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建筑结构的优化设计范文1
关键词：建筑结构；计算机优化；尺寸优化；土建成本控制
从一个建筑的角度来说其建筑结构设计占据着非常重要的位置。为了能够更好地优化建筑结构设计，能够进一步的规整我国建筑领域。就此认为应该将计算机的结构优化法应用在建筑结构当中，以期能够更好地进行建筑，能够为实际应用提供一定的益处。
一、房屋建筑结构的优化理论运用
在房屋建筑结构当中，优化理论和方法运动的很少。之所以会出现这样的情况是因为，在进行建筑设计的时候，规范中的要求和实际设计时候的约定和约束有的时候不能够显示出表达和实际要做的算法。建筑结构一般为大型的结构，其设计变量和约束的条件非常多，但是不同类型的约束条件混在一起的时候，不能够真正的做到单一的优化算法解决问题，而且建筑结构的断面尺寸一般不是连续量，是离散量。，这种现象就导致了连续变量优化没有使用的地方。对于建筑结构的优化设计来说，必然要开发一些比较使用且方便的优化参数定义的软件工具。如果不这样，那么准备一次优化设计的数据将会花费大量的时间，对于现有的体制来说，只要求设计者要考虑到设计的安全问题，在追求质量设计这方面还没有一定的激励机制，使得工程师们只是一味的赶进度，求省事，从而只追求量而没有提高其质量。
二、建筑结构的优化设计
就目前我国建筑结构的优化体系来说，其优化理论还不能够更好地解决，因为这不仅仅只是结构的问题，还涉及到了建筑商业用途的问题，其功能和建筑美学要求。建筑材料的供应以及法规要求，施工技术等问题，将工程师的设计经验以及相对应的设计实例做成了不断自我扩充的专家知识库和设计实例库，并且针对数据库的查找、储存、排序等手段做成了相对应的形状等。对于结构的拓扑和形状的优化，虽然说在一定程度上有了一定的发展和进步，但是从另外一个角度来说，建筑结构优化尺寸，大部分的工作都会集中在怎样形成一个结构，尤其是对高层结构的侧向刚度问题。
三、建筑结构TBCAD软件系统介绍
建筑结构的设计可以从设计方案、机构建模、结构优化、结构分析、构件细部设计等几个方面说起。其中，大型的结构优化以及设计的评估等方面还没有形成商业化的软件。TBCAD系统是非常全面的建筑结构的计算机辅助优化设计以及成本控制的软件系统。TBCAD在优化设计理念方法非常有造诣，它主要是针对传统型的成本控制结构设计问题进行设计，比如说指导结构的方案设计，和优化评估的方法设计等，力求能够得到最优化的解决方案，从而能够取得土建成本以及物力、人力和时间最优的状态，且TNCAD优化结构方案能够自动的满足规范的所有要求。它的主要功能可以从以下几个方面说起。
目标是结构松造，其中包括了钢筋、混凝土以及模范费用等，这些费用都比较小，钢筋混凝土结构会在静力侧向和在作用之下进行控制，包括层间位移约束控制以及顶点位移控制。钢筋混凝土结构在动力侧向荷载作用下的优化包含了自振周期相应约束控制，以及钢筋混凝土结构在组合荷载作用下的强度约束控制，还有配筋率的控制，构建的尺寸约束控制等。
在进行优化的过程中，每一次的优化循环都可以分为两个不同的阶段，其中第一阶段是针对侧向刚度进行控制，这个阶段的主要目的就是能够通过材料调整，通过重新分配，从而能够达到以最少总混凝土用量取得最大的侧向刚度。从第二阶段来说，是对构建强度优化进行控制。这个阶段的主要目的就是通过调整单个构建的结构断面尺寸和用钢量的比例，从而达到一个最少结构造价的硬性的要求。在进行优化的过程中，要求每一次循环中的第二个阶段都是可以独立运行的，简单来说就是既要能够保证只进行侧向刚度优化，或者是只进行构建强度优化。与此同时，也可以考虑到刚度控制以及构建强度控制的优化。
虽然说这样的优化形式有很多的优点和益处，但是对于数字表达在优化问题上面还有很多的弊端，比如说首先是设计变量过多，对于一个实际建筑结构项目尤其是高层结构来说，结构构建可能是很多人，必须要利用一个高效率的算法才能够更好地处理，从而避免计算工作量成为一个难题。
从第二点来说就是其中所涵盖的约束条件过多，比如说一个结构构件的强度约束条件就可以达到几十个，那么上千万个结构构件的数量可想而知，是没有办法计算的。如果说仅仅只有一个算法来计算这些构件，是不可能的一种现象。
所以说在进行构件计算的时候，一定要对结构进行分层标注，对结构进行分组，在其中在加上侧向的荷载信息，最后才能够组成等高的结构分析模型。
结语：
