结构优化方法范文1
关键词：建筑结构设计；优化方法；房屋结构设计；应用
中图分类号：TU318文献标识码： A
一、建筑结构设计优化的重要性
在房屋结构的设计中，采用合理的建筑结构方案，不仅能够实现建筑物的实际使用价值，而且还能够很好地实现建筑物的经济价值和环保价值。通俗的讲，好的结构方案不仅可以在最大程度上为建设单位减少资本投入，带来更多的经济效益，而且还可以科学有效地保护建筑施工场地的生态环境，从而实现建筑经济利益与环境保护相结合的模式。因此，合理地使用建筑结构优化技术能够更好地实现建筑的综合效益。建设单位从事建筑开发的基本原则就是在最大程度的减少资本投入、减少建筑材料使用的基础上，实现建筑的高质量和长期使用【1】。建筑只有在保证良好质量和长期使用的前提下才能够实现建筑美观、耐用、新颖等特点，从而满足不同人群的需要。与传统的建筑结构设计方案相比，建筑结构设计的优化可以有效地降低建筑结构成本投入。其采用的结构设计优化措施可以科学地实现建筑施工过程中各种资源的合理配置，以及各项建筑材料的充分利用，并且更好地协调建筑空间布局，使得建筑空间布局能够有效的结合，共同发挥其使用功能。因此，合理的利用建筑结构优化技术，在确保建筑安全性能的前提下能够充分的体现出建筑结构创新性。此外，这种技术还能够帮助结构设计人员选择最为合理的设计方式。
二、建筑结构设计优化的理论体现
在进行建筑结构设计时，我们不仅需要考虑其安全性、可靠性以及基本功能的健全性，还需要考虑建筑本身的美感与艺术感，这就是结构设计优化的相应体现。从理论上对建筑结构设计的相关优化方式进行分析，我们可知，建筑结构的的设计优化方式在现实应用中，主要体现在建筑结构整体的优化和建筑结构分层的优化上。对于建筑结构整体的优化，我们不仅应尽量减少结构质量中心和结构刚度中心的相关性差异，而且还应保持建筑结构的对称性和规则性，但是这些结构设计的理念同时应满足建筑设计师的设计要求。对于建筑结构分层的优化，在满足建筑本身功能的前提下，竖直方向应尽量让同一方向的竖向承重构件达到上下相通，而且为了减小在结构设计上的难度，宜尽量避免转换层结构的使用。在竖直方向的设计还应充分考虑刚度的相关要求，刚度的变化应保持均匀性而不是突变性，否则一旦出现刚度的突变会严重影响建筑结构在抵抗水平方向上的荷载作用性能。
三、建筑结构设计优化的方法
1、优化结构设计模型
建筑结构的优化可以分为以下几个阶段:
1.1 对变量的选择。一般情况下，建筑师决定的最终建筑设计方案起到重要的作用，这些重要的建筑数值均可以作为变量供建筑设计人员进行选择。例如:工程参数的参考，包括对房屋价格的参考、对于其损失的参考等等。设计人员若能够将变化幅度较小或考虑因素较少的参数作为设计的参考，建筑结构的设计和编程难度将会大大降低，设计人员也能够更快的找到最符合设计目标的数据【2】。
1.2 对函数的确定。设计人员要选择出最符合配筋率和房屋结构构件尺寸的一组函数，进而在最大程度上降低建设成本。
1.3 对施工条件的衡量。想要进一步确保建筑结构的稳定性，就需要从房屋的受力限度、变形限度、结构的稳定性、房屋结构构件的尺寸、结构构件裂缝的限度、房屋的结构体系等方面考虑。在实际的建筑结构设计过程中，设计师应该结合建筑使用方案和房屋的施工条件，分析出实际设计中存在的约束性条件，并且要确保解决这些约束性条件的方案要符合我国现行的规范规定，以保证建筑结构的设计结果达到最优。
2、科学设定优化设计的相关方案及应用程序
首先，依据可靠度而开始进行房屋结构设计的优化通常都具有很多约束条件，有时会遇到非线性的相关优化问题。所以在相应的计算中，会进行相应的转换，将有约束的优化转化成无约束的优化，而相关的计算、方式有拉式乘子法、powell 法等。其次，依据可靠度而开始进行房屋结构设计的优化基本模型，以及在设计时运用的相应的计算方式，为了可以更好地实现其效果，能够将这些编纂成一个运算速度较快而且功能全面的综合性、科学性的应用程序。这样能使整个优化设计更加全面地、有效率地进行实施。
3、对统计结论进行分析
设计人员在进行了各种计算之后，要对统计结果进行认真的分析，并且找出各个设计方案中不同点和相同点，并且结合总体的设计情况和进展选择最佳的设计方案。设计人员在进行结论分析的时候，要注意不要遗漏一些细节问题。房屋的建设与设计是一项耗时长、成本高的项目，它不仅涉及到建设单位的利益，也涉及到了房屋使用者的利益，设计人员在把握细节的基础上，要注意从宏观上把握住当事人的利益，这样才能够有效的节约建设成本，进一步优化建筑结构。在进行建筑结构优化的时候，设计人员不仅要避免追求片面的利益，还应该避免为了追求设计创新而忽略了建筑实际情况。
四、建筑结构设计优化方法在房屋结构设计中的应用分析
1、对建筑主体上部结构进行的科学性优化
