工程結構優化設計概述匯總十篇

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中圖分類號：TU37 文獻標識碼： A

鋼筋混凝土框架結構是當今建筑結構主要結構形式之一。如何使結構設計更為可靠、經濟、合理，是設計者與開發商關心的主要問題。所謂可靠、經濟、合理，就是在滿足工程使用要求和控制條件下使設計達到一個最佳方案，即達到結構優化設計。例如，追求材料達到充分利用，用料最省，造價最低，可靠性更高和追求結構的形狀更合理。

結構優化設計是20世紀60年展起來的一門新技術。它的興起給結構設計開辟了一條新的途徑，設計方法發生了深刻變革，使人們從傳統的被動結構分析轉變為主動的結構優化設計，為結構設計的自動化開辟了廣闊的前景。利用結構優化設計方法，通過計算機可迅速求出給定條件下的最優設計方案，設計速度大大加快，設計質量顯著提高。

鋼筋混凝土框架結構是目前乃至今后很長時間仍是我國建筑結構中一種量大面廣的結構形式，特別是近年來結構設計出圖時間隨著市場的要求越來越短，而結構設計、校對、審核、審查各環節主要強調滿足規范、規程要求，忽視結構方案優化，這樣掌握鋼筋混凝土框架結構優化設計的方法就顯得尤為重要。

1鋼筋混凝土框架結構優化設計概述

1.1 常用的結構優化設計方法概述

結構優化設計大致可以分為三類，即尺寸優化、性能指標優化和拓撲優化。

1.1.1尺寸優化

對結構進行優化設計的最簡單和最直接的做法是修改結構單元的尺寸，亦即在優化設計過程中將結構的尺寸參數作為設計變量，這種方法稱為結構尺寸優化設計。運用這種方法，人們可以對結構進行優化，以達到目標函數最優的目的。但尺寸優化不能改變原結構的形狀和拓撲，很難對原設計進行較大的修改。

1.1.2性能指標優化

常用的形狀設計方法將控制結構形狀的某些邊界控制點的幾何信息取為設計變量，由這些控制點生成結構的邊界，從而達到改變結構的形狀，使目標函數最優的目的。性能指標優化既可以改變結構單元的尺寸，又可以改變結構的形狀。

1.1.3拓撲優化。

結構拓撲優化方法的主要思想是將尋求結構的最優拓撲問題轉化為在給定的設計區域內尋求最優材料的分布問題。它不僅要解決尺寸優化問題，還要確定結點間桿件的連接方式，是結構優化領域中更為困難、更具挑戰性的課題。

1.2 優化設計步驟

通常對鋼筋混凝土框架結構進行優化設計，可以采用建立數學模型的方法進行優化設計，即把工程實際問題用數學表達式表示，包括選定設計變量，選擇目標函數，建立約束方程等幾個步驟。

1.2.1給定參數

指預先給定的描述結構特性的參數。在優化過程中，其值是固定的，因此可以作為常數考慮，如荷載、柱高、梁長、彈性模量以及材料容重等一般都屬于給定參數。

1.2.2明確設計變量

優化設計中待確定的某些參數，稱為設計變量。一個結構的設計方案是由若干個量來描述的，這些量可以是結構構件的截面尺寸，如面積、慣性矩等幾何參數，也可以是結構的幾何參數，如結點坐標、高度、跨度和間距等，還可以是結構材料的力學或物理特性參數，如材料的彈性模量等。設計變量是最優化設計數學模型的基本組成部分，是最優化設計最后所要確定的參數。

1.2.3構造目標函數

利用設計參數描述追求目標(如重量、造價)的數學表達式稱為目標函數，也稱為直函數、評價函數，它是設計變量的函數，代表所設計結構的某個最重要的特征或指標。優化設計就是要從許多的可行設計中，以目標函數為標準，找出這個函數的極值(極小值或極大值)，從而選出最優設計方案。結構的體積、造價、剛度、承載力、自振頻率等都可以根據需要作為優化設計中的目標函數。

1.2.4構建約束條件

優化設計尋求目標函數極值時的某些限制條件，稱為約束條件。它反映了有關設計規范、計算規程、運輸、安裝、施工、構造等各方面的要求，有的約束條件還反映了優化設計工作者的設計意圖。

2結構平面布置

2.1選取豎向荷載傳至柱的傳荷路徑最短的結構布置形式

框架柱、框架梁的布置應選取在上下各層墻體基本對齊的軸線上，以便絕大部分墻體荷載直接經框架梁傳至框架柱;次梁的布置應使墻體荷載及樓、屋面恒活荷載傳至框架梁的傳力路線最短，這樣使得梁的數量最少。

2.2選取縱橫向框架梁均勻承重的結構布置形式

結構布置若能盡量做到縱橫向框架梁均勻承重，不但結構整體抗震性能好，而且能發揮縱向框架梁的作用，同時也使得柱配筋上下均勻，柱截面大小合理。

一般情況下，房間的隔墻均在橫向框架梁上，若一級次梁布置又沿縱向布置，則縱向框架梁分配到的荷載很小，而縱向框架梁截面按整體剛度要求又不能取得太小，故縱向框架梁截面作用遠沒有發揮出來，反而增大了橫向框架梁的截面及配筋，如圖1所示為一種較好的次梁布置形式：橫向次梁為一級次梁，內走廊墻下次梁為二級次梁。若將X~Y軸跨次梁改為沿縱向居中布置，還會使得頂層角柱、邊柱變成大偏心受壓，配筋量增大，甚至有時形成頂層柱截面尺寸為控制截面尺寸。

圖1 結構平面布置

有內柱的大空間房間，若縱橫向柱距相等或者相差不超過20%，則宜在縱橫向均勻布置次梁，形成連續井字梁，這樣使得縱橫向框架梁高度相同且最小，井字梁高度也相同且最小，最大限度地滿足了建筑在大空間使用時凈高的要求，井字梁規則可不做吊頂，或在柱網內做吊頂都能滿足建筑設計要求。

無內柱的大空間房間，若房間長短向尺寸相等或者相差不超過20%，則宜在縱橫向均勻布置次梁，次梁間距以2.5~3.0 m為最佳，形成大跨度井字梁，周邊邊梁應取較大的截面來約束井字梁并承受較大的扭矩，這樣使得大空間凈高最大，同時使得周邊柱雙向受彎，避免了單向布置次梁一個方向形成截面高度很大的框架梁將彎矩傳到柱的一個方向，形成大偏心受壓柱，使得柱截面和配筋變大。

2.3次梁盡可能連續布置且外挑

連續梁自身的受力性能和經濟性比單跨梁優越，這是由于多跨連續梁為非靜定結構，梁撓度較小，梁截面可取得較小，彎矩包絡圖連續均勻分布在梁上下兩側，梁截面配筋上下均勻，梁裂縫寬度容易滿足規范要求，裂縫寬度控制時不必增加太多的鋼筋。正是由于自身的優點，連續梁在結構中對其他梁的幫助也很大。

無內柱的大空間房屋井字梁布置四周向外連續或外挑，其優越性更明顯。

2.4利用結構中其他結構構件來傳遞直接作用(荷載)及間接作用(溫度變化、混凝土收縮等)

地下室底板及頂板次梁的布置可利用地下室混凝土外墻及水池墻體來傳遞直接作用，地下室混凝土外墻及水池墻體的設置主要用來傳遞其平面外的水平作用，其豎向承載力遠未充分發揮，將次梁支承在其上，一般情況不會增加其截面及配筋，且能增加其平面外的約束。

超長結構中可利用抵抗其直接作用的部分承載力來抵抗間接作用。當結構的均布活荷載值較大且其準永久值系數較小時(如有固定座位的看臺)，由于其均布活荷載不是長時間連續作用，而間接作用(溫度變化、混凝土收縮等)是隨結構所處環境的變化，在較長的一段時間里一直有量的變化，故此種直接作用及間接作用同時達到最大值的概率較小，可以充分利用結構的長期抗力來抵抗間接作用。

3 梁、柱截面選取與配筋

3.1 柱截面選取與配筋

柱截面按柱軸壓比控制，以絕大多數柱配筋是構造配筋為最優結果。按規范規定，柱縱筋配筋率大于3%時，柱箍筋直徑不應小于8 mm，且宜采用焊接接頭，這就使得配筋費用變大。

3.2 梁截面選取與配筋

(1)梁截面選取按縱筋配筋率在1.0%~2.0%之間為最佳。梁截面選取應使梁縱筋配筋率在當時市場條件下(混凝土及鋼筋的單價)的經濟配筋率范圍內。梁縱筋配筋率2.0%時梁端箍筋加密區范圍內的箍筋最小直徑要加大2 mm。

