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第1篇：結構設計優化范文

【關鍵字】房屋結構；設計；建筑結構；優化

在進行建筑工程施工之前，均需要依據工程實際及周邊環境，合理進行布局設計，安排具體施工辦法，通過合理施工控制與竣工驗收實現工程質量及功能。一般而言，質量良好，性能完善的房屋建筑，屬于建筑設計人員將建筑功能價值與建筑美學價值的整合與統一成果。房屋結構設計，以實現房屋建筑結構功能、美觀及應用價值為目標。采取建筑結構優化設計方法，是在房屋設計基礎上，進一步優化資源配置，最大限度實現房屋現實需求。本文結合某工程實際，探究建筑機構設計優化重要性及其具體辦法。

一、工程概況

本建筑工程位于廣東省揭陽市，屬于商業住宅建筑，其建筑面積為32680O，地上設計32層，地下設計2層，建筑主體商業部分層高設計為4.9m，住宅部分層高設計為3.0m，建筑總高度為98m。該工程建筑基礎持力層屬于稍密卵石層，設計為平板式樁筏基礎，建筑結構體系應用剪力墻結構。為確保該房屋建筑結構設計質量，提出應用房屋建筑結構設計優化方法，對該建筑工程進行設計優化，以實現建筑工程質量及功能，實現其整體效益。

二、房屋建筑工程結構設計優化所依托的理論基礎

房屋建筑工程結構設計，其行為本身屬于技術含量高，專業性突出的活動。設計工作人員在執行房屋結構設計任務時，需要綜合考慮房屋建筑地質水文、周邊環境、建筑功能需求及其各項性能指標，包括建筑工程的功能指標、美學價值指標。功能指標，即建筑工程作為人們生活辦公的場所，其應具備的基礎性應用功能，建筑審美指標，指的是建筑結構外形表現，給人一種結構協調，外觀美感的視覺享受。在房屋建筑設計過程中，需要綜合考慮房屋性質所要求的基礎性能，考慮其結構搭配與外觀表現。在這種房屋結構設計理念下，要求設計工作人員，從多種建筑結構設計方案中選擇出最佳方案，通過方案優化，完成房屋結構設計綜合目標。換一種角度而言，通過科學化方法進行表述，則為：結合數學知識與相關建筑學知識，在多種設計方案中選擇出與整體設計目標相符，最適宜的設計方案。

房屋結構設計中建筑結構設計優化，指的是建筑結構設計過程中，需要進行設計理念更新，選擇應用具備先進性與科學性的設計篩選方案，優選出各方面達到最佳效果的一種設計方法。建筑工程其內部結構錯綜復雜，所涉及的系統較多，為實現建筑工程結構完美協調，發揮最佳功能優勢，需要重視并應用建筑結構設計優化方法。一般而言，建筑結構優化，主要以房屋頂部、房屋、房屋細節結構設計優化為中心，依據實際需求，合理優化布局，在優化結構過程中，實現建筑工程的整體效益。建筑設計要求，房屋平面結構表現應平整，盡量降低平面建造質量與房屋剛性結構之間所存在的差異，彰顯出建筑工程對稱美感，確保在出現較大水平作用力狀況下，建筑結構不會出現扭曲及不安全狀況。在確保房屋建筑基礎功能前提下，需要采取豎直貫通方式的承重結構，以提高建筑工程承受豎直作用力的承受能力。依據漸變規律，進行房屋豎向剛性程度指標設計，防止出現剛性結構角度突變。

三、房屋結構設計中的建筑結構設計優化的現實意義分析

在房屋結構設計過程中，綜合應用建筑結構設計優化方式，有助于實現建筑工程現實應用功能、外觀美感與整體經濟效益，通過結構設計優化，還可以實現建筑成本節約，加強建筑生態環境保護，簡而言之，采取建筑結構設計優化，有助于實現房屋建筑整體效益。在市場經濟大環境下，建筑商在進行房屋建筑設計施工中，要求確保建筑工程基礎應用能力的基礎性，最大限度降低房屋建筑設計成本，降低施工成本，從而降低建筑投資。確保房屋建筑結構合理穩定，滿足用戶不同層次需求，是實現建筑工程整體效益的基礎性保障。

社會實踐證明，與傳統的建筑結構設計方式相比，建筑結構設計方案優化，能夠降低房屋30%左右的成本，且通過結構優化，可以更好實現建筑工程資源合理配置，實現建筑材料的充分利用，更好協調建筑單元，發揮建筑功能優勢；通過創新設計，在保證建筑安全性基礎上，實現更高標準，通過結構優化，實現最佳效益。

四、基于工程實例的建筑結構設計優化策略

該建筑工程位于廣東省揭陽市，屬于商業與住宅建筑，為實現更好效果，決定對該建筑工程進行結構設計優化，其結構設計優化具體策略如下：

（一）結構模型設計

房屋建筑整體設計優化可以分為三個環節，分別為變量的選擇與確定、確定函數與條件衡量。其中，變量的選擇與確定，指的是對設計方案存在著重要影響因素的參數值，作為變量為設計人員所選擇應用。如該建筑工程的目標參數主要包括建筑價格參數，預期損失參數，工程控制參數、房屋結構可靠性參數等。在房屋結構設計中，設計人員選擇變化幅度較小的參數作為重要參考指標，會降低建筑結構設計難度系數。在結構設計眾多相似函數中，需要選擇出與房屋橫截面尺寸及鋼筋尺寸面積函數最適應函數，選擇該函數并分析函數性質，通過函數優化，降低房屋建筑成本。條件衡量，重點表現為房屋結構設計約束指標，具體而言為建筑房屋尺寸、架構剛性、受力限度、結構確定性、變形限度、組建規格等。在進行結構設計優化過程中，設計人員結合該工程實際情況，明確工程約束性條件，確保該工程條件滿足相關要求，實現設計結果最優化。

（二）合理選擇計算方法

房屋結構設計中會應用到較多計算程序，而建筑結構優化的過程，則屬于建筑工程復雜變量、約束性條件及其他設計條件的計算過程。在進行數據驗算過程中，多將約束性條件進行轉變，設置為不附帶約束條件問題，從而確保計算精度，減少計算時間。如該工程筏基礎優化數學模型為：

Min A=F（XAi，YAj）

S、T，P≤f

Pmax≤1.2f

其中，XAi與YAj代表自變量，p代表基礎底面平均壓力設計值，f代表地基承載力設計值，采取漸進搜索法進行模型求解，實現結構優化。

（三）選擇應用最優程序

在房屋結構模型設計后，科學選擇計算方法，在此基礎上，進行模型程序最優化處理。最優設計程序，需要表現出功能完善，運轉高效，其程序多是由多個分程序相組合構成的綜合程序，從而發揮作用。

（四）分析統計數據，確定最佳方案

在完成數據計算后，設計人員需要統計數據分析，研究并獲取不同建筑結構設計方案之間存在的異同，通過綜合分析與綜合衡量，最終確定出符合工程實際的最佳方案。在統計數據分析過程中，要求設計人員多層思考，綜合考慮細節，科學處理工程技術與工程經濟效益之間的關系。

五、結語

為實現建筑工程經濟效益、社會效益，提出對房屋建筑進行結構設計優化。結合工程實例，從房屋建筑工程結構設計優化所依托的理論基礎出發，探究房屋結構設計中的建筑結構設計優化的現實意義，社會實踐證明，通過建筑結構設計優化，有助于實現建筑工程整體效益，研究其結構設計優化具體策略，通過結構模型設計、合理選擇計算方法、選擇應用最優程序、分析統計數據確定最佳方案，實現建筑結構設計優化，實現建筑工程整體效益。

參考文獻

[1]尹英華.房屋結構設計中的建筑結構設計優化[J].城市建設理論研究（電子版），2013，（19）.

[2]閆新紅，王雄飛.淺談房屋結構設計中的建筑結構設計優化[J].房地產導刊，2014，（2）：44-44.

