工程結構優(yōu)化設計范文

導語：如何才能寫好一篇工程結構優(yōu)化設計，這就需要搜集整理更多的資料和文獻，歡迎閱讀由公務員之家整理的十篇范文，供你借鑒。

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關鍵詞：工程結構；優(yōu)化設計；發(fā)展

1工程結構優(yōu)化的發(fā)展現狀

集計算力學、數學規(guī)劃、計算機科學以及其他工程學科于一體的結構優(yōu)化設計是現代結構設計領域的重要研究方向。它為人們長期所追求最優(yōu)的工程結構設計，尤其是新型結構設計提供了先進的工具，成為近代設計方法的重要內容之一。結構優(yōu)化設計是一門綜合性、實用性均很強的技術，它要面向工程設計中的各種實際問題建立優(yōu)化設計模型，根據結構與力學的特點對數學規(guī)劃方法進行必要的改進。現如今，無論國內還是國外。對這一現代技術的需求都有增長的趨勢。隨著設計技術的更新和產品競爭的加劇，結構優(yōu)化設計將會有更大的發(fā)展。由于結構優(yōu)化設計的工程意義，這一領域中研究的深度和廣度不斷得到擴展，相應的學術交流也很活躍。同時，結構優(yōu)化設計也給工程界帶來了巨大的經濟效益。目前，結構優(yōu)化設計的應用領域已從航守航人，逐步擴展到船舶、橋梁、汽車、機械、水利、建筑等更廣泛的工程領域；解決的問題也從減輕結構重量，逐漸擴展到降低應力水平、改進結構性能以及提高安全壽命等更多方面。

2工程結構優(yōu)化設計存在的一些問題

2.1工程結構設計規(guī)范不完善

我國的上程結構可靠度與發(fā)達國家相比較是偏低的。盡管制訂了《上程結構抗震可靠度統一標準》，但還是出現了一系列問題。目前，與規(guī)范相配且適應丁實際上程的CAD軟件并不完善。必須經過充分的研究，以利于優(yōu)化設計。而且對大多數結構而占，也并未給山驗算大震不倒的方法。在超高層建筑結構設計方面，必須提出有關的規(guī)定和建議，尤其在建筑抗震設汁方面有待改進。

2.2工程結構技術水平有限

這主要體現在設計人員上。目前，許多結構設計人員不熟悉抗震規(guī)范，不熟悉無枯結予應力等新技術；也不熟悉板柱結構體系，不能熟練掌握CAD軟件。此外，設計人員人多數也不熟悉建筑工程定額，技術經濟觀念較淡薄。因此，應及早采取有效措施來根治，以提高工程結構設計水平。

2.3管理不善，設計市場較混亂

目前，許多工程足邊設計、邊旌工、急于mI{}l，根本沒有時問去論證結構方案。許多大工程的設計審查也不嚴，初步設計，f：不審查結構方案。口本抗震規(guī)范規(guī)定，高度大于60m的結構設計，通常要進行以地震為輸人的直接動力非線性反應分析，設計結果要由同本建筑中心超高層建筑結構審查委員會審查。再經建設省特批，低于2、3類建筑要進行小震地震系數的彈性承載力驗算和大震的抗倒塌驗算。而我國100m以上的高層建筑結構設計，設計院做的好臺，根本無人過問。因此，應加強設計管理，以利于優(yōu)化設計。

3工程結構優(yōu)化設計的途徑

3.1選擇合理的結構方案

結構設計方案的優(yōu)劣決定了結構設計的成敗。建筑結構的設計方案是否科學、合理，在很大程度上決定著建筑結構設計的優(yōu)良性。就同一個建筑項目而言，其可選的結構設計方案通常都不是固定的，而選用不同的方案會讓建筑工程在質量上、造價上出現較大差別。因此在結構方案的選擇應遵循以下基本原則：①要用整體的概念在特定的建筑空間中來完成結構總體方案的構思，處理好構件與結構、結構與結構的關系；②盡可能使結構的受力與傳力途徑簡單、直接、明確；③保持整個結構安全可靠度的協調一致性。通盤考慮整體結構的每一個構件，使結構構件能夠協調一致發(fā)揮其最大效能，確保達到規(guī)范規(guī)定的設計目標水準，實現結構既經濟又安全的目標；④使結構平面布置的抗側力剛度中心與建筑物的外力作用中心或質量重心盡量接近或重合，以避免或減小外力作用下結構的扭轉效應；⑤積極主動的參與建筑設計的方案階段。

3.2進行正確的結構計算

在概念、經驗和估算的基礎上借助計算機進行可靠的分析計算，經過多次計算比較和調整，使結構設計更加合理和經濟。在利用計算機結構設計程序進行結構計算時應注意以下問題：

（1）1丟1計算軟件的缺陷和設計人員不加分析的盲從容易導致設計錯誤，因此不能盲目的依賴計算機。

（2）為避免因數據輸入錯誤造成計算分析結果的錯誤或較大的誤差，輸入的幾何圖形、構件尺寸、荷載數據等應認真核對、力求準確無誤。

（3）選取不同的計算參數會得m完全不同的計算結果，要根據實際結構的具體情況和計算程序的功能要求合理選取。

（4）所有的計算理論和設計程序都是建立在一些假定和理想的計算模型之上的，而實際結構的受力狀態(tài)又是千差萬別的，因

4工程結構優(yōu)化設計的展望

（1）尺寸優(yōu)化：在給定結構的幾何形狀、拓撲和材料的情況下，求出滿足約束條件的最優(yōu)構件截面。

（21形狀優(yōu)化：讓結構的幾何形狀和拓撲可變并參與優(yōu)化設計，可以解決結構內外邊界形狀最優(yōu)問題、結構構件相互連接方式優(yōu)化問題、結構內空洞、孔洞的數量位置優(yōu)化問題等。f3）自動優(yōu)化：近十年來發(fā)展起來的將CAD與優(yōu)化理論相結合的自動優(yōu)化已經取得一系列重要成果。CAD中的自動設計在一定程度上主要依靠結構優(yōu)化設計來實現，只要能以表達式表示的項目均可以依SOD來完成。另一方面，SOD的結果也要依賴于CAD圖形功能來實現直觀、快速、自動表達，因此形成集成化程度較高的自動化CAD系統。

（4）智能優(yōu)化：將計算智能引入結構優(yōu)化設計進而尋求一種具

有自組織、自適應、自學習等功能的算法來解決結構優(yōu)化中非公式化、經驗性的問題，形成具有智能輔助決策功能的專家系統。

（5）系統優(yōu)化：包括全局和全壽命兩個內涵的系統優(yōu)化是將土木工程的優(yōu)化作為一個大的系統來考慮，其優(yōu)化的目標函數包括社會效益、經濟效益、施T及使用期間的安全、使用功能的滿足、美學功能、和施工方便等等，并且在工程進行的不同階段對各個目標的側重點不同。從可行性研究、總體布置、結構選型到結構的變量設計、工程實施規(guī)劃、施工組織與管理、結構使用與維修管理等各個階段對土木工程進行全壽命優(yōu)化。

總結：

總之，工程結構的優(yōu)化設計，是實現建筑本體功能與控制建筑造價成本的重要手段。另一方面，建筑投資者或開發(fā)商不能過分強調結構優(yōu)化設計的經濟性，通過減少材料、降低技術、放低質量標準來追求經濟性，同時也反對一味重視技術要求、忽略經濟成本的做法。結構優(yōu)化設計的終極目標是實現建筑的本體功能性、安全性、經濟性與環(huán)保性。因此，在保障全面發(fā)揮建筑本體功能性、保證安全性的條件下追求建筑投資建設的經濟陛與環(huán)保性是建筑建設的科學合理選擇。

參考文獻

[1]沈汝偉.對建筑結構優(yōu)化設計的探討[J].煤炭技術，201l2（04）：90～92

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關鍵詞：高層建筑；地下室；結構設計

1、前言

地下室的結構設計是一個綜合性很強問題，涉及到的內容繁多而復雜，有些問題至今尚未得到很好的解決，如：地基與基礎的相互作用問題.上部結構剛度對地基基礎的影響等等。現代高層建筑由于地下工程龐大， 建設工程在地下的投資已經接近甚至超過了地上， 因此無論是從技術還是從經濟的角度講都需要我們更深入地研究地下室結構設計的技術問題， 提高地下室結構設計的水平， 真正做到技術與經濟同步.安全與適用協調。

2、地下室結構設計的特點要求

地下室結構設計的主要內容包含幾個方向：

⑴是主體結構設計，包括頂板、外側墻、底板等其它構件的結構設計；

⑵是孔口防護設計，包括出入口的防護和消波系統（防護設備）其中出人口的防護包含防護密閉門的選用、門框墻、臨空墻的計算，出人口通道（包括風井）的計算等幾個方面，而消波系統則包含防爆破活門的選用和擴散室（箱）的設計。

⑶是地下室是否與上部結構一起計算對于計算結果影響較大，其底板經常同時作為結構的基礎，需要考慮地基的反作用力，頂板作為工程的重要部位，需要組合核爆炸力的等效靜荷載，外墻則需考慮側向的土、水的水平作用組合。

總之，地下室的結構設計可按整體設計和構件的單獨設計分別進行。結構設計的可靠性可以降低，一般建筑結構（延性破壞）失效概率為6.8%，而地下室結構（延性破壞）失效概率為6.1%，需考慮結構的動力效應，結構構件可考慮進人塑性工作狀態(tài)，材料設計強度可以提高。在快速加載的情況下，材料力學性能發(fā)生比較明顯的變化。主要表現為強度提高，但變形性能包括塑性性能等基本不變，這對結構工作起到有利作用。