(2)連續梁(次梁、框架梁)各跨梁截面應按梁縱筋配筋包絡圖及剪力包絡圖選取。連續梁各跨梁截面的選取在滿足梁撓度要求的條件下，使得梁縱筋配筋率在1.0%~2.0%之間，同時應使梁縱筋配筋包絡圖連續均勻地分布在梁上下兩側。

梁縱筋配筋在滿足縱筋最小凈距的條件下，應使配筋排數最少，以便使得梁截面有效高度最大。外挑梁截面可設計成變截面，變截面的斜度根據其剪力及彎矩包絡圖決定。

4結語

通過對鋼筋混凝土框架結構的合理優化設計，能夠顯著較少鋼材、混凝土的用量，一方面可以降低工程的建設成本，另一方面還可以有效的減緩建筑能耗，達到集約化建設的目的，因此在現代化的工程建設中，應當大力推廣結構優化設計方法。

參考文獻

篇（2）

1 房屋建筑工程結構設計優化的方法理念及意義的概述

隨著我國社會經濟的不斷發展，人們不僅對自身物質方面的要求有所提高，精神文明建設也逐步成為一種標準與時尚。對于人居環境方面的改善主要體現在于建筑的結構設計與美觀設計之間相互協調、密切配合的表現。建筑工程結構設計的基本要求在于建筑結構應具有適用性、安全性、經濟性、美觀性和便于施工等幾個方面的特點和作用，而本文所講的建筑結構優化設計是基于以上基本要求作更進一步、更深層次、更為合理地建筑結構設計，使建筑工程既能夠滿足美觀造型、結構安全和經濟規劃等方面的實際意義，還能夠歸根結底地提供服務于人民一個良好的生活居用環境。

房屋建筑工程的結構優化設計內容主要是通過對建筑基礎結構、屋蓋系統結構方案、圍護系統結構方案以及一些其他細部結構等方面的綜合設計過程，強調一切以從實際出發為基本原則，并結合實際工程情況，以計劃成本控制為中心的結構優化設計理念。

具體的建筑結構優化設計首要的工作是要建立起一種關于結構優化設計的模型，我們必須認識到建筑結構設計優化就是在各種不同的影響變量參數中的若干關鍵參數，利用這些關鍵參數建立起來的函數模型，然后通過科學的計算手段得到函數模型的最優解，一般建立函數模型的程序有設計變量的選擇、目標函數等辦法。在得到結構優化設計模型之后的主要工作內容是要制定一套科學合理地計算方案，通常認為建筑結構優化設計應屬于一種非線性的優化選擇問題，可以通過采取拉氏乘子法等數學統計等方法手段進行優化設計模型最優解的計算，計算得到最優解之后就可以確立最終的建筑工程結構設計的優化結果方案。

房屋建筑結構優化設計的意義在于可以有效降低建筑工程的總成本造價和提高建筑工程結構的經濟性兩方面。相對于傳統的建筑結構設計方法，采用建筑工程結構設計優化技術方法可以有效降低工程成本造價25%左右。如對多層或高層建筑物進行結構設計優化，由于層數越多單位建筑面積自然就會越少，從一定程度上還是可以做到節約土地占用的成本費用就是一例。結構優化設計技術的實現可以對施工材料的性能利用更為合理化，使得建筑工程結構內部各個不同單元之間的相互協調更為充分，從而提高了建筑工程結構設計的經濟性。

2 結構優化設計技術在房屋建筑中的應用

結構設計優化技術應用于實踐應用是目前一個比較重點的課題之一。主要是利用結構優化設計技術是在不改變房屋建筑的使用性能的前提下能夠達到降低工程成本造價和提高經濟性的目的。結構優化設計技術在一個建設項目中的應用還是比較廣泛的，一般應用于項目的整體設計、前期設計以及抗震設計等各個分部階段過程，通常都可以發揮一定的效益。但是，在應用結構優化設計技術的同時，我們還需要對一些在實踐過程中的問題進行重點關注：

2.1 結構設計優化技術的應用需注意到前期的參與

房屋建筑項目的投資計劃在實際工程中的影響因素非常復雜繁多，前期方案確定的質量好壞會直接影響建筑項目的總投資成本，而就目前普遍存在的前期方案的確立問題就是在前期方案階段結構優化設計技術并不參與其中，相關設計人員在進行房屋建筑結構設計時往往會忽略或不考慮建筑結構的合理性和可行性，這樣的建筑結構設計結果會對結構設計造成直接的影響，在后續的結構設計工作中往往被增加了結構設計的困難度且在建筑項目總投資上增加了一定的成本。想象一下，如果在房屋建筑結構設計方案確定的初期，結構優化設計就能完全地參與其中，那么我們就能從容地針對不同的建筑類別要求，優化選擇合理地結構形式和設計方案，一定可以避免以上情況的發生。

2.2 結構設計優化技術與建筑工程結構設計針對于同一建筑工程結構設計方案都均勻許多種不同的結構設計布置情況。如果已經確定了建筑結構設計布置的建筑工程，也有在同種荷載情況下存在不同的分析辦法。在一般的分析過程中，對于設計的參數、設計的材料以及設計試驗承載能力的取值都不是只有一種取值情況。尤其是在處理一些建筑工程細部結構的設計問題時，還須面對計算機無法解決等情況，作為設計工作人員就不得不通過自身的判斷能力根據結構設計規范的規定內容與指導展開設計。因此可以看出，結構設計優化技術主要應用于沒有具體的數值量化的情況中，一般在采用概念設計方法的實際情況是可以通過有效數值作為一種輔和參考性的設計依據，以避免在設計過程中出現較大的誤差或偏差，并利于設計結果能夠達到最佳的效果。

2.3 概念設計能夠處理的實際建筑工程結構設計問題是非常廣泛的，我們所期望的是能夠通過概念設計，房屋建筑工程結構能夠在遭遇各種不同外部荷載作用下不會受到嚴重破壞或能夠將破壞程度降到最低。因此，在分析如何能夠應對建筑工程在一定期間內所有可能遭遇的各宗不確定的破壞因素應該成為概念設計的一項重要內容。尤其是在擬建工程項目地區內的地震活動作用最難以捉摸清楚，且地震的破壞作用通常也非常大，所以在對房屋建筑結構設計工程中必須要了解到擬建工程所在地區內在一定歷史年限內的地震活動等一系列自然災害的發生情況，然后充分考慮到建筑工程結構設計一些有助于提高建筑整體結構抗震能力的措施辦法，而且應主要避免設計不利于抗震效果的結構做法。因此，在房屋建筑工程結構設計工程中必須要在整個設計過程中貫穿一種抗震設防的思想且以概念設計作為重點指導設計。

2.4 房屋建筑下部地基基礎結構設計優化首先任務是要選擇一套合適的優化方案，如果是深基礎，那么就需要先對擬建工程施工現場的地質勘察情況全面了解到，然后再綜合其他現場場地的條件因素進行基礎選型及埋深等設計，這樣做可以有效節約造價成本。

3 結束語

結構優化設計技術在房屋建筑中的應用，隨著社會經濟的發展、生產技術水平的提高以及人們對于居用建筑功能要求的不斷改變，目前已經得到了極大的推廣與發展。結構優化設計工作同樣是一項事無巨細的工作，只有在今后更多的實踐中不斷積累經驗，發現問題和解決問題才能夠在未來的房屋建筑工程結構設計競爭中占得先機。對于專業設計人員來說要把提高設計質量作為終身奮斗的目標，為國家建設行業貢獻自己的力量。

參考文獻

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[2] 張友鴻；優化結構設計減少建筑投資成本[J]；陜西建筑；2008，09（11）：12 - 13

[3] 王鵬遠，林振國；工程結構與系統抗震優化設計的實用方法[M]；北京：中國建筑工業出版社；2007，13（11）：35 - 37

[4] 盧曉菲，黃淼，唐宏；房屋加層外框架結構方案的優化設計[J]；哈爾濱工業大學學報；2009，07（04）：102 - 104

篇（3）

Abstract: through the reinforced concrete frame structure reasonable optimization design, can significantly less steel, concrete dosage, on the one hand, can reduce the project construction cost, on the other hand also can effectively slow building energy consumption and achieve the purpose of intensive construction, so in modern engineering construction, must vigorously promote structural optimization design method. This paper introduces the reinforcement concrete frame structural optimization design methods and steps, the reinforced concrete building structure design optimization empirical analysis.