第2篇：結構設計優化范文

【關鍵詞】結構設計；優化

結構設計的目標是“安全、適用、經濟”，對結構設計進行優化的目的就是使有限的空間、資源效果最大化，結構設計的優化工作就顯得非常的重要。結構設計優化的方法就是合理的利用材料的性能，合理的利用結構體系的受力特性，合理的結構布置，使結構內部各單元得到最好的協調，達到規范所規定的安全度，并使其使用功能得到最大的滿足。下面將通過幾個方面對結構設計的優化進行探討，以期與廣大結構設計人員共勉。

1　結構整體分析

在承載各種作用的時候，建（構）筑物總是以整個結構體系協同工作的，結構體系的優劣是這個建（構）筑物的先天基礎。合理的結構體系可以在安全、經濟、適用等方面做到更好的協調。

1.1　結構形式的選擇及結構布置

同一建筑方案，可以采用多種結構體系進行設計。建筑工程常用的結構體系有框架結構、框架剪力墻結構、剪力墻結構、筒體結構等。每一種結構形式的經濟性都有所差別，且都有其相應的適應性、抗震性能。因此，設計人員在建筑結構體系的優化選擇過程中，要根據建筑物使用功能的要求、建筑高度的不同、場地條件等因素，按照經濟合理、安全可靠的設計原則，保證結構整體具有良好的抗震性能、足夠的承載力和剛度的前提下，選擇最合適的結構體系。

結構布置要求結構設計者具有化繁為簡、了解各種結構特性并對其出現的各種狀況采取相應措施的能力。在建筑結構設計的過程中，在基本滿足建筑師設計意圖的基礎上，平面布置應盡量規則、對稱，盡量縮小質心和剛心的距離；使建筑物在水平荷載作用下不致產生太大的扭轉效應。豎向布置應在滿足功能要求的前提下，盡量使豎向承重構件上下貫通且豎向剛度最好不要突變，否則突變處在水平荷載作用下會出現嚴重的應力集中現象，這對結構抵抗水平動力荷載是十分不利的。

筆者設計的某值班宿舍樓，平面尺寸為7×38m，平面雖然很規則，但很狹長，結構布置的時候，做到了結構剛心與質心非常的接近，但計算后的結果卻不能令人滿意，第一周期是扭轉周期，對于結構的抗震是非常不利的。究其原因就是結構平面過于狹長，平面剛度不足，造成兩端振動不同步引起了扭轉效應。在增大了兩端柱截面之后，雖然第一、二周期變成了平動周期，但第一扭轉周期與第一平動周期的比值大于0.9。雖然抗震規范對多層建筑的周期比并不做要求，但參考高層規范的規定，比值過大的情況下結構的抗震性能并不是很好。于是筆者在兩端墻體交接處各增加了一根柱子，使得兩端的剛度進一步增強，且柱的布置不影響使用，結構的周期比小于了0.9，而且由于結構布置的時候剛心和質心是非常接近的，因此結構的抗震性能是非常好的。

1.2　功能要求

每一個建（構）筑物都有其預定的功能要求，設計者甚至不能滿足其無限擴大的功能要求，而功能要求往往也會與結構形式產生沖突。當為了更大滿足功能要求而不能采取更優的結構形式使造價增加，或者采取更優的結構形式使造價降低卻但限制了一些功能上的要求時，設計者應當與建設方協調，在功能要求和結構形式上互相做出讓步，以確定雙方都滿意的結構方案。比如框架結構、框剪結構、剪力墻結構、簡體結構等滿足使用者自由布置空間的能力是不同的，一般情況下按上述排序該能力是越來越弱的，但結構體系的剛度卻是越來越強的，適用的最大高度是越來越高的。當某建筑物的高度接近框架結構的適用最大高度時，其結構成本相對是比較高的，可以考慮采用框剪結構，如建設方認為框剪結構影響了其功能使用，且結構成本對其影響不大時亦可繼續采用框架結構。但通過溝通，在采用框架結構的同時，在不影響其功能要求的某些位置設置少量的剪力墻以加強結構的抗側剛度則不失為更優的結構方案。

2　改變約束條件

改變約束條件是進行結構設計優化的一種有效的手段。

某水廠水池，由于施工單位的失誤，池壁鋼筋產生嚴重的偏位，按偏位后的截面進行復核，池壁承載力已經不夠。筆者采用增加約束的辦法進行處理。將池壁上部的走道板強化設計，作為池壁的上部約束，經復核此情況下偏位后的鋼筋滿足要求。

某門式剛架廠房，筆者最初設計時對剛架的底部按固端約束進行計算，發現剛架的基礎非常大，造價很高。后經優化，減掉部分約束，改為鉸接，基礎尺寸大為減小，柱腳構造施工難度變小，且上部構件截面增大不多，取得了良好的經濟效益。

3　構件分析

每一種結構構件都有其最經濟的使用范圍，每一種截面尺寸均有其最經濟的承載狀況。通過構件分析進行結構優化的目標是使構件的截面尺寸更合理，充分發揮材料的結構性能。

筆者在設計水處理構筑物的時候，通過采用通用計算軟件分析發現控制構件配筋的最不利彎矩衰減得非常的快，這些在普通的靜力計算中是察覺不到的。根據這個特性，在大尺寸的池壁設計中，可以采取沿高度逐漸減小池壁厚度和逐漸減少配筋量的方法來更合理的發揮材料的性能，取得更好經濟效益。

犧牲某些結構構件的部分經濟性，達到更高的整體經濟效益則是另一種結構優化的方向。例如，常規梁經濟性最好，但嚴重影響建筑層高，尤其是在目前土地資源有限的情況下，其不一定能實現整體經濟效益的最大化。寬扁梁能減少梁的截面高度，增加建筑物的凈高。在建筑物總高度限制的情況下，可以增加層數，以獲得更多的建筑面積。雖然寬扁梁在經濟指標上與常規梁相比并非最優，但對比整體經濟效益和結構增加的投資，整體經濟效益大時，做寬扁梁設計是個值得考慮的結構設計優化方向。

4　材料選擇的優化

結構承載能力的載體就是材料，工程實踐證明，設計階段合理選擇建筑材料，控制材料單價或工程量，是控制工程造價的有效途徑。建筑材料應盡量選用性價比高的高強度建筑材料。例如HPB300、HRB335和HRB400這三種鋼材的價格比較接近，但它們的抗拉強度值是270：300：360=1：1.11：1.33，可見采用高強鋼筋的性價比高。采用高強度鋼筋減少了用鋼量的同時，還減少了施工量，增加施工可操作性，減少了施工難度。當柱截面由軸壓比控制導致尺寸過大時，可以采用更高等級的混凝土，以達到減小結構尺寸，增加使用空間的目的。結構設計者可以與建筑設計者協調采用輕質高效的建筑材料，如填充墻材料宜采用輕質墻體，屋面采用輕質防水材料等，這些材料的使用既可增加室內的使用空間，也能減輕結構自重，減小地震作用，進而減少結構主要受力構件的用鋼量和混凝土用量，減少了結構部分的投資。

5　計算模型的優化

實際結構是很復雜的，完全按照結構的實際情況進行力學分析是不可能的，對工程設計而言也是沒有必要的。因此結構設計時，都需要采用某個計算模型對結構實際狀況進行簡化模擬，計算出結構在各種工況下的效應。結構計算模型的準確性決定了計算結果的合理性及對工程設計的指導意義。

縱觀結構設計軟件的發展歷史，就是結構計算模型提高準確性的發展歷史。在計算機高度發達和通用計算逐漸普及的今天，結構設計者擁有了更多的選擇對結構進行更為合理的模擬計算，設計者可以得到更為準確的結果，從而更為合理有效的進行材料配置，提高經濟效益。

由于業主功能需求的變化，某已建成的建筑物空間布置發生了較大的改變，部分樓板荷載超出了原設計的規定。筆者在對此建筑物結構進行技術鑒定時，考慮到原結構設計是采用梁柱模型計算的，樓板并未直接參與計算，僅估計了對梁剛度的影響，可能實際結構承載能力還有一定的富余。筆者采用了梁柱與板殼元共同工作的計算模型進行復核，并對其局部荷載進行精確施加。最終驗算的結果表明原結構基本能滿足要求，僅需進行小的調整即可滿足結構安全。

在水處理構筑物的設計中，水池底板的設計一直都沿用傳統的倒樓蓋法，整個底板的地基反力是按均布荷載布置的，這與實際的受力狀況有很大的不同，造成了底板用鋼量過大的結果。在使用通用計算已成為可能的今天，可以考慮采用更為接近實際狀況的有限元模型進行受力分析，并以此結果指導配筋將會更為合理且更為經濟。

第3篇：結構設計優化范文

（廣東美的制冷設備有限公司，廣東 佛山 528311）

【摘　要】隨著社會的不斷進步以及經濟的發展，人類的生活環境也變得開始漸漸的惡化了。人們對空調也開始漸漸的形成了依賴，然而，空調的能耗比較大，并且，其對環境有很嚴重的負面影響。隨著現在全球變暖的情況越來越嚴重，這種問題已經嚴重的困擾了相關人士。因此，對空調結構優化的設計問題變得越來越急迫，需要受到更大的重視。