3、地下室結構設計中存在的問題

3.1地下室結構平面設計

地下室工程涉及的專業(yè)極為復雜，在高層建筑的地下室結構設計時，需綜合考慮防火、使用功能、人防要求、設備用房及管道、坑道、排水、通風、采光等各專業(yè)的配合。例如地下室的長度超過設計規(guī)定的長度時，需要與結構專業(yè)配合，確定是否設置變形縫，通常應盡可能少設或不設變形縫，因為設置變形縫會使得變形縫處的防水處理變得復雜。設計人員可以通過設置后澆帶和合理使用混凝土外加劑或地上設縫、地下不設縫等方式，達到不設縫的目的。若地下室過長，依靠設置后澆帶的方法難以解決，設計人員應合理地調整平面，將地下室分割成幾個小地下室，中間用較窄的通道相連，以滿足使用及管道相連的要求，而將變形縫設置在通道處，這樣可以使接縫較少且處于受力較小處，便于補救。在結構設計時應合理地設置采光通風井，若高層建筑采光通風井位置設計不當，例如在側壁外作附加通長采光井，而采光井外壁又不能與地下室頂板整體連接，會造成地下室保證結構穩(wěn)定功能的喪失，不能有效地將上部的地震及風力作用傳至側壁及地面，不能滿足高層建筑的埋深要求。

3.2地下室外墻結構設計

地下室的外墻是結構設計的重點，應按水、土壓力驗算外墻抗裂。在設計時應注意以下要求：

⑴是荷載，地下室外墻所承受的荷載分為水平荷載和豎向荷載。豎向荷載包括上部及地下室結構的樓蓋傳重和自重，水平荷載包括室外地面活載、側向土壓力、地下水側向壓力和人防等效靜荷載。在實際工程設計中，豎向荷載及風荷載或地震作用產生的內力一般不起控制作用，墻體配筋主要由垂直墻面的水平荷載產生的彎矩確定，而且通常不考慮與豎向荷載組合的壓彎作用，僅按墻板彎曲計算彎曲的配筋。

⑵是地下室外墻截面設計時，土壓力引起的效應為永久荷載效應。地下室外墻承受的土壓力宜取靜止土壓力，靜止土壓力宜由試驗確定。當不具備試驗條件時，砂土可取0.34～0.45，黏性土可取0.5～0.7。水位穩(wěn)定的水壓力按永久荷載考慮，分項系數可取 1.2；水位急劇變化的水壓力按可變荷載考慮，分項系數宜取 1.3。有人防要求的地下室外墻的永久荷載分項系數，當其效應對結構不利時取 1.2，有利時取 1.0；抗爆等效靜荷載分項系數取1.0。

⑶是地下室外墻的配筋計算。實際設計時，配筋的計算，對于帶扶壁柱的外墻，不是根據扶壁柱的尺寸大小進行計算，而是均按雙向板計算配筋；扶壁柱則按地下室結構的整體電算分析結果進行配筋，不按外墻雙向板傳遞荷載驗算扶壁柱配筋。

4、建筑工程地下室結構優(yōu)化設計

4.1抗震設計

一般來講地下室抗震設計中較為常見的問題為：多層建筑中半地下室埋深不夠，房屋層數包括半地下室層已達8層，層數和總高度超過要求，違反GB50011- 2010《建筑抗震設計規(guī)范》條例。地下室頂板為上部結構嵌固端，地下室一層抗震等級定為三級，而上部結構為二級，按GB50011- 2010《建筑抗震設計規(guī)范》條例地下室也應為二級。

若地下室設計不當，對其整體的抗震性能會產生較大的影響。根據施工圖審查要點，般來講，對于半地下室的埋深要求應大于地下室外地面以上的高度，才能不計算其層數，總高度才能從室外地面算起。地下室的墻柱與上部結構的墻柱應協調統一。對地下室頂板室內外板面標高變化處，當標高變化超過梁高范圍時則形成錯層，應采取一定的措施進行處理，否則不應作為上部結構的部位。相關規(guī)范明確規(guī)定，作為上部結構部位的地下室樓層的頂樓，蓋應采用梁板結構，地下室頂板為無梁樓蓋時不應作為上部結構的部位。結構計算應向下

計算至滿足要求的地下室樓層或底板，但剪力墻底部加強區(qū)層數應從地面往上計算，并應包括地下層。

4.2地下室抗浮、抗?jié)B設計

一般來講，此類設計常見問題為：地下水位未按勘察報告確定，或勘察報告未提供計算浮力的地下水位及其變幅，違反了 GB50007- -2011《建筑地基基礎設計規(guī)范》條例；斜坡道未進行抗浮驗算，斜坡道與主體分縫處未作處理；抗浮驗算不滿足要求，不符合GB50009- 2012《建筑結構荷載規(guī)范》條例等。

實際在地下室抗浮設計時僅考慮正常使用的極限狀態(tài)，而對施工過程和洪水期重視不足，因而會造成地下室施工過程中因抗浮不夠而出現局部破壞。另外，在同一整體大面積地下室的上部常建有多棟高層和低層建筑，由于地下室的面積較大、形狀又不規(guī)則，且地下室上方的局部沒有建筑，此類抗浮問題相對難以處理，須作細致分析后再進行處理。地下室結構設計除應滿足受力要求外，抗?jié)B也是其中一個重點。由于鋼筋混凝土結構通常帶裂縫工作，要達到抗?jié)B目的，一般可采取以下措施：

⑴補償收縮混凝土。在混凝土中摻微膨脹劑，以混凝土的膨脹值抵消混凝土的最終收縮值。當其差值大于或等于混凝土的極限拉伸時，即可控制裂縫；

⑵膨脹帶。混凝土中膨脹劑的膨脹變形不會完全補償混凝土的早期收縮變形，而設置補償收縮混凝土帶可以實現混凝士連續(xù)澆注無縫施工；

⑶后澆帶。后澆帶作為混凝土早期短時期釋放約束力的一種技術措施，較長久性變形縫已有很大的改進并廣泛應用；

5、結束語

高層建筑地下室結構設計顯然是一個復雜的過程，但是，只要把握設計要點，抓住設計重點，以合理的設計為前提，進行全面考慮，使建筑地下室結構設計工作發(fā)揮其最大的經濟作用和社會效益、戰(zhàn)略效益。

參考文獻

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關鍵詞：海洋工程結構多目模糊優(yōu)化

中圖分類號：K928.44 文獻標識碼： A

一、多目模糊優(yōu)化背景與發(fā)展歷史

1. 模糊優(yōu)化設計的背景

是造價最低,或是達到某一專項目標,或是同時達到幾項目標但在設計過程中,時常會遇上大量的模糊概念,如/重量不超過...0!/體積不大于...0等等由于缺乏處理手段和方法而把這些概念當成確定性量來對待,這樣把設計的約束條件和目標函數人為簡單化,以至于設計結果不符合要求隨著設計學的發(fā)展,大量的模糊信息需要定量描述,使設計達到真正的優(yōu)化目的"在普通優(yōu)化的基礎上引入模糊數學,建立在模糊集理論基礎上的模糊優(yōu)化設計方法產生了模糊優(yōu)化設計為解決具有上述模糊概念的優(yōu)化問題提供了可行的方法和有效的手段模糊優(yōu)化設計的概念首先是別爾曼和扎德提出來的,提出的背景主要有以下幾個方面:(l)事物間的差異中介過渡給事物帶來模糊性;對事物研究的定量化會遇上大量模糊因素:所研究的事物涉及多方面的模糊因素;以及在計算機應用領域中會考慮對模糊信息的識別和處理等等"這些都會給優(yōu)化設計帶來大量的模糊因素,導致模糊優(yōu)化問題的出現(2)對于一項工程設計會發(fā)現設計比分析涉及的因素更多,尤其是人文因素例如,一種新產品的設計,不僅要滿足工作要求和技術性能指標,而且經濟!可靠!使用條件性也是不可忽視的因素其實,優(yōu)化設計的發(fā)展也是向多方面發(fā)展,已經打破了原先只在物理!幾何性質上做文章的格局當今社會的發(fā)展以人為本,在理工科高等教育中加強人文知識教育也是為了使理工科研究不能脫離人文,所以人文因素已經滲透于整個設計過程"人文因素的模糊性是優(yōu)化設計遇到的主要問題,必會產生模糊優(yōu)化的問題顯然,模糊優(yōu)化設計的產生是優(yōu)化設計領域的一次革命,大大地促進了優(yōu)化設計的發(fā)展,為解決優(yōu)化設計中出現的問題提供了理想的方法。

2模糊優(yōu)化設計的產生和發(fā)展歷史

隨著科學與科學研究的發(fā)展,從物理發(fā)展到事理,從物態(tài)進展到事態(tài)的研究,傳統的經典數學已顯得蒼白無力,或者說過去那些與數學毫無糊數學誕生于1965年,美國加利福尼亞大學控制論專家查德教授(LA.zdahe)發(fā)表了著名論文-下uzyzsets0(模糊集合),提出模糊集合的思想,給出模糊現象的模型!模糊問題的定量表示方法及數學處理方法"他指出,刻畫一個模型集合時,不必指明哪些元素屬于它,哪些元素不屬于它,只需對給定范圍內的各元素確定一個"到1之間的實數,用它表明這個元素以多大程度屬于這個集合,這個數就叫作該元素對這個集合的隸屬度"例如,30歲的人肯定不算老年,他對/老年人0這個概念的隸屬度為仇50歲的人屬于/老年人0的程度近于0.5;70歲的人為老年人,他對/老年人0的隸屬度為1"這說明/中年0和/老年0的概念是相互粘連的,它們之間沒有一條絕對分明的界限,而是有一個連續(xù)過渡的過程"查德正是用隸屬度這個概念表現處于中介過渡的事物對差異一方的傾向程度,這就是他創(chuàng)立模糊集合論時提出的新思想"模糊集合論把原來某元素對于集合要么/屬于0,要么/不屬于0的確定性關系,推廣到元素對于集合按/一定程度0/屬于0或/不屬于0的確定關系(即在一定程度上/屬于0或/不屬于,.)以此就標志了模糊理論的產生,模糊數學就是從數學上來刻畫和研究客觀世界中存在的模糊量,即從量上來描述模糊現象,并以之為突破點建立了研究模糊現象的基本理論模糊數學是研究和處理模糊性現象的數學所謂模糊性,是指客觀事物在中介過渡時呈現的概念劃分上的不確定性,即/亦此亦彼0性客觀世界中存在著大量的模糊性現象,它們很難找到明確的界限,這樣的概念叫做模糊概念模糊概念不是不科學的概念,它大量地存在于物理學!化學和生物學中,在經濟和人文科學中表現尤為突出,人腦的識別!判斷以及概念的形成過程都具有模糊性為了描述模糊概念,滿足各門學科的數學化!定量化要求,這就是模糊數學產生的思想基礎"隨著模糊數學的誕生,一種全新的模糊論方法學也就發(fā)展起來了"模糊論是建立在(l)事物的不確定性(隨機性和模糊性);(2)廣義設計中的模糊性,即定量地研究從狹義設計到廣義設計中,必然要遇到大量的模糊概念:(3)復雜化和精確化之間的矛盾"模糊數學由于打破了形而上學的束縛,即認識到事物的/非此即彼0的明晰性形態(tài),又認識到事物的/亦此亦彼0的過渡性形態(tài),因此模糊理論的產生就在數學領域本身以及許多的實用領域里得了廣泛迅速的發(fā)展和應用模糊理論是在模糊數學基礎上發(fā)展起來的一門新學科,經過近些年來的發(fā)展,己經形成為一門新的應用技術學科,到20世紀90年代,己經形成了具有完整體系和鮮明特點的模糊拓撲學!框架日趨成熟的模糊隨機數學!模糊分析學以及模糊邏輯理論,并滲透到各個學科領域,如:人工智能!管理信息!機械制造!自動化控制等等,應用相當廣泛。