房屋建筑的上部结构设计应当建立相应的模型并进行系统的优化。整个过程第一步就是先合理地设置剪力墙，保证剪力墙整体的布置是均匀的，这样使楼层平面刚度的中心点重合于楼层平面质量的重心，从而减少地震作用及风荷载等对其的破坏性。在房屋结构设计时，如果条件允许，应尽可能地对剪力墙进行大开间的布置，加长剪力墙的墙肢长度，这样既能减少墙肢的数量，还能在符合规范的条件下减少混凝土的使用量。另外，剪力墙内的暗柱一般都设置了钢筋，如果采用较大的剪力墙就可以减少相对的钢筋使用数量，从而相应减少的材料成本。然而如果建筑的本身不具有相应的条件，而且对于抗震抗压的要求较高，就不得开间过大的剪力墙。
2、房屋建筑的整体性与局部性优化
建筑在设计过程中都应具备相应的层次性和复杂性的特点。从层次性角度来讲，建筑体系包含着建筑整体设计体系、结构相关体系及安装体系等，每一个单独的体系又包含了众多的下属体系。在对房屋进行设计时，设计者要对每一个下属系统地进行相应的优化，冲破关联的横向性，实现叠加型工程;对于复杂性角度来讲，主要包含选取建筑的材料、选取建筑的零部件等。因此在进行结构优化时要从整体入手，才能真正实现结构整体的设计优化。
3、结构优化与建筑优化保持协调
对于结构设计既要保证结构的整体性，又要与建筑平面功能紧密配合，这样才能实现建筑本身的功能与结构相应合理性的效果。对于建筑系统来讲要保证平面简洁，墙体与立柱不能有错位的现象，高度与截面的面积相通。在楼体设计时，自身受力较多的转角区域，要选择高强建材做为承重的材料，从而更好地降低自重。对于结构整体来讲要保证重心、刚心、质心三者正确交叠，防止扭转的状况出现。
4、直觉优化技术与建筑结构设计
即使对于同一个建筑方案，结构布置方面也可能存在诸多的差异。建筑结构的布置如已经确定，即使荷载情况是完全相同，也可以将差异化的分析方法给应用进来。在分析过程中，也可以采取差异化的设计参数、材料和荷载的取值，对于建筑结构的细部处理，更是存在着诸多的差异。现在建筑结构的计算大多都是靠计算机来完成的，但很多问题都是计算机无法完全解决的，那么就需要靠设计人员进行科学的判断。在判断的过程中，需要严格依据结构设计的一般规律，总结过去的工程实践经验，这也就是我们所说的概念设计。因此，设计师在选择多种备选方案的过程中，就需要应用到概念设计。
5、建筑寿命优化与阶段性优化。
在建筑的使用年限内，需对建筑每一阶段进行相应的结构方案优化。房屋结构的设计者要考察各个阶段的特点，根据实际情况进行优化方式的确定，从而对工程的整体寿命进行科学的优化。这样，既保证了建筑产品质量，又提高了建筑企业的经济效益。
结束语
综上所述，建筑结构设计优化对于整个建筑工程的质量与美观都有着重要的促进作用，建筑结构设计优化方法在房屋建筑结构中的应用，在很大程度上促进了建筑结构设计的科学性和合理性，因此，有必要不断加强建筑结构设计优化方法的广泛应用。
参考文献：
[1]王也. 建筑结构设计优化方法在房屋结构设计中的应用[J]. 中华民居(下
旬刊),2013,03:81-82.
[2]郑智,乐肖军. 结构设计优化设计技术与其在房屋结构设计中的应用[J]. 中国新技术新产品,2011,04:98.
结构优化方法范文2
关键词：建筑结构；设计；优化设计；分析
1 建筑设计优化的重要意义
使用合理的优化方法，对建筑的结构设计进行优化，既能降低整个工程的造价，还能提升建筑的经济价值，从而能够有效提升建筑的经济效益。
1.1 使工程的造价降低
建筑工程结构优化设计在会充分的考虑到现行阶段的建筑行业的发展趋势来进行剖析，根据现行的建筑特点来进行设计，如当前的高层建筑和高层的住宅偏多，因此其层数很多，在建筑用地面积不变的情况下建筑总面积很大，在面对高层建筑的结构设计时，为了节省用地，会将建筑物的房顶进行细致的规划，可以保证整个工程的总造价降低，节约成本。
1.2 能够提高建筑结构的经济效益
建筑结构的设计需要保证到建筑工程的经济效果，随着建筑的层数的增加，高度也会增加，与其相关的墙体面积、柱体面积及配套的设施如管道等都会增加很多，层数比较少或者高度比较低时相应的建筑就会节省一些这样的荷载。同时，高度越高的建筑，相邻之间的距离也会比较远，这样不利于节省用地开支的目标实现，如果让建筑的总高度下降，那各建筑之间的距离也会靠的近一些，这样可以节约用地。另外，相同面积的建筑之间，建筑的平面形状不同会使得其周长不同，越规则的平面形状其周长会小一些，并且能够提高其荷载的性能，增强了建筑的质量。优化创新后的建筑结构设计相较于传统的设计，能够有效降低建筑的总造价，能够有效的提高建筑结构的经济效益。
2 建筑结构设计优化的具体内容
建筑结构优化设计的内容可以分为目标函数选择、变量选择、约束条件选择三个步骤，每一个步骤都涉及到建筑结构优化设计的一个方面的内容。
2.1 目标函数选择
确定建筑结构的目标函数是建筑设计人员对建筑结构进行优化创新设计时的第一步，通过采用相应的技术与办法，以建筑的面积的参数以及建筑可以达到的安全标准为前提，结合建筑建设所用的建筑材料等进行系统的规划和计算，要保证相关的参数在计算的过程中要满足相关的需求。合理科学地选择建筑的工程造价模式是建筑设计相关人员在建筑结构优化设计过程中必须要进行的工作，要尽量优化建筑结构设计，在保证建筑质量的前提下，降低工程的总体造价。