關鍵詞 空調結構；優化設計；節能

0　引言

現在，全世界對能源和環境問題都是一直非常重視的，各個國家都制定了相關的法規來解決現在的環境問題。空調的能源消耗一直都非常嚴重，對環境保護的問題作為重點的檢測對象，由于空調的耗能比較多，因此，其對地球的環境存在很大的影響，導致消耗大量能源的空調變得不被看好，因為，空調的年耗電量已經遠遠的超過了洗衣機、電視和冰箱，因此，它已經不符合現在的可持續發展趨勢。導致世界各地生產空調的國家都開始制定了節能的法規，禁止廠家生產高耗能的空調。壓縮機其作為空調的核心，對整個機體起著決定性的作用。如果壓縮機選擇的額定制冷量太小，對制冷系統也存在一定的影響，這樣也就達不到設計的要求。如果壓縮機選擇的額定制冷量太大，就會導致其消耗的功率也會增大，而且，能耗高的壓縮機價格一般也比較高，這也涉及到要考慮公司的成本問題。我們在配選高效率的空調系統時，不能隨意的增大換熱器甚至超過其允許值，這樣將會導致壓縮機產生故障。因此在選配壓縮機的時候，一定要選用小排量的壓縮機，這是提高壓縮機能效的關鍵。本次，筆者對優化空調結構的設計進行詳細的分析，希望能通過此次分析來解決這個問題，也希望能為目前的節能問題提出更好的解決辦法。

1　現階段我國空調設計存在的一些不足

1.1　環保材料使用較少

現在，我們面對著大量的不可再生資源的消失，導致全世界都開始出現了能源危機，由此可見，現在的能源問題已經十分嚴重了。除此之外，隨著現在能源的大量消耗，也給環境帶來了很多的污染問題，例如，我們國家的環境污染就十分嚴重。我國使用的主要能源是煤、石油和天然氣，在這些能源使用的同時非常容易造成環境的污染，例如：空氣污染以及水污染，這種對人們的生活環境造成嚴重影響的行為讓我們開始對此進行深思。現在，某些空調設備依然在使用氟利昂作為制冷劑，但是，據我們所知，氟利昂對臭氧層有嚴重的破壞，并且，無法恢復。因此，作為加劇全球變暖情況的氟利昂的空調已經被人們慢慢摒棄。為了人們能夠過上更加舒適的生活，真的不應該再繼續使用能給環境帶來嚴重影響的物質了，不能以損害子孫后代的利益為代價來繼續使用那些了。因此，現在環保材料使用過少的局面已經到了社會的重視，我們也必須開始尋找更加合適的方法來消除現在這種形式了。

1.2　制冷效果不高

由于我國科學技術水平比其他發達國家的水平低很多，導致我國使用的能源方面浪費，同時，空調的制冷效果也不高。為此，我國在此方面應該大力的加強了。相關人員把室內機的風道和貫流風扇的直徑加大，在適當的修正貫流風道曲線的同時也會改善渦流噪聲和出風量蒸發器的結構，在這種改變了空調輸入輸出的方式后，可以明顯的體現出空調系統的風量確實增大了，其能力也被明顯的加強了，也明顯節約了能源的消耗。實驗結果表明：空調機在結構上的優化對節省電力，促進空調的發展有重要的現實意義。

2　優化空調結構設計的必要性

2.1　降低能耗

現在，我們面對著大量的不可再生資源的消失，導致全世界都開始出現了能源危機，由此可見，現在的能源問題已經十分嚴重了。對此，相關人士一直在思考用什么新能源來代替日常能源的消耗。我們發現：建筑旁邊種植的大量的樹木不但有防風、阻隔噪聲、減少灰塵和美化環境的作用，而且，對于建筑隔熱和節能也有重要的作用。因此，在空調建筑周圍種植大片的樹木能夠降低溫度，減少建筑物吸收的太陽能，降低了建筑的溫度，這樣既能改變現有的被污染的環境，又能降低夏季空調的使用，完全實現了空調的節能。就像這樣的想法我認為是最貼切我國可持續發展的，也是降低能耗的最好的方法。

2.2　節約成本

節約使用成本對空調優化結構設計的又一個重要的因素，由于空調使用的大部分都是不可再生的資源來，并且，其耗電量又是非常大的，我國目前也在面對著能源的危機。由于某些空調的結構設計不合理，其經常會出現很多的問題，這樣來說，其維修時的費用也非常貴，本來空調的價格就挺高的了，加上其電費以及維修費等使用費用讓我們漸漸被壓的喘不過氣。因此，空調對于人們的生活質量應該是提高的，而不是作為一種負擔強壓在人們的身上。這樣，不但降低了人們生活的舒適程度，同時也降低了人們的工作熱情，不利于國家的長遠發展，也不符合我國可持續發展的觀念。

3　空調可持續化設計的方法

3.1　加大環保型材料的開發和應用

制冷除濕設備是基于濃溶液自然吸收空氣中水氣的原理。這種無毒無害的濃鹽溶液，在對空氣制冷、除濕和凈化的同時，不需要更換，也不會減少。當濃鹽溶液被加熱時，水又以熱的濕蒸汽的形式回到空氣中，在系統的任何地方不會形成結露。鹽溶液本身又是自然的消毒劑，只要經過一次處理，就可消滅新風中大量的細菌、微生物并去除異味。

3.2　優化空調結構設計節約能源

空調的研發在近年來還有一些新的技術正在由科學家們研發并逐步的優化。隨著人們生活的日益進步，他們對美觀的要求也變得十分嚴格，因此，其必然已經成為空調的未來發展，然而怎樣能在減小空調殼體的基礎上還能提空調的使用效率。除了那一系列的空調系統，在節能方面，我們應該更多的去考慮使用一些清潔無污染的可持續能源，例如：風能和太陽能等。同時，還要改造空調原有的結構，減少空調的熱損失，并且能實現對空調產生的熱損失進行有效地回收利用，這樣一來既能節約能源，又滿足了國家可持續發展的觀念。目前隨著互聯網的飛速，讓我們看到了網絡的優勢，我們可以發展與網絡想配合使用的控制系統，在空調的內部增加一些智能的控制結構，這樣可以讓電能使用的更加節約和適當。這種改善的空調能夠有效的提升我國多方面的能力，在進行思考的同時要多參考國內外的新技術和新手段，把他們的經驗學習過來，可以減少走錯路的機會，同時面對這些經驗不能僅僅照搬照抄，只有通過多方面的學習和思考，通過不斷的補充新的知識，設計出最適合自己發展的空調結構。這樣被設計出的空調能效可以達到降低成本、節約環保的效果，能夠在空調產品的市場顯示出極大的優勢，為我國空調發展起一個良好的帶頭作用，并且，更加的促進我國空調產品的發展。

4　結語

隨著科學技術的快速發展以及社會的快速進步，在空調的設計生產中得到了新技術的應用，同時通過不斷的對此進行優化使空調能夠越來越節能，希望這一問題能夠得到有效的解決。這樣，能夠使人們在享受清涼的夏季以及溫暖的冬季時能夠不用害怕會對自然造成損害，同時，這樣也可以為后代留下更多的資源。我認為，可持續的發展應該是我們國家，以及全世界的發展趨勢。

參考文獻

［1］莊宇.淺談現代建筑空調系統中的新技術及節能優化設計[J].建筑與發展,2013(10):1088.

［2］周威,霍鵬.淺談暖通空調設計中存在的問題及優化策略[J].河北企業,2012(06):108-109.

第4篇：結構設計優化范文

【關鍵詞】結構設計優化；設計技術；房屋結構設計；應用

Application of Building structural design structural design optimization design techniques

Pan Li

（Xinyang City， Henan Province Quality Supervision Station Xinyang Henan 464000）

【Abstract】People's material needs and making changes in market prices rising construction costs， the use of structural design optimization method to optimize the design of building structures is an important means to maximize resources， the paper established a model and calculation methods of structural design optimization method， while emphasizing its structural design considerations in housing applications， with a strong operational in architectural practice， but also to the development of structural design optimization of the construction market has brought far-reaching significance.

