工程结构优化设计精品(七篇)

序论：写作是一种深度的自我表达。它要求我们深入探索自己的思想和情感，挖掘那些隐藏在内心深处的真相，好投稿为您带来了七篇工程结构优化设计范文，愿它们成为您写作过程中的灵感催化剂，助力您的创作。

篇(1)

【关键词】结构设计；建筑结构；优化技术

1 建筑结构设计优化方法的应用及实践价值

1.1 结构设计优化方法的应用 结构设计优化方法和技术的应用具体体现在房屋工程结构总体的优化设计和房屋工程分部结构的优化设计两方面。其中房屋工程分部结构的优化设计包括：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含选型、布置、受力分析、造价分析等内容，并应在满足设计规范和使用要求的前提下，结合具体工程的实际情况，围绕其综合经济效益的目标进行结构优化设计。

1.2 结构设计优化方法的实践价值 笔者认为，在满足建筑结构长远效益的前提下，应尽量减少建筑结构的近期投资并提高建筑结构的可靠度和合理性。与传统设计相比，采用设计优化技术可以使建筑工程造价降低5%～30%。优化技术的实现，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、安全和经济”目标的有效途径。

2 民用建筑结构设计与经济性的关系

2.1 结构设计与用地的关系 多层或高层住宅建筑中，总建筑面积是各层建筑面积的总和，层数越多，单位建筑面积所分摊的房屋占地面积就越少。但随着建筑层数的增加，房屋的总高度也增加，房屋之间的间距也必须增大。因此，用地的节约量并不随建筑层数的增加而按同一比例递增。

2.2 结构设计与造价的关系 建筑层数对单位建筑面积造价有直接影响，但影响程度对各分部结构却是不同的。屋盖部分，不管层数多少，都共用一个屋盖，并不因层数增加而使屋盖的投资增加。因此，屋盖部分的单位面积造价随层数增加而明显下降。基础部分，各层共用基础，随着层数增加，基础结构的荷载加大，必须加大基础的承载力，虽然基础部分的单位面积造价随层数增加而有所降低，但不如屋盖那样显著。承重结构，如墙、柱、梁等，随层数增加而要增强承载能力和抗震能力，这些分部结构的单位建筑造价将有所提高。

2.3 高层住宅结构设计与经济性的关系 住宅的层高直接影响住宅的造价，因为层高增加，墙体面积和柱体积增加，并增加结构的自重，会增加基础和柱的承载力，并使水卫和电气的管线加长。降低层高，可节省材料、节约能源，有利于抗震，节省造价。同时，除降低层高可以减少住宅建筑总高度，缩小建筑之间的日照距离，所以降低层高能也取得节约用地的效果。

在相同建筑面积时，住宅建筑平面形状不同，住宅的外墙周长系数也不相同。显然平面形状越接近方形或圆形，外墙周长系数越小，外墙砌体、基础、内外表面装修等也随之减少，并且受力性能好，造价会降低。考虑到住宅的使用功能和方便性，通常单体住宅建筑的平面形状多为矩形。 转贴

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、荷载的取值也不是惟一的：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的过程中。

3.2 概念设计处理的实际建筑设计问题 概念设计所要处理的问题多种多样。但可以肯定的是希望通过概念设计，建筑结构能在各种不期而遇的外部作用下不受破坏，或将破坏程度降至最低。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 结语

建筑是凝固的艺术，建筑师总是希望通过建筑物表达自己的设计意图，力求艺术性和实用性的完美结合。结构师在保证安全性的前提下，当然应该敢于挑战新的结构形式，使建筑师的意图得以实现。在建筑结构设计的过程中，在基本满足建筑师设计意图的基础上，平面布置应尽量规则，对称，尽量缩小质量中心和刚度中心的差异；使建筑物在水平荷载作用下不致产生太大的扭转效应。竖向布置上，在满足功能要求的前提下，尽量使竖向承重构件上下贯通；能不使用转换层的就应避免使用，以减小结构分析和设计上的困难，另外也不经济，还容易造成应力集中；竖向刚度最好不要突变，而要渐变，否则突变处在水平荷载作用下会出现严重的应力集中现象，这对结构抵抗水平动力荷载是十分不利的。

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]汪树玉.结构优化设计的现状与进展[J].基建优化，2007：12-13.