2.2 变量选择
建筑工程的设计阶段，除了对建筑工程优化设计的目标函数进行正确的选择，还要对建筑结构的进行变量选择，变量的选择对于建筑结构的设计也是至关重要的。变量选择，顾名思义就是对影响建筑结构设计的各种会变化的因素进行分析和选择，并研究其中会对建筑结构设计造成的影响最大的一个因素，然后在实际的设计过程中，对其进行评估计算以及控制其影响程度，以发挥建筑工程结构设计优化方法的作用。
2.3 约束条件选择
建筑工程是一个复杂而又系统的工程，因此在实际的设计过程中，受许多约束条件所影响，在对建筑工程结构设计进行优化设计时，必须要考虑到建筑工程的约束条件、对约束条件的准确判断，能够实现建筑结构优化设计的最大化。比如，在建筑设计时，设计人员对结构的强度、尺寸、应力等等因素所存在的约束条件进行判断选择，要以建筑工程的实际情况作为出发点，进行科学合理的选择，使得建筑结构设计的优化工作具有模范性和科学性，给建筑工程的施工打好基础，提高整个工程项目的效率和经济效益。
3 建筑结构设计优化的具体措施
建筑结构的优化方法，是由建筑结构的整体设计优化方法以及建筑结构的细节结构优化方法@两个发面体现出来的。在建筑结构整体的优化设计中，要立足整体，全面的分析总体的数据，并相互协调，确保选出最优的优化方法。在细节结构优化设计中，要对建筑结构的各个方面进行剖析，合理划分为不同的部分，逐个解决相关的选型、布置、造价等几个部分的优化设计，实现降低工程造价的目标。
（1）拓扑优化法。拓扑优化法，就是通过在建筑结构设计优化过程中，结合建筑自身的特点以及实际的用途和情况，正确找到理想化的建筑结构分布形式，全面的分析建筑结构的刚度和其他与结构相关联的属性，来减少建筑结构自身的重量，从而提升建筑的性能。设计人员要充分掌握以及了解拓扑分析方法的优点，合理运用拓扑分析方法，使得设计出来的建筑结构拥有很强的逻辑性。
（2）截面优化法。截面结构的可靠性以及安全性是建筑结构优化设计时相关人员必须要考虑的一个重要方面。截面结构作为建筑结构的细节所在，其性能是最能体现出建筑的整体性能的。在实际的设计过程中，为了保证截面结构的的可靠性与安全性，设计人员要对建筑结构中所涉及的界面进行准确的计算，然后再进行设计，不仅可以提升建筑结构的稳定性，还可以提高建筑的美观程度。具体的方法有，可利用有限元方法来计算设计变量的结构位移情况以及应力特点，然后用计算设备对获得的数据进行验算和分析，得出结果后，根据其需求调整，确定调整的范围，在此范围中再进行区域优化设计。
（3）外形优化法。外形优化是在界面优化的基础上进行完善的，以达到更好提升建筑的结构设计质量的目的。在对建筑结构进行外形优化时，相关人员要对建筑的整体情况掌握得很清楚，再根据我国现行的建筑柱结构设计的相关标准，在掌握的建筑的情况的基础上进行改进。建筑结构的外形特征就是利用外形优化法来进行划分的。外形优化方法在实际的实施过程中，通常会采用连续性结构与杆系结构。建筑结构的节点坐标选取是杆系结构的重要环节，节点坐标在选取好后，要将其作为设计的一个变量，来实现建筑外形优化设计的目标及需求。
（4）细节部分结构设计与概念设计相结合。概念设计优化方法，是在比较缺乏详细的相关数据的情况下进行的。某些因素是具有不确定性的，比如地震，在对建筑的抗震能力进行设计时，由于缺乏详细的数据，只能通过概念设计的优化方法，将一些存在的数据当作辅助来进行。同时，通过结合上诉的一些结构优化方法，使得优化效果更佳。另外，在设计的过程中，对建筑结构的细节部分进行优化设计是必须要做的工作，如现浇混凝土施工过程中，异形板料的弯曲部分容易开裂是一个比较突出的问题，对此我们将其进行简化，然后再选择钢筋，这样能有效的降低混凝土出现开裂现象的几率，不仅提高了经济效益，最重要的是满足了建筑结构的基本需求。
（5）对地基结构进行优化设计。对建筑的地基进行优化设计也是优化整个建筑结构的有效方法。选择合适的方案对于地基的结构优化来说很重要，例如，桩基类型的选择，要以实际的施工情况为准，并实现降低造价的目标，然后以桩端持力层的厚度为参考，选择科学合适的灌注桩长度，且对不同的优化方案进行集中对比，尽量使得选择的方案是最佳的。再比如，桩筏基础是某建筑结构的原有设计方案，通过把该设计利用的桩筏基础改为桩基础的优化方法，设置不同的承台，在此优化中，在保证总的沉降值和不均匀沉降值的前提下，顾及到的是基础传力的传递路劲越短会越省材料的原因。与桩筏基础设计方案相比，桩基础是一个更好的选择。
4 结束语
综上所述，建筑结构的优化设计能够使得建筑质量更好、更加美观、降低工程造价以及提升建筑的经济效益，在建筑行业竞争激烈的今天能够提高企业的竞争力，也能够为人们带来更有安全保障和质量保障的建筑物，因此其在建筑工程中是一个很重要的环节。但在建筑结构优化设计在实际的实施过程中，是比较复杂的，需要多方面的出发，充分结合实际的情况选择科学合理的方案，以实现对建筑结构进行最佳的优化目标。
参考文献
[1]李贵江.建筑结构设计优化设计新方法探析[J].江西建材，2017（01）.