Keywords: reinforced concrete; Structure design; optimization

中圖分類號： TU318 文獻標識碼： A 文章編號：

鋼筋混凝土框架結構是一種用量最大也是最普通的一種結構形式, 一般設計人員用計算機軟件分析, 很快就能得到分析結果, 如果設計人員掌握了一般的結構優化概念和方法, 設計人員在追求設計速度的同時就可以進一步優化結構方案, 那么通過優化結構設計每年節約的建筑材料是相當可觀的, 而且結構整體性能也大大提高。

一、鋼筋混凝土框架結構優化設計方法及步驟

1、常用的結構優化設計方法概述

結構優化設計大致可以分為三類, 即尺寸優化、性能指標優化和拓撲優化。

( 1) 尺寸優化。

對結構進行優化設計的最簡單和最直接的做法是修改結構單元的尺寸, 亦即在優化設計過程中將結構的尺寸參數作為設計變量, 這種方法稱為結構尺寸優化設計。運用這種方法, 人們可以對結構進行優化, 以達到目標函數最優的目的。但尺寸優化不能改變原結構的形狀和拓撲, 很難對原設計進行較大的修改。

( 2) 性能指標優化。

常用的形狀設計方法將控制結構形狀的某些邊界控制點的幾何信息取為設計變量, 由這些控制點生成結構的邊界, 從而達到改變結構的形狀, 使目標函數最優的目的。性能指標優化既可以改變結構單元的尺寸, 又可以改變結構的形狀。

( 3) 拓撲優化。

結構拓撲優化方法的主要思想是將尋求結構的最優拓撲問題轉化為在給定的設計區域內尋求最優材料的分布問題。它不僅要解決尺寸優化問題, 還要確定結點間桿件的連接方式, 是結構優化領域中更為困難、更具挑戰性的課題。

2、優化設計步驟

通常對鋼筋混凝土框架結構進行優化設計, 可以采用建立數學模型的方法進行優化設計, 即把工程實際問題用數學表達式表示, 包括選定設計變量, 選擇目標函數, 建立約束方程等幾個步驟。

( 1) 給定參數。指預先給定的描述結構特性的參數。在優化過程中,其值是固定的, 因此可以作為常數考慮, 如荷載、柱高、梁長、彈性模量以及材料容重等一般都屬于給定參數。

( 2) 明確設計變量。優化設計中待確定的某些參數, 稱為設計變量。一個結構的設計方案是由若干個量來描述的, 這些量可以是結構構件的截面尺寸, 如面積、慣性矩等幾何參數, 也可以是結構的幾何參數, 如結點坐標、高度、跨度和間距等, 還可以是結構材料的力學或物理特性參數, 如材料的彈性模量等。設計變量是最優化設計數學模型的基本組成部分, 是最優化設計最后所要確定的參數。

( 3) 構造目標函數。利用設計參數描述追求目標( 如重量、造價) 的數學表達式稱為目標函數, 也稱為直函數、評價函數, 它是設計變量的函數, 代表所設計結構的某個最重要的特征或指標。優化設計就是要從許多的可行設計中, 以目標函數為標準, 找出這個函數的極值( 極小值或極大值) , 從而選出最優設計方案。結構的體積、造價、剛度、承載力、自振頻率等都可以根據需要作為優化設計中的目標函數。

( 4) 構建約束條件。優化設計尋求目標函數極值時的某些限制條件, 稱為約束條件。它反映了有關設計規范、計算規程、運輸、安裝、施工、構造等各方面的要求, 有的約束條件還反映了優化設計工作者的設計意圖。

二、鋼筋混凝土建筑結構設計優化實證分析

某工程，兩層地下室，負一層為超市，負二層為車庫（含部分人防區域），上部結構由7 棟高層塔樓組成。施工圖完成后受業主委托，對該工程地下部分進行了結構優化咨詢。該工程優化是針對已完成的施工圖，在不影響建筑使用功能的情況下，以滿足現行的國家以及地區的行業規范、規程，確保建筑物安全和抗震能力為前提，通過對該工程的結構分方案和各類構件的截面、配筋優化，最大限度的降低建筑材料和人工消耗，優化過程以定性分析為主，輔以重點優化部位的定量計算分析，主要優化內容如下。

1、對基礎形式進行優化

原設計基礎形式高層部分采用板式筏板基礎、多層和單獨地下室部分采用柱下獨立基礎，因場地持力層有一定起伏，原設計為滿足基礎持力層的最低標高，將基礎底標高均取- 6.8m 左右，同時在- 5.200 標高設地梁、地下室底板，導致基礎板與地下室底板間高差很小，結構不合理，且土方開挖、回填量增加，基礎與地下室底板間施工難度較大。優化設計將獨立基礎和筏板基礎頂標高均改為- 5.200，使地下室底板頂標高與筏板基礎、獨立基礎頂標高一致，同時對局部基礎不能進入持力層的，采用毛石回填的方法解決，優化后基礎受力更加合理，同時原設計筏板基礎上方地梁和底板完全取消，節約了大量的鋼筋和混凝土，減少了土方工程量，也降低了施工難度。

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中圖分類號：TB482.2 文獻標識碼：A 文章編號：

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.建筑結構設計優化概述

由于建筑工程所涉及到的內容非常豐富，建筑結構設計優化所包含的內容頁比較豐富，從總體上來看，建筑結構設計的優化工作包括對房屋總體結構和分部結構優化兩個大的內容，其中，在房屋建筑結構設計中的建主結構優化設計主要包括以下幾個方面的具體內容，第一，房屋基本結構優化內容。第二，房屋頂部結構的優化。第三，房屋的維護結構、總體結構、細節結構等內容的優化設計。第四，要以房屋建筑的基本功能要求和舒適性要求為基礎，對房屋建筑結構的造價進行控制，也就是要對“房屋的造價進行最優化設計”。

之所以對建筑結構設計進行優化是因為優化設計能夠實現對有限的空間和資源進行充分利用，提高各種設備和材料的使用效率，盡量使優化結構下所建筑的房屋能夠實現安全、可靠、經濟、美觀。相關研究統計數據顯示，建筑結構的優化設計與傳統設計相比能夠節省5%～33%的工程造價，因此，在房屋建筑結構設計中要積極應用建筑結構優化設計技術，以推動建筑工程企業的常遠發展，實現資源的充分利用。

2.常用的房屋建筑結構設計優化技術

常用的建筑結構設計優化技術有很多種，不同的優化技術產生的實際建筑結構設計效果也是不同的，而由于各種優化技術都具有自身的特征，對建筑工程的要求也不同，因此，在與房屋建筑結構相結合時就需要對房屋建筑工程的實際狀況進行分析，而基本優化技術的應用分為以下兩種。

2.1概念設計在房屋結構設計中的應用

概念設計技術指的是“設計人員根據設計的一般規律和實踐經驗，對房屋建筑結構設計的多種方案進行分析并優化選擇方案的過程”。概念設計技術在房屋結構中主要應用在房屋結構布置、房屋結構的細節處理、荷載量的確定、參數選擇等部分的設計中，在進行概念設計過程中設計人員要對房屋施工方案進行綜合分析，從中選擇出最佳的施工方案。

2.2概念設計在建筑設計中的應用

概念設計在房屋的建筑設計中進行應用主要目的在于提高房屋的抗震能力，應用在房屋的抗震性設計當中，如果房屋抗震性能差，在發生地震時則會造成重大的損失，因此，房屋建筑設計中的抗震優化設計就顯得尤為重要。然而發生地震的隨意性是非常大的，不同地區的地震等級、破壞能力等都是不同的，這就給房屋建筑設計中的抗震設計提出了更高的要求，相關數據的計算難度也非常大。概念設計是“綜合考慮決定抗震性能的各種因素和造價因素，選擇抗震性和經濟性最強的方案。”因此，在房屋建筑設計中的概念設計優化技術的應用能夠大大提高房屋建筑的抗震能力。概念設計優化技術在房屋結構設計中所應用的主要思想是“小震不壞、中震可修、大震不倒”，其實這種思想也是多途徑設防的思想，多途徑設防思想是指“在發生大地震時，先破壞房屋次要的結構，消耗地震能量，盡量保證房屋的主體結構不遭到破壞?！?/p>

3.房屋結構設計中的建筑結構設計優化策略

房屋結構設計中的建筑結構設計優化策略是需要從不同的角度和方向來進行的，比如可以從節能環保角度進行優化設計、從信息化自動化角度進行優化設計等等，具體而言房屋建筑結構設計優化策略大致有以下幾點。

3.1優化選擇房屋建筑結構類型

不同的形式的房屋建筑結構類型是會產生不同的造價管理模式的，而在建筑結構設計中常用的結構類型有如下幾種，第一，剪力墻結構類型。該類型主要應用于高層房屋建筑中，所依托的基礎為混凝土結構施工技術，該種優化結構類型同“短肢剪力墻”結構類型相比就有抗震性能強、鋼筋材料使用數量較少等特征。第二，框架結構類型。這種類型主要優點在于開間大、靈活布局、造價較低等優點，但是該結構類型也具有一定的缺點，柱的截面面積比較大，抗震能力相對較薄弱。第三，“框架—剪力墻”結構類型。這種類型的結構是對剪力墻和框架兩種結構的優化組合，其能夠綜合以上兩種結構類型的優點，結構布置比較合理，實際應用能力也比較強，該結構的最突出特點就是抗側力能力比較強。

