时间：2023-07-17 17:22:52
开篇：写作不仅是一种记录，更是一种创造，它让我们能够捕捉那些稍纵即逝的灵感，将它们永久地定格在纸上。下面是小编精心整理的12篇工程结构优化设计，希望这些内容能成为您创作过程中的良师益友，陪伴您不断探索和进步。
关键词：框架结构 梁柱截面尺寸 优化设计
一．前言
随着社会的发展，结构设计[1]在土木工程中显得尤为重要。通常结构设计是规范加上工程师经验的产物，同一建筑物采用不同的结构设计方案会造成结构造价很大的差别。因此对建筑物进行工程造价控制避免材料浪费显得十分有意义。
二.结构优化设计简介
结构优化设计是近二十多年发展起来的一门新技术，它的出现，使设计者能从被动的分析、校核而进入主动的设计，这是结构设计上的一次飞跃。从已有经验看，与传统设计相比，用优化设计可以使土建工程降低造价5%-30%。优化设计能最合理地利用材料的性能，使结构内部各单元得到最好的协调，并具有规范所规定的安全度。同时，它还可为整体性方案设计进行合理的决策，优化设计是实现设计的最终目标-适用、安全和经济的有效用途。具体的结构，建筑结构的用材的选用直接影响结构成本，合理选择结构的用材不仅能保证结构设计的安全和合理，还能达到节省结构工程的造价。比如混凝土强度等级的选用，以及钢筋的选用和优化，还有结构构件截面尺寸的优化。下面以框架结构中梁柱尺寸进行优化为例进行探讨。
三．结合实际工程
1.工程概况
本工程为辽宁省锦州市的六层宿舍楼，结构类型为框架结构。建筑面积3806.05m ,本层一层层高4.20米，二至六层层高3.0米。建筑总高度22.65米。本工程为三类建筑，耐火等级为三级，六度抗震设防，设计使用年限为50年。
2.结构梁柱尺寸的选取
[2]在钢筋混凝土结构设计中，通常根据梁的跨度来估算梁截面高度，然后再根据高宽比来估算其梁截面的宽度。一般在钢筋混凝土结构中规定主梁的跨度一般在5～8m为宜，梁高取跨度的1/15～1/10;次梁的跨度一般在4～6m,梁高为跨度的1/18～1/12,梁宽取梁高的1/3～1/2。同时框架结构中柱子的截面的尺寸是根据作用在柱上的负荷面积的大小柱子的轴压比限制比来进行计算。方案一（初始方案）运用PKPM结构设计软件计算在本框架结构中一层柱子尺寸取600*600，二至六层柱子尺寸取500*500。边框梁截面尺寸为250*600，中间框梁的截面尺寸250*450,次梁的截面尺寸为250*450。方案二中只改变柱子的截面尺寸，保持梁的截面尺寸不变。一层柱截面尺寸变为550*550，二层柱子尺寸变为500*500,三至六层柱子的尺寸为450*450。方案三中柱子的尺寸保持不变，边框架梁的尺寸变为250*450，中间框梁截面尺寸保持不变。方案四中梁柱尺寸均改变，一层柱550*550，二层柱子尺寸变为500*500，三层至六层截面为450*450，边框梁的尺寸变为250*450，少数跨度大框梁尺寸为250*500，中间框梁的尺寸保持不变.
3.计算结果分析
整个过程中采用PKPM2010V2.1版本进行计算，分别对各种方案进行SATWE-8计算。各参数指标建立如下[3]：
（1）考虑扭转耦联时的振动周期(秒)、X,Y方向的平动系数、扭转系数周期大小与刚度的平方根成反比，与结构质量的平方根成正比。周期大小与结构在地震中的反应有密切关系，否则会发生类共振。扭转周期和平动周期之比是控制结构扭转效应的重要指标，是结构扭刚度、扭转惯量分布大小的综合反应。控制周期比主要是限制结构的抗扭结构刚度不能太弱，使结构具有必要的抗扭刚度，减小扭转对结构产生的不利影响，实质上是控制结构的扭转变形小于结构的平动变形。周期要求比不是要求结构足够结实，而是要求结构刚度步局合理，以此控制结构地震作用下结构扭转激励振动效应不成为主振动效应，避免结构扭转破坏。通过四种方案的对比，结构自震周期满足相关规范的要求。同时四种方案结构扭转为主的第一自振周期与以平动为主的第一自振周期之比均满足《高规》第3.4.5条的规定，A级高度高层建筑不应大于0.9.
（2）最小剪重比剪重比主要是限制各楼层的最小水平地震剪力，确保周期较长的结构安全。抗震规范(5.2.5)条要求的结构X向和Y向楼层最小剪重比=0.80%。通过SATWE-8计算可得第一方案的X向楼层最小剪重比为1.81%，第一方案的Y向楼层剪重比为1.73%。第二方案的X向楼层最小剪重比为1.67%，第一方案的Y向楼层剪重比为1.58%。第三方案的X向楼层最小剪重比为1.66%，第一方案的Y向楼层剪重比为1.65%。第四方案的X向楼层最小剪重比为1.55%，第一方案的Y向楼层剪重比为1.51%。均满足规范的要求。
（3）刚重比刚重比是结构刚度和重力荷载之比，它是控制结构整体稳定的重要指标。高层建筑的稳定设计主要是控制在风荷载或水平地震作用下，重力荷载产生的二阶效应不致太大，避免结构的失稳倒塌。刚重比不满足要求，说明结构的刚度相对于重力荷载过小；但是刚重比过分大，则说明结构经济技术指标较差，宜适当减少墙柱等竖向构件的截面面积。第一种方案的X向的最小刚度比为31.79，Y向的最小刚度比为28.63。第二种方案的X向的最小刚度比为24.48，Y向的最小刚度比为21.90。第三种方案的X向的最小刚度比为28.44，Y向的最小刚度比为26.97。第四种方案的X向的最小刚度比为22.11，Y向的最小刚度比为20.40。四种方案的最小结构刚重比均大于10，能够通过高规（5.4.4）的整体稳定验算。
（4）结构其他指标分析[4]经过PKPM结构设计分析软件，结构的其他指标[5]如柱轴压比，结构位移比和层间位移角，刚度比，参与振动质量比等均满足结构规范的要求。
（5）梁板柱钢筋和混凝土用量比较[5]利用SAT-S将第各方案的钢筋量和混凝土量进行计算，钢筋以3700元/t计算，混凝土以255m3。在原始方案的初步设计下，第二方案通过改变柱子的截面尺寸，结构的工程造价降低了3%，第四方案结构造价也降低了，但是降低的幅度不大。在各项指标合理的情况下，优先选用第二方案进行结构工程造价的控制。
四.结语
本文通过对辽宁省锦州市的一个框架结构锦州港项目四种设计方案进行了对比，通过改变框架梁和柱的截面尺寸，通过PKPM2010V2.1大型结构设计软件，得出在满足结构设计要求各项指标的前提下，根据相关规范要求按照一定的模数减少框架柱和边框梁的截面尺寸会使结构的工程造价降低，同时减少柱子尺寸也会降低工程造价，但是只减少柱子的尺寸结果比较明显。因此在以后的结构设计中应该合理选择截面尺寸，这样既可满足结构的设计要求，又能降低工程造价。只有这样，才能设计出安全、适用、经济、美观和便于施工的建筑物。
参考文献
［1］贺杨，张永胜．高层建筑结构设计优化［J］．山西建筑，2012，38(5):34-35．
［2］中国建筑科学研究院（GB50010—2010）混凝土结构设计规范［S］．北京:中国建筑工业出版社，2011.
［3］建筑抗震设计规范(GB50011—2010)统一培训教材［M］.北京:地震出版社，2010.
［4］贾园，朱杰江.某小高层住宅楼的结构优化设计,工业建筑，2006，36.