结构优化方法范文3
关键词：建筑结构 设计 优化
建筑结构在设计的时候，经济性也是非常重要的因素，同时设计出来的建筑结构也要做到便于施工。在进行建筑结构设计的时候要充分满足安全、美观、实用、经济和施工方便的原则，这样设计出来的建筑结构才能更好的保证以后的使用效果。随着生活水平的提高，人们对于建筑的要求也在不断的提高。建筑结构设计工作的质量自然决定了工程的质量。所以，为了更好的完成建筑设计工作，本文讲述了建筑结构设计的基本原则及优化方案，可以为建筑设计工作提供一个参考。
一、建筑结构设计基本原则
建筑结构设计并非是无规则可循，它也是存在一定的原则的，主要可以分为四个方面，下面对施工设计的四个原则分别进行详细的论述。
1.1取大舍小原则
每一件事都会有一个大小之分的。建筑施工设汁中的取大舍小原则主要讲的建筑施工的过程中要有主次之分。一项工程，各个部位所需要的时间是不一样的，为了保证施工设计的合理性以及可行性，就会把一项工程分为主要和次要的两个部分，而这两个部分，也要有不同的重视程度。在施工的时候，要保证的是柱的强度要高于梁的强度，剪处承力要强于弯处，这些东西都在建筑施工设计的范围之内。取大舍小原则的实施会确保工程的进度质量还有成本。
1.2刚柔有度原则
刚柔有度原则主要指在进行建筑结构设计的过程中，要将过于钢化的建筑结构进行柔化，提高建筑物的整体稳定性。建筑结构设计刚柔有度要求设计人员对建筑结构的稳定性进行全方位考虑，对建筑设计中过多的钢化线条设计进行改善和调整，降低建筑物发生形变的可能性。
1.3多重设防原则
多重设防原则主要指在进行建筑结构设计的过程中，设计人员要对所有的设计结构进行把握，将建筑结构的整体作为主要设计核心，设计多重防线，保证建筑结构的安全性。多重设防要求设计人员要熟知建筑结构设计的各个环节，在设计中边行多重设卡，将建筑结构各部分的功能充分放大，提高设计效果。
1.4打通关节原则
打通关节原则主要指在边行建筑结构设计的过程中，设计人员要将建筑细节结构和主体结合在一起，将建筑细节结构融会贯通，实现建筑结构的统一。通过减少建筑结构中的关节，将建筑结构关节打通，实现对建筑整体的全方位把握，增强建筑没计的主体效果。
二、住宅建筑结构设计优化的方法
住宅建筑结构设计优化是要通过对拟建住宅进行模型的优化、计算方法的优化、并在计算和模拟的基础上制定有效的结构方案，再进行验证。
2.1结构优化模型的建立
在进行结构优化设计的过程中首要的问题是要根据实际的结构特性设定成为相关的结构设计参数，主要的有目标控制参数和约束控制参数。对于那些变化范围比较小的，且在结构的局部加强就能满足要求的部分参数，将其确定为预设参数，从而减少计算的工作量：对于目标函数，是要找到一组可以满足预定条件的钢筋截面积和截面的几何尺寸，目标是要让总造价最小。对于约束控制函数，包括前度和稳定约束、截面尺寸约束、结构整体约束、构建单元约束、正常使用状态的上下限约束条件等。参数的设计必须要与实际情况和规范相符。
2.2结构优化设计的计算方法
在结构优化设计计算方案的确定上，考虑到建筑结构的复杂性带来的变量多、约束条件多且非线性，因此在计算过程中，一般的做法是先将有约束的优化问题转化为无约束条件再进行求解，可选用的计算方有拉式乘子法、复合形法等。结构选型、尺寸和参数设计完成后，在计算方案的基础上设计优化程序。并在得到计算结果后，对结构进行综合分析，最后确定最合理的结构优化设计方案。
2.3建筑设计优化中所要解决的复杂性问题
设计房屋建筑结构最主要的目的，就是要使建筑物的安全性、耐久性以及功能性得以保障。保证其能在一定的期限中达到各个功能及要求的满足，此外还要做到建筑资金最大可能性的节约。房屋建筑结构优化的目标就是要保证所设计出的建筑物可以对一些自然界的外力作用予以实质性的抵抗。所设计出的房屋建筑不至于在外力影响下而坍塌。所以，对房屋建筑物抵抗外部因素的分析与研究是对建筑物设计与优化的关键。在某些比较复杂的外在自然因素中，相对较为特殊的就是地震的作用。因为地震的作用对其发生的地点、时间以及能量等级无法准确的确定。而且其活动的周期性也没有任何可供参考的规律，地震一旦发生，其破坏建筑物的威力也是非常严重的，因此对房屋建筑物加强抗震设计，是房屋建筑结构优化设计中必不可少的一个环节 。对刚度均匀堆成的房屋布置方案进行采取能够使房屋抗震能力得以提高，此外，根据房屋延性设计的原理，也能够保证建筑结构在强烈的地震中不会出现破碎性的破坏。