总而言之，根据这一领域多年以来的研究所得出来的结果发现，最适用于钢筋混凝土结构优化设计的使用算法就是本论文中所介绍出得TBCAD系统。而且TBCAD系统所进行优化的主要工作流程也是非常适用于钢筋混凝土。针对工程的例子进行相对应的讲述，说明了TBCAD是一个非常实用的结构优化设计系统。
参考文献：
建筑结构的优化设计范文2
[关键词]房屋建筑结构；优化设计；实践应用
文章编号：2095-4085（2015）10-0055-02
近年来，经济建设的快速提高促使基础设施建设得到空前发展。技术人员在实际工作中应不断积累经验，提高创新能力，掌握先进的设计理论，对施工中遇到的问题进行优化设计分析，使相关资源得到最优化的合理配置，以提高房屋建筑的商品价值。
1房屋建筑结构优化设计的重要性
当前，随着我国新时代房屋建筑的发展，人们对房屋建筑的高需求也使得设计工作逐渐步入深水区。各种设计问题急需解决，其居住功能不断被弱化，进而赋予其更多延伸功能。在施工阶段，施工方通过更新和优化施工技术，不仅提高了房屋建筑的质量，还达到了提高相应经济效益和社会效益指标的目的。
2建筑房屋优化设计的实践应用
房屋建筑的优化设计贯穿于房屋设计施工的等各个不同环节。下面从施工技术、使用功能和经济效益等方面进行简要分析。
2.1房屋建筑施工技术方面的优化
为了跟随市场不断发展的脚步，房屋建筑施工技术方面需要有所创新和优化。比如在施工过程中，异形板拐角处的裂缝情况就受到内部钢筋的影响，对于钢筋材质不同的I级钢和冷轧带肋钢，其价格虽然相差不大，但利用计算机仿真优化设计技术建立函数模型发现，其抗拉极限等力学性能指标却截然不同。一般来讲，冷轧带肋钢筋更具有良好的优越性。由此可见，施工技术的不同会对房屋建筑的耐久属性产生直接影响，同时对房屋建筑结构的稳固性、抗风性和抗震性产生的效果截然不同。
2.2房屋建筑使用功能方面的优化
对于房屋建筑而言，其最基本的使用功能达到消费者的心理诉求。笔者以剪力墙结构布置为例进行简要说明。对于建设方来讲，房屋建筑如果定位为高档豪宅（比如高层住宅小区）时，由于纯剪力墙结构的刚度大于框架一剪力墙复合结构，而且其抗震性能也要好于后者，所以优先考虑大开间剪力墙结构布置。为了考虑使用性能，可以采用厚度为160mm的薄墙体。这样的设计不仅美观而且还为消费者争取了更多的使用面积，也节约了建筑材料，降低了工程造价。设计中如果出现剪力墙有柱无梁状况时，就会设置成暗梁明柱结构。但是为了不影响其美观，墙体结构的断面结构设置为X250，并选用φ14的配筋。所以说，无论选择用何种结构的剪力墙，其结构设计上的优化对其使用性能都具有积极作用。
2.3房屋建筑经济效益方面的优化
以某市某教师公寓小区房屋建筑工程为例进行简要介绍，其地基基础承载力特征值为262kPa，地基基底压力经测算为425kPa。另外根据地质勘查报告，复杂的地形地貌结构无法满足现场施工要求，施工方根据多年施工经验和现场情况，经与建设方和设计方沟通后提出了两套施工方案，具体情况如表1所示。
通过比较，笔者仅从经济效益上发现，方案一的工程造价为315万元，而方案二的工程造价为36万元，方案二在工程造价方面仅为方案一的十分之一。另外，方案二不仅节约了混凝土和钢筋的用量，而且还减少了桩的数量。从而降低了整个工程的造价，取得了良好的经济效益。
建筑结构的优化设计范文3
关键词：建筑：高层建筑；结构设计；优化设计
在工程建设过程中，建筑功能的实现与工程投资的控制是工程建设的两大目标。实现投资效益的最大化，是每个投资者追求的投资目标。通过对建筑结构的优化设计，不仅能够提高建筑物的安全度，并且能够有效降低工程造价，使建筑产品具有更高的性价比。而进行工程投资控制的关键在项目决策和设计阶段，在项目做出投资决策后，其关键就在于设计阶段。在建筑工程的设计阶段，当满足建筑的诸多功能后，工程造价的控制是每个投资者最为关注的主要内容，也自然成为投资者评价设计质量优劣、衡量设计水平、选择设计单位的重要标准。为了在日益激烈的设计市场竞争中求得生存与发展，为业主提供优质的设计产品，提高设计产品的经济性，已成为每一个设计单位努力追求的目标。
一、高层建筑结构的发展
(1)新型结构形式的应用不断增加。框架体系、剪力墙体系和框架一剪力墙(支撑)体系是高层建筑的传统结构体系。根据筒体的不同组成方式，分为框简体系、筒中筒体系和多束筒体系3种类型。筒体最主要的受力特点是它的空间受力性能。无论哪一种筒体，在水平力作用下都可以看成固定于基础上的箱形悬臂构件，它比单片平面结构具有更大的抗侧刚度和承载力，并具有很好的抗扭刚度。因此，该种体系广泛应用于多功能、多用途、层数较多的高层建筑中。而20世纪80年展起来的巨形结构(巨形桁架、巨形框架)、应力蒙皮结构、隔震结构等也都已经开始了广泛的应用。
