结构优化方法范文篇1
【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
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
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.