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工程结构优化设计范文1
本文分析了建筑结构优化设计中影响工程造价的主要因素，同时阐述了优化建筑结构设计降低工程造价的举措。旨在明确建筑结构优化设计与工程造价间的关系，通过因素分析提出有效的工程造价控制方案，提高施工单位的经济回报效益。
关键词:
建筑结构优化设计;工程造价;关系
1建筑结构优化设计中影响工程造价的主要因素
随着我国经济实力和建筑施工水平的不断成熟，人们对于社会建筑的需求也更加的多元化，更加的重视建筑结构的安全和性能。为了更好的满足人们，也就是市场的需求变化，建筑结构优化设计的难度也随之加大，使得相应的工程造价成本支出也更高，因此需要分析和明确建筑结构优化设计和工程造价的关系，通过高效和高性能的建筑结构优化设计，有效控制其产生的工程造价成本，实现对整体工程项目经济控制的最终目的。
1．1功能性差异
建筑结构设计存在功能性简单和复杂的差异所在，建筑工程的功能性差异是造成工程造价结果变动的主要内容之一。通俗的说，正是因为人们对于建筑物功能性要求的不断提升，才使得建筑工程的结构设计也越发的复杂，因为简单的建筑结构难以满足人们越来越复杂的功能需求。但是功能的完善和扩充是在优化建筑结构设计上进行的，复杂的功能需求意味着建筑结构设计的难度也更大，相应需要完成的设计内容更多，根据设计完成的实际施工项目也更加的困难和复杂，投入的施工人员和完成的施工任务量也更多，这些多出来的施工内容无不意味着需要更多的施工成本投入，这也是建筑结构优化设计影响工程造价的主要因素之一。因此，施工单位为了在成本投入增加数额和建筑结构优化设计中寻找一个平衡点，通常会采用结构优化和成本控制相结合的方案来实现对建筑工程造价的控制与调节，这样既能够保证满足对建筑功能性的需求，同时还能维持较低的成本投入，对于施工单位而言能够获得更多的经济回报效益，经济性更强。
1．2抗震性能需求
建筑物的抗震性能是建筑结构设计的基础性指标任务，必须要在满足当前建筑抗震设计要求的基础上进行，科学合理的设计建筑内部的格局布置。结合当前地震对建筑物的危害实例来看，对称性较好、结构较为简单的建筑物抗震性能更强，建筑物的抗震性能并不与建筑结构的复杂性有所关联，反而是在简单的建筑结构中抗震举措能够发挥更大的效益，因此在进行建筑物的抗震设计时，一般都会采用更加简单化的建筑结构。需要注意的是，建筑立面不应当采用较大的缩进结构，或者是竖相抗侧力构建连续性不强的结构。这项抗震标准会直接影响到相应的工程造价费用的高低，根本原因是工程造价控制在简单且规则的建筑物施工中进展的更为顺利，对于结构复杂且规则性不强的建筑而言，存在实际施工花费超过工程成本预算的问题，因此说结构复杂且规则性不强的建筑的工程造价更加的难以控制。
1．3层数与高度
由于建筑建设施工本身要求的不同和地理环境的限制，建筑物的层数与高度存在多种区别，一般来说，我国根据建筑物的高度和层数的不同，将建筑物分为多层建筑、高层建筑以及超高层建筑三种类型，不同类型的建筑所要遵循的建筑设计与施工标准也有所差异，使得不同类型建筑结构设计的结果也不一致，因此造成最终的建筑工程造价也有所不同。如果碰到建筑高度设置趋于两个类型建筑物的临界点的情况，比如某建筑的实际层数、高度只是略微小于该类建筑建筑设计与施工标准的上限值，此时应当按照更高一级的建筑标准规范来进行该建筑的设计与施工，这就意味着会增加该建筑的成本造价，使得该建筑物的工程造价成本高于该类建筑内的其他建筑，因此在进行建筑层数和高度设定时，应当注意合理的控制层数与高数设计数值，避免出现这种趋于临界点的情况。
1．4平面结构形式
建筑的平面结构形式的选择会影响建筑物外墙的长度，而建筑物外墙的长度会直接影响到建筑工程造价，最主要的原因是因为不规则的平面结构在增加建筑墙体长度的基础上还会增加建筑结构施工的难度，使得建筑内部的管道、线路铺设以及材料使用等方面的成本支出费用增加，因此造成了建筑工程造价成本的增大。在不影响建筑面积的情况下，应当合理的进行建筑结构优化设计，并且进一步的简化建筑物的外形结构，实现对建筑工程成本造价的控制。
2优化建筑结构设计降低工程造价的举措
2．1科学的抗震设计
抗震设计是现代先进施工技术与理念相结合的产物，建筑的抗震设计的重点在于抗震载荷量的设定，同时抗震载荷量会直接影响到建筑结构优化设计和工程造价的结果，因此，科学的进行建筑物的抗震设计是优化建筑结构设计降低工程造价的重要举措之一。具体说来，科学的抗震设计应当将抵抗侧向力结构设计作为建筑物抗震设计中的重点环节，同时建筑物抗侧力结构的造价会随着建筑高度的增大而增加，这就意味着设计人员进行抗震设计时，不仅要考虑建筑物的抗震载荷量，同时还要考虑经济指标，既保证满足基本的建筑抗震要求，同时尽可能的减少经济成本揉入，比如房屋的结构体系、构建延伸性等都要综合考量，对于建筑物内涉及到的较为薄弱的环节也要计算的清楚、明白，确定最为合适的抗震设计标准，实现和保障抗震结构的设计既合理，又能在一定程度上节约建筑施工的成本投入。
