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结构设计优化范文1
【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：
1.1 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).
结构设计优化范文2
在整个结构成本管理控制过程中要把握好以下三个关键点：
⑴做好事前控制。这是整个结构成本控制的重中之重。
⑵设计过程的精细化管理。设计过程中必须控制好的关键环节，严格按照设计流程做好精细化设计。
⑶设计过程中适时、适当的引入外部资源。
聘请专业化的设计顾问公司，全过程的进行工程设计的管理和结构成本的控制，将会起到事半功倍的效果。好的结构设计不仅能给房地产公司降低工程成本，更可以给房地产公司带来意想不到的价值。
1.结构的设计优化并不是单纯的挑毛病
而是通过交流、沟通，找到更为合理、经济的设计，从而在满足各种规范的使用要求的前提下，杜绝不必要的浪费，做好成本控制。结构设计的优化是在充分尊重原设计基础上进行的，通过优化的过程，互相学习，也有利于提高设计院结构设计人员的设计水平。某项目2栋13层与23层相连建筑、2栋30-33层建筑、5栋9-13层建筑，共9栋。场地附近有一条河流，地下水位较高。场地土质较软，表层4米深度内有部分淤泥质土，地下室底板下土的承载力为160kPa，在17米至22米处有密实的粉沙层，在37-55米处有密实的沙层。基岩埋藏很深。6度抗震、基本风压0.45。本项目对回款的周期要求较高。
本项目地下室的布置思路：采用一层大地下室9栋高度和层数相差较大的建筑连为为一体，形成一个整体的大型地下车库。优点：交通及停车，小区的物业管理，地下室外墙的数量。但缺点也是明显的，一是导致地下室结构的超长，再就是各栋建筑单位的不均匀的沉降。
为此，对结构进行了优化设计：首先，地下室结构超长的解决办法是：
⑴结构后浇带的设置——费用、间距、封闭时间、施工便利性；
⑵混凝土膨胀外加剂的使用——数量、费用、位置；
⑶构造配筋的适当增加——数量、费用、位置。
其次，各栋建筑物的沉降差以及主体建筑物与地库间的沉降差解决方式是：依照当地的基础设计经验，
⑴9-15层建筑通常采用预制方桩基础，以粉砂层作为持力层，桩长约17米，摩擦型桩；
⑵18层以上建筑通常采用钻孔桩基础，以砂层作为持力层，桩长约45-50米，摩擦型桩；
⑶12层建筑物采用无桩筏板基础有过成功的案例，按程序计算沉降有15CM，实际观测仅4CM在无锡观测到的建筑物最大沉降不超过6CM。
2.优化结构设计是对结构设计进行深化、调整、改善与提高
也就是对结构设计进行再加工的过程。结构设计的优化，不是以牺牲结构安全度和抗震性能来求得经济效益的，相反经过设计优化的工程，结构布置更为合理、差错更少、用料更省、结构更安全。某高层写字楼，结构高度90.30米，地上24层，地下二层，抗震设防类别丙类，七度抗震设防，结构形式为框架核心筒体系，基础形式为平板式筏基，建筑面积约2万平米。结构设计优化的主要内容是以下三个方面：一是楼层楼盖体系的结构设计，二是核心筒的尺寸及墙厚，三是平板式筏基的板厚和有关构造。设计优化时对其它一些结构设计细节也给与了一定关注。经优化结构设计后，仅前述三个主要方面，可比原设计节约混凝土在2000m3以上，钢筋约70吨。通过结构设计优化，在节约结构造价的同时，使结构自重减小了约40000KN，相当于40KN/m2，约为两层半楼房的重量。从而大大增加了竖向结构构件和基础的安全度，减小了地震力，提高了整个结构的抗震性能。结构设计优化达到了提高项目技术和经济双重效益的目的。
又如：某工程9栋住宅，其中3栋18层、3栋22层、3栋28层、采用大地下室连接为一，土质情况：25M深度内，土层较松，桩侧摩阻力为15-30kPa，越向下土层越密实，桩侧摩阻力逐渐增加为50-70KPa，38米以下各层桩端阻力均较小，为1500-2500kPa。
原基础方案按当地的习惯做法及地勘报告建议：18及22层建筑选8-1层作持力层，桩长为40米，28层建筑选8-2层作持力层，桩长为50米。
选择方案：一是全部选用50米长的Ф500及Ф600的预应力管桩！二是节省工程造价（桩的性价比、承台的尺寸）；三是进一步降低建筑物的沉降差及沉降值；四是方便施工管理，提高桩基检测的效率，降低检测成本。