（长沙市规划设计院，长沙410007）
摘要：建筑结构优化设计对于项目的成本控制起着重要的作用。在建筑结构优化设计中引入价值工程理论，通过功能成本分析，将技术问题与经济问题紧密结合，以最低的成本费用，可靠地实现产品的必要功能，从而提高产品的价值，弥补设计工作的不足。本文通过价值工程在建筑结构优化设计中的使用，说明价值工程在结构优化设计中的意义，确保有效优选。
关键词 ： 建筑结构；优化设计；价值工程
中图分类号：TU2 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2015）24-0130-02
作者简介：罗利波（1978-），男，湖南长沙人，高级工程师，研究方向为结构设计及加固。
1 建筑结构优化设计概述
1.1 传统的建筑结构设计方法
传统的建筑结构设计方法，过程大致是根据经验给出一个设计方案和做法，用力学方法进行结构分析，检验结构及构件是否满足规范规定的强度、刚度、稳定性、使用等方面的要求，或通过对少数几个方案进行比较而选出可用方案。通常的步骤是假设、分析、校核、重新设计。
1.2 建筑结构优化设计方法
我国建筑结构设计优化设计理论研究始于六十年代，1973年钱令希教授发表《结构优化设计的近展》，将数学规划法和准则法结合在一起，假定结构构件处于满应力状态，分别对构件进行优化。由于结构优化设计的重要性，很多学者对结构优化设计做出大量的研究，使结构优化设计理论研究不断发展。1982年，钱令希教授在《我国结构优化设计的现况》中详细总结了这十年的结构优化设计研究和应用方面的成果，为我国进行优化设计研究指明方向。2001年，大连召开第四届WCSMO会议，30多个国际200多位学者参加了会议，会议内容包括结构与多学科问题的灵敏度计算、分析计算、优化设计及其工程应用等。
目前，建筑结构优化设计主要指结构综合与优选，过程大致是假设、分析、修改设计、最优设计，这种修改设计是在满足各种规范或特定要求的条件下，通过优化方法，从管理、技术、经济各方面综合考虑，采用结构优化程序、应用优化理论方法，找出最优级的方案（材料最省、造价最低、或某些指标最佳的方案），以达到最优目标。
1.3 大师对建筑结构优化设计的看法
中国工程院院士江欢成：“我国优化设计工作方兴未艾，大有可为。它符合可持续发展和科教兴国两大战略，它是我国建设方针的体现，是科学发展观在建筑行业中的落实。优化设计工作，私企、民企对此态度积极，国企相对不够重视。建议政府给予支持”。
中国工程院院士程耿东：“在建筑领域应用优化设计，不仅可行而且十分符合节约能源，保护环境的可持续发展观。结构优化设计作为一种基于计算机的快速自动设计过程，可以在满足规范等约束条件下得到优化的设计方案，降低成本造价，提高结构性能。增大使用空间，缩短施工工期，是设计者追求的终极目标，在建筑领域应用和推广结构优化设计更有着不同寻常的意义，对设计单位、开发商、百姓都是好消息，它是惠及百姓的环保设计理念，具有前瞻性，会带来多赢”。
2 运用价值工程优化建筑结构设计
价值工程，是一门技术与经济相结合的现代管理科学，是通过对产品的功能与费用系统分析，使之以最低的寿命周期成本，可靠地实现产品的必要功能的管理方法。运用这种方法，通过功能细化，去掉多余的功能，对功能实施重点控制，目的是以研究对象的最低寿命周期成本可靠地实现使用者所需功能，以获取建设项目经济效益、社会效益以及环境效益的最佳结合。
价值工程以功能分析为核心，着眼于建筑产品的寿命周期成本。建设费用、使用费用与功能水平的变化规律决定了寿命周期成本（图1），随着功能水平提高，建筑产品的使用费用降低，建设费用却在增高，反之，使用费用增高，建设费用降低；建设费用C1的曲线和使用费用C2的曲线的交点所对应的最低寿命周期成本Cmin才是最低的，最低寿命周期成本Cmin所对应的功能水平F0是从费用方面考虑的最为适宜的功能水平。
价值工程的目标表现为产品价值的提高，是对象所具有的功能与获得该功能的费用之比，可用公式表示为：价值（V）=功能（F）/成本（C）。
提高产品价值的途径：
某住宅小区在基础设计前对方案对比优化设计。该工程场地稳定，无不良地质作用。场地类型为软弱场地土，建筑场地类别属II类，拟建场地可不考虑地震液化的影响。场地自上而下各地层为：
①素填土①：平均层厚10.78m，结构松散，未完成自重固结，局部有建筑垃圾分布，承载力低。
②粉质粘土②：分布连续，埋深大，层厚0.90m~5.00m，可塑~硬塑，稍湿，不宜选择该层作为拟建多层建筑物基础持力层，fa=240kPa。
③强风化板岩③：厚度较大，岩心呈块状，遇水易软化，失水易干裂，fa=340kPa，qpa=2100kPa（人工挖孔灌注桩），qpa=2500kPa（沉管夯扩灌注桩）。地下水：主要类型为强风化板岩③基岩裂隙水，微承压性，该段地下水水量较少。在勘察期间，稳定地下水位埋深为5.32~13.20m，高程为52.77m~59.36m。拟建场地有一层地下室。地下水在直接临水或强透水层中对混凝土具有中等腐蚀性，在弱透水层中不具腐蚀性；对钢结构具弱腐蚀性。
可选桩型及优缺点：
①沉管夯扩灌注桩，优点：在桩端处夯出扩大头，单桩承载力较高；桩身质量高；施工机械轻便；施工速度快、工期短、造价低；无泥浆排放。缺点：遇中间硬夹层，桩管很难沉入；遇承压水层，成桩困难；振动较大，噪声较高；属挤土桩，设桩时对周边建筑物和地下管线产生挤土效应；扩大头形状很难保证与确定。
②预应力管桩，优点：单桩承载力高；单桩承载力造价便宜；运输吊装方便；施工快、工效快，工期短。缺点：噪音大，挤土量大，会造成一定的环境污染和影响；打桩时送桩深度受限制，在深基坑开挖后截去余桩较多；在“上软下硬、软硬突变”的地质条件下，不宜采用锤击法施工；不适合桩端持力层为遇水易软化的风化岩层。
③长螺旋钻孔灌注桩，优点：不受地下水位的限制，穿透力强，施工过程无噪音，振动小、无排浆、无塌孔，成桩效率高。缺点：桩身强度不足；桩底不能入岩，单桩承载力低。
④人工挖孔桩，优点：单桩承载力高；可以极大降低生产成本；适用于大型机械无法作业的山区；生产条件要求低，可多孔同时作业。缺点：机械化低，施工进度慢；成孔质量不易控制；现场施工不易控制。人工挖孔桩技术适合直径超过800mm并且地下水较少或无水的土质，不适合地下水位高、有流沙、大水量冲击区域、含水量多的淤泥、淤泥质土层等。
⑤旋挖桩，优点：钻进能力强；不易产生泥皮，有利于增加桩的摩阻力，提高桩的质量；振动与噪音较低；成孔速度快，尤其在砂质土内成孔；机械设备较简单。缺点：护壁相对较差，容易缩径、塌孔；设备价格昂贵，设备维修费用高、时间长，工成本与其他成孔方式相对较高，卵砂石层中钻进存在成孔困难。
以上5种方案，各有优缺点。利用价值工程理论，①、④两种方案更具经济性，满足功能不变化同时降低造价，以此来提高产品价值。本工程多为墙下线荷载及柱下集中荷载，其墙柱荷载为5000kN~8000kN，2600kN~5600kN（纯地下室的框架柱），依据价值工程理论综合比较采用人工挖孔桩基础，以强风化板岩③为持力层，该持力层的桩的端阻力特征值为qpa=2100kPa，桩端进入持力层的深度大于等于≥1.0m，相邻桩端底标高应按规范进行控制，平均桩径为0.9~1.5不等（主楼部分），0.9~1.0不等（纯地下室部分）；扩底直径分别为1.3~2.4m（主楼部分），1.3~1.6m（纯地下室）。施工完成后经济效果良好。
3 结语
价值工程着重产品功能的分析，以最低的成本费用，可靠地实现产品的必要功能，提高产品价值，而这可以弥补结构设计优化的不足。所以，价值工程在结构设计优化中的运用，能够很好地解决工程成本的控制，优选出最佳的设计方案。价值工程存在于项目进行的方方面面，设计、施工以及管理等等，不能只靠个别人员、部门，而要通过有组织的活动，发挥集体智慧，经过多个部门的配合，才能收到良好的效果，达到项目的利益最大化。
参考文献：
[1]钱令希.我国结构优化设计的现况[J].大连工学院学报，1982（03）:1-5.
[2]张炳华，侯昶.土建结构优化设计[M].上海:同济大学出版社，1998.
[3]蔡新，郭兴文，张旭明.工程结构优化设计[M].北京:中国水利水电出版社，2003.
[4]李芳，凌道盛.工程结构优化设计的现况[J].工程设计学报，2002（12）:229-235.
[5]江欢成.优化设计的探索和实践[J].建筑结构，2006（06）:1-24.
[6]程耿东，李刚.基于功能的结构抗震设计中一些问题的探讨[J].建筑结构学报，2000（01）:5-11.
关键词：ANSYS参数化语言； APDL ；钢结构 ；优化设计Abstract: At present, more and more extensive application of steel structure, but the current design method of steel structure is relatively complex, the optimization design of the research is not thorough; at the same time, promotion of steel structure greatly limited because of its high cost is generally the people. This paper discusses the research on Optimization of steel frame structure, introduces the optimization algorithm (complex) and ANSYS in the APDL language. And combined with the practical engineering, and by using the complex method and the finite element software ANSYS optimization module, and at the same time, the lowest for optimization purposes, the beam column section size of a plane steel structure has been optimized and analyzed. Through the comparative analysis of the theoretical analysis and the results, confirmed that the optimization method is feasible, can not only significantly reduce the project cost, promote the popularization and promotion of steel structure. By the design example shows that, based on the two development language APDL ANSYS to establish the optimization of steel structure design module has the advantages of convenient operation, optimization program can be customized to optimize the process and control variables, to adapt to different types of structure and load combination, flexible strong. Optimization of the design idea, can be extended to other forms of structure, can be used for reference to other types of structure optimization.