(2)组合结构的高层建筑发展迅速。采用组合结构可建造比混凝土结构更高的建筑，不但具有优异的静、动力工作性能，而且能大量节约钢材、降低工程造价和加快施工进度。在不同的情况下，可以取代钢筋混凝土结构和钢结构，科技含量也较高，对环境污染也较少，已广泛应用于冶金、造船、电力、交通等部门的建筑中，并以迅猛的势头进入了桥梁工程和高层与超高层建筑中。在强震国家日本，组合结构高层建筑发展迅速，钢筋混凝土组合柱应用广泛。由于钢管内混凝土处于三轴受压状态，能提高承载力，从而可节约钢材。而香港的中国银行采用巨形组合柱的建筑设计方法，获得了十分可观的经济效益。随着混凝土强度的提高以及构造和施工技术上的改进，组合结构在高层建筑中的应用可望进一步扩大。
(3)智能建筑的发展异军突起。现代建筑技术和高新技术产业的结合促成了智能建筑的产生，在高层建筑中有更广阔的应用前景。智能建筑是建筑、装备、服务和经营四要素各自优化、相互联系、全面综合并达到最佳组合，以获得高效率、高功能与高舒适的建筑物。智能建筑是通过对建筑物的4个基本要素，即结构、系统、服务和管理，以及它们之间的内在联系，以最优化的设计，提供一个投资合理又拥有高效率的幽雅舒适、便利快捷、高度安全的环境空间。智能建筑的构成至少必须具备三大系统：设备管理自动化系统、通讯网络系统、办公自动化系统，并以此应用现代4c技术构成智能建筑结构与系统，结合现代化的服务与管理方式给人们提供一个安全、舒适的生活、学习与工作环境空间
二、设计中存在的问题
(1)只重视结构尺寸的优化，即在给定结构的几何形状、拓扑和材料的情况下，求出满足约束条件的最优构件截面，而忽视结构整体的优化。已有的研究结果表明，形状优化比尺寸优化更有意义。单纯的尺寸优化无法接近最优的结果，因此，也就不能完全令人信服。设计人员较普遍地认为，结构设计只要结构方案和布置合理，结构又有比较成熟的计算机软件进行分析计算，构件截面只要通过计算结果满足规范即可，认为上部结构相对下部结构，即地基基础部分，特别是软土地基的意义不大，因此对上部结构截面的优化所能达到的经济效益未予以充分的重视。
(2)离散变量优化问题。建筑物尺寸以及钢筋、型钢规格型号等都不是连续变化的，因此，传统的优化方法，如各种梯度算法、对偶算法等解析算法均无法胜任。而目．，由于问题的规模较大，随之带来的计算量急剧增加的“组合爆炸”问题也会使计算量急剧增加。
(3)优化的目标还不能完全符合工程的需要。由于实际结构问题往往十分复杂，存在设计变量多、约束条件多、受建筑功能限制较大等难点，多种因素甚至不确定性因素使得目标函数在建立后只能得到相对最优解。而且，目前尚没有实用的高层建筑优化分析软件，而应用现有的各种计算机分析软件进行截面优化并不是简单的几次尝试就能达到效果的，因此，无论是时间，还是设计进度，都较难允许实施这种优化方法。很多高层建筑设计项目，结构方案和布置还是比较合理的，其构件截面也是同类型
三、高层建筑结构优化设计
(1)对高层建筑结构方案进行优化采用何种方法，首先应分析这一问题的目标函数、目标函数中的各种变量这些变量之间的各种数学解析关系以及与各种变量有关的约束条件，在分析的基础上是采用间接优化还是直接优化方法来确定。高层建筑结构方案优化的目标就是材料耗量，材料耗量决定于构件的截面尺寸大小，截面尺寸必须满足通过力学分析得到各构件内力后的强度计算及位移变形等条件。因此，目标函数很难用明确的数学解析式来表达，不能用数学上求极小值的方法，也就是一般所说的间接优化方法来优化。高层建筑结构方案的优化只能采用直接优化法来解决，即给目标函数中变量以已知值，经过试算使其满足一定的约束条件，求得其目标值，并找出使目标值逐步变小而趋向最佳值的路线或方向，以达到目标函数的最优值。因此，可以采用满应力法进行高层建筑结构优化设计。
(2)满应力设计法是在桁架等杆系结构的设计中发展起来的，是结构优化中最简单、最易为工程人员理解的一种准则法。所谓满应力是指结构构件在荷载作用下的最大应力达到所用材料的容许应力，此时材料的强度得到充分利用，构件截面面积将是最小，故可作为桁架最轻设计或体积最小设计的一个准则。满应力设计法是结构在规定材料和几何形状的条件下，按照满应力准则的要求，修改构件的截面尺寸，使每一构件至少在一种工况下达到或接近其容许应力限值的优化算法。如果结构除了应力约束外还有界限约束，则要求每一构件应力约束和界限约束中至少有一个达到临界值。