二、多目模糊優(yōu)化設計優(yōu)點:

(1)優(yōu)化設計方法能夠加速設計進度,節(jié)省工程造價優(yōu)化設計與傳統的結構設計相比較,一般情況下,對簡單的構件可節(jié)省工程造價的3一5%,對較復雜的結構可達10%,對新型結構可望達2000/(2)結構優(yōu)化設計有較大的伸縮性作為優(yōu)化設計中的設計變量,可以從一兩個到幾十,上百個"作為優(yōu)化設計的工程對象,可以是單個的構件,整個建筑物甚至建筑群設計者可以根據需要和本人的經驗加以選擇0的大小,為設計者進一步改進結構設計指出方向"(4)某些優(yōu)化設計方法(如網格法)能夠提供一系列可行設計直至優(yōu)化設計,為設計者決策時提供方便(5)設計者能夠利用優(yōu)化設計方法進一步貫徹設計意圖"例如在鋼筋混凝土結構的優(yōu)化設計中,若設計者在設計中想相對的少用些鋼筋,多用些水泥,只要修改一下目標函數就可以了"

三、多目模糊優(yōu)化設計

1.多目模糊優(yōu)化設計

具體說來,就是給出該問題的數學模型"模糊優(yōu)化的數學模型和普通優(yōu)化的數學模型一樣,也是從設計變量,目標函數和約束條件這三方面給出的模糊優(yōu)化的設計變量,仍然是決定設計方案的!可由設計人員調整的!獨立變化的參數它們或者是決定形狀大小的幾何參數,或者是決定結構性能的物理參數"這些參數,過去都視為確定性的,但嚴格說來,大多具有不同程度的模糊性"如結構設計中的動載系數,抗震設計中的地震烈度,動態(tài)設計中的阻尼參數等它們很難由一個確定的值來給出,都有一個從完全是到完全非的中介過渡過程,都具有不同程度的模糊性模糊優(yōu)化的目標函數,仍然是衡量設計方案優(yōu)劣的某一個指標(單目標函數)或某幾個指標(多目標函數)/優(yōu)0和/劣0本身就是個模糊概念,沒有一個確定的界限和標準通常,我們說:要使某項指標達到某個值附近,或達到某一范圍,或越小越好等等實際上,都說的是目標函數的模糊性另外,由于目標函數是設計變量的函數,當考慮了設計變量的模糊性時,目標函數也必然是模糊的"模糊優(yōu)化的約束條件,仍然是限制設計變量取值的條件,也即是設計方案所必須滿足的條件"這些約束條件.

2. 拓撲優(yōu)化方法

拓撲優(yōu)化設計是現代創(chuàng)新設計領域中的重要核心技術與定量設計方法,是傳統的尺寸設計和形狀設計的擴展與延伸它的基本原理是在給定材料重量的條件下,通過優(yōu)化設計與數值求解過程獲得具有最大剛度的結構布局形式及構件尺寸自1988年丹麥學者Bnedsoe與美國學者Kikuhci提出結構拓撲優(yōu)化設計基本理論以來可以說近二十年間結構設計領域發(fā)生了革命性的變化"基于結構設計要求的剛度一重量一振動多準則優(yōu)化,研究使用保凸近似與凸規(guī)劃建立快速有效極大極小值優(yōu)化算法以及通用非線性廣義加權法隊將凸規(guī)劃對偶求解算法與結構多目標優(yōu)化設計相結合并應用于拓撲優(yōu)化設計該研究方向目前已成為國際工程結構與產品創(chuàng)新設計領域的研究熱點"目前拓撲優(yōu)化設計方法作為一項關鍵技術已應用于衛(wèi)星!飛機!汽車的關鍵承力結構,薄壁件結構的加強筋,布局設計以及微機械系統(MEMs}!柔性機構布局設計等多個領域因此從軍事應用及國防需求前景上講,拓撲優(yōu)化設計方法具有直接而廣泛的應用價值

3.多目標協調優(yōu)化

1994年,Kroo與Balling!sobieski等人提出了協調優(yōu)化(eo),1997年,工甲peta和Rneuad將該方法修正后用于解決多目標優(yōu)化問題并對該方法的三種不同的版木做了比較"這種方法的中心思想是:把多目標問題劃分成一個個的次問題,然后逐步優(yōu)化,直到最終得到優(yōu)化解"

4.模糊優(yōu)化方法

1992年,Allne探討了一種能夠非常有效地求解分層設計問題的模糊優(yōu)化方法,顯示了該方法解決綜合優(yōu)化設計問題的優(yōu)點該方法就是利用模糊集理論,構造目標函數!約束函數和設計變量的隸屬函數,進而轉化為單目標函數進行優(yōu)化考慮模糊因素的設計問題有以下好處:1使用模糊關系描述某此問題比確定性描述更準確;o考慮問題的模糊性能有效地拓展求解空間;

5.隨著優(yōu)化設計的深入,

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在建筑結構設計中，不同方案的選擇及不同建筑材料的選用對工程造價會有較大影響， 像基礎類型選用、進深與開間的確定、層高與層數的確定、結構形式選擇等都存在著技術經濟分析問題。據統計，在滿足同樣功能的條件下，技術經濟合理的設計，可降低工程造價10%左右，有的可達20%.建筑結構由基礎、柱、墻體、梁、樓板、屋面板等部分組成，各部分占工程總造價的比例不盡相同，結構方案優(yōu)化時對工程造價的影響也就不一樣，因此在方案優(yōu)化設計時我們所考慮的重點要有所側重。下面就主要結構部分進行舉例說明：

1、基礎：基礎結構的造價與工程所在地的地質條件密切相關，其工期約占整個建筑物主體工程的25%-30%，造價約占總造價的10％-20％，基礎工程的重要性顯而易見。所以設計時應重視地質勘察報告的交底工作，選擇合理的基礎型式，控制基礎的截面尺寸與埋深。如兩座相臨的住宅樓工程，根據地質勘探資料，設計基礎承載力及埋深相同，地面以上部分結構設計也相同，均為6層磚混結構，建筑面積3236m2；地面以下部分選用兩種基礎形式，1# 樓過于考慮安全性，設計選用了鋼筋砼條形基礎，C20砼澆筑， M10水泥砂漿、MU10磚砌筑，基礎總造價為16.13萬元。在2#樓設計中，將基礎改為毛石條形基礎，用MU20毛石、M10水泥砂漿砌，基礎總造價為10.35萬元。通過對比，基礎建筑面積造價，1# 樓為49.86元/m2，2#樓僅為31.98元/m2。在兩樓樓型、結構及使用功能相同的情況，地質條件滿足安全使用的前提下，只將鋼筋砼條形基礎改為毛石條形基礎，基礎部分的造價減少了35.88%。這對整座住宅樓工程造價的控制起到了積極作用。

2、柱網布局與柱子：柱網布局是確定柱子的行距（跨度）和間距（每行柱子相鄰兩柱間的距離）的依據。一般來講，柱網尺寸在6-12m之間，柱距小則傳力路線短，上部結構節(jié)省材料，但可能基礎費用高，因而柱網布局是否合理，對工程的結構造價有很大的影響。此外，柱子截面形狀及大小的選擇也對工程造價有著直接的影響。下面就柱子截面大小實例說明它對工程造價影響的程度。

某四層廠房根據工藝要求，在廠房結構設計中采用現澆鋼筋砼框架結構，初始設計方案為：框架邊柱截面750mm×750mm，中柱截面750mm×1000mm； 框架梁截面統一為450mm×1900mm，受力主筋均采用Ⅱ級鋼筋。初始設計方案的主要消耗材料為： 框架梁混凝土130.82m3，梁受力主筋15179.4kg；框架柱受力主筋3654.2kg。初始方案的結構系統總造價為19.12萬元。優(yōu)化設計時，以框架結構尺寸和框架柱截面尺寸為常量，把框架梁截面高度尺寸為變量，并以模數50mm為步距進行變化。當框架梁截面高度變化時，框架梁自重及梁、柱配筋均相應變化，結構總造價也相應變化。經過分析，求得該四層廠房結構優(yōu)化設計方案的主要參數為：框架邊柱截面750mm×750mm ，中柱截面750mm×1000mm，框架梁截面統一為450mm×1600mm。優(yōu)化設計方案的主要消耗材料為：框架梁砼110.16m3（比初始方案減少20.66m3），梁受力主筋17185kg（比初始方案增加2005.6kg）；框架柱受力主筋4482kg（比初始方案增加827.8kg）優(yōu)化設計方案的結構系統總造價為185823元。對比分析初始方案與最佳方案，該框架結構總造價由19.12萬元下降到18.58萬元，僅主體結構節(jié)省投資2.9%，經濟效果比較顯著。