对于Ф500管桩，当桩长由40米增加到50米时（增长25%），其单桩承载力由1435KN增加至2080KN（增大45%），单位桩长的性价比大幅提高80%。
3.施工图审查与结构设计优化并不矛盾
它们的着眼点不同、侧重面不同，施工图审查并没有义务审查设计的经济性，而结构设计优化的目的之一是控制成本、并使设计更加合理。当然，结构设计优化的结果也必须通过施工图审查。某3+1层建筑，4层住宅，半地下室，淤泥质土，厚度约为18米，承载力为70KPa。在32-40米处有较好的沙层，可做桩基持力层，此时Ф300的预应力管桩承载力为600KN。
原基础方案：筏板基础；8米长的水泥搅拌桩加连接梁形成复合地基+止水筏板；长度为35米的Ф300预应力管桩，一柱一桩+止水筏板；预应力管桩方案最经济(便宜16%)！最安全！较搅拌桩施工周期短！
优化设计后，方案调整为：±0.00标高的取值，地下室的埋深：——对支护、土方、水浮力、抗拔桩的影响；覆土厚度的控制：——地下室布局、景观的要求、管线的要求；地下水位高度的取值和应用：——抗浮设计水位和最低设计水位；
地下室底板的布置方案：
承台间设基础梁加大板式结构。
桩承台兼柱帽的无梁筏板板结构。（造价相差20%-30%！）
结果：总共节省工程造价3500万元以上！
4.结构设计的优化工作不会影响设计、施工进度
可与设计同步进行。设计优化工作也可以按工程进度要求分阶段进行。某工程由共六幢高层建筑组成，建筑面积13万平方米。结构设计优化的主要内容是：桩基、剪力墙的布置和墙厚、楼层现浇板、地下车库的底板与顶板、地下室外墙、框架柱梁等。
工程结构设计优化后的经济效益：省去人工挖孔扩底灌注桩计360棵。基础筏板厚度减少，共计节约混凝土用量570m3，钢筋用量减少约220吨。地下室外墙、基础抗水板、顶板共节省混凝土用量约计2000m3，节约钢筋70吨。主楼现浇板节约混凝土超过1000m3。1#住宅楼减少剪力墙布置后，节约混凝土约400m3，钢筋约45吨。6#酒店经结构优化布置后，每层增加净高约150，减少了梁混凝土用量，梁柱钢筋用量减少约20吨。
结构设计优化范文3
关键词：结构设计优化设计技术；房屋结构设计；应用
中图分类号：S611 文献标识码：A 文章编号：
0 引言：利用结构设计优化的技术方法可以满足建筑产品的品质要求不断提高的目的，实现了人们对于居住条件及生活环境的要求不断提高的需求，同时，这也实现了建筑商不断寻求新的手段来满足顾客的需求，达到降低建筑工程造价成本的目标。科学地确定建筑结构优化设计几项基本原则并有效地按照这些基本原则去进行建筑结构设计，是非常重要的。
1 令不规则建筑平面布置产生规则结构效应的原则
有规则建筑体型和平面布置的结构，因其受力较简单，造价相对较低。但由于不同使用功能的需要，建筑的体型和平面布置是多种多样的，不可能因结构要求规则而对结构设计师的创作提出无理要求，倒是可以在满足不同使用功能的前提下，通过对结构墙、柱的布局和墙肢长短的调节，使不规则的建筑体型和平面布置产生规则结构的效应，同样可以使建筑结构达到经济结构和安全使用的预定目标。
当然，从理论上讲，任何建筑体型都有一种相对比较规则的结构受力方案，因为当建筑体型确定以后，整体建筑的形心和质量中心（重心）就也确定了，结构设计师在设计时只要使结构的荷载中心和刚度中心尽可能地接近乃至重合，该建筑结构就基本具备了稳定和规则性的条件，而且，楼层平面面积越大，内部可分隔的空间越多，就越能做到规则的结构布置，建筑结构的整体稳定性和安全度就越有保障。从力学观点来说，结构的荷载传递路径应力求简单和直接。建筑结构中空间关系较复杂的部位，在设计时常会出现多次转换的结构构件，犹如转换层，这样，会导致造价提高，也容易发生因失稳而引起的安全问题。结构构件的传力途径有多种多样，其支撑构件也可根据传力需要按科学、合理的方案进行变换，因此，可以说没有固定不变的结构布置，也没有一成不变的传力途径。而如果设计师采用最直接、最简单的传力途径，就可以省去许多中间传递的结构构件，从而也可减少结构的安全隐患，使结构受力更明确，材料更省，其造价自然也会更低些。
2 尽可能提高建筑投入使用后的舒适度原则