(3)利用满应力设计法进行高层建筑的结构优化设计要遵循以下步骤：首先，要根据常规做法和经验确定结构构件的初始截面尺寸，并按构件分类分别建立柱、墙、梁可供选择截面尺寸的数据库；其次，要对结构构件进行力学分析，算出各工况下结构的位移及内力，并对结构构件进行承载力计算；再次，要根据计算结果，对构件截面尺寸进行调整，在满足位移条件的前提下，尽量充分发挥构件材料的性能，即按规范计算使其接近满应力状态，但截面选择应在指定的数据库中进行，并统计截面需修改的个数；然后，根据修改截面的数量、性质，由人工干预决定或指定一个限值自动决定是否重新计算，即返回到第二步计算，如此循环反复，直到满足要求为止；最后，输出最后优化的构件截面尺寸及计算结果。
建筑结构的优化设计范文4
关键词：房屋建筑结构优化设计
中图分类号：S611文献标识码：A 文章编号：
房屋结构优化设计对于整个工程建设的贡献是不容忽视的。每个工程建筑想要达到的目标就是用最少的资金投入提高整个工程结构的坚固性和可靠性，以至达到最大最长远的经济效益。优化设计方案与传统的设计方案相比较下的优势就是，它可以节省工程的开支，使工程造价最高可达百分之三十，可以合理的优化工程资源配置，把每种材料的利用率发挥到最大限度，它是达到工程设计的“安全、适用、经济”目标的最有效的方法之一。
1、房屋建筑结构优化设计的内容
通常，结构设计的工作主要是根据建筑设计的要求，采用合理的设计理念和方法，来确定适当的结构形式、布置以及具体的构件设计尺寸。对常见的钢筋混凝土住宅结构体系进行优化时，可以从结构整体的布局以及具体构件两方面的因素来加以考虑。影响结构整体布局的因素包括了建筑物的体型特征、柱网尺寸、层高以及抗侧力构件的位置等；具体构件因素主要包括结构的布置、构件的截面、混凝土和钢筋强度等级及配筋构造等。综合考虑两方面的因素影响是必须的，为了实现这一目标，对工程师提出了更高的要求，即需要结构工程师对结构和构件受力特征有充分的把握，能根据构件设计的合理经验和规范的深刻理解，采用合理优化方法进行有效设计。
2、房屋建筑结构优化设计的措施
2.1. 加强剪力墙的设计
剪力墙设计中连梁的设计是关键。联肢墙是通过连梁连接的各墙肢联结而成，从而增加了墙肢的约束条件。连梁的剐度增大必将使得结构的地震作用也增大，这样连梁和墙肢分配内力也相应增大，此时必须增大构件的配筋量，显然这一设计结果必然会造成材料的浪费。因此，在住宅结构设计时，有经验的设计师都不会采用大刚度的窗下墙作为连梁，而是将连梁设计成为截面、刚度较小的弱连梁。同时，在满足结构刚度与变形要求时，应从经济角度与抗力、变形方面综合考虑，合理布置抗侧力构件。显然，剪力墙数量越多，结构抗侧力刚度愈大，相应结构位移会减小，但是结构地震力会随抗侧力刚度增大而加大，对结构的造价控制不利。因此剪力墙应以周边均匀、对称、分散等原则合理布置，以规范规定的水平位移限值为准尽可能减少剪力墙数量。
2.2. 加强设计中建筑结构形式的选用
不同的建筑类别和功能要求决定了户型的选择，从砌体结构和底部剪力墙结构谈起。
(1) 加强砌体结构的设计。作为承重构件和抗侧移构件的砖砌体，其平面布置较为灵活，但不适宜做跃层结构，杜绝受力较大的突兀结构形式。门窗开洞宽度不宜超过 2.1m，纵向墙体数量不宜少于三道，这一措施可以适当减少构造柱的配筋。
(2) 加强底部框架剪力墙的设计。底部框架剪力墙结构由于竖向抗侧力构件不连续，使得设计中受力平衡容易出现问题，因此对建筑平面的要求较为严格。承重墙尽量放在框架梁上，如果出现放在次梁上的墙体时，应加大该次梁、主梁、框架梁的配筋，加厚该处的楼板厚度。结构楼板不能随便错层，只有在楼板上填轻质材料实现的方式才可行。户型设计中宜让大房间布置在临街面，卫生间、厨房等小房间布置在背面，这样方便临街面柱网的布置等。
2.3. 注重细部优化
(1) 在注重整体设计的同时，也应加强结构局部构件的精细设计。比如现浇板设计中尽量把异形板划分为矩形板，这样既达到合理受力的目的，也避免了拐角裂缝的出现。
(2) 底部框架抗震墙的底框梁箍筋配箍量一般较大，此时若选用冷轧带肋钢筋作为箍筋，便可减少箍筋肢数或箍筋直径，达到造价的降低以及施工的方便化。还有，为减少底部截面，采用高强度的混凝土是柱构件不错的选择，但是水平构件混凝土可适当减少混凝土的标号，满足了受力要求，也节约了成本。