Keywords: ANSYS parametric language; APDL; steel structure; optimization design
中图分类号：TU391文献标识码：文章编号:
1.引言
随着我国建筑业的迅速发展，工业与民用建筑中大量采用钢结构，使得建筑用钢量逐年增加。因此，目前结构优化设计越来越受到重视，并引起了社会日趋密切的关注，这不单单是因为要如何响应国家提出建设“节约型社会”的政策，更是因为要如何使得建筑钢材得到节约与合理利用。通用有限元软件ANSYS 以其强大的分析功能、友好的人机交互界面和可开发性，在国内外工程建设和科学研究中得到了广泛的应用。本文通过ANSYS 的二次开发语言APDL 定义了符合钢结构设计规范的优化设计程序，使之得出的计算结果对工程设计有一定的参考价值。同时由文中设计实例可知，基于ANSYS 的二次开发语言APDL 语言建立的钢结构优化设计模块操作方便，优化程序可自定义优化过程和控制性变量，适应了不同的结构类型和荷载组合，具有很强的灵活性。本文的优化设计思想，可以推广到其它结构形式，可对其它类型结构优化起到借鉴作用。
2.结构优化设计的基本理论
2.1结构优化设计概念
假定分析搜索最优设计一般被归纳为结构优化分析过程的流程。而这其中优化分析的核心部分为搜索过程。在包括满足各种给定条件的前提下，是否达到最优是结构优化设计最先对设计方案进行的判断。如果没能达到，但又为了使得预定的最优指标能逐步达到，就需要遵循某一设定的规则进行修改。而以数学规划为基础，进行数学模型建立，并对计算方法进行选择，使得工程结构设计问题转化为数学问题，然后在多种可行性设计中运用计算机选择出相对属于最优设计的方案，这也正是结构优化设计的主要任务。
2.2结构优化设计的数学模型
设计变量、目标函数和约束条件是结构优化设计的主要要素：。其数学模型的一般表达式为
求设计变量
使目标函数
满足约束条件
3.基于APDL的钢结构优化设计
3.1APDL语言简介和使用
APDL是指ANSYS 参数化设计语言，是使得某些功能或建模可以自动完成的脚本语言之一。它提供如参数、宏、标量、向量及矩阵运算、分支、循环、重复以及访问ANSYS 有限元数据库等一般程序语言的功能，同时其可以实现参数交互输入、消息机制、界面驱动和运行应用程序等，因此它也提供简单界面定制功能。为了扩展了传统有限元分析范围以外的能力，它可以根据指定的函数、变量设定程序的输入，同时选它使用户对任何设计和分析属性有控制权，也就是说其为了为用户提供了自动完成繁琐循环的功能而运用了建立智能分析的手段，从而为优化设计运行繁琐的迭代提供了可能和高效率，具体为参数、函数、分支与循环、重复、宏等功能。
3.2优化基本原理
优化方法采用复形法。复形法优化是一个运用较多且较为成熟的非线性数学规划方法，其基本思路来源于无约束优化算法的单纯形法。而无约束优化算法的单纯形法就是复合形法的基本思路的来源。
3.3优化设计流程
为了将有限元法与优化方法结合起来，可以采用基于APDL语言的ANSYS优化设计模块（OPT）来实现。基本流程图如图1所示。
图1ANSYS软件优化设计程序流程图
3.4APDL优化程序关键技术
首先建立钢框架结构参数化有限模型。参数是指APDL中的变量与数组。参数化模型的建立，便于模型的修改，也便于设置优化设计变量。
其次建立钢框架结构优化设计模型。下面是部分优化命令：
/POST1！进入后处理器
*GET,V,SSUM,,ITEM,EVOL！提取结构体积，赋予参数V
……
/OPT！进入优化设计器
OPANL,1.LGW!指定分析文件
OPVAR,W1,DV,.1,.4!定义设计变量
OPVAR,TW1,DV,0.005,0.02
OPVAR,TY1,DV,0.005,0.02
……
OPVAR,MS1,SV,0,225750!定义状态变量
OPVAR,SS1,SV,0,125000
……
OPVAR,V,OBJ,,,.01!定义目标函数
OPKEEP,ON!要求保留最优设计序列时的数据库和结果文件
OPTYPE,SUBP!使用零阶方法
OPFRST,40!最大40次迭代
OPEXE!运行优化
4.优化设计实例分析
本文以单跨单层钢框架结构厂房为例，跨度为 12m，层高为4.5m，框架梁、柱均采用焊接H 型钢截面且翼缘采用焰切边，材质均为Q235 钢。为简便起见，取恒荷载为0.5kN/m2，活荷载为2.0kN/m2。通过APDL 优化程序，得出用钢量约为18.2kg/m2。优化前后的结果对比分析见表1。
表1 优化前后结果分析
5.结语
本文首先论述了进行钢框架结构优化研究的意义，介绍了优化算法（复形法）和ANSYS 中的APDL语言。并通过与实际工程相结合，并分别采用复形法和有限元软件ANSYS优化模块，同时以最低化用为优化的目的，使一平面钢结构的梁柱截面尺寸得到优化并进行相应的分析。通过理论分析与结果的分析比较，证实了该优化方法是可行的，不仅能明显降低工程造价，促进钢结构的普及和推广。而由设计实例可知，基于ANSYS 的二次开发语言APDL 语言建立的钢结构优化设计模块操作方便，优化程序可自定义优化过程和控制性变量，适应了不同的结构类型和荷载组合，具有很强的灵活性。本文的优化设计思想，可以推广到其它结构形式，可对其它类型结构优化起到借鉴作用。
参考文献：
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【关键词】房屋结构；建筑设计；优化技术
当今社会对房屋建设的要求不仅仅是对质量的要求，更高层次上是对房屋建筑结构方面的要求。所以作为房屋建筑公司不能够停留在陈旧的思想观念中，应该紧跟社会发展的步伐甚至超越社会的发展，引领房屋建设的发展方向。这就要求其在建筑结构设计中必须有满足人类需求有效的实施优化设计，房屋建筑结构优化设计能够使房屋具有美观、经济、实用等方面的特点，并且在建筑过程中可以节省空间，提高建筑施工的效率。
一、房屋优化设计的主要内容
居民住房与商品房在结构和用途上都不同，居民住房更加注重房屋优化设计。房屋优化设计的主要内容包括结构是否实用，布局是否合理，外形是否美观等等。房屋优化设计的目的是满足居民的需求，为居民提供满意的住房，同时也能够增加开发商的经济效益。通常情况下来讲，具体的房屋优化设计方案主要从整体布局和具体部件两个角度进行分析，考虑。影响整体布局的主要因素有房屋的尺寸，包括房屋的长度，宽度，高度等等。影响具体部件的主要因素有钢筋和混凝土的强度等等。对于这两方面的设计必须要由专业的工程技术人员进行设计，并进行规范化的审核和监督，这样才能为房屋优化设计的后续工作打好坚实的基础，以达到房屋优化设计的最终目标。
二、结构设计优化方法
结构设计优化就是指在设计建筑结构的时候，要改革设计理念，采取科学、先进的设计方案筛选方式，选择出在各方面都能达到最佳效果的设计方法。建筑结构设计优化主要包括建筑物各个部分结构的优化设计，以及对建筑物整体结构的设计。
（一）结构优化设计模型
结构优化设计就是在各种变量中选择主要参数，并且构建函数模型，采取科学、先进的方法计算得出最优解。结构优化设计模型的建立步骤主要包括以下几点：其一，变量选择。一般而言，影响设计方案的重要数据，均可以称之为变量。比如，工程目标参数主要有房屋价格参数、预期产生损失参数；工程控制级约束参数主要有房屋结构可靠性参数，等等。如果设计人员可以有效减小参数的变化幅度或者减少变量参数的参考，那么，就可以降低和建筑结构设计、计算、编程相关工作的难度，这样设计人员就能够快速的找到和设计目标相符的数据。其二，函数确定。在多组函数中，设计人员可以根据房屋横截面尺寸、钢筋尺寸等数据选择最相符的那组函数，对函数性质予以分析，进而实现降低房屋造价的目的。其三，条件衡量。根据房屋结构耐用性、稳定性的要求，房屋设计的约束条件主要有房屋尺寸、架构刚性、架构稳定性、架构体系规格、墙体裂隙限度、结构可塑程度等。
（二）结构优化计算方案
在房屋结构设计中，经常涉及很多计算过程，并且在优化设计中，计算过程将会更加复杂、多变。在进行数据演算的时候，一定要将附加约束条件问题转变为不附带约束条件问题，这样就可以更快的计算出结果。通常情况下，计算方法主要包括符合型法、拉氏乘子法等。这些计算方法各有利弊，在实际设计过程中，一定要结合房屋建筑的实际情况，选择恰当的计算方法，实现节约时间、节省精力的目的，保证优化设计的合理性与科学性。
三、结构设计优化技术的作用
（一）提升建筑的安全性
通过对房屋建筑结构的优化设计，可以对原有设计方案中的不足和缺陷进行弥补，从而提升建筑结构的合理性和安全性，在保证建筑整体质量的基础上，节省建筑材料，提升建筑的稳定性和相应的受力性能，确保建筑的使用安全。
（二）减低工程造价
相关数据显示，运用结构优化设计后，与原设计方案相比，建筑工程的成本可以节约10%―30%左右，成本大大降低。同时，通过结构优化设计，还可以充分发挥原材料的性能，确保建筑结构各个单元之间的紧密联系，提升建筑工程的经济性。
（三）结构设计优化技术的方法
之前也提到，建筑结构设计所追求的最终效果，是实现结构的安全性、经济性、美观性、实用性以及施工的便利性。在房屋建筑中应用结构设计优化技术，主要体现在建筑结构总体的优化设计以及建筑的分部结构优化设计。在房屋结构设计中的结构优化设计，主要包括基础结构、屋盖系统、围护结构、结构细部等多个方面，需要从结构受力情况、整体布局、结构造型以及成本造价等方面进行综合分析。结构设计优化技术需要从房屋建筑的实际情况出发，以确保优化设计作用的充分发挥。
四、结构优化技术在房屋结构设计中的应用
（一）工程概况
该住宅建筑整体高度30层，地下1层，采用钢结构框架剪力墙的形式。在结合实际需求和现场情况进行综合分析后，采用了结构优化设计，对传统结构设计的模式进行改进和创新，以计算机为辅助手段，对每一个施工阶段的设计进行了优化，同时针对整个建筑工程实行全局优化设计。优化后的方案与优化前相比，不仅更加科学合理，而且节省了大量的成本，与优化前相比，工程造价降低了 26%。