篇(2)

关键词：优化结构设计，工程造价，关系分析

Abstract: the optimal structure design is effective control of the project cost the important means. The engineering cost control, passes through in the entire process of engineering construction. When investment project once decision-making, design is the key to the project cost. Optimization design plan needs to consider the most economic and the most reasonable, to ensure the project cost is the premise of the reasonable safeguard, also is the key. In view of the different geological conditions, to the best cost for the purpose of underground structure optimization design, select the reasonable foundation types. Can achieve the goal of economic and practical.

Keywords: optimization structure design, engineering cost, the relation analysis

中图分类号：S611文献标识码：A 文章编号：

在工程建设的过程当中的三大阶段，主要包括了对于项目的设计、决策以及实施。而项目关键的投资控制在与设计与决策者两方面，当项目投资的决策作出之后，设计就成为整个工程的关键所在。对于建筑结构进行设计主要目的在于建筑设计方案的实现，而优化设计，能够节约工程造价。

一、建筑工程造价管理的概念

建筑工程造价，就是在一个项目工程的设计、决策开始到施工结束的验收这一整体过程当中所需要花费的资金，也可以将其看成为对于建筑项目工程的投资费用。

对于建筑工程的造价管理，实际上就是合理的、科学的调控工程当中的各个阶段，从而达到节约工程成本投资，将工程造价成本降至最低的目的。

二、建筑工程造价管理的重要性

对于建筑工程项目来说，核心内容就是对于建筑工程造价的控制，这也是贯穿于整个施工过程的管理。有效的控制施工造价，不仅仅是预防工程施工所花费的资金超出了前期的施工预算，更重要的是为了在全程施工管理过程当中，让施工方、设计方将自身的管理制度加以完善，让项目使用资源区域合理化、科学化，并且能够将已有资源的作用最大化，从而确保工程的经济、社会效益，最终加快企业的发展，提高市场竞争能力。在本文中，笔者主要针对降低工程造价与工程结构优化设计之间存在的联系进行了探讨，从而在施工当中选择嘴儿合理的施工方案确保施工造价最低化、工程质量最高化、经济与社会效益的最大化。

三、建筑设计对工程造价的影响主要体现在以下几方面

(一)建筑设计方案直接影响投资

相对于整个建设工程来讲，设计所需费用仅仅不到1%，但是正是因为设计费用这不到1%的影响这高达65%之上的投资。在对单项工程所需花费进行计算的时候，对于建筑使用的材料以及结构方案的选择都有着不同程度的影响。例如在建筑结构的设计当中对于基础类型的选用以及对于建筑的结构形式选择以及规范上都存在技术方面的经济分析问题。

(二)设计方案对于经常性费用有着一定的影响

对于建筑项目建设一次性投资中，建筑结构设计有一定的影响，另外对于使用阶段的经常的使用费用也有着影响，例如维修、照明能源、清洁等方面。而经常性使用的费用与一次性的投资费用是成反比的。但是通过设计人员的精心设计与努力，只要找寻到两者之间最佳的结合点，才能够确保建设使用最低的费用。

(三)设计质量对于投资有着间接的影响

在建筑工程质量事故的影响当中，设计占据的比例为例第一，大约40%。为数不少的建筑产品由于设计不够合理，会影响到产品的正常使用；对于设计图纸要求过低，往往设计之间存在矛盾，而导致停工、返工现象严重，甚至是给建筑带来安全隐患或者是质量方面的缺陷，从而造成不必要的投资浪费，从而将工程造价提高。

四、优化建筑结构设计思考

目前在设计阶段，大多数项目在设计方面都会限额，初步设计概算控制在批准投资估算的合理幅度内，这样的方法也能够在一定程度上控制好工程造价。

所以对于方案的优化设计，就需要在原方案设计的基础上，投入新材料、结合设备与新型工艺的使用，对于方案进行局部的设计变更，不仅可以让技术更加具备可行性，更重要的是能够满足工程对于功能的要求，这样不仅节约了工程使用材料，而且也明显降低了工程的造价。往往在同一个工程或者是建设项目当中会有多种设计方案，也会出现不同的工程造价，所以能够进行方案的对比，才能够为建筑工程选择最经济、最优的设计方案。

在对建筑结构设计当中，对工程造价来说，选择不同的方案或者是不同的材料会存在着不同的影响，例如对于建筑层数与层高的确定中、对于基础类型的选择、对于结构形式的选择上都存在很高的经济分析问题。据不完全的统计，在满足工程同样的功能之下，合理的、经济的设计可能降低总工程造价的10%左右，甚至能够达到20%。对于建筑当中的基础、墙体、柱子等组成，所占据的总造价比例不尽相同，对于工程造价的影响，结构方案优化也就不一样，所以人们需要考虑到侧重点来进行方案优化设计。