(3) 随着计算机技术以及结构优化设计理论的结合，基于计算仿真的优化设计思路已经在工程结构设计中得到了广泛的应用。通过利用计算机分析软件建立优化设计的分析模型，采用高效的计算机优化计算方法，设立结构设计达到的目标要求，最终实现结构设计的优化目的。在具体的优化设计过程中，优化设计实际上已经由一个工程问题转变为一个数学问题。在大型复杂结构的优化设计中，基于这一思想的结构优化设计方法具有其他算法无法替代的优势。因此，工程设计人员加强基于计算机技术的优化设计分析非常必要。
3、结构设计优化技术在建筑结构设计中的应用
3.1 直觉优化（概念设计优化）技术与建筑结构设计
对于我们想达到的目的可以有不同的途径和方法。建筑工程中也不例外，对于同一个建筑方案可以有不同的实现途径和结构设计；对于我们分析的设计方案，由于参数、荷载、所用的材料的不同都会导致各项的取值是不尽相同的，对于建筑物结构设计的细节处理方法也不是唯一的，这就需要我们设计人员根据自己多年的经验和实际的理论以及当时的情况进行自行的判断，计算机是无法解决这些不确定的问题的。但是我们的判断也只能在结构设计规律的指导下进行主观的概念设计，而这种概念设计是设计人员在多种备选方案中的选择过程。
3.2概念设计处理的实际建筑设计问题
我们必须承认的是概念设计的确可以帮助我们使建筑工程结构不受一些来自自然和人为的不确定因素的破坏，最起码也会将这种破坏程度降至到最低。所以概念设计为了达到这一目的所面临的问题是非常多的，它把如何使建筑物不受这些不期而遇的外力因素的影响作为自己的设计内容。在这些外力因素中，地震是相对比较常见的，它的活动没有规律，一旦发生破坏力极大，所以在设计过程中应该充分的考虑到地震的破坏作用，采取一些行之有效的抗震措施，尽量清除一切不利于抗震措施实施的举措。为了减小地震在建筑结构中的破坏作用，我们一般采用刚度的对称均匀；为了使在特大地震到来时可以减少更多建筑物的破坏作用，我们可以采取多到设防的方法，使地震在次要的结构中就消耗了本身的部分能量。我们应该充分的把抗震思想融入到概念设计当中去。
建筑师的艺术创作主要通过建筑物来体现的，他们力求实践和艺术的完美结合，通过建筑物来表达自己对生活的感悟，满足自己对艺术的追求。作为一名优秀的建筑师，不仅要保证建筑物的可靠和实用性，还应该大胆的创新，在建筑物的结构设计上追求独特之美。建筑师在进行结构设计时要考虑的因素很多，例如，在设计时应该尽量用规则的和对称的形式，尽量的减少质量和高度的差异；应尽量避免使用转化层，使用转换层既不经济而且也容易造成结构应力的集中，增大结构设计上的困难；在竖向设计中，应该尽量让竖向结构的承重构件能够融会贯通。总之，在进行结构设计时应该综合考虑，保证每一个环节的准确性，使工程建设能够顺利进行
4 结束语
由于目前我国高层建筑发展迅速，在其结构设计中经常遇会到各种问题，这就需要结构设计人员不断地积累经验，自主创新，利用正确概念进行结构设计。因此，结构工程师必须在每一个工程项目的设计中都能做到不断地探求自然法则，不懈地追求相对的最佳最优，要通过反思比较，在经验积累中不断提高自己的判断力和创新力。
参考文献
［1］孙国正． 优化设计及应用［M］． 北京: 人民交通出版社，2004．
［2］江欢成． 优化设计的探索和实践［J］建筑结构，2006，36(6) : 1 －24．
建筑结构的优化设计范文5
关键词：结构设计； 设计；优化
中图分类号：TU3 文献标识码：A
1、结构设计优化方法的理论体现
当我们进行结构设计以及工程项目的相关设计的时候，不仅要对设计对象的安全性可靠性以及其基本使用功能进行必要的考虑外，设计还要尽可能的突出建筑的美感，这些便是结构以及工程项目的最优化的相关问题。也就是说利用相应的数学上的方法，对所有设计方案进行必要的分析比较，得出最满意的设计方案，以满足预期的目标。
从理论上对结构设计优化方法进行相关的分析可知，房屋工程结构总体的优化设计以及房屋工程分部结构的优化设计是结构设计优化方法在实际应用中具体的表现。房屋工程结构总体的优化设计主要是对围护结构、屋盖系统以及结构细部等进行相应的设计方案的优化设
计。在设计的时候还必须考虑到相应的布置、选型、造价以及受力等方面的问题，然后根据工程的实际情况以及结合房屋建筑相应的经济性，对建筑结构进行相应的优化设计。
为了适应时展的要求，建筑的结构形式必须不断的进行必要的创新。对于建筑结构的设计师来说，要确保建筑结构具有一定的安全保证，在此基本上考虑设计出新的结构形式。