（一）优化设计规范
在对该房屋建筑进行结构优化设计的过程中，设计人员严格遵循了相应的结构设计规范，不仅充分了解了结构设计规范中的相关条例，而且结合房屋结构设计的实际情况，对结构优化设计的方案进行了合理应用。同时，针对结构设计规范中存在的不足，如安全性较差、要求过于宽松等，设计人员结合实际情况进行了适当的取舍，从而切实保证了设计成果的最优化。
（二）前期参与
要想做到结构的最优设计，制定出最佳的结构设计优化方案，设计人员应该积极参与到工程的前期规划中去，充分了解工程设计的实际情况，针对客观需求，有针对性地对建筑结构形式进行选择和规划，从而形成一个科学合理、行之有效的结构优化设计方案，为建筑工程的施工提供相应的指导和参考。这样，才能切实保证优化设计的成果，保证建筑工程的质量。而如果设计人员无视工程的前期规划，盲目按照自身的经验对其进行优化设计，就会由于对建筑结构体系受力情况的把握不当，出现无从下手的局面，影响设计成本的质量。
（四）概念设计
对于房屋建筑而言，在相同的建设条件下，采取不同的结构布局方式，就会产生不同的设计效果。因此，在房屋结构优化设计的过程中，应该实现细部结构优化与概念设计的有机结合，这样才能切实有效地提高结构优化设计的效果。这里的概念设计，主要是指将建筑的设计概念作为设计工作的重点，属于一种贯穿设计整个过程的设计方法，主要是针对缺乏相应数值的细节进行处理，如地震设防烈度量化等情况，如果单纯依靠相应的公式，得出的结果必然会与实际情况存在较大的差异，而采用概念设计的方法，则可以将数值作为一种参考依据，从而对结构设计中的细节进行合理把握，提升结构优化设计的质量。
综上所述，房屋结构优化设计对房屋建筑来说是非常重要的，不仅能够降低工程造价，还能满足人们的需求，提供给居民经济实用，安全美观的住房，使居民感受到自己所花的钱是非常值得的。房屋建筑商应该应用合理的结构优化设计，实现公司利润的最大化，从而提高公司的综合竞争力。
【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
【关键词】住宅项目；结构优化设计；基本方法；的困难；建议；实例分析
1 引言
由于建筑产品单一性的特点，特别是不同地质条件对基础造价的影响很大，致使开发商难于确定针对每项具体工程的经济合理的限额设计指标。在进行建筑方案设计时，开发商和设计人员一般只重点关注使用功能的合理性和建筑立面的美观，而对不同建筑平面布置、不同进深与开间尺寸、不同立面形式、层高与层数等对投资的影响，很少进行考虑。在结构设计时，由于结构设计人员经济意识不强，缺乏经济技术比较手段，结构设计时间紧等原因，在结构方案的选择及结构材料选用时，往往只凭经验进行确定，很难使结构设计达到经济合理。
作者通过对多家设计单位、多项工程的结构施工图进行优化分析，在满足同样建筑功能的前提下，通过结构优化设计后，一般可比常规设计降低土建工程造价5%～10%左右。特别是对于面广量大的多层住宅开发项目，进行结构优化设计具有很好的经济价值和现实意义。
2 结构优化设计的基本方法
结构优化设计是在保证建筑使用功能和建筑总体效果的前提下，通过选用合理的结构体系，优化结构布置，对结构受力进行详细计算分析，使整个结构体系既安全可靠，又经济合理。优化后的结构设计，既要满足现行结构设计规范的要求，又使结构各构件之间达到最合适的比例关系，以提高结构整体的抗震性能、抗风性能等功能。同时，优化后的结构设计必须方便施工，易于在工程实践中实施。结构优化设计一般可从下列五个方面进行。
2.1 结构优化分析方法
工程结构的优化分析包括两个层次:一是结构体系的优化，主要是确定结构形式、柱网尺寸和墙体布置等；二是对结构构件进行优化，在己确定结构体系的前提下，确定构件的截面尺寸和混凝土强度等级。
在传统设计中，结构体系的确定和构件截面尺寸是凭经验假定的，然后进行分析计算，校核是否满足规范要求，是一种被动的设计方法。优化设计也需要先进行假设，但假设目的不一样，所采用的分析方法也不同，优化设计需按一定的优化方法进行搜索，从而达到结构造价最优，是一种主动的设计方法。
2.2 荷载精细化计算
为取得良好的优化效果，在荷载取值上要进行精细化计算。在计算墙体荷载时，应考虑实际墙体高度、长度和开洞影响，墙体高度的取值应扣除钢筋混凝土梁板的高度，墙体长度的取值应扣除钢筋混凝土墙柱的长度，并应扣除洞口面积。消防车等荷载宜按等效荷载取值。楼面活荷载按实际使用功能合理取值，并按规范规定考虑楼面活荷载的折减。正确取用抗震防护烈度、场地类别，合理确定风荷载标准值和风载体型系数，必要时可根据风洞试验确定风载体型系数。根据不同荷载组合和不同计算内容选用荷载分项系数。在进行基础设计时，当上部结构传给基础的荷载为设计值时，应将设计值转换成标准值。
2.3 准确理解和使用规范
认真学习国家和当地有关设计规范，理解规范实质，并注意规范的适用范围和规范使用的配套性。如采用《建筑桩基技术规范》(JGJ94-2008),《建筑地基基础设计规范》( GB50007-2002)进行桩基设计，在计算桩数时，荷载效应采用标准组合，对应的抗力采用单桩承载力特征值;在确定承台高度及配筋，验算材料强度时，荷载效应取基本组合，采用相应的分项系数，对应的抗力计算采用材料强度设计值。设计人员必须概念清晰，避免混淆。
2.4 构件尺寸及配筋的合理设计
构件尺寸一般先按经验确定，然后进行强度验算。在优化设计时，应对不同构件布置方式和不同截面尺寸进行配筋计算，并作经济比较，以确定最优构件布置方式和截面尺寸。剪力墙如能合理布置，可使大部分剪力墙的配筋不是由内力控制而是构造配筋。抗震墙分加强部位和非加强部位，边缘构件分约束边缘构件和构造边缘构件，这两种边缘构件的配筋相差很大，应分别按不同的构造要求进行配筋。对于截面宽度较小的梁，配筋量较大时需放2～3排钢筋，可将梁宽适当放大，尽量布成单排，以增大梁的有效高度。跨度较大的悬臂梁，除角筋外可在跨中切断，既节省钢筋又方便施工。
2.5 合理的构造设计
按构造配置的钢筋，只需满足最小配筋率要求，不必提高其配筋。较大直径钢筋优先采用焊接或机械连接，钢筋搭接和锚固长度应按规范公式进行计算，不必加长。剪力墙结构中存在部分短肢剪力墙时，不应整体提高抗震等级，只需对短肢剪力墙的抗震等级提高一级。
2.6 选用高性价比材料
要降低钢筋混凝土结构的用钢量，应尽可能采用性价比高的高强度钢筋。HRB400的强度设计值比HRB335高20%，HRB335比HPB235约高43%，而不同强度等级钢筋的价格相差一般不超5%。可见，性价比从高到低依次为:HRB400, HRB335, HPB235。对于配筋按强度控制的构件，直径≥12mm的钢筋应优先选用HRB400钢筋；直径
通过对受弯构件经济配筋率的计算分析可看出，当混凝土强度等级>C30时，采用HRB400比HPB235可降低20%用钢量;当混凝土强度等级=C30时，采用HRB400比HPB235可降低7.5%用钢量;当混凝土强度等级C30时，应优先采用HRB400钢筋，而当混凝土强度等级
3 推行结构优化设计存在的困难
3.1 对设计的经济性缺乏考核指标
由于设计工作的特殊性和建筑产品的单一性，不同的工程有各自的特点，难于确定每个工程项目的合理经济指标，所以针对不同项目的设计成果，对设计的经济合理性缺乏明确的量化考核指标。施工图审查单位在审图时，重点是审查设计单位的资质、建设手续、设计施工图是否满足强制性条文和设计规范的要求，强调结构的安全可靠性，而对设计是否经济合理不作审查。
3.2 开发商对优化设计的意识不强
开发商往往把投资控制的重点放在施工环节上，而对设计对投资影响的重要性认识不够，对设计环节控制重视不够。开发商很重视施工招标，在施工招标中，施工单位通过投标报价让利和其它优惠条件争取中标，从而使开发商的工程建造成本得到有效控制，但往往忽视了设计方案的优化会带来更大的经济效益。虽然目前已普遍实行设计招投标，但在设计招标评标时，往往过于看重设计方案的效果和设计费报价，而对设计方案的经济合理性、设计团队的设计能力、设计优化能力重视不够，同时，设计的经济合理性又很难进行界定，故难于在设计招标时对设计的经济合理性进行有效的评判，并作为选择设计单位的重要指标。
在方案设计阶段，为了获得满意的设计效果，开发商往往愿意花费较长的时间对设计方案进行反复修改，而设计方案一旦确定，对初步设计和施工图设计的时间往往抓得很紧。特别是结构设计，设计计算和绘图的工作量大，结构施工图又是最先用于施工的，出图时间很紧，结构设计人员往往要连续加班，才能满足业主的出图时间要求。在这种情况下，设计人员根本没时间进行多方案的经济技术比较。
3.3 设计单位对优化设计缺乏动力
由于目前尚缺乏公平的设计市场竞争机制，设计收费是按建筑面积或按造价的一定比例计取，几乎跟投资的节约和设计质量的优劣无关，不能做到优质优价，使优化设计失去动力。由于设计是否经济合理与设计人员的利益无关，导致方案设计时只重视立面效果，追求高标准，而不重视经济分析；施工图设计时不重视结构方案的经济比较，为保险起见或为了减少计算和绘图工作量，随意放大配筋，造成投资浪费。
由于进行优化设计要付出比常规设计多得多的人力和物力，设计单位即使花费了较多的人力和物力，优化了设计方案，通过多方案经济分析，为业主节约了投资，也不能得到应有的报酬。在设计单位内部管理上，设计人员的收入一般都是与项目的设计费挂钩的，在同一项目上投入的精力越多，设计人员的收入水平必将降低，从而严重挫伤了设计人员对优化设计的积极性。
4 对推进优化设计的建议
4.1 从政策上鼓励优化设计