三、建筑结构设计优化的应用分析
建筑结构的优化设计要在保证建筑使用功能的条件下，利用结构优化设计技术达到提高结构安全度、降低工程造价、提高经济性的效果，也就是要贯穿建筑的整体设计、前期规划及抗震设计等阶段。
3.1结构优化设计的前期参与
建筑是相对长期的投资，常见的建筑使用年限均在50～100年间，这就要求结构能够保证在设计使用年限内，建筑能够保持基本的使用功能、良好的空间环境。因此，要在建筑方案设计初期就加入结构优化的考虑。这样可以有效避免出现结构不合理、工程造价高等问题。也就是说，在建筑方案的设计初期就加入结构的优化设计，是提高建筑利用率的有效方法。
3.2要注重建筑结构的细部优化
随着电子技术和建筑物结构设计优化理论的有效结合，在对其建筑物设计优化进行具体操作的过程中，其优化方案已经从一个建筑实践问题逐渐向数学问题进行转化。所以，建筑设计工作者必须对基于电子技术方面的建筑优化设计予以加强。除对整体性设计予以注重之外，还要对建筑结构的基本构件在进行精细设计上进行加强。比如，对矩形现浇板设计予以尽可能性的划分，这样做一方面使现浇板设计保证其受力的合理性，另一方面，也避免了建筑基本构件拐角裂缝的产生。
结语：
一个优秀的建筑施工设计，是整个施工过程中一个良好的开端，可以保证建筑的整体质量和整体效果。建筑结构设计对一个工程有着举足轻重的作用。总之，结构优化设计是在坚持可持续发展观、充分利用有限资源的基础上提出的，是符合社会发展需要的有力举措。
参考文献：
[1]胡金焱.浅谈建筑结构设计中应注意的问题[J].科技创新与应用. 2013，32.
结构优化方法范文4
【关键词】建筑结构；结构设计；优化方法；
对于建筑整体结构设计优化而言，建筑结构的概念设计既是重要基础，又是一个主要方向。运用概念设计方法，能够有效提高建筑工程的安全性及稳定性，将各种外力所带来的破坏效果降至最低。建筑在实际使用环节，难免会遇到不同类型的不稳定因素。建筑概念设计将会致力于这些不稳定因素的解决，以提高建筑的实用性。对建筑结构的诸多可能破坏因素进行研究，发现地震这一破坏因素最难以控制，因为地震发生时，将会给建筑施加一个极大的作用力，同时地震又是难以准确预测的。另外，设计方案中如果有不利于建筑结构抗震的因素，则应对其进行适当调整，无法调整时，则应放弃。在建筑结构设计优化的帮助下，建筑在整体刚度方面应该达到均匀、对称的效果，如此一来，便有效保证了建筑结构在地震作用下的安全性。与此同时，是实际设计环节，还应综合其他优化方法的应用，以提高建筑的抗震能力。如延性设计，该种设计方法能够很好地保护地震中的建筑免受脆性破坏的危害；又如多道设防的设计方法，其设计思路是，当发生剧烈地震时，“牺牲” 部分次要结构去吸收地震能量，以降低地震对建筑主体结构的破坏效果。在进行建筑整体结构设计的过程中，应注意上述优化方法的有效运用。
一、建筑结构设计优化的意义
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，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。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。
二、结构设计优化方法的概述
完美的建筑是在满足人们使用功能及视觉感受的前提下，充分满足使用者和社会所期望的各种要求。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。
三、结构设计优化技术
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瞎。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。
结束语
建筑结构设计优化是一个复杂而系统的过程，通常被归入综合决策的范畴。在实际优化环节，既要考虑实用性和安全性，又要考虑经济性，还应考虑整体效果，总之，要平衡各方面的关系。本文对建筑结构空间利用率的优化进行了重点探讨，对建筑结构优化的理念进行了阐释和延伸，希望能对类似工程建设提供一些借鉴和帮助。
参考文献：
[1]高鹏.乔可义.重视概念设计，提高建筑结构设计的质量[J].建设工程与技术.2014（07）.