对于建筑结构的设计，我们要求尽量缩小质量中心和刚度中心的差异以及建筑的平面结构尽量对称与规则，不过这些必须满足设计师的基本设计意图。还要要求在水平荷载作用下建筑物不会产生很大的扭转效应。必须在满足建筑相应的功能条件下，在竖直方向布置尽量让竖直方向的相应的承重构件上下贯通。在结构设计中，为了减少结构设计与分析上的难度以及经济性，我们应该尽量避免使用转换层结构。对竖直方向的刚度也有着相应的要求，要求刚度的变化必须是渐变的而不是突变的，否则在刚度突变的地方会出现严重的应力集中，这不利于建筑结构抵抗水平方向的动力载荷作用。
2、结构设计优化技术的现实意义
对建筑结构的设计进行必要的优化，在对于房屋结构相关的设计中的应用意义重大，不仅能够满足了建筑的实用与美观，而且还可以有效地对工程造价进行控制。对于建筑商来说，其当然希望用最少的投资，而获得最大的收益，然而又必须对建筑结构的科学性、可靠性以及安全性做出保证，这必然要求对结构设计进行优化。
结构设计优化和传统房屋结构设计进行比较我们可以发现：运用设计优化的技术能够降低建筑的工程造价（6 ～ 35％）。结构设计优化技术能够使得建筑结构内部的每个单元都得到最佳的协调，并可以对材料的性能进行最合理的利用。这样不仅能够保证相关规定的安全系数，还能够实现对建筑结构设计的经济性与实用性。
3、结构设计优化技术在建筑结构设计中的步骤
3.1建立结构优化的模型
在我们对房屋结构整体进行必要的优化设计时候，可以分成三步进行建筑结构的设计优化。下面将对每一步骤进行详细的介绍：
3.1.1要对设计变量进行合理的选择
通常在对设计变量进行选择时，我们把对建筑结构影响的主要参数作为设计变量。如目标控制的相关参数（损失的期望C2和结构的造价C1）和约束控制相关参数（结构的可靠度PS）等；然而还有一些影响不是太大，其变化范围也不是很大或者由局部性以及结构的相关要求就能够满足相应的设计要求的一些参数，我们可以用预定参数来表示，这样能够使得我们的设计量、计算量以及编制程序的工作量均大大减小。
3.1.2对目标函数进行确定
在进行结构设计优化的时候，我们还必须寻找一组能够满足相关的预定条件的截面相应的几何尺寸、钢筋的截面积以及相应的失效的概率的函数，使得工程造价最少。
3.1.3对约束条件进行确定
对于房屋的结构的设计优化来说，必须确保结构的可靠度，来对优化设计相关的约束条件进行相应的确定，设计优化的约束条件主要包括裂缝宽度约束、结构强度约束、尺寸约束、构件单元约束、应力约束、结构体系约束、从可靠指标约束到确定性约束条件以及从正常使用极限状态下的弹性约束到最终极限状态的弹塑性约束等约束条件。在进行结构设计的时候，我们必须对目标约束条件与实际的约束条件进行相应的比较与分析，再确保每个约束条件都必须满足相关要求，以实现最佳的设计。
3.2对优化设计的计算方案进行设定
根据可靠度进行的房屋结构的优化设计具有多约束且非线性的优化问题以及复杂的多变量，在进行相应的分析计算中，一般把有约束的优化问题转换成无约束优化问题的求解。常用的优化设计的计算方法有拉氏乘子法、复合形法、Powell法等。
3.3进行程序的相关设计
根据可靠度进行的房屋结构的优化设计的基本模型以及所使用的优化设计的计算方法，可以编写一个具有运算速度快以及功能齐全的综合应用程序。
3.4结果分析
我们必须对相应的计算结果进行必要的分析比较，然后选择出最佳的设计方案。在这个过程中，我们考虑问题必须全面，并且要对问题进行多角度的考虑。这一步骤在建筑结构设计优化中尤其重要，合理的选择设计方案，不仅能够确保结构的美观、安全性、合理性以及实用性，还能够对施工中的资金的投入有着重大的影响。在结构设计优化中只强调经济上的节约，而忽略技术上的相关要求，是不正确的；同样只考虑技术上的要求，而不考虑经济的要求，也是不合理的。我们必须对两者进行合理的配置，才能达到相关要求。
4、结构设计优化技术的实践应用
对于项目的前期设计、整体设计、旧房改造以及抗震设计方面均能够采用结构设计优化设计的方法。下面对实践应用中的问题进行必要的说明：
4.1结构设计优化应注意前期参与
前期方案直接会影响到工程的造价，然而很多结构设计忽略了这一点，所以我们应该注意。前期参与能够让我选择合理的结构形式以及合理的设计方案。
4.2概念设计结合细部结构设计优化
在没有具体数值量化的情况下，我们可以使用概念设计。例如，对地震的烈度进行设防时，由于它存在这不确定的因素，所以我们无法找到与实际相符合的计算式，所以在进行设计优化的时候我们可以使用概念设计的方法，把相应的数值作为参考与辅助相关的依据。同时在设计过程中，相关结构设计人员必须合理并灵活的使用结构设计优化的方法，从而达到最佳的效果。