如果我們對柱子鋼筋連接方式進行方案優(yōu)化設計，有時也能節(jié)省大量資金。某綜合樓設計時，柱子鋼筋采用電渣壓力焊接技術，從而可比搭接方法節(jié)省10％還要多的主筋，僅此一項可節(jié)省數十萬元之巨。

3、梁：矩形截面梁是最普通的受彎構件，在設計時常被使用，但材料利用率很低。一是因為靠近中和軸的材料應力較低；二是梁的彎矩沿梁長是變化的。由于等截面梁大部分區(qū)段應力低，材料得不到很好利用，只有在軸心受力時，材料利用率才可提高。因此，設計時可采用平面桁架代替矩形梁，平面桁架相當于掏空的梁，將梁中多余的材料掏去，這樣既經濟，自重又可減輕。它還可發(fā)展為空間網架，材料的利用率就能大幅提高。某超大跨度工業(yè)廠房，設計時用桁架外形的設計代替矩形截面梁，經濟上取得相當好的結果。

4、砼及鋼筋的選用：除了要滿足結構的需求外，應力求方便施工，盡量減少砼標號與鋼筋型號的種類。有的工程梁、板、柱采用不同的標號，使施工難度加大，浪費了材料，加大了采購成本。鋼管砼結構是將砼填入薄壁圓形鋼管內而形成的一種新型結構，它將兩種材料有機地結合，可借助內填砼增強鋼管壁的穩(wěn)定性，借助鋼管對核心砼的套箍作用，使核心砼處于三向受壓狀態(tài)，從而具有更高的抗壓強度和抗變形能力。鋼管砼與鋼結構相比，在自重相近和承載力相同條件下，可節(jié)約鋼材近50%，并節(jié)約大量的焊接工作量。與普通砼相比，在保持鋼材用量相近和承載力相同條件下，構件截面面積可減少約50%，材料用量和構件自重相應減少約50%。實踐證明在結構設計時，使用這些新工藝設備可大大降低工程造價。

方案進行優(yōu)化設計，要把握好技術和經濟的對立統一關系，既要反對片面強調節(jié)約，忽視技術上的合理要求的做法，又要反對設計保守浪費，只重技術，輕經濟的思想。

根據現階段的情況，若要推行優(yōu)化設計，筆者有如下建議：

1、加大行政監(jiān)督和加快設計監(jiān)理工作。優(yōu)化設計工作的推行，政府主管部門首先要重視，通過行政手段來保證優(yōu)化工作的實施，加大對設計市場的管理力度，建立和完善相應法律法規(guī)，規(guī)范設計市場。其次建立設計監(jiān)理制度已成為形勢所迫，業(yè)主所需。目前還沒有客觀公正的“第三方”來監(jiān)理結構設計的進行，所以通過設計監(jiān)理的方式可以打破設計單位自己“控制”自己的單一局面。

2、建立必要的設計競爭機制。為保證設計市場的公平競爭，設計經營也應采用招標投標，并頒布相應的法規(guī)條例。各地可以成立合法的設計招標機構，符合條件的項目必須招標。招標時對投標單位的資質、信譽、技術等方面進行必要的資格審查，設立健全的評標機構，運用價值工程等手段對備選方案進行優(yōu)化選擇。設計單位為提高自身競爭能力，在內部管理上應把設計質量同個人效益掛鉤，促使設計人員加強經濟觀念，把技術與經濟統一起來，改變以前設計過程不算帳，設計完了概算見分曉的現象。

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關鍵詞：建筑工程；結構設計；優(yōu)化措施

Abstract: nowadays, modernization is generally applied to the city construction, this drives forward the country's high building development progress, as people have the requirement of building construction continues to improve, construction technology that could face higher challenge. Therefore, from building engineering structure design aspects, to improve and expand the construction engineering play space. Based on this, this paper focuses on the construction engineering structure design of the measures are discussed.

Keywords: building engineering; Structure design; Optimization measures

中圖分類號：TB482.2文獻標識碼：A 文章編號：

城市高層建筑的高度在不斷的進行增加,這就使得高層建筑向側向位移，所以，在對高層建筑進行操作設計時，在確保具有一定強度的同時,還應該使結構剛度適宜,使得其在結構上的自振頻率等一些有關動力的特性更加合理,從而在一定空間內保證了控制水平作用力下的層位移。除此以外，為了避免高層建筑在大型地震下有倒塌情況的發(fā)生,一定要具備必要的強度,以清晰明了的概念設計和科學合理的構造措施為基礎,將全部結構、尤其也要注意提高薄弱層面的變形能力,以確保結構的延性。

1 有關建筑結構的分析

（1）關于剛性樓板的分析。在計算高層建筑的位移和內力的過程中，一般情況是假設樓板與本身平面內的剛性是無限的,如果平面外剛度極小，就將其排除在計算范圍之外，在以剛性樓板為假設的前提下,還要在設計過程中運用一些措施以保證樓板平面內整體剛度。（2）小變形分析。基本假設在所有的方法中都是經常運用的。但專家們在研究非線性問題后得出了新的結論，將P―Δ效應考慮在計算內的條件是通常在頂點水平位移與建筑物高度的比值大于1/500時。（3）計算圖形的分析。有關高層建筑結構的體系，進行全面分析時所使用的計算圖形分為：一維和二維協同分析、三維空間分析。（4）結構材料的分析。假定線彈性作用于建筑結構的位移、內力時,一般情況下假設成構件與結構處在彈性工作情況下,以彈性理論為依據進行研究,但關于連梁及框架梁等一些構件則需要由局部塑性變形而產生的內力重分布做出研究。在計算地震環(huán)境下，建筑結構易變形的薄弱層，應依據彈塑性方面分析其方法。

2優(yōu)化有關建筑工程結構設計的方案

2.1優(yōu)化一些有關獨立基礎設計的荷載取值

對于一些鋼筋混凝土進行多層次框架設計時，房屋一般采用的方法是柱下獨立基礎，如果在地基的重點受力層范圍以內不具有軟弱的粘性土層時，在小于8層并且高度小于等于25m的普通民用框架房屋或是具有一定的荷載范圍的多層框架廠房，可以不用進行驗算地基和最基本的抗震承載能力。但具有該特點的房屋在對其進行基礎設計時也要將風荷載的影響算在考慮范圍內。所以，在對使用鋼筋混凝土的多層框架房屋進行整體計算分析時，必須將風荷載這一因素輸入，不能因為地震區(qū)的高層建筑之外的普通建筑風荷載缺乏控制作用就將其忽視；另一方面，在進行獨立設計基礎的時候，在有關基礎上的外荷載柱的腳內力設計值，只取彎矩設計值以及軸力設計值，有時候也不依據彎矩設計值。以上兩方面最終會導致基礎設計的配筋偏少，威脅基礎及上部結構安全。

2.2對基礎拉梁設計的優(yōu)化

若出現多層框架的房屋在基礎埋深值較大的情況，為了計算小底層柱的長度以及減小底層的位移，在±0.000之內的合理位置進行基礎拉梁的設置，但在設計時不能按構造要求進行設置，應該按框架梁進行設計，依據相關規(guī)定設置箍筋加密區(qū)。從抗震方面來考慮施工，在基礎方案應采用短柱。一般情況下，在獨立基礎埋置不深時，會出現不良的地基等狀況，根據抗震的需求，可順應兩個主軸的旋轉方向對基礎拉梁進行構造設置。對于基礎拉梁的截面寬度和高度都有要求，寬度在柱中心距1/20～1/30處，高度于柱中心距1/10～1/15處。因此構造基礎拉梁截面應在上述限值范圍內，對于縱向受力鋼筋，采用的計算依據有要取在所連接柱子最大的軸力設計值的10%為壓力或拉力進行計算，在為構造選擇鋼筋時，應遵循最小配筋率的要求。基礎拉梁頂標一般情況下都與基礎頂標高一致，在出現框架底層的層高不足或者基礎埋置較淺的情況時，有時需要比較大的設計基礎拉梁，也便于通過拉梁這種方式來平衡柱底的彎矩。此時，拉梁鋼筋就要進行通常設計。拉梁的正負彎矩鋼筋有框架柱之內的拉梁箍筋、加密錨固以及有關于抗震構造的需要應全部符合上部框架梁。

2.3合理優(yōu)化柱箍筋與框架梁的間距

按照上述規(guī)定，通常情況下，工程常取柱、梁在箍筋加密區(qū)的間距和非加密區(qū)箍筋間距的最大值分別為100mm和200mm。在電算程序全部信息中一般內定的柱、梁箍筋加密區(qū)的間距為100mm，并以此為計算出加密區(qū)箍筋面積的憑證，因此設計人員應按照規(guī)范明確箍筋直徑和肢數。然而，在內定程序的狀態(tài)下，在框架梁的跨中位置有起集中荷載作用的次梁而箍筋卻僅有兩肢時，可對箍筋進行合理的加密或增加箍筋直徑。在框架內定柱的加密區(qū)的箍筋是有要求的，是在100mm的間距時，在一般時候，框架柱或許會因為非加密區(qū)的箍筋采用200mm的間距而出現配箍不足的情況。所以，合理的強化箍筋直徑以及加密箍筋的間距。這都是我們需要注意的關鍵，在驗算柱、梁箍筋非加密區(qū)的配箍時，應以加密區(qū)的終點處為剪力設計值，且不計算剪力增大系數。

2.4優(yōu)化結構周期的折減系數

框架與框架結構，因為存在填充墻，結構實際的剛度要大于計算剛度，計算周期大于實際周期，因此，如果地震剪力的結果偏小，結構就處于危險的狀態(tài)下，所以一定要折減結構計算的周期，然而，不折減計算框架結構的周期或者折減系數取值過大都是不正確的做法。從框架結構方面來看，使用砌體填充墻面時，其周期的折減系數處在0.6～0.7這個范圍以內；在砌體填充墻過少或者使用輕質砌塊的時候，取值在0.7～0.8之間；采用的完全是輕質墻體板的時候，取值在0.9。不折減計算周期的情況要以無墻的純框架為前提。