2．2合理的结构形式
实现对建筑工程造价控制的最好方式之一就是确定和选择更加合理的建筑结构形式。目前，建筑结构中应用的最为先进和合理的建筑结构形式是框剪结构，该结构的灵活性和适应性较强，能够运用不同的、多种的形式来配合结构主体的功能性，进而实现更好的抗应力作用，进一步的提高和保障建筑的施工质量和稳定性。以民用建筑设计为例，在进行建筑物的抗震设计时，应当根据改建筑物所属的建筑类型，确定相应的高层建筑结构设计要求和施工标准，确保建筑物的剪力墙结构的抗震等级要高于短肢剪力墙的等级。同时根据实际施工状况，在进行平面布置时，适当的降低和减少短肢剪力墙的使用量，因为减少短肢剪力墙的使用量意味着在一定程度上减少了钢筋的使用数量，意味着节约了一定程度的施工成本，实现了对建筑工程造价的控制。需要主义的是，不同类型的建筑物具有不同的结构优化设计要求和施工标准，因此在选择建筑物的结构形式时，要结合该建筑物所属的设计要求和标准进行，更好的判断和选择建筑结构形式，在保障建筑安全需求的基础上，控制和适当的降低建筑造价成本。
2．3钢材使用比例降低
钢材是建筑工程施工中必不可少的主要原材料之一，特别是在建筑框架剪力墙结构当中，较大的钢材需求意味着较高的成本投入。目前，我国钢材市场上的价格一直处于一个波动状态，在进行建筑工程造价时，由于钢材价格的变动，使得工程造价的家国存在不准确或者有误的状况，也就是说，建筑工程造价直接受到建筑钢材需求量的影响。因此可以在保障建筑稳定性和质量的基础上，适当减少钢材的使用比例，通过减少钢材的使用比例强化对建筑工程造价的控制。同时，钢材使用率的下降意味着在钢材存储、运输等方面投入的费用支出也有一定程度的降低，因此建筑结构优化设计人员应当在符合设计标准和规范的基础上，采取合理的构造措施、设计荷载以及其概念设计等，使得整个建筑结构设计方案达到最优状态，实现对建筑工程造价更好的控制。
3总结
综上所述，建筑的功能和性能要求随着人们需求的增多产生了本质性的变化，因此在实际的建筑施工过程之中，不仅要保证建筑的施工质量，同时还要讲建筑的结构优化设计和工程造价进行有机的结构，充分考虑到结构设计的科学性和合理性，在保障建筑构件安全的基础上实现对建筑工程造价的控制。
参考文献
［1］杨土生．谈工程造价与建筑结构优化设计之间的关系［J］．山西建筑，2012，38(21):248－249．
工程结构优化设计范文2
关键词：工程造价；控制；钢筋砼结构；结构优化
基于钢筋砼结构建筑的自身特点，其工程的设计阶段就应当对于其工程造价进行整体的设计与评估，从源头上进行其造价的全面控制。进而对其工程结构进行优化，定量分析其结构优化的具体方案。本文就针对工程造价控制的钢筋砼建筑结构优化设计进行讨论。
1工程建设钢筋砼结构设计与造价问题
工程造价控制一直以来都是一项贯穿于工程建设的全过程的一项重要工作。整体上看，我国在工程造价控制方面一直以来都是将侧重点放在对于项目的实施过程中的设计控制。这么做导致的结果是建筑单位对工程造价控制能力不足，效果不明显。而工程建筑的每个阶段对于投资的影响是不一样的。工程设计阶段对于整个工程建筑的造价影响表现最为突出。其中，技术设计又是影响整个工程设计的关键环节。因此，可以说工程造价控制的重点应当是工程设计中的技术设计阶段。钢筋砼结构建筑作为一项重要的工程建筑方式，其在结构设计与工程造价问题上有几点表现：
1.1目前，针对于建筑结构设计的技术人员往往在进行工程结构设计时，忽略对于设计理念的整体把握，只能看到细节，无法准确把握其结构方案的整体性特征，没有能够从概念设计的角度出发，使设计模式化、僵硬化。另外，就是在相关设计人员的设计理念落后，缺乏创新精神与学习的能力，使设计从结构上缺少对于建筑理念的多角度融合，过分看重结构设计的安全度，使得设计上形成一种设计概念模糊不清的特征。这种设计上的模糊不清，往往使一些技术环节在工程建筑中很难把握其尺度，形成工程造价的偏高。
1.2 一些设计人员在进行工程设计的过程中，片面的强调安全性能的提高，缺少对于从经济上面的考虑，对于工程造价控制制造了难题。
1.3 出现在设计部门与业主之间的关系问题上，往往一些业主对于设计部门的要求过高，在很短的时间内进行工程设计，而忽略了设计部门无法在短时间内对于工程设计进行优化设计。在两者的矛盾之间，往往会造成顾此失彼的现象发生。另外，就是设计部门在进行优化设计的过程中表现出来的积极性不高，其主要原因是优化设计基本上成为了对设计单位的附加条件，并没有因为优化设计而额外对设计部门给以时间上和经济上的额外费用。因此，也就形成了设计部门缺少优化设计的热情。
2钢筋砼结构建筑主体结构优化设计
为使工程造价控制更为有效，在进行初步设计阶段中，应当着力于对于建筑结构的形式的选择。往往工程结构形式的选择会很大程度上影响到工程造价。因此，在既能满足建筑的功能需要的前提下，确定更为科学、合理的建筑结构形式。在选择结构形式的时候要遵循一定的标准。