所谓好的建筑，应是从建筑、结构、装饰装修到给排水、暖通、空调、燃气、电气安装等各专业的优化设计组合，是整体优化设计，如果仅仅是某个专业设计得好，是不可能被称作是一个好建筑的，结构设计也不能例外的；建筑结构设计要能最大程度地满足建筑平面布置、内部空间高度和建筑立面等使用功能和外形观感的要求，投入使用后，使用户在工作和生活中感到很舒适，使建筑真正成为人人赞美的好建筑，这才是建筑结构优化设计的出发点和落脚点。因此，建筑结构的优化设计应包含结构体系的优选、传力途径的科学性、构件布置的合理性、构件和材料选用的正确性等内容；我们应该把尽可能提高建筑投入使用后的舒适度作为建筑结构优化设计的一条重要基本原则。
3 建筑结构整体安全度原则
我国早已颁布实施的《建筑抗震设计规范》（GB50011-2001）规定的抗震设计的标准是：“小震不坏，中震可修，大震不倒”，是说整个建筑结构所有构件要共同达到的目标。如果一个工程有99%的构件在大震作用下不会被破坏，而其中有1%的构件即使在小震作用下就被破坏，导致整个建筑垮塌，那么，这个工程还能说是结构安全吗？所以我们认为，结构优化设计应全面考虑整体建筑的每个构件，都具有可靠的承载能力，确保整个结构安全度的可靠性，确保实现结构设计规范规定的设计标准，达到建筑结构既安全又经济耐久的总目标。这就是结构设计应坚持的建筑结构整体安全度原则。
4 特殊情况重点加强，确保结构整体安全原则
结构构件在建筑中所处部位不同，其受力状态和受力大小不同，结构设计师在设计时应有不同的计算和处理方案，应逐个予以正确地解决，而不能机械地按规范条文和电算软件去处理。比如，高层建筑的转换层结构构件，当墙、梁、柱构件出现偏心时，应对相关构件作出特别加强构造措施；而功能复杂的综合性建筑，当剪力墙上洞口较多时，应根据错洞情况用暗柱予以特别加强；一字形剪力墙两端应采取较大截面的暗柱作特别加强；框架柱应重点加强其延性设计；对异形柱应对其长肢端部作加强处理；静定结构的构件应加大其安全储备；大悬臂梁、板构件则应增加在竖向地震力和风荷作用下强度及稳定性设计；非结构受力构件应加强连接构造，以增强建筑结构整体稳定性；受水土侵蚀影响的构件应充分考虑水土的侵蚀作用对构件的影响力大小，以便采取相应的抵御措施；不设后浇带的超长结构和高低悬殊结构应采取特别措施处理，以确保结构的整体安全等等。
5 对不同构件采用不同的安全系数的结构优化设计原则
无数结构试验证明：由于现浇钢筋混凝土楼板的约束作用，可以在很大程度上提高楼盖梁的承载能力，最高时可提高约1.5倍。而现行国内结构计算软件却不能准确反映现浇楼板的这种约束作用，因此，按力学计算结果进行结构设计的话，对现浇楼盖梁而言，它的安全系数就偏高了许多。另一方面，从对出现垮塌事故的工程进行事故原因调查和分析可以得知，由于楼盖或楼盖梁的问题而导致结构破坏的工程实例极少，除非是结构计算本身有误；从许多震害调查的工程实例中也可得知，在地震力作用下建筑倒塌的主要原因，也大多是由于墙、柱等竖向构件首先遭到破坏所致。而结构工程师为确保建筑的整体安全，往往不分构件的实际承载能力，对所有构件均给予相同的安全系数，这就是造成结构设计不合理的重要原因。
6 关注实际结构与计算模型不同的原则
一般来讲，电脑可按输入的程序作计算，但它不会做分析，如果结构工程师想依赖电脑将它的计算结果进行结构分析的话，会给结构留下较多的隐患。现行应用软件中墙板构件是通过假定来实现的，它在某种特定结构布局下是不符合假定条件的，这样的电算结果是容易出现问题的。因此，除了整体电算需要人工调整外，很多手算的局部构件也存在同样的问题，可见实际结构的受力状态与计算模型是不一样的，设计时务必要特别予以关注。
7 降低结构造价原则
建筑结构优化设计的最终目的，就是要使设计出来的结构不仅各个构件受力均衡，技术应用科学、合理，而且结构整体安全、可靠，每一个构件都能充分发挥其最大作用，这样才能使设计出来的建筑结构最终达到既受力均衡、坚固耐久，经济、合理和安全可靠的目的，这也是一切的基本出发点和落脚点。结构工程师在对建筑结构优化设计时，务必要把降低结构造价当作重要的基本原则来予以重视，千万不可掉以轻心。
结语：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。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。
参考文献：
[1]谈建筑结构的优化设计[J].建筑科学，2009(4).