2.5全面優(yōu)化框架計算簡圖

對于沒有地下室采用鋼筋混凝土的多層框架房屋來講，獨立基礎的埋置過深，大約在-0.30m無基礎拉梁的情況下，應輸入基礎拉梁按層Ⅰ。例如：某項目是3層鋼筋混凝土的框架結構，屬丙類建筑，其建筑場地是Ⅱ類； 3.2m層高，1.0m的基礎埋深，基礎高度為0.7m，室內外高差為0.30m。在震區(qū)為7度時，該工程的框架結構氣抗震等級是三級。設計者在計算時應以3層框架房屋計算，首層層高為3.5m，即假如框架房屋嵌固于-0.30m基礎拉梁的頂面；配筋與截面按構造設計；以中心受壓計算其基礎。明顯看出，用此種計算簡圖并不恰當。在設拉梁層的時候，通常來說，將底層柱配筋控制基礎頂面處的截面與控制基礎拉梁頂面的截面進行對比。由于地基土具有約束性的計算簡圖，在進行電算時，基礎拉梁要按層1輸入，輸入基礎拉梁墻荷，設計配筋時按電算結果為準。

3結語

綜上所述，伴隨著高層建筑的不斷進步和發(fā)展,高層建筑的材料、形式、力學分析的模型日益復雜多變。優(yōu)化建筑工程結構并對其進行設計處理，以達到從整體上優(yōu)化建筑結構設計的最終目的，從而使得建筑在設計要求上更科學、經濟及合理。

[參考文獻]

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關鍵詞 拆建工程；結構布置；設計優(yōu)化

中圖分類號TU3 文獻標識碼A 文章編號 1674-6708（2014）113-0214-01

薔薇河地涵位于江蘇省宿遷市沭陽縣桑墟鎮(zhèn)、連云港市東海縣吳場鎮(zhèn)接壤處，與沭新河退水閘、沭新河北船閘、桑墟水電站構成沭新河渠尾水利工程樞紐。薔薇河地涵建于1959年，運行近40年，經省發(fā)展改革委批復對薔薇河地涵拆建。新建地涵倒虹吸鋼筋砼箱式結構，共3孔，設計流量65m3/s，孔徑尺寸為3.50m（高）×3.35m（寬），批準工程建設總工期11個月，汛前完成水下工程，具備工程運行條件。

結合工程特點，考慮工期較緊，通過分析老地涵現狀，新建地涵洞身布置有必要進一步優(yōu)化，在確保結構安全穩(wěn)定的基礎上，達到有效控制投資成本，提前工期要求的目的。

1 新建地涵洞身設計優(yōu)化布置

原方案為地涵全部拆除后重建，經對老洞身側墻進行穩(wěn)定計算，通過墻后適當減載可維持其穩(wěn)定，優(yōu)化設計拆除老地涵中隔墻和頂板，保留老地涵側墻和底板，利用老地涵底板作為新涵洞底板墊層，利用老涵洞的外側擋墻稍作處理后作為側墻擋土和新地涵施工的外側模板，將新建地涵布置在老地涵內的方案。

根據原地涵現狀，具備新建地涵布置在老地涵內的條件。新建地涵總寬12.65m，其中邊墩和中墩厚分別為0.65m和0.90m，原地涵上、下洞首兩邊墻內總凈寬12.20m，洞身段兩邊墻內總凈寬從中間向兩洞首分別由13.40m變至12.80m再變至12.20m。根據老涵洞的幾何尺寸核算，空間布置不存在問題。（見圖1）

2 原地涵拆除方案與內置方案比選

1）內置方案保留側墻擋土，可減少土方開挖量和回填量。老涵洞側墻總高度5.2m，考慮到一定的安全儲備，擋土高度至少可利用3.5m，在施工過程中采取一定的措施和合適的施工次序，擋土高度還可以提高。按利用擋土高度3.5m考慮，土方開挖量可減少20000m3，開挖量減少，基坑回填土工程量也大大減少；

圖1 洞身水平段35m及兩側各40m范圍

新老地涵相對位置關系圖

2）內置方案保留側墻和底板，可提高基坑穩(wěn)定性和安全性。原地涵兩側均為回填土，長期處于水下，該層土的邊坡穩(wěn)定性差，通過內置方案可解決基坑穩(wěn)定問題，內置方案利用側墻擋土，減小了基坑開挖深度，對邊坡的要求較低，不需要采取特殊的支護措施，確保基坑穩(wěn)定和安全；

3）內置方案保留側墻和底板，可減少拆除工程量和廢渣處理工程量。經核算，全部拆除總方量約9000m3，總重約2萬噸，按內置方案拆除約3600余m3，因回填底板拱腔耗費約1600m3，廢渣清運工程量約2000m3左右。內置方案拆除工程量減少近60%，廢渣清理工程量減少近80%；

4） 內置方案保留側墻和底板，能夠縮減工期，降低施工難度。基坑土方和拆除工程量的大幅減少，可縮減工期，減少土方和建筑廢渣的堆放場地，降低施工強度，利用保留的側墻作新建箱涵的外模，減少了立模工作量和模板用量。同時有利于工場布置、施工機械的配置、場內交通運輸；

5） 內置方案保留側墻和底板，可減少施工降排水壓力。工程所在地持力層地基為粉質粘土，透水性較差，通過井點降水以期獲得干燥的施工面收效不大。采用內置方案，新地涵基本在老地涵底板和側墻所形成塢式結構中施工，由于塢式結構的阻擋，確保無水施工，排水要求可大大降低，只需在塢式結構以外的基坑面上采用明溝排水，不一定要采用井點降水。

3 內置方案須深入關注的問題

1） 老地涵側墻的穩(wěn)定和底板的強度。保留側墻和底板，拆除頂蓋及中間隔墻后，結構的受力工作狀況發(fā)生改變，側墻失去了上支撐后，變?yōu)橹亓κ綋鯄Γ坏装迨チ藟褐睾椭С校呡d未變的情況下，受力發(fā)生改變。經復核計算，選擇側墻的合理擋土高度，總體上是安全的，但在實際施工拆除過程中，側墻會有局部松動和損壞。因此，要密切關注其變形并采取措施保證老側墻和老底板安全；

2） 要研究蓋板和中墩拆除的方法和次序。由于本工程要保留側墻和底板，要盡可能地對保留部分結構損傷減少到最小。需研究蓋板和中墩拆除的方法和次序，在拆除上蓋及中隔墩時考慮分期，間隔性保留少量留待下一步拆除，同進結合新涵洞的施工也是分期和間隔進行的，可將兩者的施工次序和安排吻合起來；

3）新涵洞基礎建在未拆除的老涵洞漿砌塊石基礎上，要考慮應力不均及沉降等問題。一是對地基產生的附加應力，完建期地基反力最大，保證地基反力在持力層地基允許承載力之內。二是新涵洞截面為整體連續(xù)箱涵結構，剛度大，反力上的些許不均勻所引起的結構內應力在結構承受范圍之內，否則由于結構應力變化容易造成新建涵洞墩墻產生裂縫。

4 結論

本文通過對計方案比選優(yōu)化，確定新建地涵布置在老地涵內的方案，經施工驗證，該方案減少了基坑土方開挖、回填量，解決了基坑支護和無水施工，保證了基坑穩(wěn)定和安全，降低了施工難度，達到了保證工程安全、質量、減少投資和節(jié)約工期的目標。

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【關鍵詞】建筑結構；優(yōu)化；房屋建設

隨著社會的發(fā)展，人們對于建筑的要求越來越高。建筑工程的結構越來越復雜，建筑面積越來越大，建筑層數越來越高，要求建筑成本控制與建筑結構優(yōu)化技術，對建筑工程提出了更多的挑戰(zhàn)。采取相應的結構優(yōu)化技術，提高設計水平，能夠降低當前的投資成本，提升建筑質量。建筑結構優(yōu)化主要包括房屋整體設計的優(yōu)化和內部細節(jié)的優(yōu)化，在建筑結構優(yōu)化建設中，對相關的制約因素進行分析，落實優(yōu)化技術措施，提升優(yōu)化水平，能夠促進建筑結構設計水平的提升。本文從建筑結構優(yōu)化的概念與優(yōu)化技術探討建筑結構的優(yōu)化技術措施。

1、建筑結構優(yōu)化技術概述

1.1 建筑結構優(yōu)化技術概念

建筑結構優(yōu)化技術是在建筑結構設計中，根據建筑工程的需求，考慮到布置、造型、造價等因素，運用相關的技術和方法，對建筑結構的相關內容進行優(yōu)化設計，確保設計工程質量與施工效率的技術的總稱。建筑結構優(yōu)化技術具有自身的顯著特征，設計過程中，需要在考慮建筑工程需求的基礎上，采取針對性的設計策略，對不同的設計方案進行對比，選擇最優(yōu)方案，對工程建設進行指導，提升工程建設項目效益。

1.2 建筑結構優(yōu)化技術的內容

房屋建筑最重要的是建筑安全以及使用價值，對于建筑工程而言，在保障建筑質量的前提下，對建筑結構進行優(yōu)化設計。具體而言，建筑工程優(yōu)化的主要內容包括對房屋的整體結構的優(yōu)化以及房屋細節(jié)構造的優(yōu)化設計，通過整體和部分的結構優(yōu)化設計，逐步進行劃分，從而獲得最優(yōu)化的分析設計。

1.3 建筑結構優(yōu)化的意義

通過優(yōu)化設計，能夠提升建筑空間的使用效率。建筑結構優(yōu)化設計，能夠提升設計水平，對各部分結構進行合理的安排，確保建筑結構的美觀實用，同時有利于降低建筑工程造價。實踐表明，建筑結構優(yōu)化設計能夠節(jié)省成本5-20%，從而提升建筑工程效益。

