时间：2023-07-18 17:24:09
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篇结构设计的优化，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。
结构设计的目标是“安全、适用、经济”，对结构设计进行优化的目的就是使有限的空间、资源效果最大化，结构设计的优化工作就显得非常的重要。结构设计优化的方法就是合理的利用材料的性能，合理的利用结构体系的受力特性，合理的结构布置，使结构内部各单元得到最好的协调，达到规范所规定的安全度，并使其使用功能得到最大的满足。下面将通过几个方面对结构设计的优化进行探讨，以期与广大结构设计人员共勉。
1 结构整体分析
在承载各种作用的时候，建（构）筑物总是以整个结构体系协同工作的，结构体系的优劣是这个建（构）筑物的先天基础。合理的结构体系可以在安全、经济、适用等方面做到更好的协调。
1.1 结构形式的选择及结构布置
同一建筑方案，可以采用多种结构体系进行设计。建筑工程常用的结构体系有框架结构、框架剪力墙结构、剪力墙结构、筒体结构等。每一种结构形式的经济性都有所差别，且都有其相应的适应性、抗震性能。因此，设计人员在建筑结构体系的优化选择过程中，要根据建筑物使用功能的要求、建筑高度的不同、场地条件等因素，按照经济合理、安全可靠的设计原则，保证结构整体具有良好的抗震性能、足够的承载力和刚度的前提下，选择最合适的结构体系。
结构布置要求结构设计者具有化繁为简、了解各种结构特性并对其出现的各种状况采取相应措施的能力。在建筑结构设计的过程中，在基本满足建筑师设计意图的基础上，平面布置应尽量规则、对称，尽量缩小质心和刚心的距离；使建筑物在水平荷载作用下不致产生太大的扭转效应。竖向布置应在满足功能要求的前提下，尽量使竖向承重构件上下贯通且竖向刚度最好不要突变，否则突变处在水平荷载作用下会出现严重的应力集中现象，这对结构抵抗水平动力荷载是十分不利的。
笔者设计的某值班宿舍楼，平面尺寸为7×38m，平面虽然很规则，但很狭长，结构布置的时候，做到了结构刚心与质心非常的接近，但计算后的结果却不能令人满意，第一周期是扭转周期，对于结构的抗震是非常不利的。究其原因就是结构平面过于狭长，平面刚度不足，造成两端振动不同步引起了扭转效应。在增大了两端柱截面之后，虽然第一、二周期变成了平动周期，但第一扭转周期与第一平动周期的比值大于0.9。虽然抗震规范对多层建筑的周期比并不做要求，但参考高层规范的规定，比值过大的情况下结构的抗震性能并不是很好。于是笔者在两端墙体交接处各增加了一根柱子，使得两端的刚度进一步增强，且柱的布置不影响使用，结构的周期比小于了0.9，而且由于结构布置的时候刚心和质心是非常接近的，因此结构的抗震性能是非常好的。
1.2 功能要求
每一个建（构）筑物都有其预定的功能要求，设计者甚至不能满足其无限扩大的功能要求，而功能要求往往也会与结构形式产生冲突。当为了更大满足功能要求而不能采取更优的结构形式使造价增加，或者采取更优的结构形式使造价降低却但限制了一些功能上的要求时，设计者应当与建设方协调，在功能要求和结构形式上互相做出让步，以确定双方都满意的结构方案。比如框架结构、框剪结构、剪力墙结构、简体结构等满足使用者自由布置空间的能力是不同的，一般情况下按上述排序该能力是越来越弱的，但结构体系的刚度却是越来越强的，适用的最大高度是越来越高的。当某建筑物的高度接近框架结构的适用最大高度时，其结构成本相对是比较高的，可以考虑采用框剪结构，如建设方认为框剪结构影响了其功能使用，且结构成本对其影响不大时亦可继续采用框架结构。但通过沟通，在采用框架结构的同时，在不影响其功能要求的某些位置设置少量的剪力墙以加强结构的抗侧刚度则不失为更优的结构方案。
2 改变约束条件
改变约束条件是进行结构设计优化的一种有效的手段。
某水厂水池，由于施工单位的失误，池壁钢筋产生严重的偏位，按偏位后的截面进行复核，池壁承载力已经不够。笔者采用增加约束的办法进行处理。将池壁上部的走道板强化设计，作为池壁的上部约束，经复核此情况下偏位后的钢筋满足要求。
某门式刚架厂房，笔者最初设计时对刚架的底部按固端约束进行计算，发现刚架的基础非常大，造价很高。后经优化，减掉部分约束，改为铰接，基础尺寸大为减小，柱脚构造施工难度变小，且上部构件截面增大不多，取得了良好的经济效益。
3 构件分析
每一种结构构件都有其最经济的使用范围，每一种截面尺寸均有其最经济的承载状况。通过构件分析进行结构优化的目标是使构件的截面尺寸更合理，充分发挥材料的结构性能。
笔者在设计水处理构筑物的时候，通过采用通用计算软件分析发现控制构件配筋的最不利弯矩衰减得非常的快，这些在普通的静力计算中是察觉不到的。根据这个特性，在大尺寸的池壁设计中，可以采取沿高度逐渐减小池壁厚度和逐渐减少配筋量的方法来更合理的发挥材料的性能，取得更好经济效益。
牺牲某些结构构件的部分经济性，达到更高的整体经济效益则是另一种结构优化的方向。例如，常规梁经济性最好，但严重影响建筑层高，尤其是在目前土地资源有限的情况下，其不一定能实现整体经济效益的最大化。宽扁梁能减少梁的截面高度，增加建筑物的净高。在建筑物总高度限制的情况下，可以增加层数，以获得更多的建筑面积。虽然宽扁梁在经济指标上与常规梁相比并非最优，但对比整体经济效益和结构增加的投资，整体经济效益大时，做宽扁梁设计是个值得考虑的结构设计优化方向。
4 材料选择的优化
结构承载能力的载体就是材料，工程实践证明，设计阶段合理选择建筑材料，控制材料单价或工程量，是控制工程造价的有效途径。建筑材料应尽量选用性价比高的高强度建筑材料。例如HPB300、HRB335和HRB400这三种钢材的价格比较接近，但它们的抗拉强度值是270：300：360=1：1.11：1.33，可见采用高强钢筋的性价比高。采用高强度钢筋减少了用钢量的同时，还减少了施工量，增加施工可操作性，减少了施工难度。当柱截面由轴压比控制导致尺寸过大时，可以采用更高等级的混凝土，以达到减小结构尺寸，增加使用空间的目的。结构设计者可以与建筑设计者协调采用轻质高效的建筑材料，如填充墙材料宜采用轻质墙体，屋面采用轻质防水材料等，这些材料的使用既可增加室内的使用空间，也能减轻结构自重，减小地震作用，进而减少结构主要受力构件的用钢量和混凝土用量，减少了结构部分的投资。
5 计算模型的优化
实际结构是很复杂的，完全按照结构的实际情况进行力学分析是不可能的，对工程设计而言也是没有必要的。因此结构设计时，都需要采用某个计算模型对结构实际状况进行简化模拟，计算出结构在各种工况下的效应。结构计算模型的准确性决定了计算结果的合理性及对工程设计的指导意义。
纵观结构设计软件的发展历史，就是结构计算模型提高准确性的发展历史。在计算机高度发达和通用计算逐渐普及的今天，结构设计者拥有了更多的选择对结构进行更为合理的模拟计算，设计者可以得到更为准确的结果，从而更为合理有效的进行材料配置，提高经济效益。
由于业主功能需求的变化，某已建成的建筑物空间布置发生了较大的改变，部分楼板荷载超出了原设计的规定。笔者在对此建筑物结构进行技术鉴定时，考虑到原结构设计是采用梁柱模型计算的，楼板并未直接参与计算，仅估计了对梁刚度的影响，可能实际结构承载能力还有一定的富余。笔者采用了梁柱与板壳元共同工作的计算模型进行复核，并对其局部荷载进行精确施加。最终验算的结果表明原结构基本能满足要求，仅需进行小的调整即可满足结构安全。
在水处理构筑物的设计中，水池底板的设计一直都沿用传统的倒楼盖法，整个底板的地基反力是按均布荷载布置的，这与实际的受力状况有很大的不同，造成了底板用钢量过大的结果。在使用通用计算已成为可能的今天，可以考虑采用更为接近实际状况的有限元模型进行受力分析，并以此结果指导配筋将会更为合理且更为经济。
关键词：房屋结构设计；建筑结构设计；优化
一、房屋结构设计中建筑结构设计优化方法的理论体现
在房屋结构设计中建筑结构设计的过程中，需要考虑的东西很多。不仅要考虑到建筑整体安全性和使用功能，还要尽可能完善设计，这就是我们通常所说的设计优化。通过设计优化，保证利用最为科学的方法，选择出最佳设计方案，从而更好地完成预期目标。从建筑理论上分析主要表现在房屋工程分部结构的优化设计和房屋工程总体结构的优化设计两个部分。房屋工程结构总体的优化设计包括三部分，分别是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。在分析的过程中还会涉及到受力分析、造价分析等。在设计的过程中，我们必须以实事求是，结合工程开展的实际情况，按照房屋建筑的经济效益目标进行合理的优化设计。
建筑工程师在设计的过程中，必须将安全放在第一位，在保证安全的基础上进行结构形式的创新。在设计的过程中，尽量保证平面布置的规则和对称，减少质量中心和刚度中心之间的差别，建筑物在水平荷载的作用下不会发生强烈的扭转。我们在满足房屋基本功能的情况下，还要保证竖向承重构件向下是连通的，尽量避免使用转换层从而减少设计上的难度。转换层在使用的过程中容易导致应力集中，不利于建筑整体的稳定性。同时我们要掌握好竖向刚度的变化，尽量避免出现突变的情况，因为这样容易导致用力集中，不利于建筑结构抵抗水平动力的荷d。
二、结构设计优化的现实意义
首先能够实现对设计的优化，保证建筑结构整体功能的实现。我们在优化结构设计的过程中需要对结构造型、受力性能和结构材料等方面进行优化。可以选择那些圆形和方形的结构从而保证结构的受力性。通过使用优化技术，保证工程开展的安全和经济。