2.1 在进行建筑主体结构形式的选择上，首先应当从工程结构的建筑功能上有一定的要求。其结构形式一定是能够满足建筑功能需求的。在此基础上其建筑材料上要能发挥其性能与效果。另外，就是根据建筑物的主体的高度级别进行因地制宜的选择。再者，从建筑物的抗震能力上要对结构形式有一定的要求，安全性能应该作为作重要的考察范围。同时，还有其他一些构成建筑施工的一般性要素也应当进行综合的比较，选择较为合理的结构体系。
2.2从整体考量设计结构同时要具有标志性的参照，高层建筑的宽高比往往是对于建筑物的综合性能与经济合理性的外在表现。通常能够达到其标准的设计结构更为合理。
2.3 在进行结构形式的选择过程中，应当将建筑师的意见作为重要的参考，尽量避免在工程施工中设置各类的结构缝。如必须增加这种结构的时候，也应该以现行的规范进行合理增设。从而能使其建筑要求达到标准。
2.4在满足了建筑功能条件下应当从其内部结构上对于结构形式进行选择。使其构成一个空间结构整体。从这个角度上来讲，实现建筑功能是一个立体空间问题。
2.5 更加科学的设计建筑物的抵抗水平力的建筑设计构成，使结构抗侧力的合力中心尽量与水平力合力作用的投影重合或接近。
3工程建设钢筋砼结构地基基础优化设计
对于整个建筑结构中对于基础以及地下室部分的设计也是占有极大比重的。对于这部分的工程造价控制应当将重难点放在对于地基的设计上。究其原因，主要是地基基础虽然在形式上基本一致，可是由于地质条件有差异，往往造成地基基础的建设出现千差万别的状况。因此在进行建筑结构优化设计中将地基基础以及地下室的优化设计作为造价控制的重要侧面。
4工程建设钢筋砼楼层结构优化设计
从设计上对于楼层结构的要求应当考虑几个方面的因素，在问题的着重性上主要考虑梁板的受力是否会影响到建筑结构整体。在传力的过程中，是否能实现直接受力。另外，就是从其使用的功能角度上分析，是否可用，和楼层结构的钢使用量的问题。工程设计中的公用建筑设计，基本上都是采用双向开间的形式，使用井字或者是十字次梁，这种结构的主次梁在受力方面上，其截面往往可以受力均匀。使其顶部的压力较小，对于公用建筑进行活动装饰更加有利。另外一种情况，出现公用结构的建筑涉及到了这种双向开间的结构部统一，需要对于主次梁之间的截面高度进行调整，使功能与外观更加合理和美观。
目前，建筑工程设计中对于住宅建筑的板厚要求基本上在10厘米以内，有的板跨小，钢筋强度大，反而不利于板的受重力的伸展，还会增加用钢量，传力途径也无法形成直接受力，还会使受力不合理。所以，在进行板厚的设计上以及板跨上应当尽量将其跨度增大，尽量少的设置次梁，从而实现工程造价控制的结构优化。
5施工图设计优化
在进行对于建筑工程进行结构设计之前，行之有效的结构分析是实现优化设计的必然要求。以结构分析为依据，对于结构设计过程中出现的局限性等问题加以补充与校正，使得结构设计更加准确。由于建筑物被赋予越来越多的功能，其结构也就呈现出越来越复杂的特点，在此基础上对于设计结构的准确性要求也就越来越严格。原本的技术软件在无法满足新的需求的时候，采用更为合理的相关软件模型就显得尤为重要。
6标准化设计的工程造价控制
为了在标准化设计上与传统的设计开发理念相区分开。因此，在进行标准化的设计方面，应当从设计的多元性与长期性上着手，对于设计方案进行优化，使其设计的理念能达到既能满足对于标准化设计的要求又能实现多元设计理念。
7结语
工程结构优化设计不仅仅是节约投资成本，更是一项经济发展可持续性战略的表现形式。同时，在设计优化结构中，也是实现节约能源实施环境保护的过程。因此，在进行工程建设结构优化设计的过程中，始终将对于建筑安全、抗震、经济效益、可持续发展等因素进行综合考量，才能达到预期的设计效果。
参考文献：
[1]张炳华等.土建结构优化设计[M].同济大学出版社.2008
[2]蔡新，郭兴文，张旭明.工程结构优化设计[M].中国水利水电出版社.2003
[3]全国民用建筑工程设计技术措施（2009）[M].中国计划出版社.2009
[4]混凝土结构设计规范[S].中国建筑工业出版社.2011
工程结构优化设计范文3
关键词：工程结构；结构设计；优化技术；应用
中图分类号：E271文献标识码： A
一、结构优化设计技术的现实意义