2、建筑結構優(yōu)化技術組成

為了提升建筑的建設質量，具體的優(yōu)化技術包括以下方面。

2.1 概念優(yōu)化設計

概念優(yōu)化設計主要包括以下的技術：（1）結構優(yōu)化模型，房屋建筑的結構優(yōu)化設計首先需要選擇設計變量，設定目標控制參數與約束控制參數，確定目標函數與約束條件，對于房屋結構中的結構條件、尺寸約束、結構強度約束、應力約束、變形約束等參數進行確定，將設計的約束條件與目標約束條件相比較，選擇最優(yōu)的約束條件，使設計成本最小，從而實現最優(yōu)設計；（2）優(yōu)化設計計算方案，合理選擇優(yōu)化設計計算方案，可以選擇復合形法、拉氏乘子法等方法，對相關參數進行計算；（3）進行程序設計，采用合理的計算程序與結構優(yōu)化模型，編制功能齊全、運算速度快的綜合程序；（4）結果分析，對計算結果進行分析，從成本、施工等多角度進行計算，確保計算結果滿足安全的需求，確保優(yōu)化設計適用、安全、經濟、美觀和便于施工。

2.2 樁基優(yōu)化技術

建筑結構樁基優(yōu)化措施包括以下方面：（1）樁靜載荷試驗以及單樁承載力調整，基礎試樁以及工程樁的檢驗可以看到，近年來許多基礎樁的承載力大于計算值，因此在計算的過程中，采用試驗樁的實際承載力進行樁基基礎的計算，能夠提升樁基工程的承載力穩(wěn)定性，降低樁基工程成本，提升樁基工程的效益，在樁基結構優(yōu)化中，需要按照試驗樁進行樁基設計與施工，按照樁基承載力以及荷載試驗進行研究，通過調整單樁承載力的特征值，優(yōu)化樁基數量計算；（2）樁身配筋調整，根據《建筑樁基技術規(guī)范》對樁承載力以及裂縫控制的要求，在樁基計算中，需要對不同鋼筋級別對承載力的影響進行分析，在對樁基計算的基礎上，合理計算配筋率，將樁身配筋進行計算，在確定樁靜荷載和樁中心距等參數的情況下，按照樁基頂部能夠承受的豎向力計算配筋率。建筑主體結構的計算中，部分結構的柱墻底彎矩非常大，在計算的過程中，通過配筋率的計算嚴格控制裂縫，在確保靜荷載力、彎矩等參數的基礎上，進行配筋計算，確保所有樁基的配筋率均能滿足樁基礎的承載需求，滿足樁基裂縫控制的目的；從樁身出發(fā)，將樁身中部以下部分進行減半處理，從而減少鋼筋用量，降低工程成本。

2.3 施工優(yōu)化設計技術

施工優(yōu)化設計技術主要包括以下的流程：（1）結構整體和局部優(yōu)化，建筑結構優(yōu)化應該具有層次慈寧宮，從設計體系、結構體系、安裝體系等多層次的體系，結合建筑結構的需求，確保設計體系的完整性，除了結構整體設計之外，還需要從材料選取、構件選擇、結構類型等方面完成優(yōu)化選擇，確保所選擇的材料滿足建筑結構的需求，從整體入手，細化設計工作，提高設計水平；（2）樁基礎與上部結構優(yōu)化，從樁基礎施工開始，合理選擇樁基施工技術，當前常用的樁基礎包括預制樁和灌注樁兩種不同的類型，灌注樁的施工難度較高，預制樁的質量可靠，能夠顯著提高地基承載力，根據地質特點與建筑工程的需求選擇樁基礎施工技術；在上部結構設計時，根據建筑方案合理布置柱、剪力墻等豎向構件，保證其滿足側向剛度和承載能力的要求的前提下，達到最優(yōu)的經濟性；（3）不同階段結構優(yōu)化，對建筑的基礎結構、上部結構、細部結構等各部分設計時，從整體到細部進行合理優(yōu)化設計，實現各部分的協調優(yōu)化設計，在設計中，除了確保建筑的設計安全之外，還需要保障設計的美觀，在建筑結構柱、墻的設計中，在保證結構質量的基礎上，盡量簡化建筑系統，選擇自重較輕的原料，以實現減輕結構自重的目的，同時確保各部分的結構美觀，在應力集中、受力方向較多的轉角區(qū)域進行加固措施，確保結構的穩(wěn)固。

3、建筑結構優(yōu)化技術的應用策略

3.1 前期優(yōu)化設計

前期設計是影響建筑結構優(yōu)化設計的關鍵，在建設過程中，需要根據建筑結構的需求，考慮到結構的合理性以及可行性的情況下，對設計結構進行有關設計。在前期設計中，除了確保結構設計滿足建筑的需求之外，還需要結合建筑的成本、計算設計等方向進行分析，設計合理的建筑方案與施工方案，盡量降低總投資，確保設計的合理性。

3.2 合理的運用概念設計

概念設計是房屋建筑結構設計的重要內容，在概念設計中，通過對建筑結構進行分析，再此基礎上提高房屋性能、經濟性，確保房屋結構的優(yōu)化設計。在建筑結構優(yōu)化設計中，合理的運用計算程序，對建筑結構的周圍環(huán)境與建筑結構的內部進行分析，合理的篩選設計方案，從而選擇最優(yōu)的概念設計方案。比如在地震區(qū)的建筑設計中，需要對地震區(qū)的地質環(huán)境進行分析，考慮到建筑結構減震的需求，合理的選擇結構優(yōu)化方案；在概念設計中，合理的選擇設計軟件與信息技術，根據設計人員的經驗進行判斷，確保最終方案的適用性與經濟性。

3.3 解決房屋建筑結構設計的實際復雜問題

建筑結構優(yōu)化設計中，需要考慮到建筑結構設計的復雜問題，從前期設計開始，加強結構優(yōu)化設計管理，通過概念優(yōu)化設計，加強建筑物的抵御能力，確保建筑物能夠抵抗外部環(huán)境的影響，增強建筑結構的穩(wěn)定性與安全性，同時達到合理的節(jié)省建筑總的建造成本。

4 結語

建筑是凝固的藝術，建筑結構優(yōu)化技術是確保建筑結構優(yōu)化的有效措施，對于建筑結構具有重要的意義。根據建筑結構的適用、安全、經濟、美觀和便于施工的原則，對建筑結構的整體以及細部進行合理設計，有效的發(fā)揮建筑的空間效果，降低建筑成本，優(yōu)化設計的各個部分，提升設計水平的提升，提升建筑工程質量。

參考文獻 ：

[1] 師永國 . 房屋建筑結構設計中優(yōu)化技術應用分析 [J]. 建材發(fā)展導向（上），2014，（6）：162-162，163.

篇8

關鍵詞：結構優(yōu)化設計的方法、基礎優(yōu)化設計，現實意義

Abstract: in the building structure design, the choice of different design, and choose different kinds of building materials of engineering cost will be produced great influence, so the structure optimization design scheme is particularly important, this paper mainly expounds the structure optimization design method, as well as to the need for the main part of the optimization design was analyzed, and puts forward the structure optimization design of practical significance.

Key words: the structure optimization design method, on the basis of the optimization design, the practical significance

中圖分類號：TU318文獻標識碼：A文章編號：

開發(fā)商只有不斷尋求新的手段才能滿足消費者的需求，因此降低工程造價就成為開發(fā)商首要的追求目標了，要實現這個目標就需要利用結構設計的優(yōu)化設計方法，來提高有限空間的利用率，使有限的資源發(fā)揮更大的作用。

一、結構優(yōu)化設計的方法

一個優(yōu)秀的建筑不僅僅是美觀與優(yōu)化結構設計的緊密配合，更是滿足了人們對房屋結構安全性能、經濟性和設計合理的要求，所謂的結構優(yōu)化設計方案，就是結合原來的設計方案、新的工藝和設備、新材料的投入，對局部的設計進行改變，不僅要滿足技術和功能可行性的要求，還要節(jié)約材料使工程造價明顯降低。

1、建立結構優(yōu)化設計的模型

結構優(yōu)化設計是在各種變量參數中選擇主要的參數，并為其建立函數模型，運用合理科學的方法計算出最優(yōu)解。建立優(yōu)化結構模型的步驟大致如下：一是，選擇合理的設計變量。因為各種設計變量的選擇對設計要求的影響是比較的大，在設計的過程中可將所涉及到的變量按照其自身重要性進行區(qū)分，將一些變化不大的參數定為預定參數，通過此項工作能減少計算和編程的工作量。二是，確定目標函數。房屋結構可靠度優(yōu)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(tài)下彈性約束到終極狀態(tài)的彈塑性約束、從可靠指標約束到確定性約束條件等。①在設計的過程中，要保證各種約束條件必須符合要求，找到滿足條件的最優(yōu)解，并確定約束條件。

2、選擇結構優(yōu)化計算方案

結構優(yōu)化設計是個非線性的優(yōu)化問題，在設計中涉及到多個變量和多個約束條件，設定好計算方案，通常是將約束條件變?yōu)闊o約束條件來計算。拉式乘子法、復合型法和POWELL等方法是常用的計算方法，在完成了相應的計算方案后再進行編程運算即可完成最終的優(yōu)化設計結果。

二、需要進行優(yōu)化設計的主要部分

在建筑結構優(yōu)化設計中，不同方案和不同建筑材料的選擇對工程的造價都會造成不同影響，尤其是在基礎類型的選用、開間的確定、層高與層數的確定以及結構形式選擇等方面都有著重大關系。據統計，在滿足同樣功能的條件下，經濟合理的優(yōu)化設計可以使工程的造價降低10%左右。基礎、柱、墻體、樓板、梁、屋面板等是建筑結構的主要組成部分，這幾個部分在工程造價中所占的比例也不相同，結構優(yōu)化設計時對工程的造價影響也不相同，所以在優(yōu)化方案設計過程中的側重點也不盡相同。

1、對基礎結構的優(yōu)化設計

基礎結構在整個工程工期的1/4左右，并且基礎造價也占到總造價的10%-20%，所以基礎工程結構的重要性也是顯而易見的。而且基礎結構工程的造價還與地質條件是密切相關的，設計時對地質勘探報告要求也是極高，選擇合理的基礎形式、控制好基礎的截面尺寸和埋深，能相對減少基礎結構在總工程造價中的費用。