其次还能够节约建造的成本。控制好建筑工程的造价能够实现企业经济利益的最大化。事实表明，通过优化结构设计能够降低15%-30%的造价成本。随着高层建筑的越来越多，这就对房屋结构承载能力提出更高的要求，需要保证墙、梁和柱的承载能力和抗震能力。通过科学合理的设计，能够确保结构各项功能的实现，并且减少结构所需材料，真正实现经济安全的目标。
三、房屋结构设计中的建筑结构设计优化措施
（一）设计结构模型
房屋结构设计中建筑结构设计优化方法基本可以分成三个阶段：第一阶段就是要选择变量。一般情况下，设计人员是需要根据一些较为关键的数字来决定最后设计方案。比如工程的目标参数包括房屋价格参数和预期产生的损失参数。当设计工作者将那些有小幅度变动的参数作为参考指标，就会降低设计和计算工作的难度，设计工作者能够迅速准确找到信息。第二阶段是确定函数。设计工作者需要在很多相似程度很高的函数中选择出与房屋横截面和钢筋尺寸匹配的函数，并对函数的各项性质进行简单分析，从而降低房屋建造的成本。第三阶段是衡量条件。我们在建造房屋的过程中，必须考虑到房屋的稳定性和功能性，考虑房屋尺寸、架构稳定性、架构刚性以及变形限度等指标，结合房屋建造的具体实际，对施工中的约束条件进行仔细分析，保证各项条件都符合最优的要求。
（二）决定计算方法
房屋结构设计中不可避免的会遇到很多计算问题，建筑结构设计优化是个复杂的过程，需要考虑到多个变量和多种设计条件。在计算的过程中，需要考虑到各种附加的约束条件。只有经过合理的转化，才能更好地得到计算结果，设计人员需要根据实际的情况选择出最佳计算方法，节约人力和物力。
（三）选择最优程序
在选择完房屋结构模型和计算方法之后，设计工作者就要选择最优程序。最优程序的功能齐全，并且工作效率高，这种最优程序在结构设计的过程中发挥着关键性作用。
（四）分析统计结论
在统计完相关的数据之后，就要对数据进行认真分析，找到设计方案之间的异同，从而选择出最佳的设计方案。设计工作者必须总览全局，对一些细节问题更要引起足够的重视。房屋建造需要耗费大量的人力、物力和财力，只有纵观全局，了解到各个环节的利弊关系，才能真正衡量好各个环节的利益，才能选择出最优方案。因此，设计工作者需要将节约成本和改进技术结合起来，在选择方案的过程中，兼顾二者，才能真正发挥出房屋建筑的功能。
四、房屋结构设计中建筑结构设计优化的注意事项
我们需要根据不同的建筑工程类型选择合理的结构形式，通常包括剪力墙结构、框架结构和框架―剪力墙结构三种类型。这三种不同的类型各具特点，因此在选择的过程中需要考虑到房屋的实际使用功能以及工程中可利用的资产，在确保质量的前提下选择合理的投资方案，保证建筑工程利益的最大化。在高层建筑结构中通常会使用剪力墙结构，优化时注意多遇地震下剪力墙结构弹性层间位移角限值（1/1000）、轴压比等限值。框架结构优化时多遇地震下结构弹性层间位移角限值（1/550），柱轴压比限值、最小配筋率，注意这种方式不仅但是柱截面较大，注意柱角可能会对家具的摆放产生影响。框架―剪力墙结构优化注意0.2V0调整、位移比控制、轴压比控制等等。
五、小结
总之，建筑结构优化设计方法的研究是一项综合复杂的工作，我们需要在今后的工作中多加摸索，争取用最少的资源实现最大的经济效益。建筑结构设计优化方法的运用能够更好的实现房屋的使用功能，能够更好满足人们的多样化需要，极大改变了人们的生活，有着非常重要的现实意义。
关键词：结构设计； 设计；优化
中图分类号：TU3 文献标识码：A
1、结构设计优化方法的理论体现
当我们进行结构设计以及工程项目的相关设计的时候，不仅要对设计对象的安全性可靠性以及其基本使用功能进行必要的考虑外，设计还要尽可能的突出建筑的美感，这些便是结构以及工程项目的最优化的相关问题。也就是说利用相应的数学上的方法，对所有设计方案进行必要的分析比较，得出最满意的设计方案，以满足预期的目标。
从理论上对结构设计优化方法进行相关的分析可知，房屋工程结构总体的优化设计以及房屋工程分部结构的优化设计是结构设计优化方法在实际应用中具体的表现。房屋工程结构总体的优化设计主要是对围护结构、屋盖系统以及结构细部等进行相应的设计方案的优化设
计。在设计的时候还必须考虑到相应的布置、选型、造价以及受力等方面的问题，然后根据工程的实际情况以及结合房屋建筑相应的经济性，对建筑结构进行相应的优化设计。
为了适应时展的要求，建筑的结构形式必须不断的进行必要的创新。对于建筑结构的设计师来说，要确保建筑结构具有一定的安全保证，在此基本上考虑设计出新的结构形式。
对于建筑结构的设计，我们要求尽量缩小质量中心和刚度中心的差异以及建筑的平面结构尽量对称与规则，不过这些必须满足设计师的基本设计意图。还要要求在水平荷载作用下建筑物不会产生很大的扭转效应。必须在满足建筑相应的功能条件下，在竖直方向布置尽量让竖直方向的相应的承重构件上下贯通。在结构设计中，为了减少结构设计与分析上的难度以及经济性，我们应该尽量避免使用转换层结构。对竖直方向的刚度也有着相应的要求，要求刚度的变化必须是渐变的而不是突变的，否则在刚度突变的地方会出现严重的应力集中，这不利于建筑结构抵抗水平方向的动力载荷作用。
2、结构设计优化技术的现实意义
对建筑结构的设计进行必要的优化，在对于房屋结构相关的设计中的应用意义重大，不仅能够满足了建筑的实用与美观，而且还可以有效地对工程造价进行控制。对于建筑商来说，其当然希望用最少的投资，而获得最大的收益，然而又必须对建筑结构的科学性、可靠性以及安全性做出保证，这必然要求对结构设计进行优化。
结构设计优化和传统房屋结构设计进行比较我们可以发现：运用设计优化的技术能够降低建筑的工程造价（6 ～ 35％）。结构设计优化技术能够使得建筑结构内部的每个单元都得到最佳的协调，并可以对材料的性能进行最合理的利用。这样不仅能够保证相关规定的安全系数，还能够实现对建筑结构设计的经济性与实用性。
3、结构设计优化技术在建筑结构设计中的步骤
3.1建立结构优化的模型
在我们对房屋结构整体进行必要的优化设计时候，可以分成三步进行建筑结构的设计优化。下面将对每一步骤进行详细的介绍：
3.1.1要对设计变量进行合理的选择
通常在对设计变量进行选择时，我们把对建筑结构影响的主要参数作为设计变量。如目标控制的相关参数（损失的期望C2和结构的造价C1）和约束控制相关参数（结构的可靠度PS）等；然而还有一些影响不是太大，其变化范围也不是很大或者由局部性以及结构的相关要求就能够满足相应的设计要求的一些参数，我们可以用预定参数来表示，这样能够使得我们的设计量、计算量以及编制程序的工作量均大大减小。
3.1.2对目标函数进行确定
在进行结构设计优化的时候，我们还必须寻找一组能够满足相关的预定条件的截面相应的几何尺寸、钢筋的截面积以及相应的失效的概率的函数，使得工程造价最少。
3.1.3对约束条件进行确定
对于房屋的结构的设计优化来说，必须确保结构的可靠度，来对优化设计相关的约束条件进行相应的确定，设计优化的约束条件主要包括裂缝宽度约束、结构强度约束、尺寸约束、构件单元约束、应力约束、结构体系约束、从可靠指标约束到确定性约束条件以及从正常使用极限状态下的弹性约束到最终极限状态的弹塑性约束等约束条件。在进行结构设计的时候，我们必须对目标约束条件与实际的约束条件进行相应的比较与分析，再确保每个约束条件都必须满足相关要求，以实现最佳的设计。
3.2对优化设计的计算方案进行设定
根据可靠度进行的房屋结构的优化设计具有多约束且非线性的优化问题以及复杂的多变量，在进行相应的分析计算中，一般把有约束的优化问题转换成无约束优化问题的求解。常用的优化设计的计算方法有拉氏乘子法、复合形法、Powell法等。
3.3进行程序的相关设计
根据可靠度进行的房屋结构的优化设计的基本模型以及所使用的优化设计的计算方法，可以编写一个具有运算速度快以及功能齐全的综合应用程序。
3.4结果分析
我们必须对相应的计算结果进行必要的分析比较，然后选择出最佳的设计方案。在这个过程中，我们考虑问题必须全面，并且要对问题进行多角度的考虑。这一步骤在建筑结构设计优化中尤其重要，合理的选择设计方案，不仅能够确保结构的美观、安全性、合理性以及实用性，还能够对施工中的资金的投入有着重大的影响。在结构设计优化中只强调经济上的节约，而忽略技术上的相关要求，是不正确的；同样只考虑技术上的要求，而不考虑经济的要求，也是不合理的。我们必须对两者进行合理的配置，才能达到相关要求。
4、结构设计优化技术的实践应用
对于项目的前期设计、整体设计、旧房改造以及抗震设计方面均能够采用结构设计优化设计的方法。下面对实践应用中的问题进行必要的说明：
4.1结构设计优化应注意前期参与
前期方案直接会影响到工程的造价，然而很多结构设计忽略了这一点，所以我们应该注意。前期参与能够让我选择合理的结构形式以及合理的设计方案。
4.2概念设计结合细部结构设计优化
在没有具体数值量化的情况下，我们可以使用概念设计。例如，对地震的烈度进行设防时，由于它存在这不确定的因素，所以我们无法找到与实际相符合的计算式，所以在进行设计优化的时候我们可以使用概念设计的方法，把相应的数值作为参考与辅助相关的依据。同时在设计过程中，相关结构设计人员必须合理并灵活的使用结构设计优化的方法，从而达到最佳的效果。
在设计过程中必须对细部的结构进行相应的设计优化，例如，在现浇的混凝土异形的板料，其拐弯处容易开裂，我们可以简化成矩形板，然后再合理的选择钢筋，在满足其结构的基本要求条件下，达到既安全又经济的目的。
4.3下部地基基础结构的设计优化
在地基基础的结构设计优化中，我们必须选取合适的方案，如可以根据工地的地质条件选择相应的桩基类型，并尽量减少相应的工程造价。并根据桩端的持力层的厚度合理的选择灌注桩的桩长度，通过对多种设计方案进行必要的分析比较，然后选取最佳的设计方案。