建筑结构设计优化技术在结构设计中的应用，可以达到“物美价廉”的效果，不但实现了的美观、实用，而且在节省造价方面也有突出的效果。与传统结构设计相比，采用设计优化方法则可以使建筑工程造价降低6%～35%。优化方法的技术性实现，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、经济和安全”目标的有效途径。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。结构的优化设计不仅是对质量安全的保障，还是项目效益的关键点。譬如的容积率方面的结构设计，由于容积率是项目建筑面积和占地面积的比值，而占地面积通常是固定不变的，因此层高和栋距成为容积率的决定因素，通过增加层高和缩小栋距，建筑面积将越大，所带来的经济效益可能就越大，但容积率的提高必须掌握在一定的程度内，否则将带来居住舒适程度下降的弊端，也会增大对地基承载力的要求，影响的安全使用。由此可见，结构设计必须进行优化，在技术可行性前提下通过设计内容优化，协调好各部份的功能实现，并最大限度节约造价成本支出，使得建筑达到经济、适用、安全等综合要求。
二、结构设计优化技术在建筑工程结构中的应用
1、优化设计规范在对建筑工程进行结构优化设计的过程中，设计人员严格遵循了相应的结构设计规范，不仅充分了解了结构设计规范中的相关条例，而且结合结构设计的实际情况，对结构优化设计的方案进行了合理应用。同时，针对结构设计规范中存在的不足，如安全性较差、要求过于宽松等，设计人员结合实际情况进行了适当的取舍，从而切实保证了设计成果的最优化。
2、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、荷载的取值也不是唯一的：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。而判断只能在结构设计的一般规律指导下，根据工程实践经验进行，这便是前面所说的概念设计。因此，概念设计存在于设计师对多种备选方案进行选择。
3、概念设计处理的实际。建筑设计问题该项设计要分析的内容非常多。人们都是希望能够借助于该项设计，确保结构在各项力的干扰之下不受到影响，或是把这种影响降到最小。因此，分析如何应付建筑物可能遭遇的各种不确定因素成为概念设计的重要内容。其中，地震作用最为难以琢磨，破坏性也最大。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。
4、整体优化和局部优化。任一项目建筑的设计都具备层次性及复杂性两方面的特点。以层次性看来，其一般包含建筑的设计体系、结构体系及安装设计体系等，每一个体系内又囊括了多个下属体系。进行建筑设计时，设计人员应对各个下属系统进行优化，将各个布局间的横向关联冲破，叠加工程；以复杂性看来，其一般包含建筑原料选取、零部件选取、结构类型选取等内容。所以，对于任一建筑来讲，就应从整体进行优化，方可真正实现设计优化。
5、结构同建筑的协调优化。在进行设计时，应尽可能保证建筑的结构同整体平面的配合紧密，从而实现造型美观、结构合理的效果。在进行建筑柱及墙的布设时，应同房建平面的功能需求相一致，每个房间的进深、开间都应保持统一。建筑系统尽可能简洁，墙与柱不可以出现错位情况，每一层的高度及截面面积应相同。进行楼体或电梯的设计时，其应力集中或受力方向较多的转角区域，承重构件应尽可能选取高强建材，从而降低自重，而非承重的构建应选用质量较轻的建材。整体建筑在布局方面应保证重心、刚心及质心交叠，预防出现扭转情况。
6、桩基础优化。桩基础可以划分为灌注桩及预制桩两种桩型。因为灌注桩在施工时质量较难控制，并且操作复杂，时间较长。所以，如果在沉降符合相关标准的基础上，应利用预制桩进行施工。另外，因为在普通状况下，伴随着桩基的不断深入，土壤对桩身的作用及摩擦也随之增大，所以，应尽量选取长度较大的预制桩。
7、框架梁、柱箍筋间距的优化。对不同抗震等级的框架梁，柱箍筋加密区的最小箍筋直径和最大箍筋间距做了明确的规定。侧重点就是关于质量，比如抗震等级、人防等级、地基处理、承载能力、材料使用等一些相关因素，同时还包括对设计图纸的详细了解和掌握，在钢筋水泥的质量要求、地基基础设计等级、砌体结构施工质量控制等级,基本雪压和基本风压,地面粗糙度等等一些基本建筑结构的类型需要，如混凝土的含碱量不得超过3kg/m3、地下水类型及标高、防水设计水位和抗浮设计水位，地基液化，湿陷及其他不良地质作用，地基土冻结深度、设计活荷载值、混凝土结构的环境类别、材料等级、强度等级、材料性能、施工质量的特别要求等，是在建筑结构设计中要考虑的要素。
结束语
建筑结构的造价在建筑工程中占有较大的比例，结构设计优化技术的应用可以产生可观的经济效益。建筑设计部门和设计人员应严格遵守“经济、适用、合理”的设计原则，精心设计，应用现代化科技手段，选择合理的建筑结构设计方案，实现降低建筑工程造价并取得最大经济效益的目的。通过使用优化设计手段，达到这几个方面的最佳结合，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]范国兴.建筑结构设计优化方法在结构设计中的应用研究[J].鸡西大学学报,2014,08:23-25.
[2]许宗雨.探析结构设计中建筑结构设计优化方法的应用[J].江西建材,2014,16:36-37.
[3]陈述康.结构设计优化技术在结构设计中的具体应用[J].江西建材,2013,05:49+53.