例如：对于工程项目的基础结构的造价方面，与当地的地质条件有着密切关系，而在整个主体工程当中，基础工期大约占了25%到30%左右，而占据总造价的15%左右，所以项目基础工程对于整个项目的重要性就显而易见了。因此，在对造价方案的设计当中，需要着重于地质勘察的交底，从而选择合理的基础形式。

五、优化设计降低建筑工程造价，提高投资效益

（一）对于建筑设计来说，需要最大程度的满足到建筑的空间高度、内部平面、里面等等的使用功能以及对于建筑外观的审美要求。例如：一幢好的建筑物从它的设计之初到真正的施工完成，需要考虑的因素多种多样。有构件的布置、有结构体系的选择、也有材料的选取等等，都会不同程度的影响工程造价。

（二）随着时代的发展，当代建筑的不规则性、复杂化已经越来越明显，因此在结构设计应当尽量的做到使建筑体型产生规则的结构效应。使传力、刚度中心尽量接近或重合，结构就基本具备了规则的条件。结构传力途径需要直接而简单，否则在空间关系的复杂部位就会有多次转换的结构构件出现，但是如此工程造价就会提高，在安全方面也容易出现问题。多种多样的结构传力，支撑构件也可以考虑到传力途径是否合理进行相应的变换。对于传力途径的选择最直接、最简单，不但可以将中间传力的结构构件省去，更多的是能够将结构的安全风险降至最低，最终使得结构受力更加明确，而且工程造价也相对经济。

（三）应充分理解和灵活运用规范条文。现在地下结构的设计越来越重要，更要讲究合理与经济。例如：对于建筑方案中，涉及到了不同的抗震区域的时候，也需要针对实际情况，采用抗震最合适的等级来调整建筑结构方案。

（四）对于建筑物的造价来讲，地面之上的结构形式也有一定程度的影响。考虑到建筑物各种各样的类型、建成之后的功能、使用途径等等，不同的优化结构方案解决措施的提出，再通过各种优化方案之间的比较、择优，才能确保即能够确保建筑物结构的安全，又能够以工程造价为准则。

六、结语

对于建筑工程造价的控制上，结构设计的优化是最重要的手段之一，也是为了整个工程经济与技术之间平衡的实现过程。在建筑优化设计当中，评审、比较分析以及计算各种设计方案；优化方案技术上的经济性、先进性是造价合理的前提，也是控制的关键之一。所以，在本文当中，针对建筑工程造价方面的结构优化设计进行了一定的探讨，也希望各位设计人员在设计方案上进一步的研究、考虑，多做实地研究，才能够真正的实现工程造价的最终优化。

【参考文献】

[1]黄鹏程.论建筑设计对工程造价的有效控制[J].梧州学院学报, 2009,19(3).

篇(3)

在建筑结构设计过程中，其结构材料的选择对结构整体性能也有重大影响，表1列出了结构材料性能对比。当前，设计人员在对房屋建筑进行设计时，应重视钢结构的应用，其与传统的结构相比，具有相当大的优势:①相比于混凝土以及砖石结构，钢结构的力学性能更好，其能够把建筑结构受力体系由平面发展至空间，增强建筑安全性能;②钢结构更加轻盈，具有明显的技术美、艺术美以及自然美;③钢材料类型多样，建筑手段与方法层出不穷，此两者相结合来，有利于提高建筑施工进度，降低施工成本。综上所述，钢结构应用于房屋建筑中，不但能够满足人们对于建筑物耐用性、功能性以及安全性的要求，还能够提高其经济性与美观性，符合建筑结构优化的目标，十分值得推广。

2房屋建筑结构优化技术应用中需要注意的问题

2.1前期的参与

对于建筑施工项目而言，其前期的设计方案很大程度上直接决定了建筑施工质量和施工成本，但是不少建筑项目的前期方案确定时，并未进行结构设计的优化，忽略了建筑结构的合理性以及经济性，从而使得结构设计难度及成本在一定程度上被提高了。因此，对于设计人员而言，在建筑的前期设计中一定要重视优化设计方案的融入，从而达到节约成本、提高质量的目的。

2.2细部优化

当设计人员对建筑的结构进行优化设计时，其不仅要关注整体设计，更要关注到基本构件的精细设计。例如:在对现浇板进行设计时，应重视其受力程度，避免产生拐角裂缝。当前，随着科学技术的不断发展，优化设计的理论同计算机技术相结合，优化设计也从工程实践向着数学问题发展。因此，对于工程设计人员而言，其应全面掌握计算机技术的优化设计，提高建筑设计的合理性和准确性。