【Key words】Structural design optimization；Design technology；Building structure design；Application

近年來，由于土地價格市場的變化，不斷上漲的土地價格給開發商的建筑總成本控制帶來了極大的壓力，同時，人們對于居住條件及生活環境的要求不斷提高，相應建筑產品的品質要求也就不斷提高，這就讓開發商不斷尋求新的手段滿足顧客需求，而降低工程造價就成為開發商追求的直接目標，這就需要我們利用結構設計優化設計技術方法，提高有限空間、有限資源的最大化效果發揮，實現經濟化、實用性和適用性的良好目標。

1. 結構設計優化方法

1.1 賞心悅目的建筑是建筑的美觀與結構設計相互協調密切配合的結果。建筑結構設計追求適用、安全、經濟、美觀和便于施工五種效果，而建筑設計優化設計技術方法的應用不但滿足了建筑美觀、造型優美的要求又能使房屋結構安全、經濟、合理，成為實際意義上的“經濟適用”房。從建筑上分析結構設計優化方法，它主要體現在房屋工程分部結構的優化設計和房屋工程結構總體的優化設計量方面。

1.2 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，還應該按照一切從實際出發的原則，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。進行結構設計時，應在滿足設計意圖后，盡量使平面布置規則，縮小剛度和質量中心的差異，這樣水平荷載就不會使建筑物有太大的扭轉作用。豎直方向上應避開使用轉換層，減少應力集中現象。

（1）結構優化設計模型

結構設計優化就是在各種影響變量中選擇主要參數，并建立函數模型，運用科學合理的方法得出最優解。結構總體的優化建立模型的大致步驟如下：一是設計變量的合理選擇。通常的設計變量選擇對設計要求影響較大的參數，將所涉及的參數按照各自的重要性區分，將對變化影響不大的參數定為預定參數，通過這種方法可減少很多計算編程的工作量。二、目標函數的確定。使用函數找出滿足既定條件的最優解。最后，約束條件的確定。房屋結構可靠度優化設計的約束條件，包括了應力約束、裂縫寬度約束、結構強度約束、尺寸約束、從正常時的極限狀態下彈性約束到終極狀態的彈塑性約束、從可靠指標約束到確定性約束條件等。設計中，要保證各約束條件必須符合現行規范的要求。

（2）結構優化計算方案

結構設計優化設計多個變量、多個約束條件，屬于一個非線性的優化問題，設定計算方案時，常將有約束條件轉變為無約束條件來計算。常用的方法有拉氏乘子法、符合型法、Powell等。完成計算方案的設定后只需編制相應適用的運算程序即可得到我們的最終優化結果。

2. 結構設計優化技術的實踐應用

結構設計優化方法應用于實踐之中，是目前一個比較廣泛的課題，利用結構優化的方法在不改變適用性能的前提下達到降低工程造價的目的。結構設計優化設計應用于項目的整體設計、前期設計，舊房改造，抗震設計等設計的各分部環節，發揮著巨大的效益。在按照結構設計優化的方法及模型進行實踐的過程中，要注意下面的幾個問題。

2.1 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。

2.2 概念設計結合細部結構設計優化。

（1）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。

（2）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處易出現裂縫，可劃分為矩形板。注意鋼筋的選擇，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卻相差很大，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，滿足基本的規范要求即可，達到既安全又經濟的目的。

2.3 下部地基基礎結構設計優化。

地基基礎的結構設計優化首先要選擇合適的方案，如果為樁基礎，那么要根據現場地質條件選擇樁基類型，盡量節省造價。樁端持力層對灌注樁樁長的選擇影響很大，應多進行比較以確定最合適的方案。

3. 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。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。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。

參考文獻

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第5篇：結構設計優化范文

關鍵詞：建筑；結構設計；優化技術

中圖分類號：G267文獻標識碼： A

引言

在進行結構優化設計的過程中，前期合理的結構設計方案至關重要，因為一個合理的結構設計方案不但能夠使建筑工程在技術上達到要求，還能夠降低其在經濟上的消耗。結構設計優化是一個涵蓋面非常廣的系統性問題，為此我們需要加大對結構設計優化方法的探究力度。

一、結構設計優化概述

結構的設計優化方法主要包括兩個方面，一個是從整體出發，對結構模型進行合理調整，通過控制位移、剛度等參數保證結構的整體穩定性。另一個是從分部出發，對建筑物的基礎結構、上部結構和圍護結構等方面進行優化設計。對這些分部進行優化設計時，需要對建筑結構進行選型與布置，并進行工程造價分析和受力分析等。在具體的結構設計優化中，要以建筑工程的實際情況為基礎，以實現建筑的經濟效益和綜合效益為目標進行設計優化。另外，在進行結構設計前，要對建筑的功能準確掌握，在此基礎上盡可能地使各個平面布置的均勻、規則，使不同部位的質量和剛度差異得到縮小，避免建筑物在水平荷載作用下發生巨大扭轉。豎向上要盡可能避免轉換層的使用，避免應力集中問題的發生。

二、結構設計優化的原則

一般來說，結構設計優化要遵循以下原則。首先就是要符合居住者的需求，也就是說要確保建筑能夠滿足居住者日常生活所需的基礎功能，使得居住者感覺方便舒適。其次，要充分考慮居住者的健康安全，也就是在進行結構優化設計時，必須要把安全性和環保性放在第一位，要使建筑能夠長久使用，使得居住者感覺健康安全。然后，還要考慮到開發商的經濟利益，因此設計師們在進行結構優化設計時，要使建筑項目資源分配最優化，盡力節省資源和成本。最后，設計師在對結構進行優化設計時，要大膽創新，多借鑒和使用一些新的結構形式和設計思路，不僅僅滿足于結構的縱向功能齊全，應力均勻，剛柔度適中，還要根據建筑的特點，充分融入自己的創意和理念，使得建筑能夠“形神兼備”。

三、結構設計優化技術

1、結構的抗震性設計

（1）結構抗震等級設計

在結構設計的過程中，建筑結構按其抗震設防烈度分類，建筑的抗震等級可以根據建筑高度、烈度和結構類型按照國家《抗震規范》附表確定。

（2）地震作用振型組合數據

當結構振型數大于3的時，應該取3的整數倍進行計算，但是該數據不可大于建筑物的層數；當建筑的層數小于等于2時，振型數則可以取建筑層數。對于那些不規則的結構，應當考慮扭耦聯轉，對于高層的建筑來說，振型數應當取大于等于9的數；建筑的層數多或者建筑結構的剛度突變系數較大的話，其振型數則應該多取，例如建筑結構中含有多塔結構、頂部有小塔樓、轉換層等，其振型數應盡量取大于等于12的數。

2、結構周期性折減系數

在結構設計過程中，填充墻的存在使得整體結構的實際剛度要大于設計計算的剛度，計算的周期也會大于實際的周期，所以，當算得結構的剪力偏小時，會使結構某些部分不太安全，因而應該對結構的計算周期適當進行折減，以達到更好的效果。對于框架結構來說，一般采用填充墻，計算周期的折減系數可取大約0.6～0.7之間；當填充墻采取輕質砌塊或墻體較少時，可取0.7～0.8之間；完全采取輕質性的墻體板時，則可以取到0.9。除非無墻的純框架，否則計算周期盡量適當折減。

3、重視節點的設計原則

在結構體系中的節點是指各構件交接之處或連接異常的地方。不同類型的構件相連接，同一構件截面改變之處，都會形成需要在設計圖中表示清楚的節點。廣義上，諸如結構錯層，體型改變，設置轉換層是大型節點。當強大的荷載突然襲來之時，對于單一的構件，力量傳遞合理，因而可以控制。對于復雜的結構體系，各節點的復雜性難以預測和控制，即使從理論上保證了每個組成構件的強度和剛度，但因為各個節點的力傳遞不順暢而出現應力集中的現象，從而造成結構的破壞。歷次災害表明，從設計不合理的節點開始破壞的建筑占了相當大的比例。

4、剛柔相濟的設計原則

合理的建筑結構體系應該是剛柔相濟的。結構剛度過大則適應變形能力差，強大的破壞力瞬間襲來時，需要承受的荷載很大，容易造成局部受損甚至最后全部毀壞；而剛度過柔的結構雖然可以很好的釋壓、傳遞外力，但容易造成變形過大而無法運用甚至全體傾覆。結構是剛多一點好，還是柔多一點好， 到什么程度才算合適，這些問題需要建筑結構設計師在兩者之間建立一個很好的平衡。

