以使得布桩更加灵活。由于大部分桩均布置在墙下，故承台梁的内力不大，配筋基本接近构造配筋。
6. 结语
6.1 土建结构工程建造成本在整个工程成本构成中占很大的比重，通过结构设计优化降低工程建设成本具有较大的经济价值。
6.2 推进结构优化设计需要政府、开发商和设计单位统一认识，从政策和经济上给予支持。
6.3 结构优化设计的三种形式，可根据项目具体情况选择应用。
6.4 进行结构优化设计可有效降低多层住宅开发项目土建成本，提高经济效益。
参考文献：
工程结构优化设计范文第7篇
关键词：结构设计、设计优化、探讨、应用
在房屋建筑结构设计过程中，在满足建筑设计师设计意图的基础下，平面布置应当尽量保持对称和规则，尽可能的缩小刚度中心和质量中心之间的差异，从而使建筑物在水平荷载下不至于发生太大扭转。在竖向布置上，在满足功能的前提下，应尽可能的使竖向承重构件上下保持贯通，可以不使用转换层则尽量不使用，避免造成结构分析和设计上的困难。竖向刚度尽量不要突变，应采取渐变的方式，避免应水平荷载作用产生严重的应力集中现象。
在工程项目和结构设计时，除了考虑设计对象基本的使用功能和可靠性外，还要考虑把设计对象尽可能设计的更完善一些，这就是研究结构设计优化技术的主要目的。它用科学的计算选取更合适本项目满意的结构方案。
一、房屋建筑结构优化设计模型与方案
房屋建筑工程分部结构优化设计包括以下几个方面：房屋基础结构优化设计、房屋屋盖系统方案优化设计、围护结构方案设计优化与结构细部设计优化。针对以上几个方面的优化设计，还包括了选型、布置、造价、受力等内容进行分析。在实际实施中，还应该根据实际情况出发，再结合具体工程实施情况，围绕房屋建筑综合经济效益目标进行结构优化设计。
（一）系统结构优化设计模型。结构设计优化是在各种影响变量中选取主要的参数建立函数模型，运用科学的计算方法得出最好的优化方案。结构优化建立模型大概分为以下几个步骤：设计变量中主要参数的合理选择，通常的变量选择主要选择对于总体结构影响较大的参数，将所有的参数按各自的影响属性划分分类，将影响不大的参数定为预定参数，这样可以减少函数模型中大量的计算。目标函数一旦确定，使用函数找出符合条件的最优解。最后是约束条件的确定，房屋建筑结构可靠性优化设计的约束条件包括了应力约束、结构强度约束、裂缝宽度约束、尺寸约束。在优化设计中，确定各种约束条件务必符合现行规范要求。
（二）系统结构优化设计方案。在结构设计中应设计多个变量和多个约束条件，设定计算方案时，常常将由约束条件转换为无约束条件计算，常用的方法包含有符合型法和拉式乘子法。在完成计算方案设定时只需要编制相适应的运算程序即可得到最优化的结果。
二、结构设计中优化技术应用所面临的几个问题
将结构优化设计应用到实践中，是比较广泛的一项措施，利用结构优化设计方法可以不改变使用性能下达到降低工程造价的目的，结构优化设计应用于整体设计、前期设计、抗震设计、旧房改造等各分部环节都能发挥巨大的效益。在时间应用中，应当注意几个问题。
（一）前期参与。前期方案的确定将直接影响到整体建筑的总投资，前期方案阶段结构设计并不参与是现在所面临的一个问题，建筑设计师在建筑设计时对于建筑结构的合理性和可行性大多没有考虑，但建筑设计结果会直接影响结构设计，有些方案有可能造成建筑总投资增加和结构设计的难度提升。假如我们在方案的初期，就选择合理的结构优化设计，那么我们就可以根据不同的建筑类型，选择合适的结构形式和合理的设计方案，打好一个良好的基础。
（二）细部结构设计优化。概念设计运用于没有具体化数值情况下，需要设计人员在设计过程中灵活运用结构设计优化方法，从而达到最好的效果。在细部结构设计优化中，注意各细节部分的设计，比如现浇板中异形板拐角处易出现裂缝，可把异形板划分成矩形运用。