关键词：房屋；结构设计；优化
随着我国市场经济的不断发展，建筑行业内部之间的竞争越来越激烈。在激烈的市场竞争环境下，建筑企业必须要以市场需求为导向，提高房屋建设的水平。在当前的社会环境下，房屋建设的水平不仅体现在房屋的质量上，同时还包括房屋的舒适性、经济性、美观性等。因此，必须要在房屋结构设计的过程中应用结构设计优化技术。本文将从介绍结构设计优化技术的作用入手，介绍结构设计优化技术的方法，分析结构设计优化技术在房屋结构设计中的具体应用。
1结构设计优化技术的作用
在房屋结构设计中应用结构设计优化技术具有一定的作用，主要体现在两个方面。第一，在房屋结构设计中应用结构设计优化技术可以提升建筑的安全性。应用优化结构设计可以弥补传统房屋结构设计中存在的不足和缺陷，从而提高房屋结构设计的合理性和安全性。而且，应用结构设计优化技术可以对房屋结构的受力性进行更加全面的分析，从而确保房屋使用过程的安全性；第二，在房屋结构设计中应用结构设计优化技术可以降低工程的造价。根据相关的调查显示，在房屋结构设计中应用结构设计优化技术可以将工程的成本降到原来的70%，从而大大节约了房屋工程建设的成本。此外，应用结构优化设计技术还可以提高原材料的性能，减少材料的浪费，提高房屋建设的经济性。
2结构设计优化技术的方法
无论是在房屋建筑总体结构设计还是分部结构设计的过程中都可以采用结构设计优化技术。房屋结构设计的主要内容包括基础结构设计、屋盖系统设计、围护结构设计等。但在应用结构设计优化技术的过程中应根据房屋建筑的实际情况而定。下文将具体介绍一下结构设计优化技术的方法。首先，要建立结构优化模型。结构优化设计就是指将人们的居住需求以数学的方式表达出来，然后对相应的参数进行整理和分析，再结合房屋建筑的实际情况建立数学模型，最终求出数学模型的最优解。因此，在房屋结构设计的过程中应用结构设计优化技术最为关键的一步就是建立结构优化模型。在建立结构优化模型时也应遵守一定的原则。第一，要合理选择设计变量。房屋结构设计过程中设计变量的选取是十分重要的，将直接关系到房屋结构设计是否合理。因此，设计人员必须要重视这项工作。设计人员应根据变量对整体结构的影响将其分成不同的类别，确定其中的预定参数，从而使得整个计算流程变得比较简单；第二，要确定目标函数。确定目标函数的目的是为了找到最优解；第三，要明确约束条件。不同的房屋建筑的具体约束条件是不同的。但总体来说，房屋结构设计过程中采用的约束条件主要包括强度、应力、尺寸等。设计人员可以根据现行的房屋建筑设计规范确定约束条件。其次，要确定结构设计优化方案。在房屋结构设计过程中，结构设计优化方案应包括两方面的内容，一是整体结构的布局，二是细部结构的优化。在进行房屋整体结构布局的过程中应尽量简单一点。因为，越是复杂的结构需要的投入越多。而且，复杂的结构需要多次传力，会影响结构的稳定性和安全性。细部结构优化涉及到的内容比较多，不同的部位对房屋结构的影响也是不同的。但在所有的细部结构优化过程中最为重要的部位是构件截面。构件截面的选取将影响到房屋结构使用的安全性和其它部位的结构设计。例如，竖向构件在设计时应选择合理的轴压比。如果轴压比选择不合理将会影响配筋的使用。又如，在进行梁截面设计时，如果截面设计的过大则会缩小房屋建筑内部的使用空间。如果截面过小则会增加使用的配筋，从而增加房屋工程的总成本。
3结构设计优化技术在房屋结构设计中的具体应用
现在，随着城市居住人口的不断增多，城市住房压力越来越大。在这种情况下，房屋建筑主要以高层建筑为主。相比于普通的房屋建筑来说，高层建筑的结构更加复杂，在结构设计中应用结构设计优化技术更加符合人们的居住要求。下文将具体介绍一下结构设计优化技术在房屋结构设计中的应用。首先，要优化设计规范。在进行房屋结构设计时，设计人员必须要先了解和房屋结构设计有关的规范，明确其中的条例和规定。同时，在房屋结构设计的过程中还应结合房屋的实际情况将这些规范应用其中，确保房屋结构设计的合理性和规范性。此外，设计人员在遵守规范的同时还应结合房屋建筑的实际情况对规范进行修改，即要将规范中一些过于宽松的条款舍弃，按照房屋建筑的实际情况而定，从而确保结构设计的最优性。其次，要参与房屋工程前期的规划设计。为了实现房屋建筑结构最优化设计的目的，设计人员必须要参与房屋建筑工程前期的规划设计。一方面，是要对房屋建筑工程进行全面地了解，掌握一手的数据资料。另一方面是要从全局的角度出发进行房屋结构设计，确保房屋结构设计方案的合理性和科学性，这样才能为以后的施工提供科学的指导。如果设计人员不参与房屋建筑工程前期规划设计，则无法准确地判断工程结构的受力情况，同时也无法有效控制设计的质量和成本。这种脱离房屋工程建筑实际的设计方案不可能是最优的设计方案，即无法充分发挥结构设计优化技术的作用。最后，要进行概念设计。对于同一个房屋建筑工程来说，在施工条件基本相同的情况下，采用不同的结构设计方案产生的设计效果是完全不同的，需要的工程投入也是完全不同的。因此，在房屋结构优化设计的过程中必须要重视细部结构优化设计。在进行细部结构优化设计的过程中还应考虑到概念设计。概念设计是房屋结构设计中的重点内容，在进行房屋结构设计的过程中如果缺少相应的数据，就必须要通过概念设计的方法来处理细节。例如，在进行地震设防烈度设计时就不能单纯依靠量化的方法，而是应采用概念设计的方法，将所有已知的参数作为参考，对结构的细节部分进行合理地处理，从而确保结构的防震等级符合相关的要求。
4结论
总之，在房屋结构设计过程中应用结构设计优化技术是十分合理的，未来随着建筑行业的不断发展，结构设计优化技术的优势将会愈加凸显。因此，人们必须要重视结构设计优化技术，将其广泛应用于房屋建筑结构设计之中，提高房屋建筑结构设计的合理性、经济性和美观性。
参考文献
[1]王也.建筑结构设计优化方法在房屋结构设计中的应用[J].中华民居(下旬刊),2013,03:81-82.
关键词：建筑；结构设计；优化
中图分类号：S611文献标识码：A 文章编号：
在建筑领域内，数字计算机和相关的数字技术，不仅能够让从业者轻松自如的完成数据分析和计算、项目设计和出图等一系列工作。而且它也带给了我们许多“新体验”。比如说：建筑结构设计优化。经验告诉我们，在以数字计算机为操作平台，以数学、力学等学科为参考的建筑结构设计优化工作，不仅能够辅助结构师进行项目“可执行性”（传统结构设计）这一主要工作，同时，它也能够对结构设计的“安全性”、“经济型”等有关问题起到权衡利弊的作用。毫无疑虑，建筑结构设计优化为日趋复杂、多元化的建筑实现了强有力的结构架设保障。而在具体的工作中，如若想真正达到经济和合理双收益的工作目标，我们必须要严格把握相关的方式方法和技术手段。
一、建筑结构设计优化的好处
我们都知道，在传统的建筑结构设计中，设计者通常会根据设计要求，然后结合以往的实践经验，参考近似的设计方案，以判断的方式去着手进行相应的设计方案，在此之后，再去进行有关“强度”、“刚度”、“稳定”等相关方面的计算。在运用此方法进行结构设计时，如果条件允许的话，设计者还会从结构布局、结构外形、材质选择等方面入手，去寻求一个更为合理的设计方案，而在力学分析方面也仅仅是起到了一个核对查考、比较验证的作用。于是，传统的建筑结构设计就暴露出以下这么几种主要弊端：①工作量大、效率低下；②由于时间限定和设计者经验不足等内外因素，致使所敲定的设计方案并非是最为理想、科学的方案；③以分析和计算各种外界因素作用下的受力、变形等力学反应为工作目标，未达到设计这一层面。
然而，伴随着数字技术等科学技术的崛起、涌进，我们人类的思维、感想等各种与设计有关的因素，也不断地被充溢和改变着。这时候，只能够起到“分析”作用的传统结构设计方式就明显的有些力不从心了。因为，在现如今，不管是任何一种设计，其除了要满足设计对象的工艺性能等艺术特征，可靠性、安全性等使用性性能之外，还要做到设计对象被生产时，达到消耗最低、误差最小、费用最低等目的。而建筑结构设计优化，就是如此。
事实证明，建筑设计优化能够做到：“将设计周期缩短到最小范围，节省大量人力，提高设计质量及水平，从而，最终取得显著的经济和社会效益。”而建筑结构设计优化是如何做到这点的呢，这要从其方法和技术上谈起。
二、建筑结构设计优化的方法
和所用结构设计优化一样，建筑结构设计优化的主要特征是让“参与计算的部分以变量的方式”出现。通俗的讲，就是在设计过程中，在符合各种相关规范、规定条例之下，将所有能够实现结构设计的方案全部罗列出来。而后，在数学手段的辅助之下，按照设计预定要求，从中挑选一个“可执行性”、“科学性”和造价最低等各种优势兼顾的最优方案。而具体到方法的应用上，建筑结构和工程造价是两个最为明显的突破口。
（一）建筑结构
建筑抗震设计要求建筑平面宜规则、简单、对称，减少偏心，平面的长宽比不宜过长、平面凹凸不能太大，竖向抗侧力构件尽量连续等。因此建筑设计师在建筑方案设计阶段全局考虑尤为重要！同时结构师参与建筑方案的设计也是很有必要的。建筑方案规则合理了，结构设计师再在受力分析及概念设计方面进行计算分析、合理调整。就能做出完成一个既经济有安全的结构，做到既节省又节能的要求！大量工程实例表明，不规则的建筑方案很大程度上使得结构师在优化设计上显得有些力不从心。