在设计过程中必须对细部的结构进行相应的设计优化，例如，在现浇的混凝土异形的板料，其拐弯处容易开裂，我们可以简化成矩形板，然后再合理的选择钢筋，在满足其结构的基本要求条件下，达到既安全又经济的目的。
4.3下部地基基础结构的设计优化
在地基基础的结构设计优化中，我们必须选取合适的方案，如可以根据工地的地质条件选择相应的桩基类型，并尽量减少相应的工程造价。并根据桩端的持力层的厚度合理的选择灌注桩的桩长度，通过对多种设计方案进行必要的分析比较，然后选取最佳的设计方案。
建筑结构的优化设计范文6
关键词：结构设计， 建筑结构 ，优化方法
Abstract: the architecture is solidification of art, architecture, to reflect exquisite must will structural design and beautiful design reasonable collocation. Housing structure design has been seeking the safe, applicable, economic, beautiful, and construction and five effect. The need to design department or design personnel strictly abide by the five kinds of effect principle, make rational structure design, the application of the modern science and technology optimization method, realize the most effective play limited resources, finish to lower the project cost and get people to the goal of material and spiritual needs. The current, building structure design of the building structure design optimization method has been widely applied to the actual start of project, this paper the structure design optimization methods reflect of theory, the structure design optimization method of application and practice are analyzed and discussed.
Keywords: structure design, structure, optimization method
中图分类号：S611文献标识码：A 文章编号：
1房屋结构设计中的建筑结构设计优化方法的理论概述
1.1房屋结构设计中建筑结构设计优化方法的理念及意义
在进行工程项目的结构设计过程中，除了要考虑设计对象的基本使用功能和兼顾其安全适用性以外，还应尽可能将设计对象设计的更加完美，这就是结构设计优化问题。定义为工程结构在满足约束条件下按预定目标求出最优方案的设计方法。随着我国社会精神文明建设的不断发展，人们对于居住环境精神领域的追求已然形成一种时尚。对于人居环境的改善，其根本主要体现为美观与结构之间的协调、配合，使得建筑工程满足美观的同时也能实现在经济规划方面的实际意义。
房屋结构设计中建筑结构设计优化的内容主要是通过对基础结构、屋盖系统结构方案、维护系统结构方案等其他结构综合进行设计的过程。在整个过程之中强调的是一切从实际出发，紧贴工程进度、发展的实际情况，以控制工程造价成本为中心的结构优化设计理念。
1.2建筑结构设计优化方法的实践价值
与传统的设计相比，在设计中采用优化方法可以使建筑工程造价降低5%~30%，可以尽量减少建筑结构的近期投资并提高建筑结构的可靠度。结构设计优化方法的应用能充分利用材料性能，对结构内部的各个单元进行协调，规范建筑结构安全度，为建筑整体布局提供合理决策。