为推进优化设计工作的进行，政府主管部门在制订设计费收费标准，对设计质量进行评估，进行优秀设计评选，制订施工图设计文件审查办法等工作时，应将设计的经济合理性作为重要考核指标之一。审图公司在进行施工图设计文件审查时，除审查设计单位的资质、建设手续、设计施工图满足强制性条文和设计规范的情况等内容外，应将设计的经济合理性作为审查内容之一。政府主管部门应加强对设计市场的管理力度，严格通过资质管理、人员注册、设计招标、图纸审查等环节来规范设计市场，提高设计质量。主管部门可通过总结推广标准设计、公布合理的技术经济考核指标，推进优化设计工作。
4.2 推行设计监理或设计咨询工作
提高设计质量，推进优化设计工作，仅靠政府主管部门的监控和审图公司的施工图审查还远远不够。优化设计的控制重点应在设计过程中。要加强设计过程控制，就必须推进设计监理或设计咨询工作。通过设计监理或设计咨询单位可打破设计质量靠设计单位自己控制的局面，实现通过第三方对设计过程和设计成果进行把控。
4.3 结构优化设计的开展形式
结构优化设计对专业业务能力的要求很高，仅靠开发商自身的力量难于完成，需委托具有丰富的结构设计经验，在结构优化设计方面具有良好业绩的专业人员进行。开展结构优化设计可采取下列三种形式:
4.3.1 从方案设计阶段开始，聘请具有丰富经验的专家作为结构优化设计顾问，在设计全过程提供结构优化的合理化建议，通过过程控制，使结构施工图设计达到经济合理。
4.3.2 在初步设计图纸完成后，进行结构方案优化和构件优化，提出详细的优化后的结构方案、设计参数取值以及各构件的截面尺寸和混凝土强度等级等，与设计院沟通并在施工图设计阶段实施。
4.3.3 在设计院设计施工图完成后，进行优化设计研究，提出详细的结构优化方案、设计参数取值以及各种构件的截面尺寸和混凝土强度等级等，与设计院沟通并修改结构施工图。
上述第一种形式操作较方便，不影响工期，不增加设计单位工作量，但优化效果难于评判;第二种形式不增加设计单位工作量，可对优化效果进行评判，但对工期有一定影响;第三种形式对优化经济效果可进行详细计算，但设计施工图返工工作量大，对工期影响较大。
5 结构优化实例分析
乐清市某小区工程总建筑面积5.7万平方米，包括多层住宅、低层联排住宅和地下车库等。该工程的结构优化是建立在施工图设计的基础上，以不影响建筑使用功能为前提，同时又要确保建筑物安全和抗震能力，也就是必须满足现行的国家以及地区的行业标准。结构优化的主要内容为对该工程进行结构方案优化及各类构件的优化:结构优化的目标函数为房屋结构造价，最大限度地以低成本建造高安全度的房屋。主要优化内容如下:
多层住宅原设计采用沉管灌注桩，柱下独立桩基承台，承台之间设置基础拉梁。由于该建筑柱的轴力不大，但桩的承载力较大，优化后桩型不变，采用梁下布桩方案，可以使得布桩更加灵活。由于大部分桩均布置在墙下，故承台梁的内力不大，配筋基本接近构造配筋。
上部结构原设计为剪力墙结构，优化时对异形柱框架一剪力墙结构体系和剪力墙结构体系两种结构体系进行了分析比较，异形柱框架一剪力墙结构体系更经济。因考虑到现场实际施工进度以及设计院图纸修改工作量的问题，为不影响现场施工进度，后决定优化后上部结构仍采用剪力墙结构体系，在原结构方案的基础上对剪力墙墙肢布置和尺寸进行了调整，且在不影响建筑使用的前提下，将个别短肢剪力墙改为钢筋混凝土矩形柱。
地下车库原设计为钢筋混凝土框架结构，底板采用钢筋混凝土无梁板结构，顶板采用钢筋混凝土梁板式结构。优化设计时，对平面布置不作调整，对地下车库底板厚度和配筋、墙板配筋、顶板次梁布置和配筋进行优化。并对地下室顶板消防车活荷载取值进行优化，按消防车的轮压进行等效均布荷载的计算。地下室顶板原设计为横向布置次梁，经过优化分析比较，优化后改为纵向布置次梁。原设计地下室底板厚度5OOmm，优化后底板的厚度调整为400mm。经上述优化，扣除优化设计费用后，实际可节省造价约345万元。取得了较好的经济效益。
6 结语
6.1 土建结构工程建造成本在整个工程成本构成中占很大的比重，通过结构设计优化降低工程建设成本具有较大的经济价值。
6.2 推进结构优化设计需要政府、开发商和设计单位统一认识，从政策和经济上给予支持。
6.3 结构优化设计的三种形式，可根据项目具体情况选择应用。
6.4 进行结构优化设计可有效降低多层住宅开发项目土建成本，提高经济效益。
参考文献
[l]张炳华，侯起.土建结构优化设计，上海:同济大学出版社，1998.
关键词：建筑结构；优化；整体布局
中图分类号：TU3 文献标识码： A
随着现代城市进程的不断加快，城市建筑的功能化和多元化要求也越来越高，人们在追求建筑安全和质量可靠的基础上，更加开始注重建筑的舒适度、环保性等。轻质高新材料和新的设计理论的快速发展，和现代信息技术的不断应用，为建筑结构的改善提供了更强大的技术基础。建筑结构的优化设计，在现代提倡的可持续发展和节能环保大环境背景下会越来越有必要。因此，加强有关建筑结构优化设计的探讨，对于提高建筑结构的良好性能和建筑的整体质量具有非常重要的理论和现实意义。
1、建筑结构优化设计及其原则
1.1 建筑结构优化设计。
建筑结构优化设计是指在符合各种特定要求和某些规范条件下，能够使结构的刚度、造价、重量等目标达到最优的设计方法。优化设计就是在可用的设计方案和措施中选择最为有效和高质的方法。
结构优化设计的过程一般是条件-分析-搜索-最优设计，其始终综合性的结构分析过程。搜索是指对结构设计方案进行修改和优化的过程，它首先会分析设计方案能否符合各种目标条件，如果不能，则对其进行规则性的修改，从而逐渐接近预期目标。结构优化设计的实质目的就是在所有的可选设计方案和措施中选择造价最低、材料最省、最接近预期目标的方案，这样结构设计实际就是在“比较和分析”基础上逐步演变成“优选和综合”过程，这对于工程结构质量和经济效益的提高具有重要作用。
1.2 建筑结构优化设计的原则
1.2.1安全性。安全性是建筑结构设计中的首要考虑因素。建筑结构优化设计中，要在设计阶段、决策阶段综合考虑建筑的安全性，在保证建筑结构安全可靠的基础上开展的优化。
1.2.2 经济性。建筑结构优化设计的经济性原则是指能够在新的市场经济条件下完善资源配置，就是在建筑结构的优化设计过程中，能够对各类资源材料实现最高的利用率和最大程度的节约，从而最大化的节省成本。此外，对于部分稀缺材料的应用，在建筑结构优化设计中要尽可能减少材料使用量，减少建材使用成本。
1.2.3 功能性。建筑的主要作用就是为人类提供重要的生存环境，因此建筑结构优化设计的最终目标也是尽最大可能满足人们的各种建筑需求。现代结构设计中除了要加强传统的使用功能，还要不断提高建筑的协调性、智能化、美观性和舒适性等，以此不断使最大限度的发挥建筑的功能性需求。
1.2.4环保性。环保性原则是现代建筑设计中必须重视的一条重要原则。建筑结构优化设计应当通过整体布局环保、建筑材料环保等多方面来实现建筑的可持续发展。在建筑的整体布局中，要在加强建筑结构主体环保的基础上，不断改善建筑过程中废旧材料的利用率和提高建筑未来使用中对环境的适应。在选择建筑材料时，应当在确保建筑安全性和功能性的基础上，加强对环保型材料的选取。
2、建筑结构优化设计的具体措施
2.1结构基础形式的优化。由于基础费用占项目土建总造价比例较大，且其安全度通常需高于上部结构，因此基础优化从两方面阐述：（1）重视对地质报告的研究分析，了解各种地基的变形特性，结合上部结构的不同条件，通过整体的分析计算，选择适宜的基础方案；（2）重视概念设计，根据基本理论知识以及丰富的实践经验，分析、预见可能出现的各种问题，找最合理的处理方案。
2.2结构上部形式的优化。建筑类型和功能要求的不同决定了建筑结构形式的不同，这里主要从三方面阐述：（1）平面布置在基本满足建筑师设计意图的基础上，平应尽量规则、均匀、对称，尽量缩小质量中心和刚度中心的差异；（2）竖向刚度在满足建筑功能要求的前提下，宜渐变，避免突变；（3）传力路径力求简洁清晰，以最直接的方式将楼面上的荷载传递到主梁上，再由柱，剪力墙等传递到基础、地基。
2.3 多程序计算的比较。不同程序不同的程序，由于技术模型和计算假定的不同，计算结果会有不同。应在设计中仔细的分析和比较多个程序的计算结果。不是简单的应用程序的计算结果，而是分析、比较、判断，进而对计算结果进行合理的调整和取用。这不仅需要结构工程师做大量计算工作，更重要的是运用以往工程经验对计算结果做出合理有效的判断。计算和分析清晰了，就可以作到心中有数，配筋的时候做到有的放矢，控制关键部位的配筋，减小不必要的配筋，不靠盲目加大配筋保证安全，而是靠计算的精准保证结构的安全并实现采用较小的用钢量的目标，从而达到优化成本目的。
2.4 构件截面和配筋优化。配筋时要注意计算结果的合理取用，遵循“强柱弱梁，强剪弱弯，强节点，强锚固”等重要抗震概念。在满足计算的情况下禁止随意放大钢筋，所选钢筋既要综合考虑构件在强度、挠度、裂缝等方面的要求，也要兼顾施工上的方便和可操作性。
2.5 构造措施的优化。在通用的钢筋混凝土结构中，应当尽可能选用高质量和高标号的混凝土，并利用高强度钢筋，以在提高结构强度的基础上减少钢筋用量，减小构件截面，降低自重，减小地震力，节省成本；采用轻质、节能、环保的内隔墙材料，可以降低自重，减小地震力，从而减少整个结构的钢筋和混凝土用量。在大高层建筑中，应当尽量选用预应力混凝土和型钢混凝土作为大跨度结构、受力衔接点和结构转换层的基本材料，以最大限度提高建筑的安全性和功能性。另外，要加强对抗震性、抗土性、抗水性材料的选择，以减少突发性洪水、地震等自然灾害的危害。
3、结论
建筑结构的优化设计，是满足建筑的多元化和多功能性要求的重要手段。因此，结构设计人员应当在坚持安全性、经济性、功能性、环保性原则的基础上，不断拓展建筑结构优化措施和技术，提高结构优化技术的应用水平和能力，以有效提升建筑结构的整体性能和质量。
参考文献：
[1]肖燕武.浅谈建筑结构设计的安全度[J].科技创新导报，2011，06（10）：61-62.