2、柱網布局和柱子截面的優(yōu)化設計

柱網布局決定柱子的開間和跨度（縱向或橫向相鄰的兩個柱子的間的距離），柱網的尺寸一般來說在6到12米之間，如果柱距小那么其傳力路線就短，上部結構的材料就能節(jié)省，但是這可能使基礎費用偏高，所以說柱網布局是否合理，對工程的造價有很大的影響。另外，柱子的截面形狀和尺寸對工程造價也有著直接的影響，所以合適的柱網布局、柱子截面的形狀及尺寸的選擇對工程造價的影響是很明顯的。

3、梁的優(yōu)化設計

在結構設計時通常采用矩形截面梁當做受彎梁，但是這種情況下材料的利用率較低。因為，首先，在靠近中和軸附近的材料的應力較低，再者，梁彎矩會沿梁長變化而變化。由于截面梁大部分區(qū)段的應力較低，材料都不能得到很好的利用，要想提高材料的利用率，在設計時可采用平面桁架來代替矩形梁，此時平面桁架就相當于掏空梁，掏去了梁中多余的材料，減輕了其自身的重量，這樣既經濟又實用，大幅度地提高材料的利用率。

4、結構構件配筋計算的優(yōu)化設計

在計算建筑物構件尺寸及配筋的過程中，多次反復調整構件尺寸并進行計算，從中總結出最優(yōu)化的結構尺寸，使得在一個固定荷載常數下，得到最為經濟的計算結果。計算結果應滿足兩個重要的指標：a、計算結果應首先確保結構的安全性，這是重中之重。b、在滿足安全的前提下，使配筋量大致控制在結構計算配筋的范圍內，使得構件內的鋼筋量切實地發(fā)揮其受力作用，而并非作為僅僅起到支架作用的構造配筋量。經本人粗略統計，采用此法設計，可以使得最終鋼筋量控制在首次計算結果的80%至90%左右。

三、結構設計優(yōu)化的現實意義

1、降低工程總造價

在進行結構優(yōu)化設計時，高層與多層住宅相比，層數明顯更多，這樣總建筑面積也就增大了，單位建筑面積占用的土地面積就越小，從而節(jié)約了用地成本，但建筑層數的增多，建筑物的總高度也會加大，這就需要增大樓與樓之間的間距，這時所占土地量的節(jié)約就與建筑層數增加不成比例了，因此合理計算單位占地面積在降低總成本中顯得更為重要。另外，在高層中一棟樓只有一個屋蓋，這并不會因為層數的增加而改變，所以它的成本會有比較明顯的下降。

2、提高建筑物結構性能的經濟性

由于建筑物層數的增加，使得墻體面積和柱體積總面積有所增加，結構的自重會有所增加，這樣基礎部分和柱的承載力也會相應地增加，水、電、暖的管線就會加長；相反如果降低層數，就可以節(jié)省材料，提高抗震能力，同時由于建筑的總高度有所減小，兩建筑之間的日照距離也會減小，這樣就間接地節(jié)約了用地。在建筑面積相同，建筑物采用不同形狀的平面時，它們外墻的周長也不相同，這樣當選擇圓形或是越接近方形時，外墻周長系數是越小的，從而使得基礎部分、外墻砌體、內外裝修表面都會隨之減少，同時其受力性能也將得到大大的提高，也就增加了建筑的經濟性。

四、結束語；通過優(yōu)化設計手段進一步加深對結構優(yōu)化設計在工程造價控制中的重要性認識，創(chuàng)造合適的條件，確定合理的目標，采用科學的控制方法，各個方面達到最佳結合，降低工程的總造價，這不僅符合現今建筑商對于建筑結構效益的追求，也是市場可持續(xù)發(fā)展的需求，更是適應綠色環(huán)保的要求。

參考文獻

篇9

【關鍵詞】建筑結構、優(yōu)化設計、要求、思路

中圖分類號：TB482.2 文獻標識碼：A 文章編號：

隨著時代的發(fā)展，建筑結構的優(yōu)化設計已經成為人們生活品質的一種時尚追求，符合時代潮流，越來越受歡迎。一般來講，建筑結構設計必須全方面考慮工程成本、后期維護、客戶需求、環(huán)境保護等因素。以下簡單介紹了建筑結合優(yōu)化設計的要求和改進思路。

1.國內建筑結構優(yōu)化設計的基本要求

1.1滿足建筑結構優(yōu)化設計的功能

從本質上講，建筑結構的優(yōu)化設計的目的是提供更加優(yōu)質、舒適的生活條件給住戶，滿足住戶更高的生活品質追求。在國家經濟社會快速發(fā)展，人們生活水平大幅度提高的社會條件下，滿足人們對建筑設計的美觀、實用、舒適功能需求，是建筑結構優(yōu)化設計的重要要求。

1.2提高建筑結構優(yōu)化設計的經濟效益

在確保建筑結構設計的質量安全的前提下，應充分考慮如何提高建筑結構優(yōu)化設計的經濟效益。通過有效控制工程成本，選擇新型材料施工，合理估算工程所需物料，提高施工工藝和施工技術水平，減少建設資金的投入，避免人力、材料、物料大肆浪費現象的發(fā)生，響應國家建筑資源節(jié)約型社會的號召，真正提高建筑結構優(yōu)化設計，同時在很到程度上更容易得到客戶的認可，小投入得到大產出[1]。

1.3綜合考慮建筑結構的各項安全要素

建筑結構的優(yōu)化設計除應考慮結構的功能、經濟效益外，還應該重點考慮建筑結構的安全性，否則，沒有安全保障，其他都是空談，不能長久。因此，在建筑結構的優(yōu)化設計時，必須綜合考慮影響建筑結構安全的各項要素，做好防范措施，確保建筑結構的質量安全過關。

1.4倡導建筑綠色設計，推廣環(huán)保理念

隨著節(jié)能、環(huán)保觀念的普及，建筑結構的優(yōu)化設計也應該適應時代潮流，倡導綠色設計，推廣建筑設計的環(huán)保理念，為保護生態(tài)自然環(huán)境貢獻一份力量。建筑結構優(yōu)化設計的綠色環(huán)保主要體現在：一是選擇節(jié)能、環(huán)保的建筑原材料，二是優(yōu)化排水硬件設備，三是門窗材料的應選擇新型的環(huán)保材料；四是循環(huán)利用各種施工廢料，科學處理各類垃圾，防止其對環(huán)境造成“二次污染”[2]。

建筑結構的優(yōu)化設計的新思路

2.1重視建筑結構優(yōu)化設計方案的科學性和可行性

建筑結構優(yōu)化設計的質量和最終設計效果在很大程度上受結構優(yōu)化設計方案的影響，因此必須重視建筑結構優(yōu)化設計方案的科學性和可行性，制定出優(yōu)秀、可靠的建筑結構優(yōu)化設計方案。在實際的編制方案時，設計人員應重要主要以下幾點要求：一是認真選擇合格、協調、一致的建筑構配件，確保全部的建筑零配件都能發(fā)揮最大效能，確保建筑結構的優(yōu)化設計水準符合預期目標，減少投入資金，降低工程成本；二是樹立全局的指導思想，充分考慮結構和各個配件的內在關系，提高其承載性能，發(fā)揮其優(yōu)秀的延展性，確保其剛性最佳；三是在建筑結構的優(yōu)化設計時，應注意對傳力路徑的設計進行簡易化，提高建筑結構的安全性，避免傳力環(huán)節(jié)的復雜造成的過多結構配件，增加工程造價、提高計算的誤差概率、甚至引發(fā)安全故障等不好現象。四是充分考慮外力給結構造成扭轉的影響，應明白通過簡單的增加構件的方法來阻擋建筑結構發(fā)生扭轉是不切實際的，這樣只能造成更多原料的浪費，降低建筑工程的經濟效益，還會給建筑結構埋下安全隱患。

2.2選擇合適的方法進行建筑結構的優(yōu)化設計

選擇合適的方法進行建筑結構的優(yōu)化設計是設計成功的重要保證，因此，設計人員應該根據客戶需求、設計要求和設計的主要內容，用最快的速度把最佳的建筑結構樣式確定下來，然后逐個對結構樣本進行分析，充分考慮其成本投入，并把設計的界限和范圍了解清楚。注意在施工圖紙的繪制時，應該充分考慮結構估算結果的結合，充分考慮建筑結構計算的需求，充分考慮優(yōu)化規(guī)范的要求，充分考慮施工流程和施工工藝的可操作性，并且要求圖紙上的文字表達清晰、簡要、完整。另外，注意在進行結構計算時，必須根據之前明確規(guī)定好的操作規(guī)程，密切結合建筑結構進行優(yōu)化設計的實際條件來選擇適合的計算策略[3]。

2.3設計人員應努力提高設計水平，提升綜合業(yè)務素養(yǎng)

設計人員的設計水平和業(yè)務素養(yǎng)直接影響建筑結構的優(yōu)化設計成果。因此設計人員應該從自身做起努力提高設計水平，提升業(yè)務綜合素養(yǎng)。主要的措施有：一是設計人員必須努力學習美學、建筑學、藝術學、設計學等多學科知識，并在實踐設計中將理論融會貫通，把力學和優(yōu)化設計方法密切結合，設計出優(yōu)秀的建筑結構優(yōu)化方案，使得建筑結構設計優(yōu)化成果更加符合人們美觀而實用的需求。二是設計人員應該加強全局控制意識，充分考慮建筑住戶的品味需求和客觀功能需求，實事求是，多角度展開設計，防止出現顧此失彼情況，做到對建筑結構設計質量和設計水平有整體性的把握。三是設計人員必須增強自身的責任感，發(fā)揮團結合作精心，盡最大可能縮短周期，以降低建筑結構的資金投入，節(jié)約成本，提高經濟效益。四是設計工程師必須精準把握施工工藝和施工流程，確保優(yōu)化設計方案在實際施工時的可操作性。五是設計人員應該及時總結工作經驗并有效利用設計特長。六是設計人員必須對建筑結構各部位的抗震強度和承載力度有清晰了解，懂得合理選擇對柱、梁、板等的施工材料，能夠準確把握結構橫截面的各種不同尺寸。七是設計工程師在設計過程中應該具有創(chuàng)新精神，通過不斷總結工作經驗，努力改進優(yōu)化方式，實現建筑設計的完美和細致化。