工程结构优化设计范文4
关键词：剪力墙；结构；优化
1造型控制
造型控制主要涉及的是建筑的造型方面，包括:结构体系、基础体系及地下室楼盖结构造型、建筑平面规则性、建筑高度与竖向高宽比、楼盖结构体系、剪力墙的位置与数量等。所以在进行方案的整体优化时，应该首先对造型控制优化。
(1).体型(结构体系)
鉴于框剪力墙结构是现今常用的建筑结构形式，本文内容主要论述该种体系的变形及受力特点。框架剪力墙体系，它兼有框架体系和剪力墙体系两者的优点，其建筑平面布置灵活，也能满足结构承载力和侧向刚度上的要求，能发挥较大的经济效益。为了增强房屋的抗扭能力，剪力墙宜布置在房屋各区段的两端。在平面形状或刚度有变化时，最好能设置剪力墙，以加强该薄弱环节。
在一般的剪力墙结构中，楼层剪力在各道剪力墙之间是按其等效刚度的比例进行分配。框架在水平力作用下，其变形曲线为剪切型，楼层越高水平位移增长越大。在纯框架结构中，各棍框架的变形曲线类似。所以，楼层剪力按框架柱的抗侧刚度值比例而进行分配。对于框架剪力墙建筑结构，框架与剪力墙之间通过平面内刚度无限大(假定)的楼板连接在一起。在水平力作用下，使框架与剪力墙的水平位移协调一致，不能各自自由变形，在不考虑扭转影响的情况下，在同一楼层的水平位移将会相同。因此，框剪结构在水平力作用下的变形曲线应呈反S形的弯剪位移曲线。因此，框架剪力墙结构应该按照框剪结构协同工作原理进行内力分析，才能保证结构计算的安全合理性。
(2).基础体系及地下室楼盖结构造型
基础工程约占工程总造价的20%-30%左右，因其位于地基下，施工复杂，难度大，所以基础结构的优化设计尤其重要。同时，应该充分重视施工方案的可行性。建筑地下结构的优化设计，应包含基础选型、地下室底板、外墙、顶板结构设计及防水、地下室楼盖结构选型和上部主体结构嵌固部位构造设计等。其中基础体系的选择及地下室楼盖结构选型是最为主要的。一些主要的基础的选取原则如下:
①.带地下室的建筑基础体系
1).为保证建筑物不致发生过量沉降或倾斜，并能满足正常使用要求，建筑基础的选取应综合考虑建筑所在场地的地质状况、水位、其上部结构类型、使用功能、施工条件以及相邻建筑的相互影响。
2).基础体系应选用整体性能好，并能满足地基承载力和建筑物容许变形的要求，同时能适应不均匀沉降，以达到其安全实用和经济合理的目的。
3).对于多层建筑，当地基承载力较大，或采用复合地基时，可以优先采用独立桩基基础。
②.地下室楼盖结构选型
多高层建筑中的地下室，一般都作为地下车库，楼层层高一般为2.7m-3.3m，所以无梁楼盖为常见的楼盖形式。这种楼盖，可最大限度地增加室内净层高，增强了地下室的使用功能。楼盖的配筋常用预应力钢筋，作为上部主体结构的嵌固部位，保证楼盖的安全适用性。对于楼盖的选型，应可以参照以下原则选取:
1).《高规》4.5.5条规定:作为上部结构嵌固部位的地下室楼层的顶楼盖应采用梁板结构。楼板厚度不宜小于180mm，混凝土强度等级不宜低于C30，应采用双层双向配筋，且每层每个方向的配筋率不宜小于0.25%。
2).高层建筑地下室的层数取决于使用功能和地基情况。地下室楼盖多采用梁板式。
如果楼盖采用无梁平板加平托板柱帽时，层高可适当加高。相应地可减少地下室埋置深度，也可以减少基础的土方和护坡高度，缩短施工工期，能节省综合造价。在构造上，为解决结构板的抗冲切承载力问题，楼板加设托板、顶板设反柱帽或托板加反柱帽等加强措施。
(3).建筑平面造型
高层建筑的外形可以分为板式和塔式两大类。板式建筑平面两个方向的尺寸相差较大，分为长、短边。为了增大一字形板式建筑短方向的抗侧刚度，可以将板式建筑平面做成折线形或曲线形。塔式建筑平面两个方向的尺寸接近或相差不大，其平面形状有圆形、方形、长宽比小的矩形、Y形、井形、切角的三角形等，高层建筑常采用塔式的建筑平面形式。
建筑平面形状是简单规则的凸平面，如圆形、正多边形、椭圆形等平面，可以减小风压。有较多凹凸的复杂形状平面，如V形、Y形、H形平面等，则对抗风不利。因此，对抗震有利的建筑平面形状应该是简单、规则、对称、长宽比不大的平面。平面形状不宜过于狭长，突出部分的长度不宜过大，不宜采用角部重叠或是细腰形的平面形式。平面过于狭长的建筑物，当在风荷载作用下时，有可能出现楼板弯曲。同时，当在地震作用下，有可能由于地震地面运动的相位差而使结构两端的振动不一致，产生震害，还可能出现楼板平面内高振型，这种变形在一般计算方法中无法计算。建筑平面有比较长的外伸时，外伸段与主体结构之间会出现相对运动的振型。
(4).楼盖结构体系
楼盖作为楼面荷载的承担体系，其选型对工程造价的影响很大。因此，其优化设计工作尤其重要。有关楼盖结构的选型，可考虑以下几个方面:
①.在设计中，运用概念设计理论思想，应该同时综合协调考虑水平分体系和竖向分体系的结构平面布置与类型，以达到理想的承载力、刚度和其他综合效益的要求。
②.楼盖体系方案的选择应考虑的因素包括:建筑空间功能要求、跨度、活荷载的大小、规划设计或当地规文限定的结构层间容许高度等因素。对于高层建筑，工程造价及倾覆力矩、承载能力对高层建筑的建筑高度非常敏感。
③.另外，在同样的设计条件下，不同的楼盖体系的结构自重也随之会有所不同，各层的自重通过逐层叠加后，最终传递到基础，从而直接影响基础的造价。较重的楼盖结构会要求较大截面尺寸的柱子和剪力墙设计，同时配筋也会增加。因此，增加了工程造价及施工工时。此外，较重的楼盖结构会加大地震作用下的惯性力，从而加大抗侧力构件的抗震补强要求。
2细部设计控制
细部设计控制因素主要涉及的是材料的选用，细节构造方面，是整体优化设计工作的组成部分，通过该控制因素的优化调整，可加快施工进度，增加施工效率，从而一定程度上减低工程总造价。
(1).混凝土、钢筋、墙体材料
钢筋混凝土建筑结构是由各种构件所构成，包括板，梁，柱及剪力墙、墙体等。这些构件的材料选用，在很大程度上决定的结构设计方案的合理性。结构构件的尺寸要合理，首先需要造型因素的设计优化。例如，当结构平面布置不规则对称时，结构柱因需要满足变形要求，其设计截面尺寸必须做得比较大，才能满足要求。这样，因构件截面的过大而影响建筑内部的使用功能，减少建筑的使用空间，降低了建筑的投资价值。
(2).细节设计
细节优化设计是整体优化设计的组成部分。例如，在计算结果所配的结构梁面筋净间距少于20mm时，面筋比较密集。在这种情况下，因混凝土浇注困难，混凝土就容易造成蜂窝的质量问题。所以在设计过程中，就需要对钢筋的排列在满足要求的前提下进行排列优化。又例如，在地下室顶板的预应力钢筋工程中的张拉头位置，当遇到施工后浇带时，就要优化其位置。因为如不调整，不但不方便张拉，还需按规范要求增加附加钢筋。同时，应注意配筋数量的合理性，针对实际情况对结构构件的配筋有目的地进行调整优化。
参考文献
工程结构优化设计范文5
关键词：建筑工程；结构设计；优化
Abstract: urban modernization makes our high-rise buildings appear constantly, and because the people's demands of the need to make the construction of architectural technology difficulty also increase. This must be the structure design of construction projects to improve, make it play a bigger role. Based on this, this paper of construction projects to the problem of the optimization of the structure design is discussed.