[2]张红友.优化结构设计减少建筑投资成本[J]. 陕西建筑，2008(11).
结构设计优化范文4
关键词：结构设计；设计技术；工程造价
Abstract: in recent years, due to the change of the market price for the land, land prices rising to a developer building total cost control to a great pressure, and at the same time, people for a living conditions and the living environment of the constantly increasing demand, the corresponding construction products and constantly improve the quality requirements, which lets developers seeking for new means to satisfy the customer demand, and reduce the cost of project will become developers the pursuit of the direct target, this needs we use structure design optimization design method, enhances the limited space, limited resources to maximize the effects play, realize the economization, practicability and applicability of the good goals.
Keywords: structure design; Design technology; Project cost
中图分类号：S611文献标识码：A 文章编号：
一、结构设计优化方法
赏心悦目的建筑是建筑的美观与结构设计相互协调密切配合的结果。建筑结构设计追求适用、安全、经济、美观和便于施工五种效果，而建筑设计优化设计技术方法的应用不但满足了建筑美观、造型优美的要求又能使房屋结构安全、经济、合理，成为实际意义上的“经济适用”房。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。
（1）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。二、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。
（2）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。
二、结构设计优化技术的实践应用
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项目的整体设计、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。在按照结构设计优化的方法及模型进行实践的过程中，要注意下面的几个问题。
（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。
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处易出现裂缝，可划分为矩形板。注意钢筋的选择，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却相差很大，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，满足基本的规范要求即可，达到既安全又经济的目的。
（3）下部地基基础结构设计优化
地基基础的结构设计优化首先要选择合适的方案，如果为桩基础，那么要根据现场地质条件选择桩基类型，尽量节省造价。桩端持力层对灌注桩桩长的选择影响很大，应多进行比较以确定最合适的方案。
三、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。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。
结构设计优化范文5
【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：
结构设计优化范文6
【关键词】房屋结构设计；优化方案；应用；优化技术
中图分类号： TU318 文献标识码： A 文章编号：
近年来，由于经济体制和市场环境的变化，土地价格也在不断上涨，使得建筑工程在成本控制上面临的压力也随之增大。同时，随着人们生活水平的提高，人们对居住环境和居住条件的要求也较之以往有很大的提高，这就要求建筑产品要有更优秀的品质才能满足人们的需要。为了实现开发商和居住者的共同利益，那么就要在降低建筑工程造价的同时还要优化房屋的结构，因此，设计部门和人员就要在房屋结构设计中运用结构设计优化技术方法，在有限的空间里对有限资源进行合理利用，使其能够发挥出最优效果，实现房屋建筑安全性、经济性和适用性的最大化。
一、房屋结构设计中的结构设计优化方法