对于一项工程而言，从建筑工程的结构入手，是设计师最长使用的结构设计优化办法。诚然，建筑结构总体是由若干个分部结构构建而成的，而建筑分部结构又可被分为：“基础结构”（建筑框架）、“屋盖结构”、，“围护（墙体）结构”以及“结构细部”（如：门窗、地板等）等多个方面。于是乎，每一个分部结构都成为了设计师使用结构设计优化的突破口，在具体操作时，设计者便可以在相关规定要求范围之内，围绕造型、选材、布局、位置、力学、造价等各个优化设计关键因素去结合具体情况（建筑师等相关人员的需求），本着经济效益、安全系数“双丰收”的方针，由片面（每一个分部结构）及全面的进行建筑结构优化设计。
（二）工程造价
经试验证明，在建筑工程项目中，正确使用建筑结构优化方法，可以让工程造价降低到5%-30%（就现况而言，但随着技术的革新，比率会越来越高）。所以，在保证建筑内部各个分支能够相互协调，保障建筑的安全性、合理性，结构可靠度的情况之下，合理的利用建筑材质材料，是降低工程造价的最直接的方式。于是，这也就成为建筑结构设计优化方法的另一个“着陆点”。
综上所述，我们不难看出：从正确的“入口”使用建筑结构设计优化方法，是实现建筑适用性能高、安全性能高、成本低廉等优势行之有效的途径。而在具体应用上，我们还要毫无纰漏的应用技术手段，来予以实现。
三、建筑结构设计优化技术上的难题
每一项建筑结构设计，它都会产生出许多种结构布局设计方案，另外，建筑物细部的处理方式更是千差万别的。对于设计者而言，通过一味的去分析设计中各种相关参数、材料、负荷值等数值，去寻求优化设计并非是科学的。因为，就拿负荷值来说，同种负荷情况下，也存在有许多不同的分析方式方法。
其实，建筑结构设计优化，同样也要遵循传统结构设计的流程的：“设计（拟定各个相关尺寸）校核（审核是否符合规范条例）修改设计方案再校核”，如此循环，直至达到理想方案。而在此流程中，结构设计师的经验、学识、阅历是起着不容小觑的作用的。例如说：每一个建筑项目都会在其建设中或建成后，有可能遇到许多不可预见的自然灾害，如地震、火山喷发等地质灾害。而在建筑结构设计优化过程中，设计者就要做到防患于未然。落实到操作上，我们首先要将不利于对抗“地震”等自然灾害的做法排除在外，其次，我们在设计优化过程中，一定要认真考虑“地震作用”、“风荷载”以及“轴力”、“弯矩”、“剪力”等和“外荷载”相关的各种数值。而在解决此问题上，设计者可以凭借自己的工作经验和学识，去因地适宜的进行设计。诸如：刚度平衡对称可以减轻地震给建筑带来的损害；“延性设计”可以避免建筑在地震影响下，发生“脆性断裂”现象；以及“多道设防设计”会让在特大地震发生时，先破坏建筑的次要构造元素，以达到最小限度的影响主体建筑结构。另外，随着建筑楼层的不断增高，结构师可以在满足建筑师设计诉求的基础之上，采用水平布置对称、规则，竖向上下贯通的优化方法。如此的优化方法，由于尽可能的缩小了质量和刚度中心，使得建筑物不会出现由于水平负荷过大，产生扭曲的状况；另外，竖向连贯的方法，让竖向刚度产生了“渐变”效应，从而不至于产生刚度突变，出现应力集中的弊端。
总而言之，建筑工程，不仅是一项极度科学、严谨的学科，而且也是一项资费高昂的工程。在进行建筑结构设计优化的“征途”中，结构师一定要从多角度出发，全方位的估计所涉及到的各种问题，总之，我们既要遵循相关的规则和准则，又要在保证项目最优化设计的基础之上，去寻找能够实现“开源节流”的结构设计方式和技术手段。
四、结语
显而易见，建筑结构设计优化的出现，为现在的建筑选择了一个最为有效、科学的建筑结构。有句名言曾经说到：“建筑的目标在创造完美，也就是创造最美的效益。”对于一个建筑结构设计师来说，在保证建筑安全、可靠性的前提之下，探索科学、经济、实效性的建筑结构是非常值得提倡的。因为，建筑结构设计优化方法的技术性实现，不仅可以让建筑项目在施工中找寻到最经济、最合理的材料利用方式，也可以让结构内部各元素得到很好的调配，更可以使落成的建筑拥有极高的安全度。无疑，建筑结构设计优化是让建筑实现经济、安全、并且不乏适用性的最佳途径。
参考文献：
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[3] 徐传亮，光军著.《建筑结构设计优化及实例》[M].北京：中国建筑工业出版社.2012(03)
[4] 姜牛著.《建筑结构设计中应注意的问题》[J].《价值工程》.2011(36)
[关键词]结构设计；优化；应用
中图分类号：TB482.2 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）24-0063-01
1.前言
在建筑设计进程当中，要求建筑师需竭尽所能，扬长避短，将实用性跟艺术性完美结合，优化完成房屋建筑设计工作，在保障建筑质量高质获取的同时尽可能降低投入成本，为此需针对建筑结构实施合理设计，兼顾经济跟美观，规避结构僵化问题出现。
2.简析结构设计的优化技术
2.1 步骤
构建结构优化模型――通常而言，一般按照三个步骤实施房屋结构的整体优化设计，第一，进行适合设计变量的优化选择，将直接影响设计要求的相关参数当作是变量指标，譬如说约束控制参数和目标控制参数等，其中结构造价以损失期望为目标控制参数，结构可靠度为约束控制参数，在设计中，针对变化范围相对较小或者是结合结构要求及局部设计需求综合考虑将能够充分满足设计要求的参数作为是预定参数，如此一来，便能大幅度减少设计及计算、编程过程所涉及的具体工作量；第二，将对应的目标函数确定下来，要求找到一组能够符合对应预定条件的截面几何尺寸、失效概率、钢筋截面积，使得设计总费用得以优化降至最低；第三，将具体的约束条件确定下来，在可靠度优化设计基础上，房屋结构优化设计约束条件涵盖有结构强度约束以及尺寸约束、变形约束、构件单元约束、应力约束、裂缝宽度约束、基于正常使用极限值之下的弹性约束至最终极限值之下的弹塑性约束等方面内容。在具体的设计进程当中，在实际房屋结构工程建设中有效采用结构优化设计，通过对比房屋结构设计中对应的实际目标约束条件，确保各类型条件均能符合现行规范需求，尽可能实现最优化设计。
制定结构优化设计计算方案――一般来说，在可靠度优化设计问题基础上能够实施房屋结构的优化设计，该项工作复杂程度相对较高，涉及有多约束非线性及多变量优化问题等方面内容，在实际的计算进程当中，一般会进行约束优化问题向无约束问题的合理转化并求解，相关计算方法包括有拉氏乘子法、复合形法及Powell法等多种计算方式。
有效实施程序设计――结合在可靠度基础上构建的结构优化模型及计算优化方式，可进行多功能且具备有较快运算速度的综合程序的有效编制。
2.2 实践应用
细部结构优化设计――在结构优化设计中，设计人员需在宏观把控的基础上给予西部设计更多重视，譬如说，异形裂缝情况，选择钢筋的时候，应综合考虑钢筋材料的极限抗拉力值等相关因素，基于塑性要求基础，择取合适的建筑施工钢材。譬如说为实现现浇板的良好受力，设计人员在选择一级钢跟冷轧带肋钢的时候建议选用冷轧带肋钢，房屋建筑的室内设计同样需满足相应基本需求，旨在确保建筑具备有良好的经济安全性。
地基基础结构优化设计――在建筑地基基础上设计进程当中，首先需要做到的是针对相关设计方案实施优化选择，若面对的建筑桩地基，则应结合施工现场的地理环境进行类型选择，旨在实现造价的优化节约，对于桩端持力层而言，因为灌注桩长会受到直接影响，所以应因地制宜地选择正确的结构优化设计方案。
2.3 功效
实现工程造价的优化降低――在具体的结构优化设计进程当中，通过对比高层住宅与多层住宅可以知道，建筑层数越多，则会产生越大的建筑面积，单位面积所占的土地面积则越小，能够尽可能实现用地成本的优化节约，然而伴随着建筑层数的加大导致建筑的总高度随之加大，为此需尽可能加大建筑跟建筑相互之间的距离，进而所占用的土地面积节约量跟建筑层数的不断增加难以拥有相同比例情况。针对建筑基础部分来说，其是建筑各层所共同使用的，可是伴随着建筑层数的不断增加，导致基础所承受荷载不断加大，基于此需强化增大建筑基础，如此一来，虽然建筑单位面积的造价大大降低，却未能获取像屋盖那样较为明显的效果。
实现建筑结构经济性的合理提升――伴随着建筑层数的逐渐增加导致建筑墙体面积及柱体积不断增加，进而加大建筑结构自身重力情况，基础及柱的承载力随之增加，建筑结构中的电气及水卫管线越来越长；反之，若是建筑层数相对降低，则能够实现建筑材料的有效节约，使得建筑能够更好地实现抗震效果，与此同时，降低建筑总体高度，进而缩短两个建筑相互之间的日照距离，从间接方面实现实际用地的合理节约。若是建筑拥有相同面积，其各自的形状各不相同的话，会造成建筑拥有不同的外墙周长，建筑形状为圆形或者是跟方形较为接近的时候，其对应的外墙周长系数则越小，外墙砌体及基础、建筑内外表面装修则越少，与此同时，建筑所具备的受力性能获得优化提升，其对应的经济性能有效增强。由此可见，充分实现结构优化方式的技术性，能够使得建筑拥有使用美观价值的同时尽可能降低投入成本，达到具体的经济适用、安全美观、便捷施工需求，在房屋建筑设计中合理应用结构优化设计手段，能够顺应现代市场的可持续发展要求。
3.结语
综上，在建筑工程建设中，建筑结构设计中占据相对较大的比例，合理采用优化技术能够获取较为可观有效的经济效益，要求设计人员需严格遵循经济合理、美观适用的相关原则，精心设计，运用先进的现代化科技手段，择取合理性较强的建筑结构设计方案，尽可能在降低造价的同时实现最大化经济效益的合理获取，确保建筑的高质完成。
参考文献
[1] 樊剑.关于建筑结构设计优化方法在房屋结构设计中的应用探究[J].《城市建设理论研究（电子版）》，2013（24）.
[2] 吕芳.浅析房屋建筑的结构设计优化方法与应用[J].《科技创新与应用 》，2013（34）.
[3] 邹俊.建筑结构设计优化方法在房屋结构设计中的现实应用[J].《科技传播》，2010（19）.