Keywords: building engineering; Structure design; optimization
中图分类号：TU318 文献标识码：A 文章编号：
随着高层建筑高度的增加,高层建筑的侧向位移迅速增大，因此设计高层建筑时不经要求结构有足够的强度, 而且要求结构有适宜的刚度,使结构有合理的自振频率等动力特性,并使水平力作用下的层位移控制在一定范围之内。同时，为了避免高层建筑在大震下倒塌,必须在满足必要强度的前提下,通过优良的概念设计和合理的构造措施,来提高整个结构、特别是薄弱层的变形能力,来保证结构具有足够的延性。因此,在结构设计中应综合考虑这些因素,合理设计,使结构具有足够的强度、适宜的刚度、良好的延性。
1 建筑结构的相关分析
在建筑结构工程中，对其需要采取内力、位移等各方面的计算，在计算时需要从不同的程度进行相关方的计算，并完善计算方式以取得理想的数据。当前，对于结构整体分析可进行以下假定:
1.1 结构材料分析
线弹性对建筑结构的内力、位移假定时,一般想象成结构与构件处在弹性工作形势下,根据弹性理论进行研究,但框架梁及连梁等构件需要对局部塑性变形引起的内力重分布进行研究。对计算地震环境下的建筑结构的薄弱层变形时选择弹塑性分析方法。
1.2 刚性楼板分析
在计算高层建筑的内力与位移过程中通常假定楼板对自身平面内是无限刚性,平面外刚度极小且排除在计算外，当假定是刚性楼板时,在设计过程中就需要运用措施确保楼板平面内的整体刚度。
1.3 小变形分析
在所有方法中是经常运用的基本假定。但专家们在研究非线性问题(P―Δ 效应)后得出了新的结论，通常在顶点水平位移Δ 与建筑物高度H 的比值Δ/H>1/500 时,就应该将P―Δ 效应考虑在计算内。1.4 计算图形分析高层建筑结构体系整体分析采用的计算图形主要包括了：一维协同分析、二维协同分析、三维空间分析。
2 建筑工程结构设计出现的问题及优化
2.1 基础拉梁设计的优化
多层框架房屋基础埋深值大时，为了减速小底层柱的计算长度和底层的位移，可在±0.000 以下适当位置设置基础拉梁，但不宜按构造要求设置，宜按框架梁进行设计，并按规范规定设置箍筋加密区。但就抗震而言，应采用短柱基础方案。一般说来，当独立基础埋置不深，由于地基不良或柱子荷载差别较大，根据抗震要求，可沿两个主轴方向设置构造基础拉梁。基础拉梁截面宽度可取柱中心距的1/20～1/30，高度可取柱中心距的1/10～1/15。构造基础拉梁的截面可取上述限值范围的下限，纵向受力钢筋可取所连接柱子的最大轴力设计值的10%作为拉力或压力来计算，当为构造配筋，要满足最小配筋率。基础拉梁顶标高通常与基础顶标高相同，当框架底层层高不大或者基础埋置不深时，有时要把基础拉梁设计得比较大，以便用拉梁来平衡柱底弯矩。
2.2 框架梁、柱箍筋间距的优化
对不同抗震等级的框架梁，柱箍筋加密区的最小箍筋直径和最大箍筋间距做了明确的规定。根据这些规定，工程习惯上常取梁、柱箍筋加密区最大间距为100mm，非加密区箍筋最大间距为200mm。电算程序总信息中通常也内定梁、柱箍筋加密区间距为100mm，并以此为依据计算出加密区箍筋面积，由设计人员要据规范确定箍筋直径和肢数。但是，在程序内定的条件下，当框架梁的跨中部位有次梁或有较大的其他集中荷载作用却仅配两肢箍筋，此时可适当增加箍筋直径或加密箍筋间距。对于框架柱，当框架内定柱加密区箍筋间距为100mm 时，在某些情况下，亦可能因非加密区箍筋间距采用200mm 引起配箍不足。因此，我们也应适当增加箍筋直径或加密箍筋间距。这里需要指出的是，梁、柱箍筋非加密区配箍验算时可不考虑强剪弱弯的要求，即剪力设计值取加密区终点处外侧的组合剪力设计值，并且不乘以剪力增大系数。
2.3 独立基础设计荷载取值的优化
钢筋混凝土多层框架房屋多采用柱下独立基础，当地基主要受力层范围内不存在软弱粘性土层时，不超过8 层且高度在25m 以下的一般民用框架房屋或荷载相当的多层框架厂房，可不必进行地基和基础的抗震承载力验算。但这些房屋在基础设计时应考虑风荷载的影响。因此，在钢筋混凝土多层框架房屋的整体计算分析中，必须输入风荷载，不能因为在地震区高层建筑以外的一般建筑风荷载不
起控制作用就不输入；另一种情况是，在设计独立基础时，作用在基础顶面上的外荷载柱脚内力设计值，只取轴力设计值和弯矩设计值，无剪力设计值，或者甚至只取轴力设计值。以上两种情况都会导致基础设计尺寸偏小，配筋偏少，影响基础和上部结构的安全。