[关键词]机械结构;优化设计;趋势
中图分类号：TH122 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）22-0121-01
机械产品应用范围相对较广，为确保机械产品在我国日常生活及企业从生产中得到有效应用，实施优化设计十分必要。目前我国已经针对机械结构优化设计进行了研究，并取得一定成果，主要表现在船舶行业、焊工航天以及汽车行业等[1]。机械结构的优化设计可有效提高其产品性能并增加其自身市场竞争力，对其市场发展起重要作用。
1 机械结构优化设计
随着科学技术的发展进步，加快了机械产品更新的速度，以往在制造机械产品时主要采用大批量生产的方法进行，产品相对单一，目前在实施机械产品加工时多采用小批量加工模式，可确保产品的多样性。为确保生产企业的利润，在生产机械产品时需注意将其生产周期缩短，最大限度在确保至质量的前提下降低生产成本。通过实施优化设计可满足上述目标，在一定程度上缩短生产时间并降低成本，通过效率抢占市场。机械结构优化设计目前已在船舶制造、交通工具、航空航天、冶金、纺织、建筑等多领域应用。
机械结构优化设计流程主要包括：（1）针对所优化机械产品尽心目标函数优化设计，可确保机械产品相关技术指标符合优化要求。（2）设计机械产品优化函数变量，变量设计包括机械产品长度、厚度以及弧度等相关结构参数。（3）对机械产品优化设计约束条件进行设定，对计算过程中各项变量浮动范围进行限定。（4）通过以上步骤得出多种优化设计方案，分别对不同方案进行评价，根据机械结构优化设计需求选择最佳方案实施。
2 机械产品优化设计应用分析
2.1 尺寸优化设计
机械产品实施优化设计过程中对尺寸数据有精准的要求。因此实施优化设计汇总需确保各零件尺寸与实际工作需求相符，若产品为多个零件组成结构，若其中一个零件尺寸存在误差均会对零件连接效果造成极大影响，甚至加剧机械磨损导致产品报废。因此机械产品零件越多及机械结构复杂程度越高，对各零件精细度的要求也有所提高。开展机械产品尺寸优化的前提条件机械产品拓扑关系及形状不发生改变，通过计算机技术的应用对具体尺寸变化进行有效调整，可确保机械产品性能的增强。
2.2 形状优化
为确保机械产品性能的全面提升，在进行优化设计时也可从机械产品形状入手开展优化。因多数大型机械设备自身结构相对复杂，各部件形状也具有多样化，很难进行分析，为优化设计进展带来一定困难。我国目前已经针对结构优化方面出现研究成果，如田方针对轴对称机械零件开展的优化设计以及王世军针对机器人结构的优化等。
2.3 拓扑优化
以往在实施机械结构优化设计中多侧重于进行结构参数优化，未针对机械零件拓扑结构实施优化设计。随着机械结构设计意识的提高，优化中心开始向拓扑结构优化方向转换。拓扑设计优化主要在离散结构以及连续结构方面体现，其中离散结构优化设计主要是通过对多个关键点连接方式方面入手，改优化前提是确保上述关键点位置的确定。连续拓扑优化设计主要针对孔洞形状、数量、分布情况、部分结构边界开展的优化。
2.4 动态性能优化
机械产品动态性能主要指的是机械结构受外界作用下显示出外型变化规律，包括相关运动参数等[2]。机械产品实施动态性能的优化设计可明显反应出改产品工作强度及寿命情况。因此对机械结构动态性能开展优化设计不仅能减轻机械工作负担还可在同等工作强度条件下对其使用寿命进行延长。
2.5 多学科结构优化设计
开展机械结构优化设计中需应用多科学角度入手，单独使用某科学角度无法得出理想优化结果，应从多学科角度进行，确保优化设计的多学科化、总体化及系统化，确保优化设计程度符合实际需求或超出预期目标。
3 机械结构优化设计趋势
随着时展进步及行业前景变化发展处机械结构的优化设计，通过近年机械结构优化设计的开展已经从简单化优化设计想结构系统大型化及复杂化机械发展[3]。通过产品设计变量的不断增加，造成结构分析推到以及计算数值方面难度均有所提高，特别是进行特殊结构优化时无相应数据及公式进行应用。在针对大型机械结构进行优化设计时，需将复杂结构进行分解，逐步对各子结构分别进行优化，在优化过程中若设计多学科优化设计也可分科学进行优化。通过对计算机技术的有效利用，确保机械结构优化设计多方向发展。该技术主要代表包括模仿神经网络和遗传算法的人工算法，该算法适合在连续混合机离散变量全局优化中应用，可对产品准确度及应用质量进行提高。针对拓扑结构的优化设计时目前开展机械结构优化设计研究的主要方向，因实施拓扑结构优化可谓机械结构整体优化方案的设计提供科学依据，确保寻找出最佳设计方案，该方法多在大型机械优化上应用，可通过较复杂的计算实施优化，对大型机械尺寸、形状进行优化，提高其产品性能。
4 小结
机械结构优化设计的开展可帮助提升机械产品性能及质量，为机械产业的发展提供了方向及机遇。优化设计的实施可缩短机械产品生产周期并提高机械制造行业竞争力，推动机械产品优化发展。
参考文献
[1]张钟文. 试析机械结构优化设计的应用及趋势[J]. 装备制造技术，2016，07：270-271.
[2]曾文忠. 机械产品设计的结构优化技术应用策略探究[J]. 湖南农机，2014，09：44-45.
[3]周继瑶. 论现代机械中的结构优化设计[J]. 企业科技与发展，2013，09：19-21.
作者简介：
关键词：结构优化设计的方法、基础优化设计，现实意义
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
中图分类号：TU318文献标识码：A文章编号：
近年来，由于土地价格不断上涨，使得开发商的建筑总成本在不断地增加，这就给开发商的成本控制带来了极大压力；同时，由于人们对生活环境和居住条件的要求在不断提高，所以对建筑产品的品质要求也就在不断提高，开发商只有不断寻求新的手段才能满足消费者的需求，因此降低工程造价就成为开发商首要的追求目标了，要实现这个目标就需要利用结构设计的优化设计方法，来提高有限空间的利用率，使有限的资源发挥更大的作用。
结构优化设计的方法
一个优秀的建筑不仅仅是美观与优化结构设计的紧密配合，更是满足了人们对房屋结构安全性能、经济性和设计合理的要求，所谓的结构优化设计方案，就是结合原来的设计方案、新的工艺和设备、新材料的投入，对局部的设计进行改变，不仅要满足技术和功能可行性的要求，还要节约材料使工程造价明显降低。
建立结构优化设计的模型
结构优化设计是在各种变量参数中选择主要的参数，并为其建立函数模型，运用合理科学的方法计算出最优解。建立优化结构模型的步骤大致如下：一是，选择合理的设计变量。因为各种设计变量的选择对设计要求的影响是比较的大，在设计的过程中可将所涉及到的变量按照其自身重要性进行区分，将一些变化不大的参数定为预定参数，通过此项工作能减少计算和编程的工作量。二是，确定目标函数。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在设计的过程中，要保证各种约束条件必须符合要求，找到满足条件的最优解，并确定约束条件。
选择结构优化计算方案
结构优化设计是个非线性的优化问题，在设计中涉及到多个变量和多个约束条件，设定好计算方案，通常是将约束条件变为无约束条件来计算。拉式乘子法、符合刑法和POWELL等方法是常用的计算方法，在完成了相应的计算方案后再进行编程运算即可完成最终的优化设计结果。
需要进行优化设计的主要部分
在建筑结构优化设计中，不同方案和不同建筑材料的选择对工程的造价都会造成不同影响，尤其是在基础类型的选用、开间的确定、层高与层数的确定以及结构形式选择等方面都有着重大关系。据统计，在满足同样功能的条件下，经济合理的优化设计可以使工程的造价降低10%左右。基础、柱、墙体、楼板、梁、屋面板等是建筑结构的主要组成部分，这几个部分在工程造价中所占的比例也不相同，结构优化设计时对工程的造价影响也不相同，所以在优化方案设计过程中的侧重点也不尽相同。
对基础结构的优化设计
基础结构在整个建筑物工期的1/4左右，并且总造价也占到总造价的10%-20%，所以基础工程结构的重要性事显而易见的。而且基础结构工程的造价还与地质条件是密切相关，设计时对地质勘探报告要求也是极高，要选择合理的基础形式、控制好基础的截面尺寸和埋深，能相对减少基础结构在总工程造价中的费用。
柱网布局和柱子截面的优化设计
柱网布局确定着柱子的行距和间距（同行相邻的两个柱子的间的距离），柱网的尺寸一般来说在6到12米之间，如果柱距小那么其传力路线就短，上部结构的材料就能节省，但是这可能使基础费用高，所以说柱网布局是否合理，对工程的造价有很大的影响，另外，柱子的截面形状和大小对工程造价也有着直接的影响，所以合适的柱网布局、柱子截面的形状及大小的选择对工程造价的影响是很明显的。
梁的优化设计
在结构设计时通常采用矩形截面梁当做受弯梁，但是这种情况下材料的利用率较低。因为，首先，在靠近中和轴附近的材料的应力较低，再者，梁弯矩会沿梁长变化而变化。由于截面梁大部分区段的应力较低，材料都不能得到很好的利用，要想提高材料的利用率，在设计时可采用平面桁架来代替矩形梁，此时平面桁架就相当于掏空梁，掏去了梁中多余的材料，减轻了其自身的重量，这样既经济又实用，而且，还可以用它来发展成为空架网架，从而大幅度地提高材料的利用率。
钢筋和砼的优化设计
在满足了结构设计的需求外，要尽量减少砼的标号和钢筋的型号的种类，力求方便施工。如果在施工过程中采用的梁、板和柱型号不同，就会使施工的难度增加，这就大大浪费了材料，加大了施工成本。钢管砼结构就是将砼填入到薄壁的圆形钢管中形成一种新型结构，把这两种材料结合起来后，在内填砼的作用下使得钢管壁的稳定性增强，从而具有更好的抗压强度和抗变形的能力。钢管砼结构和钢结构在自重和承载力相同或相近时，钢管砼结构要比钢结构节约将近50%的钢材，这就大大地节约了工程成本；同时与普通的砼结构相比，在保持钢材的用量相近和承载力相同的条件下，构件的截面面积也将减少50%，同时，材料用量和构件本身的重量也将减少50%。
结构设计优化的现实意义
1、降低工程总造价
在进行结构优化设计时，高层与多层住宅相比，层数明显越多，这样总建筑面积也就增大了，单位建筑面积占用的土地面积就越小，从而节约了用地成本，但建筑层数的增多，建筑物的总高度也会加大，这就需要增大楼与楼之间的间距，这时所占土地量的节约就与建筑层数增加不成比例了，因此合理计算单位占地面积在降低总成本中显得更为重要。另外，在高层中一栋楼只有一个屋盖，这并不会因为层数的增加而改变，所以它的成本会有比较明显的下降。对于基础部分来说，他是各层共同拥有，并且随着层数的增加，传给基础部分的荷载力也会大大增加，此时我们就需要加大基础部分，这样总的算下来单位面积的造价还是有所降低下的。
2、提高建筑物结构性能的经济性
由于建筑物层数的增加，使得墙体面积和柱体积总面积有所增加，结构的自重会有所增加，这样基础部分和柱的承载力也会相应地增加，水、电、暖的管线就会加长；相反如果降低层数，就可以节省材料，提高抗震能力，同时由于建筑的总高度有所减小，两建筑之间的日照距离也会减小，这样就间接地节约了用地。在建筑面积相同，建筑物采用不同形状的平面时，它们外墙的周长也不相同，这样当选择圆形或是越接近方形时，外墙周长系数是越小的，从而使得基础部分、外墙砌体、内外装修表面都会随之减少，同时其受力性能也将得到大大的提高，也就增强了建筑的经济性能。
结束语
综上所述，建筑物的结构优化设计是事前控制的思想，也是一个系统的工程，与传统结构设计相比而言，采用结构设计优化方法可以使工程的总造价降低6%-34%。②优化方法中的技术性分析，可以使各种材料的性能得到最合理的利用，协调好建筑物结构内部各个单元的功能，这不仅可使得建筑更加美观和实用，而且也可以大大节省工程造价，从而达到了建筑工程设计标准，进一步满足工程的适用、经济、美观、安全和便于施工的要求。通过优化设计手段进一步加深对结构优化设计在工程造价控制中的重要性认识，创造合适的条件，确定合理的目标，采用科学的控制方法，各个方面达到最佳结合，降低工程的总造价，这不仅符合现今建筑商对于建筑结构效益的追求，也是市场可持续发展的需求，更是适应绿色环保的要求。
参考文献：
关键词：可靠度；桥梁结构；优化；设计
Abstract: based on the reliability of bridge structure optimization design will bridge structure as a whole study, but also to consider and deal with the design of bridge structure stochastic uncertainty, a traditional structure optimization design is more reasonable. The paper based on reliability of bridge structure optimization design basic ideas and development direction.