3工程实例

3.1工程概况

下文主要分析了某住宅建筑的结构优化设计，该住宅建筑地上32层，地下1层，结构形式为钢结构框架剪力墙。根据该建筑项目的实际需求以及现场情况综合分析之后，决定应用结构优化设计，实现对传统的结构设计模式的改进与创新。在优化设计中，以计算机为辅助，实现了对整个工程的全局优化。

3.2优化设计规范

在对该建筑工程项目进行结构优化设计时，设计人员严格地遵循有关结构设计的规范，针对结构设计中所存在的不足，如:安全性较差、要求过宽等，结合实际施工条件对其进行了优化处理。

3.3前期参与

在本工程中，设计人员在工程的前期规划中即结合了结构优化设计，根据工程项目的实际需求与施工条件，对建筑结构形式进行了科学取舍，保证其施工可行性与经济性。值得注意的是，在建筑前期规划中，设计人员不应仅凭自身的经验进行结构的优化设计，否则容易出现对建筑结构体系受力情况把握不当的现象，直接导致建筑质量不过关，不利于后期的施工，容易造成建筑建设成本的大幅度增加。

3.4概念设计

在建筑项目的建设过程中，若是其结构布局方式不同，设计效果也大不相同。因此，在对房屋结构进行优化设计时，应实现细部结构优化和概念设计的有机结合，从而切实有效提高结构优化设计效果。在本工程中，将建筑的概念设计作为了设计工作中的一大重点，贯穿于整个的设计过程之中。概念设计主要是对缺乏相应数值的细节进行处理，例如:地震设防烈度量化等情况，若是仅仅依靠相应的公式进行设计计算，得出的结果必然会和实际情况存在较大差异，而使用概念设计，则可将数值当作一种参考依据，实现对结构设计中细节的合理把握，提高结构优化设计的质量。

3.5结构优化设计的效益分析

在本工程中，优化后方案同优化前方案相比，更加科学合理;同时，其有效降低了施工成本，工程结束后，对整个工程造价进行计算，发现工程造价降低了26%。

4结语

篇(4)

关键词：钢筋混凝土建筑；结构；优化设计

中图分类号：TU37 文献标识码：A 文章编号：

结构优化设计是在满足设计规范要求及保证结构安全和建筑使用功能的前提下，通过合理的结构布置，科学的计算论证，采取一定的措施来达到合理节约工程造价的一种设计方法。文章主要以优化结构方案及其构造措施入手，结合某钢筋混凝土框架剪力墙结构优化工程，对钢筋混凝土框架-剪力墙结构优化设计相关要点进行了阐述。

1 优化结构方案

结构方案是结构设计的关键，在设计中贯彻国家的技术经济政策，采取正确的结构方案，是保证工程质量，提高工程效益的有力保障。

1) 结构工程师与建筑师商讨，共同确定最优建筑方案。首先在建筑工程的设计阶段，结构工程师凭借自身的专业知识，拥有的对结构体系功能及其受力、变形特性的整体概念和判断力，用概念设计的方法明确结构总体系同分体系之间的最佳受力特征分析，达到使建筑平面结构抗侧刚度中心、建筑平面形心、建筑物质量中心重合，可以有效减少建筑扭转的影响，此外建筑立面要尽可能避免刚度突变和结构不连续，体型要规则、均匀，建筑物总高度满足适用最大高度的规范要求。

2) 力使结构受力与传力途径简洁、明确，传力途径过于复杂会出现多次转换的结构构件，这不仅会增加造价，还容易引起计算错误而埋下安全隐患。而简单、直接的传力途径，可以减少中间传递的结构构件，减少结构的安全风险，结构受力明确，经济实惠。

3) 结构工程师在建筑设计中要尤其注意规范，规程中有关结构概念设计的各项规定，虽然正确的结构计算是设计的重要基础，但设计中不能仅仅依赖于计算，还必须非常重视概念设计。

2 合理的构造措施

构造措施作为计算假定的保证或作为计算中忽略某个因素或某项内容的补充，与结构计算相似。按构造要求设计时，一般只需满足规范的最低要求。如梁箍筋加密的问题，梁的一侧是框架柱，另一侧是梁及梁的一侧垂直搭在剪力墙上，而另一侧搭在梁上，这种梁仅仅是作为支撑楼板用的普通梁，不像框架梁那样耗能，因此不需要箍筋加密，应在位于梁下部或梁截面高度范围内的集中荷载区域设置附加横向钢筋，并优先设置附加箍筋，此外当次梁放在主梁上面及梁上起柱时，主梁不必设置附加横向钢筋。当剪力墙结构中存在部分短肢剪力墙时，只需对短肢剪力墙的抗震等级提高一级而不需提高整体的抗震等级，分布筋、拉结筋、架立筋等起辅助作用的钢筋等级为一级或二级。