2.4 地下室层数输入的优化
多层框架结构房屋也有设置地下室的。由于隔墙少，常采用筏板式基础。在电算时，应将地下室层数和上部结构一起输入，并在总信息中按实际的地下室层数填写。这样，计算地基和基础底板的竖向荷载可以一次形成，并且在抗震计算时，程序会自动对框架底层柱底截面的弯矩设计值乘以增大系数。同时通过对层间侧移刚度比的分析比较，还可以正确判断和调整房屋的嵌固位置，并采取相应的抗震构造措施，保证楼板有必要的厚度和最小配筋率等。当结构表现为竖向不
规则时，不仅要验算薄弱层，而且还要对薄弱层的地震剪力乘以1.15的增大系数。如果在结构总体计算中，总信息填写的地下室层数少于实际输入的层数，弯矩设计值增大系数将会乘错位置，从而在发生地震时，会使极易发生震害的底层柱底部位因抗震能力降低而破坏。
2.5 框架计算简图的优化
无地下室的钢筋混凝土多层框架房屋，独立基础埋置较深，在-0.30m左右设有基础拉梁时，应将基础拉梁按层1 输入。例如：某项目为3 层钢筋混凝土框架结构，丙类建筑，建筑场地为Ⅱ类；层高3.2m，基础埋深1.0m 基础高度0.7m，室内外高差0.30m。在7 度地震区该工程框架结构的抗震等级为三级。设计者按3 层框架房屋计算，首层层高取3.5m，即假定框架房屋嵌固在-0.30m 处的基础拉梁顶面；基础拉梁的截面和配筋按构造设计；基础按中心受压计算。显然，选取这样的计算简图是不妥当的。当设拉梁层时，一般情况下，要比较底层柱的配筋
是由基础顶面处的截面控制还是由基础拉梁顶面处的截面控制。考虑到地基土的约束作用，对这样的计算简图，在电算过程中，应将基础拉梁按层1输入，基础拉梁输入墙荷，配筋按电算结果设计。
2.6 基础拉梁层的计算模型的优化
基础拉梁层无楼板，用TAT 或SATWE 等电算程序进行框架整体计算时，楼板厚度应取零，并定义弹性节点，用总刚分析方法进行分析计算。有时虽然楼板厚度取零，也定义弹性节点，但未采用总刚分析，程序分析时自动按刚性楼面假定进行计算，与实际情况不符。房屋平面不规则，要特别注意这一点。
2.7 结构计算中几个重要参数的优化
所有的计算机计算结果，应经分析判断确认其合理、有效后方可用于工程设计。通常情况下，计算机的计算结果主要是结构的自振周期、楼层地震剪力系数、楼层弹性层间位移（包括最大位移与平均位移比）和弹塑性变形验算时楼层的弹塑性层间位移、楼层的侧向刚度比、墙和柱的轴压比、柱底内力设计值、地震倾覆力矩与总地震倾覆力矩的比值及超筋超限信息等等。为了分析判断计算机计算结果是否合理，结构设计计算时，除了有合理的结构方案、正确的结构计算简图外，正确填写抗震设防烈度和场地类别，合理选取电算程序总信息中的其他各项参数也是非常重要的，这些参数要按照电算程序软件的有关规定设置，使结构设计更加合理。
工程结构优化设计范文6
关键词：水闸；作用；优化设计；问题；结构分类
近年来，在全国范围内，掀起了水利工程建设。在水利建设过程中，软性地基上的大中型水闸一般将闸墩与底板连结成一块整体的平底板。由于整体式平底板的工程量能占到总工程量很大的一部分，因此底板的安全性对保证结构整体性起着重要的作用。作用在地基上的力不仅与底板的尺寸、刚度、荷载的大小及弹性模量等因素有关，同时还与地基自身的形变特性有关。在计算过程中，只能作出一些假设，不能够精确地反映出地基塑性开展区产生的影响。平底板的受力情况比较复杂，目前还没有精确的理论分析方法来进行计算。对于底板的受力应选择符合实际情况的应力分析方法，再进行适当的优化设计，以确定一种经济可行的设计方案。
1 水闸的作用及问题
水利工程中，水闸的应用非常广泛，一般建在渠道、河道、水库、湖泊等的岸边，是一种具有挡水和泄水功能的低水头的水工建筑物。关闭闸门时，可以抬高水位、挡潮、拦洪，以此满足上游通航或发电的需要；开启闸门时，可以排涝、泄洪、取水和冲沙，或者根据下游的用水需要调节流量。在设计过程中，水闸的挡水与泄水问题大多成为了决定此种水工建筑物使用寿命的关键，因此，对水闸的挡水与泄水功能进行深入地研究和探讨就显得尤为重要了。
2 水闸的结构及分类