5、多道設防的設計原則

安全的結構體系是多道設防的，在實際的建筑結構中，絕大多數結構都為超靜定結構體系。當地震來臨時，所有能夠抵抗外力的構件都在協同工作，如果此時，局部構件在設計或者施工中有瑕疵，一旦由于裂縫等問題影響了局部構件承受荷載的能力，而使局部構件產生破壞的話，靜定結構體系破壞帶來的后果是不堪設想。近幾年國家把這方面的抗震規范補充的更加細致，超靜定結構體系的應用，尤其是在砌體結構的樓梯間處的表現尤為突出。這時候，如果把“生存”的希望全部寄托在某個單一的構件上，是相當危險的。超靜定結構體系，僅僅理解為縱抗震墻或者框架柱設置為縱貫三道，是遠遠不夠的。當我們設計較為復雜的高層建筑時，也要考慮到局部破壞對整體結構穩定性的影響。理解和活用超靜定結構體系就體現了多層設置防線的結構設計思路。

6、概念優化設計與分部結構優化設計相互結合

概念優化設計對結構的整體穩定性具有重要作用。可以肯定的說，經過概念優化設計的結構是能在各種各樣可能出現的環境情況作用下使房屋破壞程度最小的。所以，研究分析如何應對建筑可能遭受到的多種不確定因素是檢測結構設計合理性的重要途徑。地震作為對結構破壞性最大的因素之一，是結構優化設計需要應對的一個重要問題，因此應驗證建筑結構對地震等突發事件的抵抗能力。剛度的對稱均勻是降低地震破壞力度的重要手段之一；延性設計則能有效地防止結構在地震作用下發生脆性破壞。多道設防的設計思路能使建筑在特大地震作用下先破壞次要的構件，消耗一部分地震能量，從而保證大震不倒。所以這些常用的抗震設計思想在整個結構優化設計過程中都應該引起足夠的重視，并得到應用。結構設計應該未雨綢繆，從計算和構造等各個方面都采取一些有助于提高建筑抗震能力的措施，盡量避免不利于抗震設防的工程作法。剛度均勻、延性設計和多道設防等思路在整個設計過程中都應該作為概念設計的重要指導思想。

結束語

我們常說，結構是建筑的骨骼。好的結構設計師總希望可以通過合理的結構體系來增進建筑的安全性與美感。結構設計師應嚴格遵循“安全、經濟、美觀”的設計理念，努力探索更合理的結構設計方案，使得建筑成為擁有實用性和藝術性的美妙融合。

參考文獻

[1]饒遠文.結構設計優化技術及其在房屋結構設計中的應用[J].價值工程，2010，（9）.

第6篇：結構設計優化范文

關鍵字：房屋建筑 結構優化設計 應用

房屋結構設計優化技術的現實價值和應用

1.1房屋結構設計優化技術的現實價值

設計人員在進行房屋結構設計時，首先要考慮的就是要滿足房屋結構效益的長遠化，在這個前提下，要最大限度的減少投資商的投資成本同時保證結構上的科學合理。與傳統的房屋結構設計理念相比，現代房屋結構設計優化技術應用之后，能夠有效的降低工程成本，大約可以維持在10%—35%之間。結構設計優化技術的運用，不僅能夠將建材的利用率和性能發揮到最大值，同時也使房屋內部的各個空間之間的結構實現協調規劃，并且符合我國相關的安全質量規定。此外，房屋結構設計優化技術的運用還能夠對房屋的最初設計提供幫助，因此，優化技術對房屋整體設計的安全、合理、舒適起著重要的作用。

1.2房屋結構設計技術方案和理論的應用

房屋結構設計方案和理論在現實中的應用主要表現在兩個方面，即房屋總體工程結構設計的優化和房屋各個組成部分的設計優化。在這其中，房屋各個組成部分的設計優化包括很多方面，如：相關細節結構部分的優化設計、相關基礎結構方面的優化設計、房屋護圍結構方面的優化設計和房屋屋頂方面的設計優化等，對于這些方面的設計優化還包含很多更加細化的設計，如布置、選型、造價、受力等方面的設計優化。相關的設計工作者應該在滿足房屋建造的相關規定前提下，而后充分考慮造價方面的因素進行相關的結構設計優化。

二、房屋結構設計優化的經濟性分析

2.1房屋結構設計占地方面的經濟性

在當前，房屋的建造形式主要以高層和超高層為主，而房屋建造的總面積是由隔層面積之和而得，所以說，房屋的建造層數越多，相應的總的建筑面積就會越多，由此房屋的單位建筑面積需要占用的土地面積越小。與此同時，隨著建筑層數的不斷增加，房屋高度也會隨之不斷增加，而房屋與房屋之間的間距也會隨之增加，由此可見，在房屋建造時，占地面積與房屋高度并不是按照一定比例進行增加的。

2.2房屋結構設計在造價方面的經濟性

在進行房屋結構設計時，結構設計方法以及所使用的建材的不同可能使整個工程的造價產生巨大的變化，因此在進行結構設計時有必要對各種方面如結構類型的選擇和建筑材料的選用等進行必要的經濟性的考慮。在相同建筑面積時,住宅建筑平面形狀不同,住宅的外墻周長系數也不相同。顯然平面形狀越接近方形或圓形,外墻周長系數越小,外墻砌體、基礎、內外表面裝修等也隨之減少,并且受力性能好,造價會降低。考慮到住宅的使用功能和方便性,通常單體住宅建筑的平面形狀多為矩形。根據相關的統計顯示，采用科學合理的設計方案能夠使整個工程的造價下降10%左右，甚至有的可以達到20%。房屋結構大多是由基礎、柱、梁、樓板等組成，而這些部分所需的成本造價也存在很大的差異，不同的結構類型的工程造價是不同的。如在剪力墻結構中，在進行高層建筑抗震設計時短支剪力墻的抗震等級應比相應的剪力墻的抗震等級高一級，所以在平面設計上要盡量減少短支剪力墻的數量這樣也會相應的減少構造鋼筋的使用量從而減少工程造價。因此，在實際工程施工過程中，應該根據實際情況有針對性的進行結構類型選擇。

2.3高層住宅結構設計的經濟性

對于高層住宅而言，其層數直接與成本造價產生聯系，隨著層數的不斷增加，建筑中，墻體面積、柱體面積等都會隨之增加，建筑的整體自重、基礎的承載能力、各種管線的長度同樣也會增加。因此設計一個合適的層數，不僅可以使得建筑材料大大節約，而且有利于抗 震性能的提升，同時，一個合適的建筑物高度還能夠使得相鄰建筑物之間的距離縮短，節約建筑用地。

結構優化設計技術在房屋建筑中的應用

3.1結構設計優化應注意前期參與

房屋建設的投資計劃在實際的過程中受很多因素的影響，影響最大的當屬前期方案的確定，

前期方案的確定將直接影響整個建設項目的總投資成本，對目前而言在進行結構設計時存在問題最大的也是前期方案的確定問題。在進行房屋結構設計時具體的施工人員并不將優化設計使用在前期方案的設計之中，往往忽略考慮建筑物結構的和理性和可行性，這樣設計出來的結構設計結果將會對整體結構造成很大影響，不僅增加了后期結構設計的困難度而且在項目總投資上增加了一定的成本，這些都是得不嘗試的結果。如果我們在前期方案確定是就加入結構優化設計，那么我們就能從容的針對不同的建筑類別要求，優化選擇合理的結構形式和設計方案，在避免上述情況發生的同時保證了工程的進度也減少了投資商的投資資本，這是一舉兩得的最佳選擇。

3.2結構設計優化方法

從建筑上分析結構設計優化方法，它主要體現在房屋工程分部結構的優化設計和房屋工程結構總體的優化計量。對于房屋工程分部結構優化設計主要包括：基礎結構方案的優化設計、屋蓋系統方案的優化設計、結構細部設計的優化設計和維護結構方案的優化設計四個大的方面，同時還包括對結構設計中選型、空間布置、受力分析和造價等幾個小的方面。在實際的優化設計中要一切從實際出發結合具體的工程實際情況滿足設計圖的整體規劃要求，最大限度的使平面布置規則同時減少剛度和質量中心的差異，要著重注意減少應力集中的現象。在構建結構優化設計模型時要合理選擇主要參數以創建函數模型，運用合理科學的結構優化計算方案和計算方法將有約束條件轉換成無約束條件進行計算最后編制相應的運算程序以得出最終的優化結果。具體步驟如下：首先是對設計變量的合理選擇，要選取對設計要求影響較大的參數，并將影響較小的參數作為預定參數，采用此方法將會達到減少計算編程的工作量的效果：其次其確定目標函數，是函數滿足設計要求的最優解；最后進行約束條件的確定，這里的約束條件包括應力約束、結構強度約束、尺寸約束等，在保證個約束條件滿足現行規范要求的同時采用優化設計合理進行優化是建筑物達到最完美的設計效果。