安全、美观、经济、适用且便于施工是建筑结构设计的五项基本原则，将结构设计和建筑美观密切配合起来，在各自发挥作用的同时相互协调，能够打造出赏心悦目的建筑。在房屋结构设计中应用建设结构设计优化技术，既能够使建筑的造型更加美观，又能够满足房屋结构的安全性、经济性和适用性原则。它是从优化设计房屋工程的分部结构和优化设计房屋工程结构的总体这两个方面来体现的。房屋工程分部结构优化设计方案有这几方面的内容：优化设计房屋的基础结构、优化设计房屋的屋顶系统、优化设计房屋的围护结构和优化设计房屋结构的细部。在这些优化设计方案中包含着多方面的内容，主要有工程的造价分析、结构选型、结构布置和结构的受力分析等方面。在具体的实施过程中，要从实际出发，结合房屋建筑工程的自身实际情况，将提高房屋建筑的综合效益为目标，来进行房屋结构的优化设计。
二、房屋结构设计中结构设计优化方案的应用
1、房屋结构设计中的抗震性优化设计方案
在进行房屋建筑工程图纸的设计时，按照抗震的等级来对房屋结构的设防进行分类，这是在国家《抗震规范》等相关规定的基础上，根据房屋的高度、烈度和结构类型来确定的。具体的优化方案如下：
对高层房屋建筑来说，在计算地震震力的振型组合数据时不必考虑耦联扭转的情况。如果房屋振型数大于3，那么在计算时要取3的整数倍，并且这个数据应该小于建筑物的总层数，如果房屋是1层或者是2层时，那么可以将房屋层数作为振型数。如果房屋结构并不规则，那么就应该考虑扭耦联转，同样拿高层建筑来说，房屋的振型数不应该小于9而应该大于或等于9；如果该项建筑房屋结构的层数较大，或者它的刚性突变系数大的情况下，那么在选取该房屋的振型数时应该多一些，例如在房屋结构中有转换层的情况，或者房屋顶部有小塔楼，又或者房屋内部是多塔结构，这时应该选取大于或等于12的数作为该房屋的振型数，但是需要注意的是，振型数仍然不能超过该房屋总层数的3倍。除非存在特殊情况，才可以选取更大的振型数，例如在房屋结构中含有弹性定义楼板，并且在刚性分析时采取的是总刚性分析的方法。
2、房屋结构设计中周期性折减系数的优化设计方案
在建筑房屋结构的设计中，对于房屋框架和顶盖来说，它实际表现的刚度往往会大于设计时计算的刚度，而实际的周期又会小于设计计算的周期，这是由于存在填充墙体的原因引起的。如果计算出来的房屋结构剪力偏小时，会引起房屋某些结构的安全隐患，为了避免这种情况而使房屋结构达到更好的效果，那么在房屋结构优化设计时就要适当折减它的计算周期。但是房屋的框架结构除外，在设计时不宜折减它的计算周期，必要时就取最小的折减系数。对于房屋的框架结构来说，它通常是采用砌填充墙的方式，因此应根据砌块和墙体的情况来决定折减系数。如果采用轻质砌块来填充或者墙体较少的情况下，折减系数应为0.7～0.8之间；如果完全是采用轻质墙体板时，折减系数可以取为0.9。
3、房屋结构设计中框架梁、柱箍筋间距的优化设计方案
房屋柱箍筋、框架梁等的设计中，要在符合国家相关规定的前提下来设定最大箍筋和最小箍筋的直径间距，通常将加密区的最大间距设为100mm左右，而将非加密区的最大间距设为200mm左右，然后来计算房屋结构的箍筋面积。设计人员在确定肢数和箍筋的直径时，要依据相关规范的规定来进行。如果有其他较大载荷存在于房屋框架梁跨中部时，或者存在次梁且箍筋仅为两肢时，而程序又为内定的条件下，就应该取200mm左右作为非加密区的箍筋间距。这样既能够提高间距为100mm的梁箍筋加密区的抗剪切能力，又使梁非加密区抗剪承载能力适当增强了。通过这样的优化设计方案，更能够充分体现出梁的强抗剪性能。
4、房屋结构设计中地下室的优化设计方案
在房屋结构设计中，如果是多层性的框架结构，一般都会设置地下室，而通常会采用板筏基础来建造，这是因为地下室的隔墙较少。在设计时应该综合考虑房屋的上部结构和地下室的层数，在图纸中的计算时应以地下室的实际层数为依据，这样可以一次性设计完成基础
底板和地基的纵向荷载。同时，通过比较和分析侧层移刚度性系数，可以对房屋的嵌固位置做出正确的判断和调整。为了保证楼板有必要的厚度且配筋率最小，可以采取适当的加固措施来进行构造；如果房屋的纵向结构不规则时，要加强最房屋结构中最薄弱层的验算。
三、在房屋结构设计中应用结构设计优化方案的意义
在房屋的结构设计中应用结构设计优化方案具有着重要的现实价值和实践意义。在满足房屋结构长远效益的基础上，应该尽可能的减少房屋结构的投资成本，并使房屋结构更为可靠和合理，以实现这样的目标为目的来进行房屋结构的设计。与传统房屋结构设计比较，运用建设结构设计的优化方案能有效降低房屋工程的造价，大约为10%～35%。运用现代化的设计理念来合理运用结构设计优化方案，可以将建筑材料的性能最大限度的发挥出来，充分协调房屋结构内部各单元之间的关系，其安全性也能达到国家的规定范围。同时，在房屋建筑设计中应用结构设计的优化方案还能提高房屋整体方案设计的合理性，从而实现房屋整体结构的美观、安全、经济和适用。
四、结语
在房屋结构设计中采用建筑结构设计优化方案，能够使房屋变得更加美观、适用、经济、安全。要使房屋结构优化设计在实际应用中发挥最大的功效，既要注重建设初期优化方案的制定，又要在施工过程中合理运用。在保证质量和安全的基础上，坚持房屋结构优化设计的新理念，合理选择结构设计优化方案并充分利用，对于建筑工程成本的控制和人们居住条件的提高都有着重要意义。
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