Keywords: reliability; Bridge structure; Optimization; design
中图分类号：S611文献标识码：A 文章编号：
1引言
桥梁结构设计的基本原则是安全、适用和经济。传统的桥梁结构设计主要是采用定值设计的方法，既不能描述和处理桥梁结构中客观存在的各种不确定性因素，也不能定量地分析计算安全、适用及经济的各项指标，更无法科学地协调它们之间的矛盾，使它们达到合理的平衡。事实上，传统设计方法追求的是一个满足设计规范条件下的最低水平设计，因而提出新思路、研究新方法是十分必要的。
当前，结构优化设计在桥梁工程领域日益受到重视，但其应用的范围和程度还很不理想。其原因除了桥梁工程设计取费标准不利于推动优化技术之外，还可归结为桥梁工程结构优化问题的如下特点：
（1）桥梁工程结构设计中的大量不确定性。如外部环境（荷载和结构所处场地类型等）的不确定性、结构本身的不确定性（结构材料性能、截面几何参数和计算模式的精度等不确定因素导致的结构构件抗力的不确定性）、结构整体分析中由于模型简化的误差而导致的不确定性等。为了充分考虑所涉及到的各种不确定性因素（目前主要考虑随机性因素），必须采用结构可靠度理论。
（2）桥梁工程结构设计准则的多重性。包括承载能力极限状态设计、正常使用极限状态设计以及与其它特殊功能要求相联系的极限状态。
（3）结构优化目标的多样性。对桥梁工程来说，人们既要求在目标方面考虑结构造价，还要考虑不同功能的失效概率和失效损失造成的失效损失期望、结构运行和维修费用等在内的经济指标，还可以以某些特定结构功能为目标。另外，目标函数的性质也很复杂，既有设计变量的显式函数（结构的重量或造价），又有设计变量的非线性、高度隐式函数（结构的失效损失期望）；而且由结构造价和结构损失期望的加权和所构成的统一目标函数不具有对设计变量的单调性。
2结构优化模型
基于可靠度的桥梁结构优化模型可以决策出各个构件的最优可靠度，各个构件的优化设计就是以最小的造价实现它的最优可靠度。这就将结构整体优化设计方法转化为一个两层次的结构优化设计问题。
2.1层次一――结构可靠度的最优分配
在无约束条件下，寻求结构可靠度的最优分配就是求解如下的数学规划：求
Psii＝1，2，…，K…。
min W＝C＋L（1）
式中：W为目标函数；C为结构造价；L为结构的损失期望；K为构件数目；Psi为第i个构件的可靠度。
以上模型中的C和L目前只能利用经验统计法、半理论半经验法等求得其近似表达式。
对不同的结构及不同的情况（如考虑构件失效的相关性及构件之间的串并逻辑关系），C和L具有不同的表达形式。因此，寻求C和L的合理表达式是有待于进一步研究的问题。
结构可靠度的最优分配模型中，采用目标函数W＝C＋L，将多目标优化问题转化为单目标优化，使问题得到了极大的简化。
求解数学规划（2），便可决策出各个构件的最优可靠度Psi＊（i＝1，2，…，K）。它们是从结构整体的近期效益和长远效益出发，结合投资条件为各个构件规定的控制指标，既是安全的指标，又是经济的指标，因而是各个构件的最佳控制标准。
2.2层次二―――结构中的构件优化
在决策Psi＊（i＝1，2，…，K）时己考虑了结构的近期投资和长远效益，因此，在构件设计变量的细部优化时就只需考虑如何以最小的造价Ci＊（i＝1，2，…，K）使构件具有规定的可靠度即可。这就是结构整体利益指导下的构件变量优化设计。它的数学模型就是解如下的数学规划：
求X
min C（X）
s.t.PS（X）＝PS＊（2）
式中：X为设计变量，为了一般化，上式中的符号均未加下标。
解决问题的另一途径就是找出结构造价和可靠度之间的比较精细合理的函数关系，这时，C（PS＊）就是构件最合理的造价。
3结构优化设计研究方向
基于可靠度的桥梁结构优化设计，应重点研究和解决以下问题：
3.1研究符合桥梁结构特点的、实用可行的优化模型。
3.2研究桥梁结构各构件的逻辑功能关系。
在结构体系可靠度理论中，研究较多较成熟的是“串联系统”，因此，如何将桥梁结构划分为若干具有串联关系的单元（单元可以是单个构件，也可以是构件的组合，这种组合可能出现并联关系或混合关系），也是一个十分有意义的问题，可使问题得到简化。
3.3研究单元（构件）失效之间、失效模式之间的相关性问题。
可靠度计算是结构优化过程中非常关键的环节，为此，合理考虑各单元（构件）失效间的相关性及失效模式间的相关性是非常重要的。
4基于可靠度的结构优化水平的划分
基于可靠度的结构优化方法按其设计变量的特性可划分为四个优化水平，分别是：水平一：截而优化，以截而尺寸作为设计变量；水平二：形状优化，以截而尺寸和描述形状的几何尺寸作为设计变量；水平二：结构优化，以截而尺寸、描述形状的几何尺寸和结构特性参数作为设计变量；水平四：总体优化，以截而尺寸、描述形状的几何尺寸、结构特性参数和材料参数作为设计变量。
5结语
从确定性的设计方法向概率设计方法方向发展，这是当前结构工程设计的发展趋势。计入作用和结构抗力实际上存在的随机性和将主要依靠直观经验确定的安全系数变为系统地应用统计数学定量给出一定基准期内结构的失效概率和统一可比的可靠指标，无疑是工程设计思想、概念和方法上的突破。基于可靠度的结构优化方法的研究和工程应用的前景将十分广阔。
参考文献:
[1]叶见曙.结构设计原理[M].北京:人民交通出版社,1998.
关键词：建筑结构；设计；优化；应用
中图分类号：TU318 文献标识码：A
建筑结构设计优化的理念应注重实际为主，根据工程项目建设的实际情况，进行建筑结构优化设计要以计划成本控制为中心，其内容就是对建筑方案、建筑结构含楼盖结构、基础结构以及围护系统结构等环节，建立起一种关于结构优化设计的模型，通过对各种不同的影响变量参数中的若干关键参数的科学的计算，确立最终的建筑工程结构设计的优化方案。
一、建筑结构设计优化的意义
1、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。
2、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，造成投资的巨大浪费。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。
3、建筑结构优化设计的社会意义。国家的宏观调控力度在不断的加大，原材料的价格在不断的上涨，从而在建设的前期挖掘潜力，节约建筑造成成本、科学的优化设计，有利于节约建筑的原材料、保护环境，符合国家“低碳、节能、环保”的理念，利国利民。
二、建筑结构设计优化技术应用
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。在某个建设工程项目中，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。
1、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。
2、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。
3、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。
4、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，才能达到结构设计的安全经济。
5、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，一些许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，才能够实现结构合理，成本降低。
6、建筑结构抗震概念设计。概念设计就是利用设计概念并以其为主线贯穿全部设计过程的设计方法，整个设计中包含着设计者的感性和理性思维。概念设计通过使建筑结构在遭遇到水平地震力作用下不会破坏，或者将对结构的破坏影响降到最低。因此对建筑结构的设计就要采取措施减小地震带来的影响，减小地震产生影响的重要手段是需要结构刚度均匀和对称，结构主体有足够的延性，能够有效地防止结构在地震作用下发生脆性破坏。同时多道设防思想又能使次要的构件在地震情况下先被破坏，从而使一部分地震能量得到消耗，在抗震设防中进行多道防线设计，能有效的抵抗地震力作用。
7、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、高强度混凝土等等）和各种轻型材料（如轻骨料混凝土、轻型隔墙、轻型墙板）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8、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。
结束语
要科学合理的对建筑结构进行优化设计，使其在建筑业的发展中发挥更好的作用，降低建筑成本。通过概念设计、正确的计算及合理的构造措施来保证，设计要在实践过程中不断的研究、探索和创新，使其经济性和适用性的目标得以实现。
参考文献
[1]彭 涛.住宅项目设计管理研究[J].重庆大学，2011（4）：80~82.