綜上所述的三種房屋結構類型，無論是哪種都會有優點和缺點，在進行結構類型選擇過程中一定要從建筑質量和建筑成本兩個角度出發優化選擇，對于建筑質量一定要符合業主和相關標準的要求，而對于建筑成本控制來說，要對房屋建筑工程的投資水平和施工單位的實際施工能力等進行分析和選擇，最好是實現利益均衡。

3.2積極應用信息優化技術

在房屋建筑結構設計中存在的變量比較多，房屋建筑結構的優化造成了一定的障礙，因此考慮到房屋建筑結構中存在的各種復雜因素，在優化設計中就應該積極應用先進的信息技術，比如應用一些參數定義軟件，這樣就能夠有效的減少房屋建筑結構優化設計中設計者的工作量，提高工作質量和工作效率。

3.3節能結構設計的優化

節能結構設計的優化是需要以綠色建筑理念為基礎，并積極應用設計學中的方法。首先，優化布局和表面形狀。布局就是指建筑的主要朝向，受到我國氣候條件的影響，為了保證房屋的陽光照射量的通風良好，房屋的朝向盡量要朝南。表面形狀的優化就是要保證所設計的房屋建筑外表面積不要接受冷風的直接朝向，這樣就能夠減少熱能的消耗，起到節能效果。其次，維護結構設計。維護結構主要指的就是門窗和屋頂，對于門窗而言，在房屋朝南的方向所設置的門窗要盡量要大和多，這樣能夠最大限度吸收陽光輻射，朝向北的就要減少門窗，防止熱量的流失，材料也要選擇保溫效果好的。屋頂的設計可以采用架空的方式或者是鋪設循環水管，夏天降溫冬天保暖。

4.結語

從以上的分析中我們看到了房屋建筑中結構設計的優化是需要綜合進行的，雖然本文簡單的提出了三點優化策略，但是在實際應用中，不同的房屋建筑工程特征所要求的優化方式也是不同的，還需要設計人員在優化設計之前對房屋建筑工程實際狀況進行深入了解。

參考文獻

[1]翁維素.運用系統思想，優化工程結構設計，實現節約目標[J].河北建筑工程學院學報.2008（03）.

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1引言

隨著我國人民經濟水平的不斷提高，對住房質量要求不斷增加，人們開始重視房屋建筑的美觀性、經濟性、實用性。就目前情況來看，在房屋建筑工程建設的過程中，因為施工的機械化，建筑結構構件的工廠預制、加工所占比重不斷減小，大部分施工工序以及購件需現場進行施工，這樣就導致建筑工程施工周期增長，施工難度不斷提高。所以，在建筑結構設計的過程中，可以采用結構優化的方式，不斷提升工程施工的便利性，同時采用結構優化設計的方式，增加建筑工程的穩定性與經濟性。由此可見，再進入結構設計集中加強優化方式的運用是非常重要的。

2建筑結構設計優化技術概述

建筑結構設計的主要內容是在房屋建筑工程實際施工過程中，有限的利用科學技術，優化建筑結構設計，將空間的利用率不斷增加。在建筑結構時候畫設計的過程中，必須保證空間布局以及設計之間關系的合理性、科學性、專業性。隨著信息技術的不斷發展，設計技術的要求不斷提升，必須加強對設計技術的創新。就目前情況看，建筑結構設計優化技術，主要是對建筑整體進行優化，在建筑結構設計的過程中優化技術，起到了非常重要的作用。在設計中，建筑結構設計主要是各種建筑設計的依據和基礎。為此，建筑結構設計，需要根據建筑工程的實際情況進行。，在結構設計的過程中加入優化技術的應用。著重體現經濟效益以與質量效益。在具體的建筑結構設計過程中，需要進行長遠的考慮，保證建筑方案整體的合理性。這樣在現有的結構設計的過程中可以節省30%的費用。在一定程度上，有效地節省了經濟成本，避免經濟失衡情況的發生。建筑結構優化設計的進行，還可以協調施工過程中各個部門之間的關系，合理的使用施工資源，提升資源的有效利用率，保證建筑工程結構的整體性、安全性、經濟性，有效地提升建筑工程的應用價值。

3建筑結構設計優化方法的必要性

將建筑結構設計優化方法應用到房屋結構設計過程中，可以使建筑工程項目的施工成本得到有效的控制，保證建筑工程的美觀性、實用性。對建筑施工企業來講，希望可以用最少的投資得到最大的經濟效益，所以，必須保證建筑結構設計的安全性、科學性、合理性，這樣就必須加強對建筑結構設計的優化。與傳統的房屋結構設計相比，結果優化設計方法具有以下優點：1.有效地保證了建筑結構的安全性；2.科學合理的協調建筑結構內部的全部單位；3.科學合理地使用建筑施工材料；4.時間煮，施工成本降低6％～35%。在建筑房屋結構優化設計的過程中，合理的使用優化設計方案，能夠有效地保證建筑物的使用價值，提高建筑物的經濟價值與環保價值。在優化方案過程中，節省建筑單位的資金投入，降低建筑工程施工成本。建筑結構優化設計與傳統的房屋結構設計相比，能夠增加施工企業的經濟效益，為用戶提供更好的居住環境。通過優化建筑工程結構施工中的各種資源，比如建筑施工材料、結構布局等，實現結構與施工材料的有效結合，共同發揮建筑結構優化作用。建筑物的面積隨著建筑物層數的增加而不斷提高，想要保證建筑工程具有良好的實際效果，就必須加強建筑結構的優化設計，采用最佳的優化方案，提高建筑工程結構的質量。

4建筑結構優化步驟分析

4.1構建優化模型

首先，科學的選擇建筑結構設計變量。在變量選擇的過程中，應該將影響建筑結構設計的參數作為變量。比如，建筑物的損失期望值、建筑結構造價值、建筑結構設計的可靠性等進行嚴格的控制，這些技術相關的目標參數，又是建筑約束控制的參數值。對于建筑結構設計中影響范圍較小、變化面積較小的因素，可以將其視為部分設計參數值；在具體的實踐過程中，可以采用用預定是參數來表示，并將其作為依據來減小設計，計算變量，減小建筑結構設計方案編制過程中的工作量，有效地提升設計工作效率。其次，目標函數的確定。在進行建筑結構設計優化時，應該找到符合相關規定的尺寸和條件的鋼筋截面面積、已經失效的概率函數，通過這種方法可以有效地減少建筑施工成本的浪費。最后，科學地確定約束條件。在建筑結構優化設計過程中，應該有效地保證建筑結構的安全性、整體性、科學性，合理地確定建筑結構約束條件。在建筑結構設計中，應該對目標的性質、實際應用性質等約束條件科學化的進行對比與分析，保證相關約束條件能夠有效地滿足建筑施工的整體要求，以保證建筑結構設計的最優化。

4.2結果分析

建筑結構設計優化過程中最重要的一步就是結果分析，對計算機中獲得的各種數據進行詳細的分析，根據分析的結果制定優化設計方案。在建筑結構設計優化的過程中，需要對各種因素進行綜合的考慮，努力的完成建筑結構優化設計工作。在建筑施工的過程中，會應用到大量的資金、勞動力，優化建筑結構的主要目的是在最大程度上講的上述指標，并且保證建筑工程施工的質量。所以，在建筑結構優化設計的過程中應該加強對以下幾方面的重視：第一，明確建筑涉及與經濟之間的平衡點，有效的降低兩者之間的矛盾，在高新技術的應用下降低經濟費用的支出；第二，要加強理解高新技術對經濟效益帶來的影響，必須認識他技術的進步與發展，有效的降低了不必要經濟的支出，所以，必須加強對技術發展的重視。

5建筑結構設計優化方法在房屋結構設計中的應用

房屋建筑工程施工過程中，特別是結構優化設計時，其主要目標就是加強建筑結構設計的功能與建筑施工的質量，并在此基礎上加強建筑工程建設的經濟效益，為此，應該在建筑結構設計中不斷提高專業技術的能力，采用先進的設計技術，合理的選擇設計方案，并對建筑結構進行優化設計，以此來保證建筑結構的安全性、使用性、經濟性。