3 结构优化实例

某钢筋混凝土框架-剪力墙结构建筑由四层裙楼和A、B两栋高层建筑组成，A楼高74.2m，20层，B楼高88.3m，30层，地下两层为停车库和设备用房，房屋平面布置为不规则形状，总建筑面积约5.4万m2。

3.1设计优化的原则

通过大量计算和经验分析，在满足现行结构设计规范及规定的前提下，遵循保证结构的安全性及合理的刚度，对通过对可减小的结构构件进行有效的核减等措施来进行设计优化。

3.2结构优化设计

高层框架剪力墙结构体系中，重点是是水平荷载作用下，框架和剪力墙内力分配设计问题，其中剪力墙的数量及设计位置是关键。

3.3钢筋混凝土框架结构的优化设计

结构优化是一个渐进的寻优过程。首先对结构整体内力进行分析，然后根据梁柱各构件的控制内力进行截面的优化设计，计算出满足荷载效应要求的各结构构件的几何特征的配筋量的优化结果，在此基础上导致原结构的几何特征和荷载特征的变化，优化结构在现荷载作用下内力分布特征发生变化，各控制截面的控制内力也发生相应变化，根据这些变化进行下一步的优化设计。

3.4框架-剪力墙结构的优化设计

框架结构优化设计的原则究其根本就是结构优化的原则，利用一次完成的结构件，优化各个构件，可以节约投资并使结构受力更加合理。

3.5基础优化设计

(1) 依据地质勘查资料，分别设计主楼和裙楼的基础，主楼采用筏板基础，裙楼采用独立基础，基础底板要按照经验和计算结果设置。例如在地下室基础的设计工作中，初步设计中地下室基础计划全部采用筏板基础，经审核计算，为达到节约钢筋、混凝土的目的提出纯地下室基础部分采用独立基础加抗浮底板及抗浮锚杆的做法，这种方案可以有效保证结构的安全，施工简便。因此对纯地下室基础采用独立基础加抗浮锚杆、底板方式设计施工图（图1）。

图1独立柱基础剖面

(2) 对地下室有防水要求的基础底板，裂缝宽度控制在0.2mm左右；地下室顶板及外墙，荷载取值要准确、可根据实际情况选用荷载。

(3) 作为塔楼的嵌固端，地下室的顶板不宜太薄，根据覆土薄厚情况，采用十字梁井字梁。

3.4.7楼板优化设计

根据楼板要预埋管道的要求，楼板较薄时施工容易造成裂缝，因此楼板设计时采用弹性假定而非塑性假定来计算楼板厚度及配筋的折减，最小配筋率取0.2和0.45ft/fy中较大值相同板厚时混凝土强度等级低、钢筋强度大时，最小配筋率低，故优先采用三级筋，板中抗裂钢筋最小配筋率为0.1%，不用或少用大跨厚板。

1.5优化设计效果

高层建筑的结构优化问题是一个非常复杂的工程难题，同时结构优化具有巨大的经济效益，因此研究和开发应用钢筋混凝土结构优化技术对节约工程投资具有重大意义。为验证设计优化的有效性，分析结构设计的初步方案，根据工程所在地的市场价格推算本工程的优化节约了钢筋65t，节约资金约32万元。

3结语

文章从钢筋混凝土结构优化设计应用出发，总结出了钢筋混凝土框架-剪力墙结构建筑优化设计方法，符合当前建筑结构设计发展的需要，具有一定的现实应用意义。建筑结构的优化设计是一个科学系统的设计过程，针对每一项工程设计，应当根据其建筑特点，使结构各个构件受力均衡，同时要求技术应用合理、结构整体安全可靠，充分发挥每个构件的最大作用。只有这样才能实现建筑结构优化设计的最终目的，以便更好地服务于我国建筑业的发展。

参考文献

[1]张民.钢筋混凝土框架-剪力墙结构设计的优化研究.上海：同济大学土木工程学院，2008.