（三）地基基础结构设计。地基基础结构设计优化首先应选择合理的方案，如果是桩基础，则要根据现场的地质条件选择合适的桩基类型，桩端持力层对灌注桩桩长选择有很大影响，应多比较选择合适方案。
三、结构设计优化的作用
（一）降低建筑总造价。在结构优化设计中，建筑层数越多，总建筑面积增大，单位建筑面积占用土地面积将越小，这样节约了土地占用面积，但随着建筑层数的提高，总建筑高端提升，楼与楼之间间距也在提升，传给基础结构的荷载也会增加，我们则要增大基础，又会扩大土地占用面积。虽然这样单位面积会有所降低，但是还是没有屋盖效果那么明显。
（二）提高建筑结构经济性。随着建筑层数提高，墙体面积和柱体积也会增加，导致结构自重增加，基础结构的承载力相应增加，水、电气管线相应加长，如果层数降低，可节约材料、利于抗震等，当建筑高度减少，两建筑间的日照距离也相应减少，间接节约了用地。如果建筑面积相同，选择的不同的平面形状，建筑外侧外墙的周长也会不同，合理的平面模型使外墙周长减少，外墙砌体、基础设施。内外表面装修都会减少，与此同时还提高了受力性能，增强建筑经济性。优化方法的运用，协调了建筑各部分单元，使建筑在更加美观的同时增强了建筑的可实用性，还减少了总体建筑的工程造价，这符合了现建筑结构的效益需求。
当前，随着我国经济快速发展，人们对于居住条件和生活环境要求越来越高，利用结构设计优化技术对建筑房屋进行优化设计，使其结构和美观相互协调，同时安全、经济、适用和便利是改善人们居住环境的重要手段。房屋结构设计优化理念注重以实际情况为准则，根据工程建设的基本情况，以控制造价成本为中心来进行结构优化设计，其内容就是利用对建筑的基础结构、屋盖系统结构方案和围护系统结构方案等环节，建立起一种关于结构优化设计模型，通过对各种不同的影响变量参数中的关键参数进行科学的计算，确立最终的建筑工程结构设计的优化方案。房屋建筑结构优化设计意义重大，一方面是大大提高建筑结构经济性，房屋建筑进行结构设计优化可节省材料，有利用抗震，减少内外表面装修，提高了其受力性能，增强了建筑的经济性能。二是结构优化设计大大降低了建筑工程的成本造价。节约用地，大量资料表明，房屋建筑进行结构设计优化能够有效降低工程成本造价25%左右，同时结构优化设计技术能够对施工材料的性能利用更加合理化，能够让建筑工程结构内部各个不同单元之间更加充分互协调，提升了建筑工程结构设计的经济性。
房屋建筑结构设计优化技术在现实的运用中，可以达到物美价廉的效果，不仅实现了房屋的美观和实用性，而且突出的节约了工程造价。在每个投资者眼中，在保证建筑结构可靠性和科学性的前提下，同时在建筑长远效益下，最大程度的节约工程成本，是首先考虑的因素，这样才能实现可持续性发展，用最低的投资成本获取最大的经济效益。
五、结论
房屋建筑结构造价在工程中是考虑因素较大的一个方面，结构设计优化技术的运用产生了巨大的经济效益。所以建筑部门和建筑设计人员应当遵守经济性、适用性和合理性的设计原则，再运用现代高科技手段，选择运用合适的建筑结构设计方案，用以实现降低建筑总工程造价并获取更大的经济效益。
参考文献：
[1]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，（09）：160.
[2]邹俊.建筑结构设计优化方法在房屋结构设计中的现实应用[J].科技传播，2010，（19）：139+132.
工程结构优化设计范文第8篇
【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