结构优化方法范文5
关键词：建筑结构；设计；方法；应用
中图分类号：TU318 文献标识码：A
建筑是关乎民生、经济、社会发展的主要建筑形式，且大量存在，因此对于建筑的结构设计应做到安全、适用、经济、美观，并且符合当前的施工技术水平。也可以说，建筑结构的质量是保证建筑使用功能的基础，是保障建筑材料、能源和经济等资源有效发挥作用的途径。因此，对于建筑结构进行优化设计显得尤为重要。
一、分析为什么要对建筑结构设计优化
（一）节省工程造价
建筑工程造价中建筑结构的成本大约占到总造价的50%，对建筑结构进行优化设计可以在很大程度上降低工程总造价，节约工程造价成本。建筑结构优化设计能有效的节省房屋建筑的投资成本，具有巨大的经济价值。
（二）提高工程质量
目前设计单位的水平整体都在不断提升，但是首先很多工程师成本控制意识低，忽略对建筑工程的成本造价控制，只追求高的安全系数，从而造成设计过于保守；其次，没有相应的责任制，设计人员缺乏责任心，对建筑结构的设计概念不清楚，一味的使用计算机而不是大脑来进行计算，常常导致计算不合理或者与工程实际不吻合等等错误，使之结构设计存在安全隐患或者较大的浪费；另外，设计人员与建设单位的沟通不到位，没有完全理解建设单位的建造用途及建筑功能，进而造成建筑产品不能满足建设单位的需要。
据统计因为在设计过程中，设计质量差，造成功能布置不合理，相关专业工程师没有相互沟通，导致经常出现在施工过程中进行修改及返工现象，导致施工工期不能控制。同时因为工程质量差，工程存在安全隐患等问题，造成投资的卜大浪费。通过建筑结构设计优化可以有效的提高工程设计质量，降低安全隐患，减少投资浪费。
二、探究建筑结构设计优化的方法
建筑结构设计优化是要通过对拟建项目进行模型的优化、计算方法的优化，并在计算和模拟的基础上制定有效的结构方案，再进行验证。
（一）结构优化模型的建立
在进行结构优化设计的过程中，首要的问题是要根据实际的结构特性设定成为相关的结构设计参数，主要的有目标控制参数和约束控制参数。对于那些变化范围比较小的，且在结构的局部加强就能满足要求的部分参数，将其确定为预设参数，从而减少计算的工作量;对于目标函数，是要找到一组可以满足预定条件的钢筋截面积和截面的几何尺寸，目标是要让总造价最小。对于约束控制函数，包括前度和稳定约束、截面尺寸约束、结构整体约束、构建单元约束、正常使用状态的上下限约束条件等。参数的设计必须要与实际情况和规范相符。
（二）结构优化设计的计算方法
在结构优化设计计算方案的确定上，考虑到建筑结构的复杂性带来的变量多、约束条件多等情况，因此在计算过程中，一般的做法是先将有约束的优化问题转化为无约束条件再进行求解，可选用的计算方有拉式乘子法、复合形法等。结构选型、尺寸和参数设计完成后，在计算方案的基础上设计优化程序。并在得到计算结果后，对结构进行综合分析，最后确定最合理的结构优化设计方案。
三、建筑结构设计优化技术的应用
通过结构优化设计技术来逐步改善房屋建筑的使用性能，进而提高经济性，大力降低工程成本造价。在建设工程项目中，结构优化设计技术主要应用于项目的整体设计、前期设计以及抗震设计等各个分部阶段环节，应用广泛，其发挥的效能也十分明显。
（一）树立精品意识
结构优化设计过程是结构工程师打造设计精品的过程，预算专业提前到设计方案阶段，为结构工程师提供必要的经济分析数据，通过结构工程师与造价工程师对设计质量、品质的经济指标的全程控制，实现设计产品质量与经济的统一。
（二）优化设计中正确理解应用结构设计规范
追求适用、安全、经济、美观以及便于施工是建筑结构优化设计的目的。因此，建筑结构优化设计不但要求结构设计工程师有丰富的设计经验，也同时要对建筑结构规范的条文的概念、定义、前提条件及适用范围有较为详细的了解，在建筑结构设计规范的基础上，能够把自身的结构设计方案科学的融入到整个项目工程中。对于一些大面广的工程中，某些条文规定不可避免的偏于保守，同时，也有些条文对一些特殊、复杂工程的设计工程条文安全性不足。因此，建筑结构工程师在优化设计中，应该充分利用扎实专业知识与丰富的设计经验，对上述问题做出科学与正确的判断，从而能够把握设计，使设计成果逐步优化，不断创新。
（三）结构工程师要积极参与工程前期规划及方案
建筑结构工程师要积极主动参与前期工程规划及建筑方案，是实施结构优化技术的重点内容。因为，在在实际施工中，建筑结构工程建筑师难以把握对结构体系的受力的正确分析，相关建筑结构工程师要积极主动地参与前期方案设计，帮助建筑师构思与逐步创新，使得建筑师的建筑理念得以完美的体现。
（四）合理的结构方案
要用整体的概念在待定的建筑设计中来完成结构整体方案的构思，处理好构件与构件，构件与整体结构的关系，充分利用和发挥整体结构与构件的最佳受力状态，使结构具有足够的承载力、刚度及良好的延性，尽可能使结构受力与传力简单、直接、明确，使之整体结构安全可靠协调一致，使建筑的型心与重心重合，避免及减小外力作用下的扭转效应，结构平面规则对称与竖向刚度的均匀一致，可能达到结构设计的安全经济。
（五）建筑结构各部门相互协调与合作