3.3概念設計優化技術

在現代建筑設計中越來越多的因素被考慮在之中，不同于傳統的結構設計概念設計的理念的引入是一場思想的革新。用概念思想來進行建筑結構設計就是設計師在設計的方案階段根據其自身的工作經驗和專業的理論知識，在沒有確定具體方案的情況下運用概念設計方法在腦海中進行整體結構的優化。概念設計主要針對設計工程中對于不同的建筑結構采用何種設計施工方法無法確定時，這時設計人員就要根據自身經驗并考慮和遵循一般設計規律在不依靠計算機的情況下得到我們想要的最終結果。概念設計的引用較傳統設計思想而言可以迅速的、有效的對結構體系進行構思、比較和選擇，保證了工作的高效進行的同時也幫助了建筑師確定整體結構體系，使結構體系和受力分析以一種清晰明朗的形式顯示出來，避免了后期設計的不必要的計算具有很高的安全可靠性。將概念設計得到的數據與計算機計算得到的數據進行比較可以大大的提高運算的準確性。在實際設計中概念設計還表現在對一些外力的不確定因素堤建筑物的影響，其中影響最大的就是地震對建筑物產生的影響，因此在設計中就要首先將防震思想考慮其中，要多道設防思想是建筑物在地震發生時次要構件先破壞以消耗部分地震能量，此外進行延性設計也能有效的防止結構發生脆性破壞，這些抗震設防思想在整個設計工程中都將作為概念設計的重要指導思想。概念設計是結構設計的靈魂和核心，它貫穿于設計工程師的知識水平和設計水平也統領結構設計的全部過程。運用結構概念設計從整體上把握結構的的各項性能，只有這樣才能對計算分析結果進行更為科學、更為合理的采用，保證了工程師在設計之中的主導地位。

3.31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，計算式難免與現實之間有很大的差異，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。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處易出現裂縫，可劃分為矩形板。注意鋼筋的選擇，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卻相差很大，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，滿足基本的規范要求即可，達到既安全又經濟的目的。

3.4 ANSYS在優化設計中的應用

傳統的結構設計先是憑借經驗和判斷做出結構的初始方案，包括空間總體布置、材料選擇、結構尺寸和制造工藝等幾個方面然后在進行結構分析，最后在力學的基礎上校驗其方案的可行性，必要時需要進行多次方案修改。在傳統的結構設計中結構分析只是僅僅起到了校驗可行性的校驗功能。而利用ANSYS進行優化設計分析不僅只進行一次計算就可以完成結構的應力和尋優計算而且能夠滿足設計規定的約束條件實現目標最優。ANSYS軟件是融結構、流體、電場、磁場、聲場分析已預提的大型通用有限元分析軟件，自開發以來不斷汲取新的計算技術和方法，在進行高級分析時將有限元分析與優化設計方法合理有效的結合在一起，從而構成了基于有限元分析技術的優化設計。作為工程設計人員而言并不需要具備完善的理論基礎只需要掌握就工程所涉及的相關背景能夠將工程實際問題轉換成優化模型，這樣就可以通過使用ANSYS軟件完成工程的優化設計，ANSYS軟件的應用不僅大大提高了優化設計的工作效率減少了設計過程中繁瑣的編程操作而且也大大的提高了工程計算的準確性，保證了工程的整體質量。

3.41 ANSYS結構優化實例

根據上述優化過程的思路，使用ANSYS對常用的三桿桁架進行優化設計。三桿桁架結構模型如圖2所示，桁架由三根桿組成，承受縱向和橫向載荷作用。優化的目標是使桁架的重量最小，其中三根桿的橫截面面積和基本尺寸B在指定范圍內變化，每根桿的在最大應力不超過400MPa。已知條件如下：

桁架的材料特性 彈性模量：E=2.06×105MPa，密度：ρ=7.5×10-3g/mm3，泊松比：ν=0.3，最大許用應力：σmax=400 MPa。

幾何條件 桿的橫截面面積變化范圍：10~10000mm2，基本尺寸B的變化范圍：1000~10000mm。

集中載荷FX=5×105N，FY=5×105N。

優化設計模型是要在滿足給定的工況條件下，追求三桿桁架機構重量的最小值。根據該問題的情況，選擇三根桿的橫截面積A1，A2，A3以及基本尺寸B為設計變量，目標函數為桁架的重量最小，約束條件為三根桿的內應力在許用應力范圍之內以及幾何條件。所以，可以根據式（1）將該問題用優化數學模型表示。 按照ANSYS的優化設計過程，采用一階方法，共進行了10次迭代，得到了優化結果。從結果中可以看出，當A1=2091.5mm，A2=10000mm，A3=477.6mm，B=6062.8mm時，桁架的重量為0.2261t，在滿足給定條件下三桿桁架結構的重量達到最小。圖2給出了目標函數（重量）的變化規律，從圖中也能直觀地看到目標函數的整個優化過程以及最終的結果。

圖1 桁架結構模型圖

圖2目標函數與迭代次數的關系圖

3.5下部地基基礎結構設計優化

地基基礎的結構設計優化首先要選擇合適的方案，如果為樁基礎，那么要根據現場地質條件選擇樁基類型，盡量節省造價。樁端持力層對灌注樁樁長的選擇影響很大，應多進行比較以確定最合適的方案。

結語：結構優化設計技術在房屋建筑中的應用，隨著我國社會經濟的快速發展、生產技術水平和人們生活水平的的提高以及人們對于居用建筑功能要求的不斷改變，優化結構設計目前已經得到了極大的推廣與發展。建筑是凝固的藝術，建筑師總是希望通過建筑物表達自己的設計意圖，力求藝術性和實用性的完美結合。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自身職業技能和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。

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第7篇：結構設計優化范文

【關鍵詞】房屋結構設計；建筑結構設計優化方法；實際應用

一、前言

近年來，人們對生活質量的要求不斷的提高，對房屋建筑的要求逐漸的從實用性向功能性、安全性、可靠性方向轉變，這給房屋建筑結構設計提出了更高的要求，如何提高房屋建筑結構設計質量，已經成為房屋建筑企業亟待解決的問題，同時也是社會各界廣泛關注的焦點。通過將建筑結構設計優化方法應用在房屋結構設計中，能夠有效的保證房屋建筑的功能性、經濟性以及實用性。因此，文章針對房屋結構設計中建筑結構設計優化方法實際應用的研究具有非常重要的現實意義。

二、建筑結構設計優化方法的概念以及重要性分析

1建筑結構設計優化方法的概念。建筑結構設計優化方法是從理論、經驗上對進駐結構設計進行優化，以建筑結構優化設計理論為依據，同時憑借經驗對建筑結構進行分析與認知，以此對建筑結構的整體進行優化，是對建筑設計以及工程部分的設計優化與完善。在進行建筑結構設計時，為了保證建筑結構設計的經濟性，以及降低結構設計分析的難度，應該嚴格的控制建筑結構設計的所有環節，進而保證建筑結構設計能夠滿足實際需求。

2建筑結構設計優化方法的重要性。建筑結構設計優化方法在房屋結構設計中的應用，能夠實現對房屋建筑結構的優化設計，不僅能夠有效的控制房屋建筑工程的造價，還能夠滿足建筑的實用性與美觀性。對于建筑企業來說，希望以最少的投資獲得最大的利益，因此必須保證房屋建筑結構設計的安全性、可靠性以及科學性，這就要求對房屋結構設計進行優化。與傳統房屋結構設計相比，結構優化設計方法的優點在于：保證房屋建筑結構的安全性；合理協調房屋建筑結構內部的所有單位；合理的利用材料的性能；降低工程造價6%-35%。由此可見，通過將建筑結構優化設計方法應用在房屋結構設計中，能夠有效的提高房屋建筑結構的安全性、實用性以及經濟性。

三、建筑結構設計優化方法在房屋結構設計中的實際應用分析

1建筑結構設計優化方法分析。建筑結構優化設計方法主要包括以下幾種：（1）拓撲優化方法，拓撲優化方法的主要內容是尋找建筑結構剛度最理想的傳力模式或者分布方式，以此優化結構的性能或者降低建筑結構的自重，拓撲優化方法是結構設計初始階段提出的概念性設計，通過整數變量的形式或者邏輯變量的形式來表現建筑結構的實際分部形式，以此或者最佳的布局設計方案，該種建筑結構設計優化方法與其他方法相比，其經濟效益更高，更容易被廣大工程設計人員所接受；（2）外形優化方法，外形優化方法的研究時間相對較短，指的是在結構拓撲結構一定的基礎上，調整結構內部形狀與框架，以此對建筑結構進行改進與優化，以對象為標準將外形優化方法分為兩種，即桿系結構與連續體結構，對于桿系結構外形優化方法，應該以節點作為為設計變量，然后進行截面優化，通常采用分布優化與綜合優化進行求解；對于連續體結構，通常采用數值、解析兩種方法進行結構外形優化；（3）截面優化方法，截面優化方法是采用有限元方法計算設計變量的所受應力與結構位移，通過科學的數學規劃方法以及靈敏度分析，實現對房屋建筑結構的優化。