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关键词：深基坑支护；细部结构优化；问题分析

为了解决日益短缺的地下空间和城市人口膨胀之间的矛盾，保持城市建设可持续发展态势，城市建设中的深基坑工程已经成为城市化建设的重要内容。在深基坑工程建设中，由于设计不当导致的工期延误、影响周边居民生活的问题屡屡发生，而造成这些问题的主要原因就是在整体满足深基坑设计标准的情况下而忽略了细部结构优化调整的问题。因此，采用深基坑支护优化设计是对传统设计的一种补充，能够避免设计原因造成的深基坑工程事故的发生，并且能够保证深基坑工程建设做到经济和安全。

1深基坑支护细部结构优化分析

支护细部结构优化主要是对具体方案进行细部优化和计算，优选支护桩的桩径、桩距，以及支撑点和锚杆的层数、位置。通过优化计算解决约束极小化的问题，降低深基坑工程的总体造价。计算出深基坑支撑位置的限定、桩顶端以及坑壁坡的坡顶位置的要求等[1]。深基坑支护细部结构优化的基本要求和主要内容，前者包含了基本设计方法和理念，按照基坑工程规范，深入分析研究细部结构设计的过程。同时对施工现场，如现场的布置情况进行详细了解，如基坑支护的高度、位置等。另外还要深入分析深基坑工程所在场地的工程地质和周边荷载状况，对深基坑支护进行参数调整，由专业的技术人员负责组织设计，发现问题或者隐患及时解决。

2细部结构设计存在的问题

2.1设计组合爆炸

深基坑工程的细部优化设计一般采用数学描述，选取合适的设计变量，确立和建立目标函数、约束条件。但是细部设计变量大多是离散性质的，由于空间的庞大性，因此存在优化设计组合爆炸的问题，需要寻求一种对优化结果进行筛选的方法，将约束条件中各类基坑支护设计规范的条文、规则和设计准则进行分析，得到最优的设计变量和综合造价目标函数。

2.2传统方法得到结果与实际不符

要获得支护细化设计模型中的约束条件，需要采用不同的深基坑支护模式，进行相应的结构计算和分析。例如对土钉墙侧向土压力进行计算，传统的方法是朗肯土压力和库仑土压力的计算方法，这些方法往往对墙背和土之间的相互摩擦剪切作用和土钉墙的放坡角度不加以考虑，产生与实际工程不符合的情况，需要建立能够直接用在墙背和土之间摩擦力计算的土压力计算公式，分析土拱效应下的土压力，得到土压力合力、压力强度等的解析公式[2]。

2.3难以提供准确的计算参数

深基坑支护结构中的安全性分析，主要采用极限平衡分析、工程有限元分析等方法。但是上述方法对于土钉墙截面模型等信息难以提供准确的计算参数，产生凭借经验给定临界破坏面的位置进行定性分析等缺点，导致最终的计算参数与实际情况不符。因此，需要假设合理、计算简单的土钉墙稳定分析模型，为优化设计提供关键性数据[2]。

2.4遗传算法的缺点

深基坑细部结构优化设计通常采用的是遗传算法，这种遗传算法存在着迭代过程中适应度值标定方式复杂，最优值附近收敛速度慢、过早的收敛到局部最优解等问题。因此在现有的遗传算法基础上，应加以改进，以提高计算精度和优化算法的收敛速度，建立起排桩、地下连续墙、土钉墙的优化系统。

3细部结构优化的主要措施

3.1采用先进的设计理念

为了提高深基坑支护质量，在工程建设中应采取有效的措施对细部结构进行优化，从设计步骤进行优化，采用先进的设计理念。随着计算机网络技术的逐渐兴盛，对深基坑支护细部结构进行优化，在设计理念上已经开始综合考虑各项因素，而不是传统的片面性分析较为突出的特征。通过计算机网络计算选取最优的深基坑支护模型，短时间内遴选深基坑支护方案，以较低的投入获取最优的设计理念和方法，经济效益自然就会提升[3]。

3.2敏感性分析

对于深基坑细部结构进行优化设计，在数学模型的建立上，应注意约束条件的确定、设计变量的选取、目标函数的建立等方面的内容，对关键变量应采用敏感性分析的方法进行筛选。确定设计变量时，标准是目标函数的贡献大小。对于约束条件要指出变量的值域，规范相关的目标函数，并且采用工程综合造价为设计目标。采用敏感性分析，针对支护结构中的主要变量，包括地下连续墙、排桩支护结构，混凝土等级以及土钉墙的设计主要变量等，敏感性分析的内容众多，如桩身的变形、安全系数的影响、土钉孔径等。筛选分析结果，得到深基坑支护结构中的主要约束条件，构造以综合造价为目标的最优化结果。