建筑结构优化是一个复杂性的系统工程，涉及到的专业也很广，各个专业必须相互协调与配合。依据建筑学发展角度出发，现代建筑是综合性产品，包括建筑、结构以及设备等要素。因此，建筑工程在工程实施中，应该大力加强分工与合作，将各个构成要素进行充分有机结合，为打造出完美的作品夯实基础。在建筑工程项目设计中，最重要的环节是建筑设计与结构设计，只有将这两个环节充分结合，建筑工程实用、经济、美观大方效果才能充分体现，同时，建造结构受力更趋向合理性，大大降低了成本，简化了施工。但在建筑设计中，一些建筑设计人员不遵循建筑的基本力学规律，过于注重设计方案创作的新奇性，导致这建筑结构难于处理，因此，建筑结构优化必须通过强化各个专业的合作与协调，可能够实现结构合理，成本降低。
（六）提高材料的利用率
结构的效能设计主要考虑充分发挥结构材料的力学性能，有效的减少结构材料的消耗，达到“少费多用”的目的。各种高强材料：高强度钢筋、高强度混凝土等；各种轻型材料如：轻骨料混凝土、轻型隔墙的合理利用，可以有效的减轻建筑结构的自重，减小水平地震力的作用，减小基础顶部荷载等等。
（七）充分考虑地基基础结构设计
地基基础是建筑结构设计的重要组成部分之一，其造价根据工程所建地地基土的不同，基础形式不同，其基础造价也不同，但其造价占工程总造价的比例也不同，其比例占总造价的20~25%不等。地基基础属于隐蔽工程，建筑物的高度与安全性等受地基基础影响很大。建筑结构中的地基基础的结构设计必须选择合适的方案，要依据现场地质条件上部结构形式、高度、层数、基础顶部荷载，综合进行基础选型及埋深等设计，最大程度的节省造价。
总之，结构优化设计的目的是为了让建筑设计年限内能够更好的发挥其作用而提出的。我们通过对建筑结构优化设计的内容和方法的剖析，指出了在实际应用中如何来利用结构优化设计。所以，结构优化设计是在坚持可持续发展观、充分利用有限资源的基础上提出的，是符合社会发展需要的有力举措。
参考文献：
结构优化方法范文6
关键词：高层建筑；结构设计；优化方法
中图分类号：TU97文献标识码： A
引言
随着国家经济的发展，各行各业对于建筑房屋的需求和人们对建筑的观念改变，使得我国的建筑行业突飞猛进地发展起来。然而高层房屋建筑结构设计方面存在诸多问题，造成设计过程中安全性和经济性不能有效的把握。我们必须重视这些问题，并探寻恰当的解决方法，以促进我国高层房屋建设工作的稳定发展。
1、建筑结构设计优化的内涵影响
一座建筑物好坏的因素非常多。一般来讲，人们对建筑物的评价来源于三个方面：外形、结构和质量。这些都和结构设计密切相关。房屋结构设计，不仅仅是整个建筑工程赖以实施的基本根据，更是一个建筑能否充分实现预定功能和目标的根本保障，是整个建筑工程的核心要素。优秀的房屋结构设计方案，应当能够在有效控制成本投入，降低施工难度的基础上，充分利用城市中的空间资源和其它资源，大幅提升建筑物的实用功能和安全质量。要取得优秀的设计方案，需要对既有设计不断进行优化改良，从而最大限度地实现使用者对房屋的功能要求、质量要求和审美需要。同时，优化后的结构设计还能够有效帮助建设者节约资金，降低建设成本。
2、建筑结构设计中存在的问题
2.1在建筑结构设计时对地基建造不够注重
目前，在大多的建筑图中，是按照建筑的基础设计图进行施工，对于地质勘查方面并没有太多的信息和数据，因此，在建筑施工中，就没有对地基的建设给予过多的关注。这样在建筑结构设计中没有对地基的建设重视，很可能就会导致建筑的安全性和扎实性出现问题。为了让建筑更加稳固，就要对地质情况进行勘察同时查看相关的地质信息，考虑到各方面的因素来进行建筑的结构设计。在建筑施工中，设计人员一般会根据自己的想法和经验来建造砂垫层，这样建筑物的承受力就会大大折扣，从而可能成为未来建筑安全性的潜在隐患。
2.2高层建筑结构设计体系不够合理
高层建筑的结构设计出了追求外观好看以外，还有注意设计的科学性和和合理性、体系化。对于高层建筑的设计并不是单一的，有剪力墙结构体系、筒体结构体系等等。另外，要想一个高层建筑达到一定的安全性，一定要将其整个结构设计系统化，既要考虑地震等带来的巨大载荷，也要考虑到水平方向的强风等，并且还有做好相关的预防措施。如果这些问题只是被单独拿出来解决，而忽视其他一连串的问题，就极容易给高层建筑埋下隐患，对突如其来的灾害不知所措。
2.3高层建筑结构的均衡关系不够合理
在高层建筑的结构布局上，设计人员在设计前应该先将街道的宽度和窄度测量清楚，再考虑高层建筑物的自身尺度。一个设计合理的高层建筑其主题、裙房和顶部之间应该是均衡的尺度空间。另外，高层建筑的地理位置应该以城市的街道布局为基础，与其相容，做到和谐，确保高层建筑的结构设计部不会坏周边建筑的美感，不阻碍车辆行人的出行，并且自身外形应该做到美观。然而，设计人员在该方面还存在一些薄弱意识。
2.4高层建筑结构的高度问题
不少建筑开发商家为了谋取自身高额的利润而一味地使高层建筑结构超高，这种在建筑物上私自增高的行为不仅违反规范操作，而且还会带来很多隐患。我国地质结构多样化，每一个地方的地质结构都有自己的特点。一般处在板块边缘交界处的地方就容易发生地震，如我国的西南地区，如果高层建筑的高度过高，就会降低它的抗震效果，对使用人群带来极大的生命安全威胁。
3、高层建筑结构设计优化的方法
3.1建筑结构设计中概念设计的应用