2建筑結構設計優化方法在房屋結構設計中的實際應用分析。文章以某房屋建筑工程為例，該房屋建筑工程采用鋼筋混凝土框架結構體系，建筑面積為6408平方米，由于施工現場條件有限，建筑平面長度設計為58.1米，寬度設計為15.6米。該建筑工程總共7層，層高設計為3.6米，走廊寬度為2.4米，房間開間進深為6.6米，地基承載力控制在120kN/O-140kN/O之間，由于冬季氣溫相對較低，并且地下水深度為7m左右，地下水、降水會對混凝土造成侵蝕，為了保證該房屋建筑工程的安全性和可靠性，需要采用建筑結構設計優化方法對房屋結構設計進行優化和完善，具體表現為：

2.1創建房屋建筑結構優化設計模型。想要實現對房屋建筑結構的整體優化，應該創建完善的房屋建筑結構優化設計模型，具體步驟表現為：第一步，合理的選擇設計變量，在選擇設計變量時，應該將影響建筑結構的主要參數作為設計變量，例如約束控制參數、目標控制參數等，同時還存在一些影響相對較小、變化范圍也相對較小，能夠滿足相關設計要求的一些參數，通常采用預定參數表示，這樣能夠有效的降低編制程序工作量、計算量以及設計量；第二步，確定目標函數，在進行結構優化設計時，應該尋找一組可以滿足預定條件的截面相應的幾何尺寸、鋼筋截面積等的函數，以此降低工程造價；第三步，確定約束條件，為了保證房屋建筑結構的可靠性，在進行房屋建筑結構設計優化時，應該確定優化設計的相關約束條件，房屋建筑結構設計優化的約束條件主要包括結構體系約束、應力約束、構件單元約束、尺寸約束、結構強度約束、裂縫寬度約束等，同時在進行房屋建構設計過程中，還應該對實際的約束條件與目標約束條件進行比較分析，以此保證所有的約束條件都能夠滿足相關的設計要求，實現對房屋建筑結構的最佳設計。

2.2設計計算方案與程序。在進行房屋建筑結構優化設計時，設計人員應該對設計方案進行合理的優化，在此過程中會涉及到眾多的變量與約束條件，設計人員在進行設計與計算的過程中，應該充分、全面的了解這些變量與約束條件，并進行科學的分析，采用數學計算方式，實現對房屋建筑結構的優化設計。當創建了模型以及確定設計方案之后，設計人員還應該根據設計方案制定相應的程序，把相關變量錄入計算機，當出現設計變動時，應該改寫基礎結構，然后進行重新錄入，由計算機根據相關的編程數據得出相應的結果。

2.3結果分析。當計算機計算出結果之后，應該對結果進行分析，以此判斷設計方案的科學性與合理性。在進行房屋建筑結構設計時，應該保證房屋建筑結構設計滿足結構規范標準，這就要求設計人員從多個方面考慮，綜合分析之后更好的完善結構設計，降低建筑結構設計難度，在不影響整體施工質量的前提下，降低施工企業的施工成本。因此，在進行房屋建筑結構設計時，設計人員應該正視經濟與技術之間的矛盾，通過優化設計，有效的的解決經濟與技術之間的矛盾，盡可能的降低施工成本消耗。

四、結束語

總而言之，房屋結構設計是一項復雜的系統工程，通過將建筑結構設計優化方法應用在房屋結構設計中，能夠保證房屋建筑的安全性，降低投入成本，為人們建造安全、美觀、舒適、實惠、耐用的房屋建筑工程。

參考文獻：

[1]胡天水.房屋結構設計中的建筑結構設計優化[J].中華民居，2013，（4）：45-46.

[2]陳俊.淺談結構設計優化設計技術與其在房屋結構設計中的應用[J].科技向導，2013，（2）：172.

[3]白華.建筑結構設計優化方法在房屋結構設計中的實際應用[J].江西建材，2015，（13）：29.

第8篇：結構設計優化范文

【關鍵詞】房屋結構；建筑設計；優化技術

當今社會對房屋建設的要求不僅僅是對質量的要求，更高層次上是對房屋建筑結構方面的要求。所以作為房屋建筑公司不能夠停留在陳舊的思想觀念中，應該緊跟社會發展的步伐甚至超越社會的發展，引領房屋建設的發展方向。這就要求其在建筑結構設計中必須有滿足人類需求有效的實施優化設計，房屋建筑結構優化設計能夠使房屋具有美觀、經濟、實用等方面的特點，并且在建筑過程中可以節省空間，提高建筑施工的效率。

一、房屋優化設計的主要內容

居民住房與商品房在結構和用途上都不同，居民住房更加注重房屋優化設計。房屋優化設計的主要內容包括結構是否實用，布局是否合理，外形是否美觀等等。房屋優化設計的目的是滿足居民的需求，為居民提供滿意的住房，同時也能夠增加開發商的經濟效益。通常情況下來講，具體的房屋優化設計方案主要從整體布局和具體部件兩個角度進行分析，考慮。影響整體布局的主要因素有房屋的尺寸，包括房屋的長度，寬度，高度等等。影響具體部件的主要因素有鋼筋和混凝土的強度等等。對于這兩方面的設計必須要由專業的工程技術人員進行設計，并進行規范化的審核和監督，這樣才能為房屋優化設計的后續工作打好堅實的基礎，以達到房屋優化設計的最終目標。

二、結構設計優化方法

結構設計優化就是指在設計建筑結構的時候，要改革設計理念，采取科學、先進的設計方案篩選方式，選擇出在各方面都能達到最佳效果的設計方法。建筑結構設計優化主要包括建筑物各個部分結構的優化設計，以及對建筑物整體結構的設計。

（一）結構優化設計模型

結構優化設計就是在各種變量中選擇主要參數，并且構建函數模型，采取科學、先進的方法計算得出最優解。結構優化設計模型的建立步驟主要包括以下幾點：其一，變量選擇。一般而言，影響設計方案的重要數據，均可以稱之為變量。比如，工程目標參數主要有房屋價格參數、預期產生損失參數；工程控制級約束參數主要有房屋結構可靠性參數，等等。如果設計人員可以有效減小參數的變化幅度或者減少變量參數的參考，那么，就可以降低和建筑結構設計、計算、編程相關工作的難度，這樣設計人員就能夠快速的找到和設計目標相符的數據。其二，函數確定。在多組函數中，設計人員可以根據房屋橫截面尺寸、鋼筋尺寸等數據選擇最相符的那組函數，對函數性質予以分析，進而實現降低房屋造價的目的。其三，條件衡量。根據房屋結構耐用性、穩定性的要求，房屋設計的約束條件主要有房屋尺寸、架構剛性、架構穩定性、架構體系規格、墻體裂隙限度、結構可塑程度等。

（二）結構優化計算方案

在房屋結構設計中，經常涉及很多計算過程，并且在優化設計中，計算過程將會更加復雜、多變。在進行數據演算的時候，一定要將附加約束條件問題轉變為不附帶約束條件問題，這樣就可以更快的計算出結果。通常情況下，計算方法主要包括符合型法、拉氏乘子法等。這些計算方法各有利弊，在實際設計過程中，一定要結合房屋建筑的實際情況，選擇恰當的計算方法，實現節約時間、節省精力的目的，保證優化設計的合理性與科學性。

三、結構設計優化技術的作用

（一）提升建筑的安全性

通過對房屋建筑結構的優化設計，可以對原有設計方案中的不足和缺陷進行彌補，從而提升建筑結構的合理性和安全性，在保證建筑整體質量的基礎上，節省建筑材料，提升建筑的穩定性和相應的受力性能，確保建筑的使用安全。

（二）減低工程造價

相關數據顯示，運用結構優化設計后，與原設計方案相比，建筑工程的成本可以節約10%―30%左右，成本大大降低。同時，通過結構優化設計，還可以充分發揮原材料的性能，確保建筑結構各個單元之間的緊密聯系，提升建筑工程的經濟性。