5.1對建筑結構整體與局部的優化

在進行房屋的建筑設計過程中存在著復雜性、層次性這兩個特點。首先，從房屋建筑結構的復雜性來說，要注意選擇建筑材料，材料必須符合使用標準，還要結合具體情況，選擇建筑結構類型；其次，從建筑結構設計的層次性來說，要對建筑內部做出整體優化，可從建筑局部的結構設計、建筑使用設備、電氣設計、安裝體系等方面著手。除此之外，可將整體結構設計與局部結構設計同時進行優化，由此形成一個綜合性的結構體系，這樣一來能夠使房屋的安全性與合理性得到提升，而且能夠減少不必要的浪費，另外，要盡力保證建筑結構整體的協調優化，保證建筑的截面面積與建筑高度相協調，避免出現墻位錯誤的現象，在設計過程中，還可以適當運用幾何結構，從而使建筑達到簡潔、美觀的視覺效果。在電梯和樓梯的設計過程中，要保證其穩固性，可以在減輕其自身重力的同時注意對材料的選擇（選擇承重能力較強的材料）。無論是進行整體結構優化還是局部結構優化都需要制定出合理的結構方案，另外，“部分決定整體”，設計人員可通過先做好局部設計方案，經過整合之后再完成整體設計，達到局部帶動整體的效果。

5.2柱網布局和平面布置的優化設計

在建筑結構優化設計過程中采用柱網布局，柱網布局決定了柱子之間的跨度（縱向或者橫向相鄰的兩個柱子之間的間距），柱網的尺寸通常在5.4米到10.5米之間，如果柱子之間的相鄰距離較小那么其傳力途徑就會變短，殤，不說要復合的面積就會變小，跨中彎距變小，梁高度變低，但是這樣會導致柱子的數量變多，建筑內部空間變小，停車場車位配置效率降低。所以，柱網布局是否合理，對建筑工程的綜合造價及建筑上部結構有很大的影響。此外，柱子的截面形狀與尺寸對工程造假也有著非常大的影響，所以合理的使用柱網布局、柱子截面的形狀以及梁系的布置對工程造價的影響是非常明顯的。下面我們將結合某工程地下室的布置情況進行分析。首先，以地下室頂板為例，當頂板的厚度、荷載、柱子間距離相同時，次梁截面積及布置方式也相同的情況下。方案一采用的是400x800的主梁，方案二采用的是400x900的主梁。在方案一中混凝土的使用量是0.38，方案二的混凝土使用量是0.39，相對比方案一的混凝土使用量較小，但是鋼筋的使用量40.95比38.81多了部分，這樣只是從數值上很難進行比較，我們再根據最新的施工材料造價信息單價進行比較，三級鋼3600元／頓，C30混凝土320元／㎥，經過比較之后發現：方案二在經濟上更具有優勢。同時也對，工程本身的實際情況進行綜合考慮，最終選用了方兒的結構布置進行設計。然后將地下一層為例，在荷載、柱子的距離、頂板的厚度相同的前提下，分別采用不同的結構布置方式進行設計，方案一采用的是“井”字梁系，方案二采用的是單向次梁系，通過相應的計算數據顯示，方案一混凝土使用量0.29大于方案二混凝土使用量0.25，同時方案一鋼筋含量26.59也大于方案二鋼筋含量23.8，所以，該地下工程梁系布置方案使用的是方案二布置方式。

5.3建筑物下部地基基礎結構的優化設計

這對建筑工程下部地基基礎結構進行優化設計的過程中，設計人員必須選擇合適的設計方案，比如，結合建筑工程實際施工情況選擇最佳的樁基礎類型，盡量降低施工工程造價，在按照樁基礎頂端持力層的厚度對灌注樁的長度進行科學合理的選擇，對集中優化設計方案進行合理的對比，進一步選擇出最優化的設計方案。比如，某建筑物結構的原設計時用的是樁筏基礎，通過對該結構的設計進行優化，將樁筏基礎改為樁基礎。設置兩樁承臺、三樁承臺、四樁承臺和梁式承臺。在對這部分進行優化設計的過程中，需要考慮的是基礎力度傳遞的最短路徑，但是需要保證總沉降值和不均勻沉降值。樁筏基礎相對于樁基礎來講，增加了一塊整體的筏板，將整體受力轉變為局部受力，增加了傳遞的途徑，但是也增加了施工材料的使用量，雖然浪費了施工材料，但是可以有效地控制不均勻沉降。根據地建筑工程實際情況來講，如果需要同時滿足總沉降、不均勻沉降以及地基承載力的要求，使用天然基礎會比使用樁基礎更好，并且施工方法簡單，施工時間短，所使用的費用也相對便宜，不失為一個好的選擇。

5.4做好后澆帶設計

通常來說，在進行地基結構的設計過程中，設計人員需要根據混凝土的具體情況與施工現場的土質相結合，之后確定科學的后澆帶方式，為了避免混凝土結構出現變形以及由于混凝土不均勻沉降而出現開裂的現象，對后澆帶進行合理的使用，除此之外，在這一過程中，要保證地基的基礎層一直到房屋頂板與后澆帶設置在同一個區域內，還有一點要求就是確?；炷恋牡燃夁m當的高于兩側混凝土。在后澆帶施工完成之后，要在保證混凝土強度達標的情況下開展后期的施工，而想要混凝土的強度達到規定，要求工作人員認真工作，保證后澆帶呈現出完全封閉狀態，待混凝土強度達標后，拆除支撐。另外，在地基的實際施工過程中，會受到各種因素的影響，比如由于結構應力出現集中效果減弱情況，混凝土受到溫度變化的影響，可能會出現裂縫現象，所以這就是使用后澆帶的目的，但是，在施工中，部分地基工程項目中有的無法使用后澆帶，這需要設計人員做好相關工作，首先，需明確后澆帶所具有的斷面形式；其次，根據水位的不同區域，在后澆帶的下方安設防水板。

6結束語

隨著我國時代的發展和經濟水平的不斷提高，我們在保證建筑的安全性和實用性的同時對建筑的美觀性和和經濟性方面的要求也正在不斷地提高。既要保證建筑安全、實用，還要做到建筑經濟、美觀，與此同時也要加強對施工便利性和時效性的考慮。所以對要建筑結構做工完整的優化設計也是十分重要的。而完善合理的建筑結構優化設計可以讓這些要求全部實現并且統一化。在這篇文章中，作者結合了自己的親身工作經驗和學習到的相關知識，對房屋建筑結構優化設計進行了全方面的介紹，并且闡述了對建筑結構優化設計的方法和房屋結構設計的方法的應用。

參考文獻:

[1]張葉紅.關于建筑結構設計優化方法在房屋結構設計中的應用探究[J].門窗,2014(11).

篇（6）

自從改革開放以來，我國市場經濟體制日益完善，建筑市場競爭也越來越激烈，這就使得建筑行業施工成本日益攀升。在這種設備背景下，建筑工程施工人員利用結構優化技術的方法來對建筑結構進行設計，對資源進行合理配置已成為提高建筑經濟效益的主要手段，也是現代化建筑工程中備受人們關注和重視的工作環節。這種結構優化技術的應用一方面為房屋結構建設指明了發展新方向，也為現代化社會發展提供了充足的能源保障。

一、結構優化設計概述

隨著我國建筑事業的不斷發展，越來越多的高層建筑拔地而起，為建筑行業發展指明了新方向的同時也為房屋結構設計工作開展提出了艱巨挑戰。截至目前的建筑工程項目中，工作人員如何有效的提高房屋結構的可靠性、經濟性已成為一個世界性話題，也是建筑業內人士研究的重點話題。另外，隨著建筑市場的發展和建筑材料的不斷涌現，更多的新興建筑材料被應用在房屋結構設計中，起到越來越重要的作用，同時也造成了傳統的房屋結構設計方法的滯后和落伍，無法滿足目前時展需要，這就需要我們在工作中進行優化，從而發揮出應有的設計目標。

1、結構優化設計

所謂的結構優化設計是指工程結構在滿足相關約束條件的基礎上，按照預定的目標求出最優化的設計方案和設計策略，以實現最大經濟效益。在一個建筑結構設計工作中，其主要的工作環節大致可以分為假設、分析、核對、重新設計幾個方面。其中能夠重新設計的主要目的在于選擇出一個科學、經濟、合理的方案，但是它在應用中只是一個分析的環節。

2、結構優化設計構成

房屋結構優化設計是一個綜合化、系統化的工作環節，其在工作中包含有建筑結構數學模型的優化設計、變量優化設計、目標函數設計和約束條件分析等環節。

二、建筑結構優化的主要方法

在目前的建筑工程項目中，機構設計有優化的方法與應用結構優化的方法是相互依存和促進的發展關系。隨著近年來房屋工程建設力度的加大，建筑工程施工項目越來越受到人們的關注與重視，尤其是在工程項目中，我們對于建筑工程施工結構方面的優化通常還是從兩個方面進行的，其中房屋工程的部分優化模式包括對結構設計方案的優化、房屋屋蓋系統方案的優化、維護結構方案的優化以及結構細部優化等等。在目前施工項目中，我們最為常見的優化體系和優化措施主要有以下幾種。