[2]李晓荷.结构设计优化技术在建筑工程中的应用探讨[J].科技创业家，2011（6）：56~57.
关键词：房屋 结构设计
中图分类号：S611文献标识码： A 文章编号：
近年来，由于土地价格市场的变化，不断上涨的土地价格给开发商的建筑总成本控制带来了极大的压力，同时，人们对于居住条件及生活环境的要求不断提高，相应建筑产品的品质要求也就不断提高，这就让开发商不断寻求新的手段满足顾客需求，而降低工程造价就成为开发商追求的直接目标，这就需要我们利用结构设计优化设计技术方法，提高有限空间、有限资源的最大化效果发挥，实现经济化、实用性和适用性的良好目标。
一、结构设计优化方法 赏心悦目的建筑是建筑的美观与结构设计相互协调密切配合的结果。建筑结构设计追求适用、安全、经济、美观和便于施工五种效果，而建筑设计优化设计技术方法的应用不但满足了建筑美观、造型优美的要求又能使房屋结构安全、经济、合理，成为实际意义上的"经济适用"房。从建筑上分析结构设计优化方法，它主要体现在房屋工程分部结构的优化设计和房屋工程结构总体的优化设计量方面。 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。
（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如下：一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。
二、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）结构优化计算方案 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、Powell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）结构设计优化应注意前期参与 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）概念设计结合细部结构设计优化 概念设计应用于没有具体数值量化的情况，例如地震设防烈度，因为它的不确定性，计算式难免与现实有较大的差异，在进行设计的时候就要采用概念设计的方法，把数值作为辅助和参考的依据。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。
关键词：房屋建筑；建筑结构；优化设计；设计研究
中图分类号： TU3 文献标识码： A
引言
随着我国社会经济的发展，人们的生活水平不断提高，对于自身的生活和居住环境也提出了更高的要求。房屋建筑的结构设计中，不仅需要考虑结构的合理性、可行性和安全性，还必须充分满足舒适性、经济性的要求。在市场经济环境下，市场竞争的日益激烈，使得建筑企业为了保证自身的利益，在保证建筑使用质量的前提下尽可能的降低成本，展开了对于结构优化设计方法的有益探索，从而推动了建筑结构设计优化技术的发展，不仅可以使得房屋建筑的设计效果更佳，而且能够取得最大的经济效益，具有十分重要的现实意义。
一、建筑结构优化设计综述
建筑工程包含的方面很多，所以建筑结构在设计过程中优化所涉及的内容也很丰富。从大的方面可以简单分为两大内容，即房屋总体结构优化和分部结构优化。细化可以进一步分为:房屋内部基本结构优化;房屋的维护方面、细节和总体结构的优化设计;屋顶结构优化设计;房屋造价优化控制设计等。建筑结构设计优化的目的是能够对有限的空间和固定的资源进行合理分配，将建筑材料和设备达到最大使用率，还能使所要建成的房屋安全、舒适、美观。经过优化设计的房屋比一般房屋在造价方面能够节省很多，从长远利益上看，建筑优化设计的理念对建筑工程是一种可持续发展的理论观念，对资源实现充分利用起到了关键作用。
二、结构设计优化技术的作用
（一）提升建筑的安全性
通过对房屋建筑结构的优化设计，可以对原有设计方案中的不足和缺陷进行弥补，从而提升建筑结构的合理性和安全性，在保证建筑整体质量的基础上，节省建筑材料，提升建筑的稳定性和相应的受力性能，确保建筑的使用安全。
（二）减低工程造价
相关数据显示，运用结构优化设计后，与原设计方案相比，建筑工程的成本可以节约10%－30%左右，成本大大降低。同时，通过结构优化设计，还可以充分发挥原材料的性能，确保建筑结构各个单元之间的紧密联系，提升建筑工程的经济性。
三、结构设计优化技术的方法
之前也提到，建筑结构设计所追求的最终效果，是实现结构的安全性、经济性、美观性、实用性以及施工的便利性。在房屋建筑中应用结构设计优化技术，主要体现在建筑结构总体的优化设计以及建筑的分部结构优化设计。在房屋结构设计中的结构优化设计，主要包括基础结构、屋盖系统、围护结构、结构细部等多个方面，需要从结构受力情况、整体布局、结构造型以及成本造价等方面进行综合分析。结构设计优化技术需要从房屋建筑的实际情况出发，以确保优化设计作用的充分发挥。
（一）建立相应的结构优化模型
结构优化设计的实质，是利用相应的数学知识，对就爱你住结构中的各种参数进行整理和分析，然后依据结构整体，构建相应的数学模型，寻求最优设计的过程实际上就是对最优解的求解过程。因此，在对房屋结构进行优化设计时，需要建立相应的优化模型。首先，对设计变量进行合理选择，设计变量对于房屋结构设计的影响是十分巨大的，设计人员需要按照变量的重要性，对其设计的参数进行分类，将影响较小的变量作为预定参数，从而简化计算流程。其次，要对目标函数进行确定。在这里的目标函数，就是满足建筑实际需求的最优解。然后，明确约束条件。对于房屋结构优化设计而言，其约束条件主要包括强度约束、尺寸约束、应力约束、弹塑性约束时，可以按照现行的房屋建筑设计规范，对优化设计的约束条件进行明确。
（二）确定结构设计优化方案
对于房屋建筑而言，结构设计的优化方案，主要是指结构的布局以及细部的优化。结构布局的合理性直接影响着房屋结构的造价，因此要求其结构尽量简单，传力直接，避免多次传力的情况。而细部优化是一个较为广泛的概念，包含的内容相对较多，根据其对于房屋结构的影响程度分析，最为关键的部分，是对构件截面的合理选择。例如，竖向构件应该在满足实际需求的前提下适当选择轴压比，轴压比过大或过小都会影响配筋的设置。梁的截面设置同样如此，如果截面过大，会影响建筑内部的有效空间，而截面过小，则会导致配筋相对较大，影响造价。
四、探讨房屋结构优化技术的实践应用方式
（一）框剪设计的整体思路
框剪结构集框架结构布局灵活、剪力墙结构刚度较大的优点于一身，使得该种结构体系具有较好的延性和整体性。目前框剪结构已被广泛的应用于公用建筑、住宅等高层建筑中。在这个结构的剪力墙可以单独设置，也可以利用一些其他的墙体，比如电梯井、楼梯间等，此外，这个结构还可以有效的提高侧向刚度。在实际的建筑施工中，主要有刚性、刚柔、柔性等不同的价值计算方法，一般来说选用哪种计算方法会根据抗震质量的不同来进行合理的选择，比如为了改善结构的抗震性能，应该注意场地的土质类别，对不同土质采取不同的加剪力墙等。
（二）复合地基形成法的技术提升
通过对被加固土体填充相应的材料，改变土体的结构，使土体被增强或被置换形成一定的增强体，由增强体和周围地基同承载荷载，形成复合地基的一些地基处理方法。在建筑施工中，根据特殊地质条件对地基承载力的要求，而选用不同的处理方法达到相应要求。比如通过填充砂和石料深入土体，被置换或挤密，从而达到提高承载力的目的等。
（三）多层钢筋混凝土框剪结构设计
在多层钢筋混凝土框剪结构的设计上，全面把握设计的主要点，分析梁柱以及刚接或者铰接相连促成的承载重量体系，在依据设计图纸和文件的前提下，全面把握设计图纸的客观需要，同时加强规范性施工和管理，读懂并理解设计图纸中的每一项内容，达到按图纸施工、依据图纸设计的目的，作好技术交底。根据建筑结构的实际需求，可以采用现浇式框剪设计，就是通过梁、柱、楼盖的现浇钢筋水泥混凝土结构，增强建筑结构的整体性能，提升抗震能力，在实际建筑设计中可以广泛应用；同时，还可以采用预制装配式设计，就是指梁、柱、楼板均为预制，这样可以减少工程的难度，提高工程的速度，但是，整体建筑质量的性能不是很强，抗震效果、漏水系统等会有一定的偏差，可以结合地质条件进行考虑。
（四）框架梁、柱箍筋间距的优化
对不同抗震等级的框架梁，柱箍筋加密区的最小箍筋直径和最大箍筋间距做了明确的规定。侧重点就是关于质量，比如抗震等级、人防等级、地基处理、承载能力、材料使用等一些相关因素，同时还包括对设计图纸的详细了解和掌握，在钢筋水泥的质量要求、地基基础设计等级、砌体结构施工质量控制等级,基本雪压和基本风压,地面粗糙度等等一些基本建筑结构的类型需要，如混凝土的含碱量不得超过3kg/m3、地下水类型及标高、防水设计水位和抗浮设计水位，地基液化，湿陷及其他不良地质作用，地基土冻结深度、设计活荷载值、混凝土结构的环境类别、材料等级、强度等级、材料性能、施工质量的特别要求等，是在建筑结构设计中要考虑的要素。
结束语
总之，在我国建筑行业飞速发展的带动下，人们对于建筑工程提出了更高的要求，也使得结构设计优化技术在建筑工程领域发挥着日益重要的作用。对于设计人员而言，需要对房屋结构优化设计的复杂性和系统性有一个清晰而明确的认识，不断提升自身的专业能力和设计水平，推动结构设计优化技术的发展，进而促进我国建筑行业的持续稳定发展。
参考文献
[1]段佳琦.浅谈对建筑结构设计的认识[J].中小企业管理与科技（下旬刊），2010（11）.
[2]马雪丽.浅析建筑结构设计[J].黑龙江科技信息，2011（10）.