（三）結構設計優化技術的方法

之前也提到，建筑結構設計所追求的最終效果，是實現結構的安全性、經濟性、美觀性、實用性以及施工的便利性。在房屋建筑中應用結構設計優化技術，主要體現在建筑結構總體的優化設計以及建筑的分部結構優化設計。在房屋結構設計中的結構優化設計，主要包括基礎結構、屋蓋系統、圍護結構、結構細部等多個方面，需要從結構受力情況、整體布局、結構造型以及成本造價等方面進行綜合分析。結構設計優化技術需要從房屋建筑的實際情況出發，以確保優化設計作用的充分發揮。

四、結構優化技術在房屋結構設計中的應用

（一）工程概況

該住宅建筑整體高度30層，地下1層，采用鋼結構框架剪力墻的形式。在結合實際需求和現場情況進行綜合分析后，采用了結構優化設計，對傳統結構設計的模式進行改進和創新，以計算機為輔助手段，對每一個施工階段的設計進行了優化，同時針對整個建筑工程實行全局優化設計。優化后的方案與優化前相比，不僅更加科學合理，而且節省了大量的成本，與優化前相比，工程造價降低了 26%。

（一）優化設計規范

在對該房屋建筑進行結構優化設計的過程中，設計人員嚴格遵循了相應的結構設計規范，不僅充分了解了結構設計規范中的相關條例，而且結合房屋結構設計的實際情況，對結構優化設計的方案進行了合理應用。同時，針對結構設計規范中存在的不足，如安全性較差、要求過于寬松等，設計人員結合實際情況進行了適當的取舍，從而切實保證了設計成果的最優化。

（二）前期參與

要想做到結構的最優設計，制定出最佳的結構設計優化方案，設計人員應該積極參與到工程的前期規劃中去，充分了解工程設計的實際情況，針對客觀需求，有針對性地對建筑結構形式進行選擇和規劃，從而形成一個科學合理、行之有效的結構優化設計方案，為建筑工程的施工提供相應的指導和參考。這樣，才能切實保證優化設計的成果，保證建筑工程的質量。而如果設計人員無視工程的前期規劃，盲目按照自身的經驗對其進行優化設計，就會由于對建筑結構體系受力情況的把握不當，出現無從下手的局面，影響設計成本的質量。

（四）概念設計

對于房屋建筑而言，在相同的建設條件下，采取不同的結構布局方式，就會產生不同的設計效果。因此，在房屋結構優化設計的過程中，應該實現細部結構優化與概念設計的有機結合，這樣才能切實有效地提高結構優化設計的效果。這里的概念設計，主要是指將建筑的設計概念作為設計工作的重點，屬于一種貫穿設計整個過程的設計方法，主要是針對缺乏相應數值的細節進行處理，如地震設防烈度量化等情況，如果單純依靠相應的公式，得出的結果必然會與實際情況存在較大的差異，而采用概念設計的方法，則可以將數值作為一種參考依據，從而對結構設計中的細節進行合理把握，提升結構優化設計的質量。

綜上所述，房屋結構優化設計對房屋建筑來說是非常重要的，不僅能夠降低工程造價，還能滿足人們的需求，提供給居民經濟實用，安全美觀的住房，使居民感受到自己所花的錢是非常值得的。房屋建筑商應該應用合理的結構優化設計，實現公司利潤的最大化，從而提高公司的綜合競爭力。

【參考文獻】

[1]王也.建筑結構設計優化方法在房屋結構設計中的應用[J].中華民居（下旬刊），2013，03

第9篇：結構設計優化范文

我國房屋建筑已經存在千年，且隨著歷史變更、時代遷徙其在結構上也有了更多種類，當代房屋建筑主要以樓房、平房為主，在基礎結構上已經趨于穩定。但隨著對建筑結構要求的不斷增加，原本的結構設計無法很好的滿足各方面需求，直到結構設計優化的出現，該項技術可以在理論與經驗的基礎上對建筑結構設計進行優化，可以實現部分優化，也可以實現總體優化。近年來我國很多房屋建筑中均應用了此項技術，并且取得了顯著的成果，但依然有很大的上升空間。

1、結構設計優化的優勢

結構設計優化在應用時可以發揮多種作用，具體可以體現在如下幾個方面：一，且可以在保留建筑結構原有功能的基礎上進行強化，使其具備更多功能；二，經過優化后，建筑材料的作用可以得到提升；三，通過建筑結構優化能夠使整體結構設計更加符合工程要求；四，以往的結構設計中往往會存在不合理之處，而此種不合理會為相關單位帶來更多的成本投入，但在優化后此種弊端會得以解決；五，針對原因結構進行優化，也可以提升房屋建筑的穩定性[1]。

2、結構設計優化在房屋建筑結構設計中的具體應用

2.1 工程壽命方面的優化

無論是什么建筑工程，其均會有一定的使用壽命，若要增加使用壽命則需要在各個階段實現優化。工程建設往往會耗費很多時間，在這段時間內可以將同一個工程劃分為多個階段，并對每一個階段進行細致的方案優化，則可以起到局部到整體全面優化的作用。在開展此方面工作時，相關人員應首先對實際情況進行了解和分析，掌握每一個階段應達到的工程要求，以及已經制定的方案中是否存在不合理之處。只有充分做好了前期工作，才能夠為房屋結構設計創造出最合適的優化方案，并利用其來提升工程質量[2]。

2.2 樁基礎優化

我國房屋建筑樁基礎往往可以分為以下兩類：一，預制樁；二，灌注樁。樁基礎類型不同，其所發揮的作用也不同，適用的房屋建筑結構也有所差異，從而也導致了施工質量上的差距，尤其是灌注樁。此種樁基礎往往施工時間較長、施工工藝復雜，在施工中往往難以保證其達到沉降標準，因此一般情況下不會應用它，但在使用預制樁的同時也要進行一定的考量，最好能夠選取長度較長的，長度越長，打樁的深入度越高，摩擦力也會更大，從而可以起到提升房屋穩定性的作用。

2.3 上部結構優化

整個房屋結構中上部結構往往是較為重要的，尤其是剪力墻方面，我國傳統結構設計在此方面有所欠缺，特別在近年來的高層建筑中，往往在施工中難以保證實現均勻質量的剪刀墻。今后在進行此方面設計時，要充分考慮到多方面因素，如地震和風力等，其所產生的影響會對整個樓層的穩定性、剛度等方面造成破壞。房屋建筑多種多樣，若當前房屋建筑符合相關要求的話，可以對其進行剪刀墻肢長增長操作，同時實現大開間格局創建，如此一來可以很好的降低鋼筋水泥的使用需求，在保證了質量的同時實現了資源節約理念[3]。

2.4 給排水設施與結構的協調性優化

給排水設施在城市住房中極為重要，一個完整的給排水系統往往會包含多個管道，且管道之間無論是種類、大小均并不完全相同，這使得為管道通道尺寸預留方面造成了困擾，且樓層管道方面要進行固定，以免在使用中出現問題。對此方面進行優化時首先要確定及水泵房的位置，為了減少影響，也為了安全系數能夠得到提升，將其放在地下室會更加穩妥，在管道安裝方面也要有所改變，最好不要穿過承重墻和承重柱，如果無法避免此種情況發生，則要做好加固工作。

2.5 電力設施與結構的協調性優化

房屋建筑領域出現了高層建筑，這使得人們的居住環境變得更加優異，在高層建筑中電梯是必要之物，電梯作為電力設施中的重要組成部分，保證其運行質量和位置的合理性是很重要的。在電梯正常運行中，電梯房發揮著十分重要的作用，然而電梯房空間較小，且有很多電線、構件，墻上也有孔洞，這使得整體結構設計方面出現了困擾。利用結構設計設計優化來解決此方面問題是較為可行的，如在進行最初的設計時即考慮到電梯房因素，在墻上為其留有恰好數量、間距的孔洞，并且使電線不出現外漏情況，充分保證用電安全[4]。

2.6 通過結構設計優化減少工程成本

房屋建筑在建成后或許可以為相關企業帶來可觀的經濟收益，但在建設階段也需要投入不少的成本，如何在保證質量的前提下節省成本并提升經濟收益也是目前很多施工企業十分關注的話題。如在房屋設計中對整體結構進行了橫向設計，此類設計往往需要占據更大的土地資源，土地價格如今已經上調，若能夠將橫向設計轉變為豎向設計，也就是說向著高層建筑方面轉變，則可以減小土地占用面積。