1、保障設計工作的美觀性

賞心悅目在目前的建筑工程項目中越來越受到人們的關注，這也是建筑結構美觀性得以保證的關鍵環節。在這種建筑工程環節中，建筑設計、建筑結構設計以及建筑作用設計都是一種全面系統優化的結果。在這種結構條件下，結構設計通常都是以追求實用、經濟、美觀和便于施工為主要目的的結構模式。因此在設計中通常也都是從這幾個方面入手去分析與完善的。這種設計模式的主要意義在于以經濟方式的發展和前進為基礎，從而在工作中實現了房屋結構的系統化、全面化發展模式。

2、模型設計優化

在房屋結構設計優化工作中，通常情況下在設計中對要遵循一切從實際出發的優化與設計原則，并且在工程項目中我們需要布置一套系統化的管理模式，同時還需要根據我們目前存在的相關情況和工作模式進行系統化的管理與總結，從而使得工程環節中的設計意圖和設計宗旨都能夠達到最佳標準和要求。在目前的建筑工程結構設計優化工作中，對于建筑結構設計影響最大的設計模式和變動方式都是以函數確立為主的工作模式，在工作中通常都是運用科學、有序的管理模式和管理技術來進行分析，并且要根據結構的整體性、全面性優化手段來系統深入的進行總結和完善。

三、結構設計優化技術的實踐應用

在目前的工程結構設計過程中，除了在工作中需要考慮到設計對象的基本使用功能和安全、可靠性之外，還需要考慮到在設計工作中將設計對象做的盡善盡美，這也是工程和結構優化設計工作中最值得我們關注和重視的話題。用科學的話語來描述就是在工作中利用確定的數學方法將所有可能涉及到工程環節的方案進行稽核，搜索出其中能夠滿足預定目標且最令人滿意的設計方案。

（1）結構設計優化應注意前期參與

因為前期方案的確定直接影響建筑的總投資，而現在存在的普遍問題就是前期方案階段結構設計并不進行參與，建筑師進行建筑設計時大多并不考慮結構的合理性以及它的可行性，但是建筑設計的結果卻直接對結構設計造成影響，某些方案可能會增加結構設計的難度，并使得建筑的總投資提高。如果在方案的初期，結構優化設計就能參與進來，那么我們就能針對不同的建筑類別，選擇合理的結構形式，合理的設計方案，獲得一個良好的開端。

（2）概念設計結合細部結構設計優化

概念設計應用于沒有具體數值量化的情況，例如地震設防烈度，因為它的不確定性，計算式難免與現實有較大的差異，在進行設計的時候就要采用概念設計的方法，把數值作為輔助和參考的依據。設計過程中需要設計人員靈活的運用結構設計優化的方法，達到最佳的效果。

四、結構設計優化的現實意義

（1）結構優化設計降低總造價

進行結構優化設計中，多層住宅和高層住宅相比較，層數越多，總建筑面積增大，單位建筑面積占用的土地面積就越小，節約了用地成本，但建筑層數的增多，建筑總高度也會加大，樓與樓之間的間距也要加大，這時占用的土地節約量就不與建筑層數增加比例相同了。另如屋蓋部分，一棟樓只有一個屋蓋，并不會因為層數的增加而有所改變，它的成本下降會比較明顯。

2）進行結構設計優化提高建筑結構經濟性

建筑的層高增加，由于墻體面積和柱體積增加，結構的自重會增加，基礎和柱的承載力相應增加，水衛和電氣的管線會加長；相反降低層高，可節省材料，有利用抗震，同時建筑的總高度減小，兩建筑之間的日照距離就會減小，間接的節約了用地。

五、結束語

與傳統的結構設計相比，采用結構設計優化方法可以使建筑工程造價降低6%-34%。優化方法的技術性實現，可以最合理的利用材料性能，使建筑結構內部各單元得到最好的協調，不僅可以實現建筑美觀、實用，而且在造價方面也有較大的節省，達到了建筑工程設計對適用、安全、經濟、美觀和便于施工的一般要求。

篇（7）

建筑結構設計優化是一個復雜而系統的過程，通常被歸入綜合決策的范疇。在實際優化環節，既要考慮實用性和安全性，又要考慮經濟性，還應考慮整體效果。建筑概念設計將會致力于這些不穩定因素的解決，以提高建筑的實用性。對建筑結構的諸多可能破壞因素進行研究，發現地震這一破壞因素最難以控制，因為地震發生時，將會給建筑施加一個極大的作用力，同時地震又是難以準確預測的。所以，在優化建筑結構設計的實際環節，應該站在整體的角度對建筑結構設計進行優化， 采取多項措施以達到提高建筑結構抗震能力的目的。另外，設計方案中如果有不利于建筑結構抗震的因素，則應對其進行適當調整，無法調整時，則應放棄。在建筑結構設計優化的幫助下，建筑在整體剛度方面應該達到均勻、對稱的效果，如此一來，便有效保證了建筑結構在地震作用下的安全性。與此同時，是實際設計環節，還應綜合其他優化方法的應用，以提高建筑的抗震能力。如延性設計，該種設計方法能夠很好地保護地震中的建筑免受脆性破壞的危害；又如多道設防的設計方法，其設計思路是，當發生劇烈地震時，“犧牲” 部分次要結構去吸收地震能量，以降低地震對建筑主體結構的破壞效果。在進行建筑整體結構設計的過程中，應注意上述優化方法的有效運用。

一、建筑結構設計優化的意義

1、結構優化設計降低總造價

進行結構優化設計中，多層住宅和高層住宅相比較，層數越多，總建筑面積增大，單位建筑面積占用的土地面積就越小，節約了用地成本，但建筑層數的增多，建筑總高度也會加大，樓與樓之間的間距也要加大，這時占用的土地節約量就不與建筑層數增加比例相同了。另如屋蓋部分，一棟樓只有一個屋蓋，并不會因為層數的增加而有所改變，它的成本下降會比較明顯。 對于基礎部分而言，雖然也是各層共用的，但是層數增加，傳給基礎的荷載將會增大，我們需要增大基礎，這樣單位面積的造價有所降低，但是卻沒有屋蓋的效果那樣明顯。

2、進行結構設計優化提高建筑結構經濟性

建筑的層高增加，由于墻體面積和柱體積增加，結構的自重會增加，基礎和柱的承載力相應增加，水衛和電氣的管線會加長；相反降低層高，可節省，有利用抗震，同時建筑的總高度減小，兩建筑之間的日照距離就會減小，間接的節約了用地。建筑面積相同，建筑使用不同的平面形狀時，它的外墻周長也就會不同，這樣當選擇圓形或是越接近于方形時，外墻周長系數就越小，基礎、外墻砌體、內外表面裝修都隨之減少，同時其受力性能也得到提高，增強了建筑的經濟性能。與傳統的結構設計相比，采用結構設計優化方法可以使建筑工程造價降低6%-34%。優化方法的技術性實現，可以最合理的利用材料性能，使建筑結構內部各單元得到最好的協調，不僅可以實現建筑美觀、實用，而且在造價方面也有較大的節省，達到了建筑工程設計對適用、安全、經濟、美觀和便于施工的一般要求。通過使用優化設計手段，達到這5個方面的最佳結合，符合現今建筑商對于建筑結構的效益的需求，也符合市場可持續發展的需求。

二、結構設計優化方法的概述

完美的建筑是在滿足人們使用功能及視覺感受的前提下，充分滿足使用者和社會所期望的各種要求。依據設計的要求，把力學概念與結構優化設計進行有機結合，讓參與計算的量部分可以以變量部分出現，進而形成結構設計優化方案域，運用數學手段，在域中找到可以滿足要求的結構優化最佳設計方案。由此可見，結構優化設計不僅可以提高整體設計水量及設計質量，還可縮短設計周期，從而降低整體工程造價，提高經濟及社會效益。房屋工程分部結構優化設計包括：基礎結構方案的優化設計、屋蓋系統方案的優化設計、圍護結構方案的優化設計和結構細部設計的優化設計。對以上幾個方面的優化設計還包括選型、布置、受力分析、造價分析等內容，在實施過程中，不僅要按照一切從實際出發的原則，更應該結合具體工程的實際情況，圍繞房屋建筑的綜合經濟效益的目標進行結構優化設計。在滿足設計要求后，在進行結構設計 時應該盡量縮小剛度、質量中心的差異使平面布置規則，水平荷載就不會使建筑物有太大的扭轉作用。為降低應力集中，豎直方向上應避開使用轉換層。

三、結構設計優化技術

結構方案的建立過程即工程結構設計。伴隨急速更新發展的計算機硬、軟件產業，憑借計算機、力學、數學一系列方法，將結構設計做到最優化技術推廣。結構優化設計及傳統結構設計其設計原則和過程是相同的，不同之處在于傳統設計缺少安全、經濟性作為衡量準則。最優設計則是在安全、經濟準則基礎之上，利用計算機作為輔助技術，非常便利地實現了分析計算、設計、出效果圖等整套程序的自動化，大大提升了設計整體效果及質量。為了達到降低工程造價之目地，在不更改使用性能的基礎之上，就要對結構進行最優化設計。由此可見結構設計優化技術的應用已經是較為寬廣的課題之一。它不僅應用于項目的前期、整體、抗震設計，在舊房改造期間的各個環境均有廣泛應用。結構設計優化技術在應用實踐中應注意的問題如下：