在建筑结构设计中概念设计的应用使其得到了更好地发展，近几年，概念设计在我国慢慢的占据了关键位置，是建设项目构造策划中最重要最关键的一个步骤。随着科技的发展与社会的进步，建筑结构设计中使用计算机进行设计是极为常见的，但是由于在最初阶段计算机无法帮助设计策划，这就需要建筑建造工程人员熟悉掌握建筑学的知识，并可以对其进行综合利用。关于建筑构造工程人员对专业建筑知识的掌握程度是我们所面临的问题，我们需要对这类问题加以分析，找到解决问题的办法，并将其运用到实际建筑构造策划工作中。
3.2结构优化模型的建立
结构优化模型的建立有多种选择，主要是遵循数学原则。住宅建筑结构设计优化必须首先解决结构设计参数问题，重点是“目标控制参数”和“约束控制参数”。为了让总工程造价节省，要设计“目标函数”，例如，可以用符合条件的钢筋截面积和相应的几何尺寸来衡量。建筑的约束控制函数，建筑稳定性约束，整体结构约束，几何尺寸区间约束都是包括在“约束控制函数”范围内的。另外，对于“预设函数”，即变化区间较小的，在未来施工过程中改变局部结构就能符合的参数，它的设计可以使计算更为简便。“风荷载”也是一个因素，结构基本周期是衡量它的指标。一切设计参数的计算应该着眼于实际，满足设计的科学性，并且设定合理的变化约束。
3.3选择合适的计算简图
由于结构计算以计算简图作为基础而进行，计算简图的选择不合适会造成结构安全事故，因此为了保证结构的安全就必须选择合适的计算简图，并且还需要配合相应的构造措施。尽管实际的结构节点不能是纯粹的刚接点或者铰接点，然而我们也要分析判断，将误差设计在合理的范围内。
3.4优化高层建筑的抗震性能
高层建筑结构的设计要保证各个地方的刚度对称且均匀，其平面形状也要尽量的规范和尽量的简单。如果能够保证以上要求达到标准，那么在计算地震应力时就会容易的多，处理起来也会容易很多。比如地震应力扭转和集中地方的处理等等。由此可见，在设计高层建筑的结构时，要尽量可能地将建筑刚度的中心点和地震力作用中心点设计到一起，正常情况下，偏心距e要比与外力作用线垂直的建筑物边长的5%小。高层建筑物体积庞大，吨位也很大，如果抗震效果不好，那么一旦出现地震或者其他使之震动的因素，造成的损失将是巨大的。为了避免灾难的发生，必须要优化好高层建筑的抗震性能。
3.5增强高层建筑结构的刚度，尽量减少位移
位移对高层建筑结构的影响非常大，合适的结构体系、平面的体型、立面的改变等方面是探讨减少位移不可缺少的内容，只有综合考虑了上面的方面，才能有效控制位移。另外，在高层建筑的结构进行布置时，要适度地加强高层建筑楼盖的刚度，将各个构建连接好。在高层建筑结构相对薄弱的位置和应力较复杂的位置，要加强重视，不可忽略。对于高层建筑结构体系中的抵御复力矩的宽度、结构宽度，要进行适当有效地加大，减少高层建筑的侧向位移。如今高层建筑结构设计中使用的材料范围越来越广，采用的结构形式也越来越新颖，这也就随之对高层建筑结构设计的影响越来越大。然而随着混凝土材料性能的日趋完善，其在高层建筑结构中的使用也越加广泛。
3.6计算控制好轴向的承受力
对于一些层数比较低的建筑，其建筑的结构设计中可以简化对轴向的承受力的计算。在进行这样的建筑设计时，一般只要对建筑的弯矩受力进行考虑就可以，因为其轴力在该建筑中的作用不是很大。但是，对于高层建筑的情况就不同了，尤其注意在建筑结构设计中对轴向的承受力的计算和控制。高层建筑物一般其高度都是比较高的，所以所需的轴向的承受力也相应的增加，同时因为高度的增加而导致的轴向会更容易出现变形的情况，因此对轴向的承受力的设计更是要严格的把控。因为建筑的高度，从而导致了轴向力变大和负弯矩值减小，那么对下料的长度也会有影响。所以必须对建筑的轴向承受力进行精确的计算，然后做合适的调整，才能保证建筑的结构设计的完整和安全性。
3.7剪力墙的相关设计
剪力墙是房屋或构筑物中主要承受风荷载或地震作用引起的水平荷载的墙体，在建筑物结构设计中是很重要的，起着十分重要的作用。为使剪力墙设计更加合理与科学，应当对不同建筑结构中剪力墙的承载特性进行分析，对不同需求的剪力墙进行不同设计，以此来达到设计目的。任何建筑结构的剪力墙都需要依据建筑工程结构的整体设计与具体的标准来进行设计，不可以跨越建筑工程结构的整体设计，否则会造成剪力墙性能与整体工程的不符，在地震等自然灾害来临时起不到保护作用。剪力墙的设计与施工主要是为了在自然灾害中起到保护作用，是极其重要的一个设计环节。
结束语
房屋结构设计优化，本质上是一次综合所有影响的数据分析，对设计者的理论水平和实践经验提出了非常高的要求。房屋结构设计所需要达到的目标，绝大多数情况下不是一个单一的指标，而是一组指标的组合。这些指标往往互相影响，既是统一的，又是矛盾的，各有侧重点，又相辅相成。设计者应当综合考虑房屋的各种性能，选择最有助于实现房屋建筑综合效益的设计方案。在保障房屋安全和使用质量的前提下，设计者要用于创新，大胆实践，努力寻求更好的设计路线，应用现代化设计工具，更好地实现房屋结构设计的目标。
参考文献
[1]安志宏.高层建筑结构设计不规则性的研究与应用[D].吉林大学,2004.
[2]郭宁.价值工程原理在多、高层结构设计中的应用研究[D].西安建筑科技大学,2005.