关键词：住宅；结构设计；优化
中图分类号：TU318 文献标识码： A
引言
要想建筑物符合现代化的需求，那么，该建筑不仅要具有一定的使用价值，而且还需要一定的美学价值。我们在设计房屋结构的时候，一定要将五大基本问题考虑清楚，分别是施工便利、安全、经济、美观与实用。这也就要求我们在设计建筑结构，应该尽可能地让房屋的结构安全、合理与可靠。
一、结构设计的三个阶段
结构设计的阶段大体可以分为三个阶段，结构方案阶段、结构计算阶段和施工图设计阶段。
结构方案阶段的内容为：根据建筑的重要性、建筑所在地的抗震设防烈度、工程地质勘查报告、建筑场地的类别、建筑的高度和层数来确定建筑的结构形式。 例如，砖混结构、框架结构、框剪结构、剪力墙结构、筒体结构、混合结构等以及由这些结构来组合而成的结构形式。 确定了结构的形式之后就要根据不同结构形式的特点和要求来布置结构的承重体系和受力构件。
结构计算阶段的内容为：1）荷载的计算。荷载包括外部荷载（如风荷载、雪荷载、施工荷载、地下水的荷载、地震荷载、人防荷载等）和内部荷载（如结构自重荷载、使用荷载、装修荷载等）。 荷载的计算要根据荷载规范的要求和规定，采用不同的组合值系数和准永久值系数等来进行不同工况下的组合计算。2）构件的试算。根据计算出的荷载值、构造措施要求、使用要求及各种计算手册上推荐的试算方法来初步确定构件的截面。 3）内力的计算。 根据确定的构件截面和荷载值来进行内力的计算，包括弯矩、剪力、扭矩、轴心压力及拉力等。 4）构件的计算。根据计算出的结构内力及规范对构件的要求和限制（如轴压比、剪跨比、跨高比、裂缝和挠度等）来复核结构试算的构件是否符合规范规定和要求。 如不满足要求则要调整构件的截面或布置直到满足要求为止。
施工图设计阶段的内容为: 根据上述计算结果最终确定构件布置、构件配筋，根据规范的要求来确定结构构件的构造措施。
二、结构设计优化方法概念
结构优化的目的是满足住宅建筑的基本功能需求和舒适度要求，满足建筑质量安全和美观度要求，对住宅建筑结构造价进行控制。建筑房屋结构设计优化需要对空间资源、设备资源、材料资源、经济资源进行充分利用和合理配置。这种优化设计比传统的设计能够节省5% ―33% 的工程造价，所以在项目施工中，要从建筑结构设计优化的方法出发，结合现场实际情况，一切从实际出发，提高工程的经济效益。
根据建筑设计的总体要求，结构设计要尽量减小质量中心和刚度中心的差异，保证建筑在水平荷载的作用下不会产生很大的扭转效应。建筑平面结构尽量采用对称和规则方式，在满足建筑相应的功能条件下，使竖直方向上相应的承重构件保持上下贯通。为了保证结构的简洁性和设计的简单性，尽量减少转换层的使用。竖向刚度采取渐变的方式，避免水平荷载作用产生应力集中，产生刚度突变。
三、住宅建筑结构设计优化的方法
（一）结构优化模型的建立
系统结构优化设计模型是选择结构中影响变量的主要参数来建立相应的函数模型。这种模型的建立能够运用科学、合理的计算方法得出较好的优化方案。建立模型需要划分为三个步骤。
1、确立设计变量参数
变量的选择对最终设计方案的确定有着重要的数据参考意义。建立模型首先要对设计中变量的参数进行筛选，选择对总体结构有较大影响，变化幅度小，考虑因素少的参数错位参考指标，降低结构设计、计算的工作难度。
2、确定相关目标函数
然后对工程中各种参数进行按照重要性进行属性划分，将影响不大的参数定为预定参数，减少函数模型中的计算量。
确定目标函数后，找出符合条件的最优解。然后根据房屋结构的应力约束、结构强度约束、裂缝宽度约束等一系列约束条件进行优化设计，保证结构的合理性。
3、衡量条件
系统结构优化设计方案涉及到多个变量和多个约束条件，可变性较大。约束条件包括房屋尺寸、架构稳定性、受力限度、变形限度结构可塑性程度等，设计者要根据房屋建造规条把施工中的约束条件和目标确定的约束条件进行比较和分析，保证各种条件符合相关规定，实现优化设计。
在设计优化的过成中要化繁为简，将约束条件转换成约束条件进行计算。计算方法常有符合型法、以及 Powell 法等。计算的过程中编制相应的运算程序进行辅助优化，最终得到最优化的结果。
（二）结构优化设计的计算方法
对于设计优化的计算部分，应在实际经验的基础上，考虑到未来种种可能性变化。比较通用的一种做法是将问题的约束性分解后进行计算，也就是利用无约束条件计算。通常，用的比较广泛的方法有“拉氏乘子法”，“复合形法”。另外，对建筑抗震能力的优化也必须在考虑之中，计算“振型组合数”，这与结构密不可分，结构的层数，结构的灵活性都与之相关。根据规定，“振型数不宜小于 15． ”通过测算得到最优解，确立最佳方案。
四、住宅建筑结构设计优化的应用分析
（一）整体优化和局部优化
任何一项目建筑的设计都具备层次性及复杂性两方面的特点。以层次性看来，其一般包含建筑的设计体系、结构体系及安装设计体系等，每一个体系内又囊括了多个下属体系。进行住宅建筑设计时，设计人员应对各个下属系统进行优化，将各个布局间的横向关联冲破，叠加工程；以复杂性看来，其一般包含建筑原料选取、零部件选取、结构类型选取等内容。所以，对于任一住宅建筑来讲，就应从整体进行优化，方可真正实现设计优化。
（二）分阶段优化与寿命优化
在限定时间内，每一个项目工程都有使用的期限，而且在每一个环节中，都可以设计出多种方案以供参考与挑选。也就是说，在每个阶段，都可以对方案进行优化。因此，住宅建筑结构的设计人员可在确定优化方法的时候，可以将各个阶段的性质作为依据，从而优化整体工程的寿命，并对建筑的施工质量予以保障，使得企业的经济收益能够有所增加。
（三）桩基础优化
桩基础可以划分为灌注桩及预制桩两种桩型。因为灌注桩在施工时质量较难控制，并且操作复杂，时间较长。所以，如果在沉降符合相关标准的基础上，应利用预制桩进行施工。另外，因为在普通状况下，伴随着桩基的不断深入，土壤对桩身的作用及摩擦也随之增大，所以，应尽量选取长度较大的预制桩。
（四）优化上部结构
要想模型建立与优化住宅建筑的上部结构，首先就要对剪力墙进行合理的布设，对剪力墙的质量均匀予以有效保证。这样，楼层的结构重心便能同楼层的平面刚度中心点实现重合，从而有效地削减了风力以及地震等外部荷载作用的扭转影响。如果房屋的类型允许的话，那么可以尽量使用大开间的剪力墙构造，并对剪力墙的墙肢长进行增加。这样做，不仅可以有效地对墙肢的数量进行缩减，还可以确保刚度能够与相关标准相符合，并以此作为前提与基础，有效地降低混凝土的使用数量。此外，因为剪力墙中的暗柱通常采用的都是钢筋建材，通过大开间的剪力墙构造应用，是可以有效缩减钢筋的使用数量。
（五）结构同建筑的协调优化
在进行设计时，应尽可能保证建筑的结构同整体平面的配合紧密，从而实现造型美观、结构合理的效果。在进行建筑柱及墙的布设时，应同房建平面的功能需求相一致，每个房间的进深、开间都应保持统一。建筑系统尽可能简洁，墙与柱不可以出现错位情况，每一层的高度及截面面积应相同。进行楼体或电梯的设计时，其应力集中或受力方向较多的转角区域，承重构件应尽可能选取高强建材，从而降低自重，而非承重的构建应选用质量较轻的建材。整体建筑在布局方面应保证重心、刚心及质心交叠，预防出现扭转情况。
五、结构设计优化注意事项
选择合适的结构类型。不同的住宅建筑工程由不同的结构形式。常见的类型主要包括短肢剪力墙结构、框架结构、框架―剪力墙结构。这三种类型各具特色、各具优缺点，在选择类型的过程中要充分结合房屋功能需求以及工程的经济能力，在保证质量的前提下平衡投资和收益，保证工程利益的最大化。短肢剪力墙结构大多运用于高层建筑中，主要特点是以混凝土结构技术规程为依据，对钢筋数量要求不高，对剪力墙抗震要求较高; 框架结构对空间的优化效果最为显著，空间大、不仅灵活、造价低。但是抗震能力较低，柱截面较大，形成的柱角凸出部位会影响家具的摆放; 框架―剪力墙结构是合理布置一定数量的剪力强，有较好的抗侧力，还能增强适用性和合理性。
结语
建筑工程结构设计是一项系统而复杂的工作, 它需要深厚的理论基础以及灵活的创新思维和严谨认真的工作态度。在进行设计时,既要考虑用户对房屋使用效果的要求,还要兼顾建筑的质量、安全性、稳定性等多方面的内容。这就要求设计人员从一个个基本的构件算起，做到知其所以然，深刻理解规范和规程的含义，密切配合其他专业来进行设计。 在工作中应事无巨细，善于反思和总结工作中的经验和教训。
参考文献：
[1]王媛.浅析住宅建筑结构设计的优化分析[J].城市建筑,2013,12:45.