2结构设计优化方法在建筑结构设计中的步骤
(1)整体优化模型
房屋结构设计优化方法一般从三个方面展开。第一，选择设计变量。在设计过程中将所要选择的描述结构特性的参数确立为设计变量，比如目标控制参数和约束控制参数。而将那些变化范围不是很大或者对设计要求而言局部设计考虑就能满足设计要求的参数确立为预定参数，这样做可以大大减少计算、编排、设计的工作量。第二，确定目标函数。寻求一组可以满足预定条件的钢筋截面积和截面几何尺寸以及是小概率，已达到总费用最小。第三，确定约束条件。房屋结构设计的约束条件包括强度和稳定约束、截面尺寸约束、结构整体约束、构建单元约束、正常使用状态下的变量从上限到下限的约束条件等。在设计时，若要使结构设计优化方法应用于实际房屋工程，则必须通过建筑结构设计中实际约束条件与目标约束条件相比较，保证每项约束条件都能符合规范，实现最优。
(2)设定优化设计计算方案
由于房屋结构设计中适用性优化问题较为复杂，属于多变量、多约束非线性优化问题，所以在计算当中，通常是将有约束优化问题转化为无约束来求解。其中可以利用的结构优化设计计算方法有拉式乘子法、复合形法等。
(3)进行程序设计
根据在以上整体优化模型和选择优化设计计算方案的基础上进行编制，做出功能齐全、运算快速的综合程序。
(4)结果分析
在得出计算结果后，对结果进行分析，最终确定理想的优化设计方案。
笔者以上叙述了结构设计优化方法在建筑结构设计中的步骤，考虑到建筑工程投资数额巨大，涉及范围较广，所以在具体执行过程中应当从多角度全方位的考虑问题。正确处理技术与经济之间的关系，不能仅仅为了节约资金就忽视建筑结构设计优化技术、方法。在设计中不但要保证技术上的合理要求，还应控制投资不被浪费。
3结构设计优化方法在房屋建筑结构设计中的应用
结构设计优化方法在实际应用中主要是在不改变房屋建筑使用性能的前提下，利用结构优化设计技术达到降低工程成本、提高经济性的目的。一般应用在建筑的整体设计、前期设计以及抗震设计等各个阶段，在以下笔者分为三方面逐一进行论述。
3.1结构优化设计方法应注重前期参与
房屋建筑项目属于长期的投资计划过程，所以说在实际当中非常容易受到影响，故而前期方案就显得尤为重要。目前存在的主要问题就是设计人员在前期方案阶段忽视结构设计优化方法，在设计中不考虑建筑结构的合理性，这样持续下去在后期必然会因为增加结构设计困难而加大成本投入。要知道前期方案的确定的好会会直接影响到总投资成本的高低，所以在前期方案阶段使优化设计参与其中，能够有效避免投资过多所造成的浪费。
3.2概念设计优化方法在建筑结构设计中的作用
对于同一建筑工程结构设计方案在结构优化设计方法的布置上均会出现多种不同的情况，即就是几经确定了建筑物的结构设计布置，在不同种荷载情况下也存在着不同的分析方法。而且在分析的过程中，设计的参数、材料、荷载、承载能力的取值都不是唯一的。尤其是建筑物细部结构问题的处理更是复杂多变。应对以上问题要想单纯利用计算机是无法实现的，作为工程设计人员就必须根据自己的判断展开设计，但是这种判断只适用于一般规律指导下进行，所以说概念设计优化方法在没有具体数值量化的情况下作为辅依据，可以避免设计偏差，从而达到最佳效果。
3.3概念设计处理的实际建筑工程结构设计问题
在这一问题上我们所希望的是通过概念设计，能使房屋建筑工程结构在遭遇各种外力作用下不受破坏会将破坏程度降到最低，因此对可能遭遇的破坏因素进行分析就显得尤为重要，这里必须提到的一个因素就是地震，因为地震无法预测而且破坏力极强，所以在对房屋结构的设计中就应当考虑到工程区域在历史上的地震活动情况和自然灾害发生情况，根据这些未雨绸缪，从计算及构造等各个方面入手采取一些提高抗震、抗灾害的措施办法。若要构建这样的结构优化设防思想，就必须把概念设计作为重点。
4结束语
综上所述，可以说对房屋结构设计中的建筑结构设计优化方法的研究是一项非常复杂的综合性问题。我前边增提到，安全、适用、经济、美观、便与施工等五种效果是房屋设计优化的原则，但是这五种效果之间又相互独立、相互矛盾。所以尽管在结构优化技术已经广泛应用的今天，如何使这五种因素更好的融合仍然需要我们在以后的应用实践中多探索、多积累，达到一种用最低造价实现最佳效益，既美观又合理，鱼和熊掌兼得的设计效果。
参考文献：
[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]张友鸿.优化结构设计减少建筑投资成本[J].陕西建筑.2008（09），12-13.