3.3科学的设计步骤

包括对深基坑支护工程进行支护结构的大小、形状以及参数的设定，对变量进行确定和优选，对支护细部结构进行优化设计。在对目标函数进行精确计算后，明确细部结构的优化设计目标。同时明确相关的约束条件，在此基础上进行深基坑的支护细部结构优化设计，最后还要建立安全可靠的设计模型，完成深基坑支护细部结构的优化设计。例如对排桩结构和地下连续墙支护主要设计变量-桩径或墙体嵌固深度、厚度、混凝土等级、支撑位置，土钉墙的主要设计变量-土钉入射角、土钉孔径、土钉水平间距和垂直间距等提出主要约束条件的优化，并且以约束条件和优化设计变量为依据构造的目标函数，在充分保证支护结构安全性的前提下，能够在最大程度上减少工程实际造价。

4结束语

深基坑工程支护技术的要求和难度越来越高，在保证安全的情况下节省工程造价，采取科学合理的措施加大深基坑支护细部结构优化设计是十分重要的。当前，此项工作面临着方案复杂、技术难度大、缺乏设计资料等问题，因此今后的发展方向，是依托国家关于深基坑支护优化设计集成系统的研究以及工程示范的标准，研究建立深基坑支护细部结构优化模型，强化不同支护型式的结构安全性，通过优化算法，开发出更完善的深基坑细部结构设计软件。

参考文献：

[1]丁敏.深基坑支护细部结构优化及应用研究[D].重庆大学,2012.

[2]潘威,赵轩.深基坑支护细部结构优化及应用研究[J].建设科技,2015,(7):109-110.

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【关键词】结构设计；建筑结构；优化技术；应用

在建筑结构设计的过程中，在基本满足建筑师设计意图的基础上，平面布置应尽量规则，对称，尽量缩小质量中心和刚度中心的差异；使建筑物在水平荷载作用下不致产生太大的扭转效应。竖向布置上，在满足功能要求的前提下，尽量使竖向承重构件上下贯通；能不使用转换层的就应避免使用，以减小结构分析和设计上的困难，另外也不经济，还容易造成应力集中；竖向刚度最好不要突变，而要渐变，否则突变处在水平荷载作用下会出现严重的应力集中现象，这对结构抵抗水平动力荷载是十分不利的。

一、结构优化设计的模型和方案

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。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.结构优化设计方案

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、结构设计优化技术在应用中的几个问题

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.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.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，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.地基基础结构设计

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、结构设计优化的的功用

1.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。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.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。

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。

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。

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]汪树玉.结构优化设计的现状与进展[J].基建优化,2007:12-13.

[3]王光远.工程结构与系统抗震优化设计的实用方法[M].北京:中国建筑工业出版社,2007：35-37.

篇(7)

【关键词】结构设计；优化；技术

中图分类号：TB482.2文献标识码： A 文章编号：

一． 建筑结构优化设计的原则

建筑结构设计不仅仅包括建筑的结构本身，而且包括建筑的经济效益、居住的舒适度及建筑空间的使用率等等。所以建筑结构设计需要严格按熙一定的基本原则。

(1)使不规则建筑平面布置产生规则结构效应的原则。在建筑结构优化设计的过程中，需要根据不同功能的需求，通过对调节墙柱的布局和墙肢长短，使建筑结构达到经济结构和安全使用的目标。

(2)提高建筑居住舒适度的原则。建筑居住的舒适度是建筑结构优化设计的出发点和落脚点。为提高建筑居住舒适度应该从建筑结构、装饰装修、电气安装等各方面进行整体优化设计。

(3)保证建筑结构整体安全度的原则。建筑结构的安全性主要体现在建筑的抗震设计，其标准已在我国的《建筑抗震设计规范》被提出。因此需要保证结构设计涉及到的每个部件承载能力的可靠性，最终到达建筑结构安全经济耐久的目标。

(4)针对不同构件采用不同安全系数的结构优化设计的原则。如果为了确保建筑的整体安全性而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，这样反而会导致结构设计的不合理。可以根据建筑不同部位的承载能力设计其需要的安全系数，达到整体优化的目标。

(5)降低建筑结构造价的原则。在保证建筑结构整体性能达到指标的前提下，尽量考虑建筑的经济性。

二．建筑结构优化设计的技术方法

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。以下介绍几种常用的优化算法。通过结构优化准则计算得到的最优结构必须满足位移、应力、临界力等约束的优化准则。