关键词：钢筋混凝土；优化设计
钢筋混凝土的材料便于得到，工程造价较低，并且其力学性质良好，很适合做建筑材料。在现代化建筑中钢筋混凝土结构是最常用的，而且也是最为稳定的。随着建筑应用的越来越多，逐渐总结出一套成熟的施工设计方案。由于建筑的大部分结构都是由钢筋和混凝土构成的，为了保证建筑的安全可靠，对钢筋混凝土结构进行研究是势在必行的。只有将整个结构研究透彻才能在此基础上进行拓展和创新，实现合理优化建筑结构从而降低工程成本的目标。
1钢筋混凝土结构设计的原则
1.1钢筋混凝土结构的实用性原则
在进行钢筋混凝土结构设计时，首先要考虑的就是结构的实用性。钢筋混凝土结构设计的根本目的就是进行实际应用，没有使用价值是不会有人去建设的。设计的结构如果只满足美观忽略了实际的用途，那就是一张废纸，只有满足使用者的需求，这个建筑材有存在的意义，这个设计才有实施的必要。
1.2钢筋混凝土结构的安全性原则
钢筋混凝土结构设计过程中应该突出安全，一方面要确保钢筋混凝土结构施工过程中安全目标的实现，要为钢筋混凝土结构施工创造一个安全的环境，这是进行钢筋混凝土结构设计的必要前提。另一方面要确保钢筋混凝土结构使用的安全，力争在建筑物和钢筋混凝土结构的使用寿命中做到对安全的保证，这是对建筑功能和使用者人身安全的重要基础。
1.3钢筋混凝土结构的整体性原则
应该将钢筋混凝土结构的设计工作进一步深化，使整体性原则得到进一步落实，让整个钢筋混凝土结构达到一个性能综合、结构连续的整体，在实现对建筑物功能维护的同时，确保整个工程的统一。
2钢筋混凝土结构的设计要求
2.1钢筋混凝土结构延展性要求
钢筋混凝土有较强的硬度同时也还有一定的延展性。只有延展性和硬度能够有效的结合才能具有较强抗压性和抗形变性。所以在进行结构优化时要考虑钢筋混凝土的延展性参数，这一参数调整到位，才能提高建筑对地震等自然灾害的抵抗能力。具有一定的柔性性质才能对突发的应力变化起到缓冲作用，利用微小的形变来阻止整个建筑的倾倒、滑移甚至是坍塌。所以对于钢筋混凝土结构设计一定要科学合理，这样才能保证整体结构的延展性符合规定满足实际施工的需要。
2.2钢筋混凝土结构倾斜力要求
建筑在使用的过程中，会受到自然界因素的影响，钢筋混凝土结构会在地震等的
水平作用力下出现倾斜，进而对整个混凝土结构造成影响。在设计混凝土结构时就要结合当地的实际情况对倾斜程度进行估算，进而采取一些措施控制结构的倾斜，保持整体的稳定和连续，这一点在设计上是不容忽视的。
3优化钢筋混凝土结构设计的方法
3.1结构计算方法的优化
钢筋混凝土结构计算分析方法是结构设计优化的关键。首先是对结构体系选择的优化，主要是确定经济合理的结构型式、柱网尺寸和剪力墙布置等；其次是对结构构件进行优化，在已确定结构体系和结构布置的前提下，确定经济合理的构件截面尺寸、混凝土强度等级、钢筋强度等级和配筋量。优化设计在初始假设后，需按一定的方法通过多次分析和调整，从而获得最优的设计方案。在传统设计中，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。
3.2结构设计规范的理解
钢筋混凝土结构优化设计须深入地掌握相关结构设计规范，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。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。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。设计优化前必须透彻地理解概念，勿盲目提高标准，以免造成设计浪费。
3.3设计参数取值的优化
为取得良好的优化效果，在设计参数取值上要进行优化。对毛坯房，要根据各地具体情况和房屋设计标准，合理考虑各功能空间的二次装修荷载。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。正确取用抗震设防烈度、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。
3.4剪力墙
一方面，要实现剪力墙布置的对称、集中，要在重点环节做到剪力墙设置的均匀化，在变化较大的位置应该缩短剪力墙的间距，以便实现恒载的平衡。另一方面，要实现剪力墙双向的布置，提高整个钢筋混凝土结构的稳定性。
4.钢筋混凝土结构设计优化的措施
4.1钢筋混凝土结构的安全性
设计钢筋混凝土结构的过程中要将结构自身的抗震性能及外部人为因素可能造成的破坏考虑周全，切实提升钢筋混凝土结构的抗震和抗损的性能。设计钢筋混凝土结构过程中要考虑钢筋混凝土结构荷载的变化问题，实现钢筋混凝土结构的安全与稳定。
4.2钢筋混凝土结构的抗震性
设计人员要以抗震概念设计为依据，对钢筋混凝土结构体系、平立面设计、结构构件延展性等进行优化设计，以使钢筋混凝土结构的抗震能力得到有效的提升。
4.3混凝土结构的耐久性
首先，要选择质量良好的钢筋混凝土结构的材料，从稳定性能、抗侵入性能、抗裂性能等几个方面入手，选择坚固、耐久、洁净的骨料，含碱量与水化热反应较低的水泥，减少对于硅酸盐水泥与用水量的应用，并适当地将矿物掺合料加入到材料中。其次，优化钢筋混凝土结构的设计，设计人员要根据实际的使用环境，明确建筑中不同结构构件的使用界限与注意事项。最后，应用合理的钢筋混凝土结构形式，要在钢筋混凝土结构设计出混凝土保护层，并通过协调构件的截面积与表面积，避免侵蚀性物质集中停留区域的形成，同时注意高侵蚀度的环境中，混凝土墙板的通风效果，并注意配筋间距的合理设计，以减少钢筋锈蚀、保护层剥离等问题在钢筋混凝土结构的出现。
5.结论
现代的钢筋混凝土结构的施工技术已经比较成熟，在优化时并不是针对设计的参数，而是在满足施工质量的前提下缩减成本开支。想要实现这个目标就学要有扎实的专业基础知识，还需要有新技术和新设备的加入，是需要不断探索和专研的。钢筋混凝土机构设计优化涉及的环节多，不同的施工阶段要采用不同的优化方法，很多时候还需要结合实际的施工情况进行分析处理。
关键词：建筑工程；结构设计；优化
高层建筑高度不断增加的同时,增大了高层建筑侧向的位移，所以，在对高层建筑进行设计时，不但具有一定的强度,而且结构刚度适宜,使其在结构上的自振频率等一些动力特性更加合理,从而控制水平作用力下的层位移在一定空间。此外，为了防止高层建筑在大型地震下出现倒塌的情况,一定要以必要强度为前提,在清晰的概念设计以及科学的构造措施基础上,将全部结构、尤其是薄弱层面的变形能力提高上来,确保结构的延性。所以,在结构设计中，这些因素是不容忽视的,设计合理,具有相当强度的结构、刚度适宜、延性良好。
1、 有关建筑结构的分析
1.1结构材料的分析
在假定线弹性对建筑结构的位移、内力时,通常假设成构件与结构处在弹性工作情况跟下,以弹性理论为根据进行研究,但连梁及框架梁等一些构件则要求由局部塑性变形产生的内力重分布做出研究。将计算地震环境下建筑结构易变形的薄弱层选择弹塑性方面分析其方法。
1.2刚性楼板的分析
在对高层建筑的位移与内力进行计算的过程中，一般假定楼板在本身的平面内是无限的刚性,由于平面外刚度极小所以将其排除在计算之外，在假定为刚性楼板情况下,在进行结构设计时就要使用一些措施以保楼板平面内整体刚度。
1.3计算图形的分析
在高层建筑结构的体系中，进行全面分析所使用的计算图形分为：一维以及二维协同分析和三维空间分析。
1.4小变形分析
在所有方法中是经常运用的基本假定。但专家们在研究非线性问题(P―Δ效应)后得出了新的结论，通常在顶点水平位移Δ与建筑物高度H的比值Δ/H>1/500时,就应该将P―Δ效应考虑在计算内。
2、优化建筑工程结构设计的方法
2.1优化基础拉梁设计
在多层框架房屋的基础埋深值较大的情况下，为了将计算小底层柱的长度以及底层的位移减小，在±0.000之内合理位置进行基础拉梁的设置，但在设计时按构造要求进行设置是不合理的，应该按框架梁设计，根据相关规定对箍筋加密区进行设置。从抗震方面来讲，基础方案应采用短柱。通常情况下，在独立基础埋置较浅时，因为不良的地基或因柱子荷载落差较大时，根据抗震的需要，可顺着两个主轴的方向进行构造基础拉梁的设置。基础拉梁的截面宽度可取柱中心距1/20～1/30，高度取柱中心距1/10～1/15。对于构造基础拉梁截面应在上述限值范围以下，纵向受力钢筋要取在所连接柱子最大的轴力设计值的10%为压力或拉力来计算，作为构造配筋时，应符合最小配筋率的要求。基础拉梁顶标高通常与基础顶标高一致，在框架底层的层高出现不足或者基础埋置较浅的情况时，有时要设计较大的基础拉梁，便于通过拉梁来平衡柱底的弯矩。此时，拉梁钢筋要进行通长设计。拉梁的正负弯矩钢筋包括于在框架柱之内的拉梁箍筋、锚固的加密以及有关于抗震构造的需要应与上部框架梁全部一致。
2.2优化独立基础设计的荷载取值
采用钢筋混凝土进行多层框架设计时，房屋一般使用柱下独立基础的方法，当地基的关键受力层的范围之内没有软弱的粘性土层时，小于8层且高度不超过25m的普通民用框架房屋或者荷载一定的多层的框架厂房，可以不进行验算地基以及基础的抗震承载能力。但这些房屋在进行基础设计时要将风荷载对其造成的的影响考虑在内。所以，在进行整体计算分析钢筋混凝土多层框架房屋时，务必将风荷载输入，不能由于地震区的高层建筑之外的普通建筑风荷载没有起控制作用就将其忽视；另一方面，在独立基础设计的时候，在基础上面的外荷载柱的脚内力设计值，仅取弯矩设计值以及轴力设计值，不取剪力设计值，甚至也不取弯矩设计值。以上两方面会最终会使基础设计的配筋偏少，尺寸偏小，对于基础及上部结构的安全造成了威胁。
2.3优化柱箍筋与框架梁的间距
针对抗震等级不同的框架梁，要明确规定柱箍筋加密区箍筋直径的最小值以及最大箍筋的间距。按照这些规定，一般情况下，工程经常取柱、梁在箍筋加密区间距最大值为100mm，在非加密区箍筋间距的最大值为200mm。在电算程序全部信息中一般内定的柱、梁箍筋加密区为100mm的间距，并以此为凭证从而计算出加密区箍筋的面积，因此设计人员应按照规范明确箍筋直径以及其肢数。然而，在内定程序的情况下，在框架梁的跨中位置有次梁或者有过大的其他集中荷载作用而箍筋却仅为两肢箍时，可合理的加密箍筋间距或增加箍筋直径。在框架内定柱的加密区箍筋在100mm的间距时，在一般时候，框架柱或许由于非加密区的箍筋采用200mm的间距而导致配箍不足。所以，我们应合理的强化箍筋直径以及加密箍筋的间距。这里需要注意的是，在验算柱、梁箍筋非加密区的配箍时可以忽略强剪弱弯的规定，即以加密区终点处为剪力设计值，并且不计算剪力增大系数。
2.4优化框架计算简图
对于没有地下室采用钢筋混凝土的多层框架房屋来讲，独立基础的埋置过深，大约在-0.30m无基础拉梁的情况下，应输入基础拉梁按层Ⅰ考虑。如：某项目是3层钢筋混凝土框架结构，属丙类建筑，其建筑场地是Ⅱ类； 3.2m层高，1.0m的基础埋深，基础高度为0.7m，室内外高差为0.30m。抗震设防烈度为7度，该工程的框架结构抗震等级为三级。设计者在计算时应以3层框架房屋计算，首层层高为3.5m，即假定框架房屋嵌固于-0.30m基础拉梁的顶面；配筋与截面按构造设计；以中心受压计算其基础。明显看出，用此种计算简图并不恰当。在设拉梁层的时候，通常来说，要比较底层柱的配筋是由基础顶面处的截面控制还是由基础拉梁处的截面控制。由于地基土具有约束性的计算简图，在进行电算时，基础拉梁要按层1输入，输入基础拉梁墙荷，设计配筋时按电算结果为准。
2.5优化结构周期的折减系数
框架结构，框架--剪力墙结构及剪力墙结构等，由于存在填充墙，结构实际的刚度要比计算刚度要大，计算周期要比实际周期大，所以，地震剪力的结果偏小，结构就处于不安全的状态下，因而一定要折减结构计算的周期，因此不折减高层建筑结构的计算周期或者折减系数取值过大的做法都不正确。从框架结构方面来讲，使用砌体对墙体进行填充时，自振周期的折减系数在0.6～0.7之间；在砌体填充墙过少或者使用轻质砌块的时候，取值在0.7～0.8之间；采用的完全是轻质墙体板的时候，取值在0.9。不折减计算周期的情况要以无墙的纯框架为前提。
2.6优化地下室的层数输入
多层框架结构房屋也有设置地下室的。由于隔墙少，常采用筏板式基础。在电算时，应将地下室层数和上部结构一起输入，并在总信息中按实际的地下室层数填写。这样，计算地基和基础底板的竖向荷载可以一次形成，并且在抗震计算时，程序会自动对框架底层柱底截面的弯矩设计值乘以增大系数。同时通过对层间侧移刚度比的分析比较，还可以正确判断和调整房屋的嵌固位置，并采取相应的抗震构造措施，保证楼板有必要的厚度和最小配筋率等。当结构表现为竖向不规则时，不仅要验算薄弱层，而且还要对薄弱层的地震剪力乘以1.15的增大系数。如果在结构总体计算中，总信息中填写的地下室层数少于实际输入的层数，弯矩设计值增大系数将会乘错位置，从而在发生地震时，会使极易发生震害的底层柱底部位因抗震能力降低而破坏。
3、结语
综上所述，随着高层建筑不断发展,在高层建筑的材料、形式、力学分析的模型上日益复杂化且多样化。通过优化建筑工程结构而进行设计处理，以达到整体优化建筑结构设计的最终目标，从而在设计要求上更具有科学性、经济性及合理性。
参考文献：
[1]徐银夫.关于高层建筑结构设计的研究[J].科技经济市场,2006(02).