一般情况下，按水闸所承担的主要任务，可将其分为：节制闸、进水闸、冲沙闸、分洪闸、挡潮闸、排水闸等。如果按闸室的结构形式，又可将水闸分为：开敞式、胸墙式和涵洞式三种。在开敞式水闸的闸门全开的情况下，过闸的水流通畅，此种水闸适用于泄洪、排冰及排漂浮物等任务。节制闸、分洪闸常常采用这种形式。胸墙式水闸和涵洞式水闸，都适用于闸上的水位变化较大或者挡水位高于闸孔的设计水位，即水闸的孔径是按照低水位通过的设计流量进行设计的情况。胸墙式闸室结构与开敞式闸室结构基本相同，为了能够减少闸门和工作桥的高度或者为了控制下泄过程中的单宽流量，而假设胸墙代替了部分闸门挡水。挡潮闸、进水闸和泄水闸常采用这种形式。
3 整体式平底板结构介绍及存在问题
整体式平底板是整个闸室结构的基础，是全面支承在地基上的一块受力复杂的弹性基础板。底板支撑在地基上，因其平底板较远，可视为地基上的一块板，受力情况也比较复杂。整体式平底板的结构整体性好，对于地基的不均匀沉降有很强的适应性，同时具有较好的抗震性能。在顺水方向上，闸门前后的水重一般相差很大；在垂直水流的方向上，集中荷载通过闸墩传递到平底板，同时还有周围附属结构的影响。针对这样的空间问题和较理想的应力分析方法时，通过采用弹塑性有限元法来分析底板和地基的受力情况。但这种方法在工程实践中尚未成熟。通常情况下，可以将这个问题转化成两个方向的平面问题，再分别进行分析。在顺水流的方向上，闸墩和平底板构成了一个倒“T”型的结构，刚度较大。在顺水流的方向上的弯曲变形量与垂直水流方向的弯曲变形量比较，可忽略不计，主要受挤压或受拉伸，因此可利用偏心受压（或拉）公式求解。在垂直水流的方向上，弯曲变形由底板独自承受，因此只需要截取板条来计算强度。
倒置梁法的基本原理如下：首先，假设地基的反力沿闸室横向分布均匀，通常是在底板横向上截取一定宽度的板条，并以此作为支承在闸墩上的倒置梁；其次，计算其内力，倒置梁法的主要缺点是忽略了底板和地基之间的形变协调条件，假定在底板横向上地基反力是均匀的。这一假设与实际的情况是不吻合的，同时支座处产生的反力与实际的载荷也是不等的。因此，采用此方法计算得到的结果与实际情况之间存在一定的误差，在实际应用中存在一定的局限性。但大量实验证明，对于整体式平底板小型水闸而言，其结构上部的刚度相对来说比较大，如果建造在比较坚实的地基上，倒置梁法的精度可满足使用的要求。弹性地基梁法认为梁与地基都是弹性体，梁卧置在弹性地基上，梁由于受荷载而发生弯曲变形，地基受压产生沉降，而梁与地基紧密接触，所以他们的变形和沉降是相等的，根据变形协调条件和静力平衡条件，确定地基反力及梁的内力。依据地基的可压缩层厚度及地基梁的半长，弹性地基梁法可分为：有限深地基梁法、半无限深地基梁法及基床系数法等。本文所涉及的弹性地基梁法为半无限深地基梁法，该方法考虑了底板变形和地基沉降的协调一致因素，也考虑到边荷载产生的影响，计算理论相对比较完整、结果的精度较高，具有较广的应用范围。
4 优化设计
本节通过对实例的分析，对上面所涉及到的两种计算方法进行比较，更好地认识了两者的异同所在，为与水闸底板有关的计算提供更加精确的设计思路和计算方法。
现有一座中型的三孔水闸，其相关尺寸如下：单孔净宽3.00m、边墩厚度0.75m。采用钢筋混凝土浇注的整体式平底板结构，平底板尺寸：长×宽=9.50m×12.50m、厚度0.70m。闸墩的长度和底板相同，高4.50m，挡土高度5.20m。此水闸有除涝和蓄水功用，除涝流量58.90m3/s。计算过程分两段时期来进行，分别是完建期和运行期。以主闸门的门槽为界限，分别截取单宽1.00m的板条进行计算分析。利用倒置梁法和弹性地基梁法得到的弯矩图，见图1、图2。
比较图1与图2，可以看出：从定性角度来说，这两种不同方法获得的弯矩图的分布规律基本是一致的，尤其是门槽下游侧的两个弯矩图的分布规律更加相似，同时这些弯矩图也说明了倒置梁法的计算精度是十分可靠的；从定量角度来讲，边墩支座处的弯矩不同且倒置梁法的结果大于弹性地基梁法的结果，两者相差在-22%～25%之间，但中墩支座处和跨中的弯矩都小于后者所获得的结果，相差约30%～40%，在通常情况下，水闸底板结构尺寸较大，因此这点差异可以被允许。因此，提出计算的一种新思路：在计算水闸底板的内力时，先采用倒置梁法计算，然后对计算结果进行一定的调整，也就是适当地增加或减少。改方法获得的计算结果和弹性地基梁法的结果更加接近，这样就省去了繁琐、复杂的弹性地基梁法的计算过程，是一种设计思路的优化。由此看来，这种方法将会对今后的水闸底板设计计算带来极大的方便，可以在很大的范围内使用，节约了大量的时间和人力。