2.4提高原材料的綜合使用效率，優(yōu)化資源配置

材料是建筑的基本構成因素，所以建筑結構的優(yōu)化設計也必須提高原材料的綜合使用效率，減少原材料的浪費，促進優(yōu)化資源配置。在建筑結構的優(yōu)化設計時，原材料的選應該注意注意以下幾點：一是必須充分考慮到當地環(huán)境，因地制宜，選擇合適的建筑材料。二是必須充分考慮全部結構零部件的性能特征以及所占用的空間大小進行選擇原材料。三是必須充分考慮建筑住戶的喜好需求，選擇材料能設計運用符合客戶喜好。四是必須充分考慮原材料的環(huán)保和節(jié)能性能，以符合建筑結構優(yōu)化設計的節(jié)能、綠色環(huán)保要求。五是必須充分考慮原材料的質量安全和使用年限要求，確保建筑結構的質量過關。因此，只有根據具體條件具體分析的原則，實施求是的選擇合適的原材料，才能實現建筑結構的美觀和功能需求[4]。

3.結語

綜上所述，有關建筑結構設計的優(yōu)化設計的分析具有重要的現實意義。通過明確建筑結構優(yōu)化設計的美觀、功能、環(huán)保、安全等基本要求，設計人員應樹立全局的設計理念，提高建筑結構優(yōu)化設計方案的科學性和可行性，提高自身設計水平和綜合業(yè)務素養(yǎng)，提高原材料的綜合使用效率，優(yōu)化資源配置，提高結構優(yōu)化設計的經濟效益，確保建筑結構的質量安全，確保建筑結構設計效果更加貼切符合人們的審美要求和實用功能需求。同時，提高我國建筑結構設計的優(yōu)化設計水平，促進我國建筑結構優(yōu)化設計事業(yè)的長期快速發(fā)展。

【參考文獻】

[1]劉長城，崔建敏.高層建筑結構設計分析[J].華章，2010，No.22623:233-234.

[2]李平安.建筑結構優(yōu)化設計分析[J].科技致富向導，2011，No.37803:237.

篇10

關鍵詞:建筑結構；優(yōu)化設計；四位一體

科學技術的不斷創(chuàng)新，推動經濟不斷向前快速發(fā)展，人們對物質生存環(huán)境提出了更高了要求，而建筑是人類物質生存環(huán)境的重要載體。近年來，節(jié)能環(huán)保型社會建設理念的不斷深入人心，進一步加劇了建筑的需求者與供應者對建筑結構優(yōu)化設計的需要。建筑結構的優(yōu)化設計，不但滿足了投資者控制建筑投資成本的目標，而且更加符合了使用者對建筑本體功能的需求，從而實現了社會整體經濟效益的最大化。因此，建筑結構的優(yōu)化設計，在市場經濟下的節(jié)能環(huán)保型社會越來越成為可行。

建筑結構優(yōu)化設計概析

建筑結構的優(yōu)化設計主要體現在建筑工程的決策階段、設計階段、建設階段。在建筑工程的決策階段，確定結構優(yōu)化設計所要達到的總體目標，滿足本體功能，最大程度保障安全性，縮減投資成本；在建筑工程的設計階段，確定每一個子系統及整體結構的優(yōu)化布局；在建筑工程的建設階段，以結構優(yōu)化設計為建設原則，組織建設好每一個子系統從而實現整體結構優(yōu)化布局。決策階段結構優(yōu)化選擇是關鍵，設計階段結構優(yōu)化設計是核心，建設階段結構優(yōu)化建設是基礎，三個階段互相驗證、互為補充、缺一不可。

建筑結構優(yōu)化設計的基本要求：1、體現功能性，建筑結構優(yōu)化的終極目標就是為了滿足人類對物質生存環(huán)境的最大化需求。同時，對功能性的滿足也不再局限于傳統的實用，而是增添了舒適性、美觀性、協調性等多種新元素。2、安全性，安全性為建筑結構優(yōu)化設計的必然考慮因素。同時不能一味追求建筑結構的優(yōu)化設計，忽略決策階段、設計階段、建設階段的安全性。3、經濟性，經濟性是指通過建筑結構的優(yōu)化設計，最大化的節(jié)約各種材料資源，達到減少建設成本的目標。4、環(huán)保性，建筑結構設計的環(huán)保性是繼經濟性之后的一大更高要求，建筑結構優(yōu)化設計過程通過材料選用品種的環(huán)保、整體布局的環(huán)保來體現可持續(xù)的發(fā)展理念。

二、建筑結構優(yōu)化設計的策略、安全與經濟

1、結構優(yōu)化設計中的材料選用

結構優(yōu)化設計中的材料選用首先是要能體現功能性、保證安全性，其次才是體現經濟性。建筑結構優(yōu)化設計中的材料選用主要涉及到混凝土和鋼筋。單一的混凝土使用，早已不能滿足高層建筑結構功能性與安全性的要求；單一的鋼筋使用，同樣無法滿足高層建筑結構的要求，更無法體現材料使用的經濟性與環(huán)保性。于是，混凝土與鋼筋材料融合成為復合體，功能性、安全性、經濟性與環(huán)保性四位一體得以共同體現，鋼筋混凝土結構成為建筑結構優(yōu)化設計的重要結構。

根據建筑結構的不同受力特點、周圍環(huán)境和材料的力學性能特點，鋼筋混凝土復合體材料應運而生。在鋼筋混凝土結構中,以受壓為主的梁柱,充分發(fā)揮鋼筋混凝土材料中混凝土抗壓性能強的特點,盡最大化可能采用高標號混凝土,既可以減小構件截面,同時也增加使用空間,還能減輕結構自重。梁板以受彎為主,可采用高強度鋼筋，減少鋼筋使用量,另一方面要注意鋼筋混凝土結構中鋼筋與混凝土強度的合理匹配,最大限度地發(fā)揮出復合體材料的特有性能。對于高層建筑的結構轉換層和受力復雜的結點部位以及大跨度結構,應采用型鋼混凝土和預應力混凝土或鋼結構等,保證其功能性、安全性、經濟性的最大化性能發(fā)揮。

在實際工程作業(yè)過程中,因材料選用不當造成功能性、安全性、經濟性無法得到最大化保證的情況很多。比如,經常出現的鋼筋混凝土現澆板中混凝土標號過高的現象,高標號的混凝土不能充分發(fā)揮其強度性能,而且為抵抗高強混凝土較大的收縮變形和滿足最小配筋率要求,板中鋼筋的配筋量也相繼增加,直接導致鋼筋的使用量增加，間接影響工程投資成本的提高。所以，在建筑條件允許的情況下,應盡可能降低混凝土設計強度。同時由于混凝土設計強度的降低,可以有效地降低墻及樓板的裂縫,特別是地下室外墻板,減少后期的修補費用,保證了其功能性、安全性、經濟性。

2、結構優(yōu)化設計中的構件布置

建筑結構優(yōu)化設計中的構件布置主要涉及梁、柱子、剪力墻的布置與設計。目前，高層建筑的結構設計大多采用框架―剪力墻結構體系,這種體系由鋼筋混凝土框架和鋼筋混凝土剪力墻兩部分組成,框架的梁柱為剛接,框架與剪力墻可為剛接,也可為鉸接。高層建筑體型日趨復雜,各種不同功能的建筑用房綜合在一起,組成形態(tài)各異摩肩接踵的高層建筑,給建筑結構優(yōu)化設計增加了一定的難度,而框架―剪力墻結構體系具有靈活組成使用空間的優(yōu)點,比較容易滿足建筑物的使用要求,而且框架―剪力墻結構體系有較高的承載力,較好的延伸性和整體性,并且具備很強的吸收地震力的能力,從而大大減小了結構本身的側移。因此，在建筑結構優(yōu)化設計的實踐過程中，在框架―剪力墻結構設計中,剪力墻剛度的確定除了必須滿足強度條件外,還必須使結構具有一定的側向剛度。基于此,剪力墻剛度的大小將直接影響到結構的安全性及工程造價成本。另外，在框架―剪力墻結構初步設計階段,簡捷、準確地確定框剪結構中剪力墻最優(yōu)數量,即可避免重復、繁瑣的結構剛度調整計算,還可以達到減少經濟成本的目標。

梁的選用與布置。常規(guī)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，最終還是無法實現社會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。但寬扁梁在經濟指標上與常規(guī)梁相比并不是最優(yōu),由于y方向截面高度減小,使得縱向鋼筋的配筋率較高,同時撓度偏大。在跨度進一步加大的情況下,也可采用預應力梁,以滿足建筑物的特殊要求,但費用較高。此外，高層建筑框架柱截面大小主要由軸壓比控制,在上部軸力一定的情況下,可以通過加大柱截面、提高混凝土設計強度、加大柱箍筋、采用鋼混凝土柱等不同方法來控制柱軸壓比，最大化程度保證功能性與安全性。

3、結構優(yōu)化設計中的整體布局

在注重局部結構優(yōu)化設計的同時，同時也應注重結構的整體布局與優(yōu)化，因為局部結構的優(yōu)化設計并不必然導致整個主體結構同樣實現了優(yōu)化布局，簡單拼湊最終無法實現整體結構的優(yōu)化設計，無助于建筑本體實現最大化功能性、經濟性、安全性。為實現這些目標，需要結構設計者用整體的概念在特定的建筑空間中來完成結構總體方案的構思,處理好構件與結構、結構與結構的關系,充分利用和發(fā)揮整體結構和構件的最佳受力狀態(tài),使結構具備足夠的承載力、剛度和良好的延伸性; 通盤考慮整體結構的每一個構件,使結構構件能夠協調一致發(fā)揮其最大效能,確保達到規(guī)范規(guī)定的設計目標水準, 實現整個結構安全可靠度的協調一致性，實現經濟又安全的雙重目標。