关键词：油箱；ANSYS Workbench；机械强度；结构设计
DOI：10.16640/ki.37-1222/t.2016.21.077
1 引言
油箱是油浸电力变压器的重要组成部分之一，作为内、外部零件的载体，其结构机械强度优劣直接影响变压器的运行状态，也可以满足长途运输的需求[1]。随着电压等级和容量的增大，则油箱的设计要求也不尽相同，则外形尺寸变得越来越大。而在实际生产过程中，由于所用材料及工艺水平的差异，控制成本，存在着结构性能不足，出现整体结构薄弱区域，造成试验及运输过程中油箱开裂或过度变形，即箱壁等位置变形量超出试验允许值，降低效益[2]。所以多年来油箱结构优化被受重视，会避免结构性能的不足，大大提高设计质量和产品成本，产生明显的经济效益。
上世纪90 年代以来，变压器行业快速迅猛发展，其需求随之大幅增加。设计者采用经验、类比设计的方法确定油箱结构整体参数。按照GB 1094.1-2013、GB/T 6451-2008及JB/T 501-2006对变压器油箱机械强度的要求[3-5]，油箱不得有损伤和不允许的永久变形，保证严格的密封性。而作者针对公司葡萄牙项目油箱重点讨论，采用有限元分析计算软件ANSYSWorkbench[6-8]来仿真分析变压器油箱在正压试验下的各部位准确的变形值及应力分布状态。最后，将试验数据与仿真结果对比分析，为类似油箱产品结构设计提供理论参考和技术支持，有效降低变压器在生产、运输及安装环节中的成本，优化产业效益。
2 结构线性静力学原理
结构静力学分析计算在固定静载荷作用下结构的响应，计算由那些不包括惯性和阻尼效应的载荷作用于结构或部件上引起的位移、应力、应变和力。固定不变的载荷和响应是一种假定，即假定载荷和结构响应随时间的变化非常缓慢。本文仿真分析和计算，均是按照油箱所受的载荷为静载荷来处理。则结构线性静力学求解原理示意图如下图1所示。
3 有限元仿真计算
3.1 建立油箱模型
油箱通常分为壳式、桶式和钟罩式油箱，而为了保证油箱满足机械强度要求，为此在油箱箱壁焊有各种形式的加强铁，一般分为板式（扁钢）、槽式（槽钢）及T型钢结构，而板式结构加强铁较其他结构强度较差，易产生大变形及应力集中。根据业主要求及成本控制，该油箱为盒式箱底、板式加强铁、桶式结构。建模过程中，采用专业CAD三维软件Creo，然后导入Workbench的Design Modeler进行修改和完善模型[9]。图2为简化处理改进后的变压器油箱计算模型。
3.2 设置材料属性和组件厚度
油箱箱壁、加强铁等材料为Q235钢板，为弹塑性材料，设置材料双线性等向强化应力应变关系，其应力应变为多折线关系，在计算中采用塑性迭代处理，因此对于油箱应力集中部位的应力计算结果不准确，也就是应力畸点[10]。Q235钢板材料属性参数如下表1所示：
根据公司生产实际、产品设计要求及相关手册确定各组件厚度及油箱整体基本尺寸，如下表2所示：
3.3 网格划分和边界条件设定
利用软件自带网格划分工具，综合用Multizone和Hex dominant等方法划分网格，尽可能划分成六面体网格。网格单元数26万，节点数74万，如图3所示。
正压试验中，设置典型油箱内壁所承受的压强为0.1 MPa为载荷条件，选取油箱内部进行面载荷加载，注意加载过程中的方向均为指向油箱外部。上、下节油箱必须密封良好，油箱平置，边界约束设置下节油箱箱底为固定位移约束。图4为边界约束和载荷条件示意图。
3.4 求解和后处理
采用非线性大应变求解设置，应力采用Von mises等效应力评估，在通用后处理选项中进行结果查看和分析，直观的发现油箱整体薄弱点，按照对强度薄弱和变形过大部位几方面的分析，唯一能够改进的是板式加强铁的加强方式。于是对此采取相应改进优化措施，将原油箱结构最大变形处（高低压侧中心，即板式加强铁间距880mm处）中间加横筋，在保证油箱整体强度的同时，尽可能降低成本。其中，按照国标规定变压器油箱机械强度试验，油箱箱壁不得有损伤和超限的弹性变形，则最大弹性变形要小于2倍的壁厚。则原结构和改进后油箱正压试验时高压侧等效应力和变形对比云图如图5和图6所示。
综合等效应力云图和弹性变形云图，得到两种结构数据对比表，如表3所示。
从等效应力对比云图看出，原油箱结构正压试验时，油箱应力集中区域较大，出现在高低压侧中心处，且油箱整体最大等效应力大于塑性材料的屈服极限，改进后油箱除了部分应力畸点，整体受力均匀，未出现严重的应力集中部位，相同部位处等效应力值小于原结构，且远小于材料的许用范围，结果大大改善。
从弹性变形云图可以看出，最大变形出现在高低压侧中心处，区域较大，且变形量远远大于弹性变形的许用值。利用板式加强铁隔断最大变形区域，改进后油箱整体变形明显减小，并未出现大面积变形大的区域，最大变形量小于弹性变形的许用值。综上所述，改进后的油箱整体结构强度良好。
4 结果分析
4.1 油箱机械强度试验
油箱机械强度试验包括抽真空强度和正压机械强度试验，一般在不装器身的单独油箱上进行，而对于特殊结构的油箱，可以在总装车间带器身进行。该油箱在保证无焊接与密封缺陷的条件下，对单独油箱进行机械强度试验。
油箱平稳放置，连接好试验管路和合适量程的压力表或真空表；选择测试点，一般设置在强度比较薄弱、变形量比较大的位置，具体数量根据油箱结构、大小及加强铁数量决定；将每个测试面拉细绳作为测试基准线，真空强度试验后，油箱恢复变形后的测量值为正压试验的初始值。当达到规定的正压试验压力和时间时，用钢板尺测量基准线到各测试点的距离，该数值与初始值之差为为测试点的弹性变形量。如果弹性变形在规定范围内，则油箱的机械强度试验合格；如果超出规定，应对油箱加固，重新进行上述试验。
改进后油箱焊接检验合格、组装完成后，按照以上技术要求和试验方法进行强度试验，试验前根据仿真计算结果分析油箱箱壁强度薄弱点为高压侧板式加强铁间距880mm的部位，设置七处测试点，试验过程中对其进行密切关注。打正压时，当压力值为100KPa左右时，油箱结构没有发现明显弯曲变形和异响声音，解除压力后，停止强度试验，对油箱结构强度变形测量进行分析，最大变形处出现在高压侧最左端板式加强铁间距880mm的中间部位，而加横筋的两个部位变形量较小，高压侧变形试验测试结果如下图7所示。
4.2 结果对比
注：强度标准中，壁厚10mm，位移标准20mm，即为最大弹性变形允许值。
表4 给出了正压试验时油箱变形仿真计算结果和试验测量值，可以看出在分析正压条件下油箱机械强度的过程中，应用有限元仿真计算加载理想载荷时得到的变形略大于正压试验测量结果，考虑了改进油箱的实际尺寸和局限性，其仿真结果与试验结果比较相近，存在较小偏差，并且最大变形区域也相同，满足工程要求。应用有限元仿真分析检验油箱机械强度试验下的整体结构强度，可用于指导结构设计。同时也说明公司在大件结构机械强度计算方面取得了长足的进步。
5 结论
本文中作者对一台海外项目大件结构件变压器油箱的机械强度进行了有限元仿真计算，并与实测结果进行了对比。
（1）应用有限元仿真计算方法检验变压器油箱的整体结构强度，仿真结果与试验结果相符合，具有可行性与准确性。
（2）有限元分析可以在大件结构生产制造之前，通过建立相应的三维简化模型进行求解，进行后处理，分析其在正压试验条件下的总变形量和最大等效应力，发现其中的设计或结构缺陷，避免不必要的成本损失和控制工期，成为许多大型设备制造厂商不可或缺的计算分析软件之一。
（3）由于有限元计算的局限性，及多种因素的影响，结果很难匹配实际情况，但对于不同的制造企业、甚至同一企业下不同的产品种类，也存在着较大的理论和仿真计算偏差。因此需要更多的试验数据去修正以保证软件准确性，用来进行变压器油箱机械强度分析，指导油箱整体结构设计。
参考文献：
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[3]GB1094.1-2013.电力变压器第一部分总则[S].国家技术监督局，2013.