2．1多目标问题的优化方法

在许多实际建筑工程结构设计问题中，对于大量的设计方案要评价其优劣，往往要同时考虑多个目标，即期望同时有多项设计指标都达到最优值。这就需要运用多目标函数的优化。其中包括主要目标法、统一目标法、分层序列法及宽容分层序列法等。

2．2满应力准则法

满应力准则法是以满应力为准则，本算法为了使结构的材料得到充分的利用，充分考虑各构件在最少一种工况及最不利应力的情况下达到材料的容许应力的大小，因此发挥各构件的最大使用限度。满应力准则法包括应力比法、齿行法及能量准则法三种方法，其中，应力比法是最基本最简单的迭代方法。齿行法是对应力比法的一种改进，主要体现在迭代的方法的优化，在迭代过程中使每次的迭代点控制在主约束曲面上。通过合理的调整迭代点，使优化目标不断接近。能量准则法是以应变能作为准则，以尽量减少结构使用材料为目的。

2．3有限元准则法

结构的有限元优化分析主要运用数学方法、力学原理及计算机程序设计等多方面结合形成的优化分析方法。有限单元方法的主要用途之一就是计算力学问题。它是将数学物理力学中的连续问题离散化的一种近似计算方法。结构的有限元分析方法具有很好的通用性，它可以应用到各种结构分析的模型上。

目前在结构优化设计中，使用最多的结构分析方法是有限元法，因此，除了要求结构分析方法的求解效率高外，能够满足优化设计需要的网格自动剖分技术也是结构优化设计的关键技术之一。

2．4智能优化准则法

智能优化准贝q法主要体现在随着算法发展越来越智能化，智能运算在结构优化设计中应用也越来越广泛。其中，遗传算法和模拟退算法在建筑结构优化设计中得到广泛应用。遗传算法的特点在于不依赖于具体问题，运用达尔文的进化论的基本原理，处理工程中的离散变量优化问题。模拟退火算法在随机搜索上不仅引入了适当的随机因素，而且可以考虑影响目标函数值的优劣因素。

三 建立结构优化设计的模型

运用合理的并且科学的方法从诸多变量参数中选出重点的参数并建立函数模型从中得出最佳方案就是结构优化设计。如何建立优化结构模型呢?笔者认为，首先要选择合理适当的设计变量，因为各种设计变量的选择对设计要求的影响是巨大的，起着无可取代作用。在设计的过程中将所涉及到的所有变量按照其自身重要性进行划分归类，一些变化不大的参数可以定为预定参数，通过此项工作能减少很多计算和编程的工作量。其次，要确定选定的函数。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。① 所以在建立结构优化设计的过程中，不仅要确保各种约束条件必须符合既定标准，还要找到符合条件的最佳解，并确立约束条件。

四 建筑结构优化设计的发展

随着计算机技术、智能技术的日益发展，结构优化理论应用在建筑结构设计工程方面应用越来越广泛，其发展主要体现在以下几个方面：

(1)建筑结构优化设计向自动化方向发展。随着计算机辅助设计CAD技术的发展，建筑结构优化设计的自动化程度越来越高。同时CAD的图形功能可以更直观、快速、自动地表达优化设计的结果，因而形成高集成化程度的自动化结构设计系统。

(2)建筑结构优化设计向智能化方向发展。智能优化是指将计算智能引入结构优化设计的过程中，求得一种具有自组织、自适应、自学习等功能的优化算法。这种算法更适合于解决建筑结构优化设计中经验性问题和非公式化问题。这种优化算法有利于具有智能辅助决策功能的专家系统的建设。

建筑结构优化设计向系统化方向发展。系统优化是指将建筑结构设计与经济效益、社会效益及施工涉及到的问题等各个方面综合起来作为一个大的系统进行优化。系统的优化需要对建筑的总体布局、结构选型、工程实施规划及施工管理等各个阶段进行优化而到达最优效果。

五 结束语

总而言之，建筑结构设计是指在满足约束条件及按预定目标下，对工程结构的设计求出最优化方案的设计方法，就是把各种技术工学的成果汇集并统一在一个建筑物上的表现。可以说，“结构设计”是结构方案的方法，是把结构应有的状态原原本本地表现在建筑上，实现结构所创作出的美丽的空间调和、跃动感、紧张感，以及出色的居住性能。在这个结构的优化过程中，高速发展起来的各种各样的技术工学被应用、被统一，建筑的安全性、耐久性、经济性的结构设计在优化过程中得到充分考虑。

参考文献

【1】江欢成．优化设计的探索和实践【J】_建筑结构，2006，36(6)：1—24．

【2】孙国正．优化设计及应用【M】．北京：人民交通出版社，2004．