1、前期方案設計期間將結構設計優化參與其中

建筑方案設計前期如有一個優秀的、合理的設計方案，并參與結構設計優化，就會爭取到非常優秀的開端。但目前在前期設計方案中結構設計優化參與其中的并不多，如果能對建筑類 別有所針對，并進行合理選擇結構設計優化方案，將降低建筑的總投資成本，因此在建筑方案設計初期應注意建筑方案的結構優化設計，考慮結構的合理及可行性 。

2、概念設計結合細部結構設計優化

概念設計主要作用于無具體數值量化現象，比如無確定性的地震設防烈度，現實難免與計算式存在區別，那么設計時應采取概念設計方法，使數值成為輔助及參考根瞎。為達到最佳優化設計效果，設計人員應該靈活運用結構設計優化方案。與宏觀把握相對應的，設計的過程同時要注意對于細部的結構設計優化，比如現澆板中的異形板拐角方向容易出現的裂縫，可歸結為矩形板。鋼筋選擇時應注意：I級鋼和冷軋帶肋鋼市場價格差不多，但是他們的極限抗拉力相差卻相當大，所以在塑性滿足要求的情況下，現澆板的受力鋼筋就可選擇冷軋帶肋鋼筋。在做里面設計的時候，外立面上的懸挑板及配筋，應在滿足基本規范要求之上以達到安全、經濟之目的。

3、結構設計優化――下部地基基礎

樁基礎類型的選擇，要依據現場地質條選擇最為合適的結構設計優化方案，以降低工程總造價為目的。例如對灌注樁樁長的選擇影 響較大的樁端持力層的選擇，要多進行比較，最終確定最為合適的方案。

結束語

建筑結構設計優化是一個復雜而系統的過程，通常被歸入綜合決策的范疇。在實際優化環節，既要考慮實用性和安全性，又要考慮經濟性，還應考慮整體效果，總之，要平衡各方面的關系。本文對建筑結構空間利用率的優化進行了重點探討，對建筑結構優化的理念進行了闡釋和延伸，希望能對類似工程建設提供一些借鑒和幫助。

參考文獻

篇（8）

中圖分類號：TH122 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2012）12（c）-0013-01

在機械優化設計中需要對參數模型進行求解和優化，特別是在大型的復雜的設計項目中，需要重復建模、重復優化模型。除了遺傳算法等數學方法使用外，CAD技術應用對復雜的機械設計優化問題取得了較好的效果并產生了很好的經濟效果。

1 機械優化設計中的CAD技術

單體機械機構的優化對象主要是零件的結構優化，涉及的學科少、優化的功能單一，優化的過程只限于結構設計和機構構成之間的關系。對于復雜的機械設計，優化的對象對體現整體優化思維，即整體優化大于局部優化。在這個過程中就需要采用合理的手段和方法優化的范圍綜合起來。計算機輔助手段日臻完善，在優化設計中把原理方案、功能，結構方案、總體參數以及結構性狀的全部設計包含在內，真正的做到全局優化。

復雜的結構設計計算復雜、方法多變，涉及多學科多目標，而優化更要在這些方法找到更有效的方案更為困難。因此單一的方法來解決整體的優化問題肯定不行，但是采用CAD進行整體的優化和分解協調優化，通過模型建立，減少計算縮短優化時間。在結構優化中器件多，耦合度高，利用CAD技術可以在結構優化中應用網狀分解的方法，將其分解，這種分解方法除了提高CAD利用效率之外還可以解決優化過程中的交叉學科問題，例如利用CAD機械設計的協同優化。在整體優化中目前的CAD技術還沒有形成普遍使用的分解方法，因此分解的正確性并不是可以控制的，這成為CAD的在機械優化設計中應用的瓶頸。但是優化設計分層優化取得比較好的效果，由此建立起來的CAD優化發展。

2 CAD機械優化設計建模應用

機械產品設計優化技術就是設計者借助CAD技術將設計形體可視化、模擬化、可修改、可分析優化，進一步通過計算機輔助優化實體模型。產品的優化可以在CAD中進行三維幾何重現，優化設計通過三維虛擬優化，采用幾何模型描述對象的位置、結構、大小和性狀，并尋求最高效的組合途徑，通過優化的賦值可以將對象的顏色、紋理等信息進行詳細描述，優化產品的原型，在這個過程中CAD的建模優化是最常見的優化方法。

2.1 參數建模優化

這種優化是通過工程關系以及幾何方法在CAD中給予產品的性狀特征，從而可以在產品功能上和設計方法上尋求類似的模型，通過模型的優化達到設計優化。在CAD中建立產品與參數之間的關系，而參數作為變量形成變量集合。在優化過程中通過參數的變化影響設計對象的變化，參數優化模型采用修改和定義的幾何建模。參數建模優化包含工程優化、拓補結構優化、尺寸優化等，這些都是CAD參數建模優化中需要考慮的因素。

2.2 特征建模優化

這種優化是在CAD環境下從整個設計的各個階段來優化設計，可表述為集成優化。進行集成優化需要在CAD條件下建立系統的、完整的、全面的描述需要優化的信息，使得各種特征能夠從設計中顯現優化的策略。特征建模優化可以明確的表示優化邏輯關系、互動關系以及關聯特征方面進行表述和描述。特征建模優化能夠在CAD環境中建立高層次的產品功能要素，對優化的信息進行聯動管理，體現設計優化中，對形狀、結構等復雜產品優化建模是思想，將產品的多特征進行特征分解，根據分解的特征相互建立優化途徑，通過特征之間的運算達到優化整個設計的目的。

3 具備知識庫智能CAD在機械優化設計中的發展

優化設計是一個高度智慧的創新的活動。CAD技術系統引入知識庫，產生智能的計算機輔助設計系統，這成為ACD機械優化設計的發展方向之一。知識庫智能CAD能夠在信息優化、知識優化的基礎上建立基于優化思維的知識庫。它能夠及時對優化設計的方向進行評估，利用知識庫的評價機制，實現信息的交換和共享，解決優化設計中對信息和知識和需求。機械設計問題是模糊的，而優化的方式和途徑也多樣，對復雜產品進行優化，建立知識庫信息獲取、組織和表達。因此具備知識庫智能CAD快速發展，為CAD在機械優化設計領域提供了新的途徑。在機械優化設計中，設計不僅具有創意，而且優化應具備整體性和科學性。優化設計可以根據優化的途徑分為優化搜索和優化創新。優化搜索可以根據各種方案選擇一種最好的組合達到優化目的。在知識庫智能CAD中具備的專家系統，采用參數匹配、信息匹配、結構匹配的方法將優化的產品進行搜索，選擇最優的設計方案，遍歷知識庫中相似結構的模型。如果知識庫建立的足夠大，足夠科學則搜索優化的優化度更高；優化創新是直接通過知識庫得到最佳的優化結果。這種優化方法可以通過CAD的知識庫，將設計的參數、模型、結構導入直接產生優化結果。但是不論是那種優化方法都要依據設計的原始信息，根據實際情況綜合分析智能CAD優化結果，得出優化設計的方案。

4 神經網絡智能CAD在機械優化設計中的發展

在優化設計中如果將優化的任務進行分解，形成各階段優化的方案過多，而后面的的優化組成數量也迅速增加，這樣就容易形成優化組合爆炸。在優化設計中面臨如此大的優化結構時，往往需要更高層次的歸納和綜合，對綜合的信息進行少量分析即可找到優化的決策。一般CAD的優化只能在參數、簡單結構等方面進行優化，而在如此復雜的框架優化、整體優化中顯然不能滿足優化要求。因此具備神經網絡的智能CAD能夠將設計的信息通過人工網絡結構進行優化決策方式進行模擬。將優化的各層次和任務進行網絡串聯，共同完成階段的優化工作。

5 結論

計算機輔助設計是機械優化設計的必要的工具。在知識庫研究、神經網絡研究、以及模糊控制研究方面已經取得了很多經驗并發揮了巨大的經濟效益。在優化設計中需要借助CAD這個途徑將這些研究的思維移植并實現將大大提高CAD機械優化設計的效率，產生很大的經濟效益。

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0 概述

科學技術的飛速發展，產品功能要求的日益增多，壽命期縮短，復雜性增加，更新換代速度變快。此外，由于國際化市場的激烈競爭，用戶對產品功能、質量、價格、供貨期、售后服務等要求越來越高，以信息科學與微電子技術為代表的現代科學技術對制造業的滲透、改造和更新，使傳統的制造技術演變成為一門涵蓋從產品設計、制造、管理、銷售到回收再生的全過程的跨多個學科且高度復雜化、集成化的先進制造技術[1]?，F代設計是現代制造的基礎，伴隨著先進制造技術的發展，以計算機和信息技術為主體的產品現代設計方法得到了普遍應用。

1 優化設計

優化設計是從多種方案中選擇最佳方案的設計方法。在眾多的優化設計中，結構優化是其他優化設計的前提和基礎，只有在結構優化的基礎上，才能進一步進行性能的優化，結構優化是在給定約束條件下，按某種目標求出最好的設計方案，通常以計算機為手段，根據設計所追求的性能目標，建立目標函數，在滿足給定的各種約束條件下，尋求最優的設計方案。

2 醫用升降椅優化設計

2.1 升降椅及其結構組成

升降椅是一種新型的椅子，市面上的升降椅使用的升降裝置分為3類――油壓、機械式和氣壓。在低端的升降椅中以氣壓的居多。氣壓式升降椅里有個氣缸，氣缸內的活塞氣動桿上下運動支配椅子升降。

近年來，由于氣壓升降椅的事故頻頻發生，液壓式升降椅的市場占有率在程上升趨勢，液壓升降椅由于升降過程動作平穩等一系列有點，被廣泛應用于美容店、醫療機構等。如圖1所示，本文設計的醫用液壓升降椅主要由座板、靠背、扶手、支架、支架搖臂、升降定位裝置（馬達和活塞桿）和椅腳構成。其特征在于：支架和椅腳之間由支架搖臂進行對應鉸接，支架搖臂以鉸接在椅腳上鉸接軸為圓心上下轉動，當搖動支架搖臂時帶動支架進行升降，實現座板的升降；另外，在支架與椅腳之間還設置了升降定位裝置。

2.2 升降椅的優化設計

使用優化設計軟件SolidWorks/simulation進行優化，優化參數為搖臂長度、搖臂高度和活塞桿伸縮長度，邊界約束條件為最大升降位移和最小升降位移，優化目的是馬達力最小化。

分析優化結果可以看出，迭代3得到的結果最優，即在搖臂長度為0.4m，搖臂寬度為0.3m，活塞桿伸長量為0.6m時，滿足最小、最大升降位移的約束條件下，馬達力達到最小值1393.25N。

3 結論

馬達力隨搖臂長度增加呈正比關系增長，隨搖臂寬度增加呈減小趨勢，在搖臂寬度為0.15-0.27的范圍內降低較快，基本上呈線性趨勢，之后基本趨于穩定（最小值），所以在設計時可以固定搖臂寬度，變量減少一個，可以大大簡化優化設計過程，尤其在分析變量與變量相關性的優化過程中，這樣做尤為重要。另外，馬達力隨活塞桿伸長量的增大而減小，基本上呈線性趨勢。本文的優化設計過程為醫用升降椅設計提供了重要的理論依據。

【參考文獻】

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[8]謝里陽.機械可靠性理論、方法及模型中若干問題評述[J].機械工程學報，2014，7（12）：27-34.

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一.建筑結構優先設計方法理論及應用

（一）房屋結構設計中上部結構的優化設計分析

建筑結構設計優化方法的概述建筑結構設計優化方法是從林論上和經驗上對建筑結構設計進行優化。建立與優化上部結構的模型首先應布置適宜的剪力墻，且將應將剪力墻的平面具有對稱以及均勻分布的特點、有機結合樓層結構的重心以及樓層平面的剛度中心等原則有效遵循，進而將風荷載的作用下以及水平地震下扭轉效應盡量減少；如果建筑房型是允許的那么應將大開間的剪力墻的結構形式優先采用，且將剪力墻的墻肢總數減少，也就是在樓層的側向具有相同剛度時可將剪力墻混凝土的用量大大減少。但是 ，如果建筑物處在較差的地質條件中，那么建筑對于抗震的要求就會隨之提高，所以，這就要求盡量避開大的剪力墻結構進行采取措施。例如，若是確定好墻柱之后，跨高比在五米以上，那些框架梁高度英愛采取跨度的十二分之一；另外，建筑樓板的厚度也應該與規定的相吻合?？傊课萁Y構設計中的中上部結構都需要進行合理的計算分析，這也可以算是一種概念的優化。

（二）房屋結構設計中建筑以及結構協調優化設計分析

再設計的過程中要配合建筑結構以及建筑平面，進而將美觀和適用結合起來以實現它設計目標。布置建筑墻柱應該同建筑物中平面功能的要求相滿足；為了實現構件的標準化應盡量的統一各個房間的開間進深；而建筑體系在保證盡量簡單的同時墻柱應該難以出現錯位現象，且截面的面積也不該有太明顯的變化發生，也不可以對夾層結構進行設置；在那些應力集中或者是受力復雜的轉角地方不要設置樓梯或者電梯，以免造成安全事故。規則且簡單是建筑整體的布置中要遵循的原則，并且為了避開扭轉效應應該避開讓建筑鋼心和質心重合在一起。

（三）房屋結構設計中結構以及電氣之間調優化設計分析

如果電氣管線容易導線形式安裝與金屬管外部或者樓板以及墻體處，有可能使預制結構施工困難。因此，若管線貫穿了建筑梁在梁預制的時候應該將孔洞提前留下，并且抱著墻體的厚度與梁寬度一樣。大部分房屋的建筑內部電梯房具有較多空洞在里面，同時也有較多的預埋構件。所以，在房屋設計時候應該單獨計算電梯房應該具有的強度，從而保證設計合理的同時對施工質量的安全進行有效的保障?？傊趯Ψ课萁ㄖこ踢M行建筑結構設計的過程中，設計人員必須嚴格遵守相應的結構設計規范，不僅僅是要了解設計規范中的相關條例，而且要與房屋設計的實際情況向結合，對優化方案進行合理應用。

（四）房屋結構設計中整體優化以及局部優化設計分析

層次性和復雜性這兩大類系統性設計特點是所有建筑項目設計中都包含的部分。復雜性主要包括構件選用、材料、結構選型等，層次性主要包括設備安裝系統、結構設計系統和建筑設計系統等多個方面，并且每個系統也可以分成多個子系統。進行設計的整個過程若是優化每個子系統，那么實際上將局部之間橫向的聯系切斷。疊加起來的整個工程沒有具有最優化的整體。事實上，每一項的設計環節最優化的方案都很多，也就要求再設計的時候要根據每一個階段的形制進行優化選擇，而不是一概而論。在每個階段的優化選擇，確保了建筑工程的質量提高了建筑壽命的同時可以大限度的提升企業的經濟效益。

二.房屋結構設計中建筑結構優化方法的重要作用

（一）降低投入，提高經濟性

建筑結構優化方法在我國現階段國情與發展趨勢來看，主要表現為高層建筑，基于這種情況，減少資金的投入是房屋建筑與時代相符合的一點。對房屋建筑結構進行優化設計可以全面發揮各種設備的性能，這樣不僅可以降低工程造價，減少資金的投入，為企業贏得最大的效益。據有關數據顯示，建筑結構優化設計后，房屋建筑成本大約可以節省百分之十到百分之三十，成本大幅降低，并且各個結構之間的聯系也更加緊密，從而大大提高了其經濟性。事實上，建筑結構優化設計方法有許多特點，如其多學科聯合性廣、美觀性強、實用性強、又有節能環保的優點，便于施工管理等等。

（二）提升建筑的安全性

通過房屋結構的優化設計，對原來方案中的不足缺陷進行彌補，大大提升了建筑的合理性和安全性，提升了房屋的承受能力，在正常的維護下具有足夠的耐久性嗎，確保了房屋的安全使用。這種安全性在一定程度上就是可靠性，我國現在建筑會出現一些事故，如電梯事故，地震洪水等導致的房屋塌陷等，這些直接導致人們對建筑選擇及其謹慎，所以這種可靠性對于建筑及其重要。所以建筑師要在保證安全性的前提下，不斷創新。

三、小結

本文作者從 多方面分析了房屋結構設計中建筑結構有先設計方法，優化升級房屋建筑，希望可以對建筑業起到作用，并且將更加適宜的物質生存和發展環境提供給民眾，最后簡單說明了房屋結構設計中建筑結構設計優先方法的重要作用，不僅僅是對合理性、安全性等的優化，而且對美觀性也作出了要求，進一步增強了整個房屋建筑結構優化設計的價值。

參考文獻：

[1]齊建民；《建筑結構設計優化方法在房屋結構設計中的應用》；科技資迅雜志；2015（11）

[2]張巖；《建筑結構設計優化方法在房屋結構設計中的應用分析》；現代裝飾（理論）雜志；2014（06）