[4]GB/T 6451-2008.油浸式电力变压器技术参数和要求[S].国家技术监督局，2013.
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[9]李兵，何正嘉，陈雪峰.ANSYS Workbench设计、仿真与优化[M].北京：清华大学出版社，2012.
前言
“建筑是凝固的艺术”，建筑物结构的精美，是建筑设计师将结构设计与美观设计有效融合的直接体现。建筑结构设计的优化不仅能美化外观，还能够使房屋变得更加安全、经济与合理，最终满足人们对当前房屋建筑的要求。
建筑结构设计优化的作用
建筑结构设计过程中，首先需要解决的问题就是建筑结构如何满足效益的长远化，在这个问题得到有效解决的基础上，再对建筑结构设计的合理性与经济性做到尽可能的优化。与传统建筑结构设计理念相比，当前所采用的建筑结构设计方法在建筑结构设计中的有效应用，能够有效降低工程成本，一般能达到10%到35%的效果。其次建筑结构设计优化方法的应用，还能够做到对建筑材料有效性与利用率的最大程度发挥，能够让建筑物的各个空间与整体能够达到相互协调的效果，并能够满足质量安全管理规定的要求。另外，建筑结构设计优化方案的应用，还能够对建筑物的原先设计起到完善的作用。所以，建筑结构优化方法对建筑结构设计起到重要的作用。
建筑结构设计优化的特点和要求
在进行建筑工程结构设计的时候，不仅需要对设计对象的基本功能与安全稳定性进行考虑，还需要通过设计，使建筑结构达到尽可能完美的效果，而这一过程的实现，就是建筑结构设计中的最优化问题。建筑结构优化设计方法主要体现在建筑总体工程结构设计的优化和建筑各个部分的设计优化两个方面。对于项目整体设计、项目前期设计、抗震设计和旧房改造都可以采用结构设计优化方法。在实践应用中，应注意前期就开始参与结构设计优化，对下部地基基础结构设计优化时，要分析比较多种设计方案，然后选取最佳的设计方案。在设计过程中，应灵活运用各种方法，对于结构设计、围护方案、房屋建设、结构基础方案等一系列优化设计合理分析，对细部结构进行设计优化，以取得最佳的效果。当无法对数据具体量化时，可使用概念设计。
建筑结构设计中优化方法的实现过程
1.结构优化模型的确立
建筑结构设计优化方法在应用的过程中，需要通过三个步骤来完成。首先是做好对设计变量的选择工作。通常在设计中，会把对设计起影响作用的参数当作为设计变量，这其中包含了目标控制参数、约束控制参数等设计变量。在建筑结构设计当中，对于变化范围不大及在局部性设计时就能满足的设计要求参数，一般将其设为预定参数，通过采用这种方法，能够有效减少设计、编程及计算等方面的工作量。其次是对目标函数的确定。在设计当中，找到一组能够满足预定值的截面几何与钢筋截面积，从而降低工作造价。最后，确立约束条件。在房屋结构设计中，其存在的可靠度优化约束条件包含了应力约束、变形约束、结构单元约束、尺寸约束等各种约束条件。在建筑结构设计过程中，要使结构优化设计在建筑结构工程中有所应用，就需要建筑结构设计中的实际约束条件在与目标约束条件进行比较的过程中，能够使各个约束条件都满足行业规范的要求，从而很好地实现优化设计。
2.优化设计方法的设定
建筑结构设计优化方法在建筑结构设计的应用过程中存在着诸多的变量及约束非线性优化的问题。因此在计算的过程中，一般采取的办法都是将约束优化的问题转换为无约束问题来进行求解。在优化设计方法的设定时，可以选择的计算方法有Powell法、拉式乘子法及复合形法。
3.程序设计的完成
建筑结构设计优化方法在建筑结构设计的应用过程中，需要在选择可靠度较高的结构优化模型与优化设计计算方法的基础上，完成对运算速度快及功能齐全的综合程序的编写。
4.优化设计方法的结果分析
在执行上述步骤的过程中，要考虑到各个方面所存在的问题。因为房屋建设本身是一项耗资庞大的建筑工程，在建设过程中，其所涉及到的环节都比较复杂，所以需要对其进行总体的规划与考虑，不能够为了追求降低成本而忽视了设计优化工作。另外在投资控制的过程中，还需要处理好经济与技术之间的问题。在设计过程中，不仅需要反对单纯的成本节约，不重视技术的要求，还需要反对只重视技术提升，而不进行成本节约工作。真正的优化设计方法应该是技术提升与资金节约两方面并重发展。
结语
【关键词】建筑结构设计；优化方法；概念设计优化
一个建筑要达到精美的效果，设计师需要把其美观设计与结构设计紧密结合起来。为实现在有限的空间、有限的资源的情况下，发挥出最大效果，最终达到经济化、实用性和适用性的良好目标，在房屋结构设计中，要采取适用、经济、安全、便于施工和美观这五种效果措施。而在房屋结构设计中，应用建筑结构优化设计方法可以满足这一要求，保证建筑美观、造型优美，同时又能够便于房屋的施工，使房屋安全、经济、适用，从而真正成为“经济适用”房[1]。
一、结构设计优化方法的理论基础
在进行工程项目和结构设计的过程中，需要考虑的因素很多，最终目的是要在保证设计对象基本适用功能和安全可靠性的情况下，把设计对象设计到最好的程度。这就涉及到工程和结构最优化的问题。用科学的语言来描述就是：利用确定的数学方法，在所有可能的设计方案的集合中，搜索到能够满足预定目标的、最令人满意的方案[2]。
从建筑理论上分析结构设计优化方法可以得知，结构设计优化方法主要体现在两个方面，其一是房屋工程部分结构的优化设计，其二是房屋工程结构总体的优化设计。后者的优化设计包括：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。穿插其中的，还包含选型、布置、受力分析、造价分析等项目，在实施过程中，应遵循一定的原则，结合具体工程的实际情况，从实际出发，围绕房屋建筑的综合经济效益目标进行结构优化设计。
在设计安全被保证的情况下，建筑师应开拓创新，挑战新的结构形式。在建筑结构设计的过程中，建筑师的设计意图应能够得到基本满足，应设置尽量符合规则的平面布局，使其对称；同时减少质量中心和刚度中心的差异，使建筑物在水平荷载作用下不致于产生太大的扭转效应。在竖直方向的布置上，应确保在满足功能要求的情况下，尽最大可能贯通竖向的承重构件；为使结构分析和设计上的难度不致于太大，减少不必要的经济浪费，使应力分散，转化层应尽可能少地使用；竖直方向的刚度要渐变，而不要突变，如若不然，在水平荷载作用下，突变处会产生严重的应力集中现象，这是非常不利于结构抵抗水平动力荷载的[3]。
二、结构设计优化技术的意义所在
在房屋结构设计中运用建筑结构设计可以起到非常好的效果，这不仅可以使房屋看起来更加美观，用起来更加实在，而且也能够节省大量的造价，起到良好的效果。采用设计优化的方法与采用传统房屋结构设计方法相比优点是十分明显的，它可以使建筑工程造价得到大幅度降低，降幅可达30%左右。要实现优化方法的技术性问题，材料的性能要合理利用起来，争取协调好建筑结构内部的各单元，达到建筑规范所规定的安全水平。同时，优化方法的技术性实现还可以合理决策建筑整体性方案设计，它可以有效实现建筑设计的经济化、实用性和适用性的良好目标。
三、结构设计优化技术在建筑结构设计中的步骤
（一）结构优化模型
房屋结构整体优化设计方法分以按3 个步骤进行。首先，选择设计变量。一般把对设计要求起主要影响作用的参数作为设计变量，如目标控制参数（结构造价C1 和损失期望C2）和约束控制参数（结构的可靠度PS）；而将那些对设计要求来讲，变化范围不大或是根据结构要求或局部性的设计考虑就能满足设计要求的参数等作为预定参数，这可以大大减少设计、计算和编制程序的工作量；其次，确定目标函数。寻求一组满足预定条件的截面几何尺寸和钢筋截面积以及失效概率，从而使总费用最小；第三，确定约束条件。房屋结构基于可靠度优化设计的约束条件，则包括尺寸约束、结构强度约束、应力约束、变形约束、裂缝宽度约束、构件单元约束、结构体系约束、从正常使用极限状态下的弹性约束到最终极限状态的弹塑性约束、从可靠指标约束到确定性约束条件等。在设计中，要使结构优化设计应用于实际房屋结构工程，则是路房屋结构设计中实际的约束条件与目标约束条件相比较，保证各约束条件都符合现行规范的要求，以实现最优设计。
（二）设定优化设计计算方案
房屋结构基于可靠度的优化设计问题属于比较复杂的多变量、多约束非线性优化问题，一般情况下，在计算过程中，应转化问题求解，即将有约束优化问题转化为无约束问题。可以利用起来的优化设计计算方法有复合形法、拉氏乘子法、Powell 法等。
（三）进行程序设计
根据基于可靠度的结构优化模型和选择的优化设计计算方法，编制功能齐全、运算速度快的综合程序。
（四）结果分析
对计算结果进行分析，确定最优设计方案。在上述步骤的执行过程中，涉及的问题包括多个方面，所以要全方位、多角度地考虑。这主要是因为建设投资这项工程的耗资非常大，涉及到的情况非常多，在设计中片面强调经济节约是不正确的。应满足技术上的相应要求，使项目达到相应的功能要求，与此同时，要反对重视技术，轻经济、设计保守浪费的现象。
四、结构设计优化技术在建筑结构设计中的应用
（一）直觉优化（概念设计优化）技术与建筑结构设计
对于同一建筑方案，可以有许多不同的结构布置设计；确定了结构布置的建筑物，即使在同种荷载情况下也存在不同的分析方法：分析过程中设计参数、材料、荷载的取值也不是惟一的：建筑物细部的处理更是不尽相同，这些问题是计算机无法完全解决的，都需要设计人员自己作出判断[4]。而判断只能在结构设计的一般规律指导下，根据工程实践经验进行，这便是前面所说的概念设计。因此，概念设计存在于设计师对多种备选方案进行选择的过程中。
（二）概念设计处理的实际建筑设计问题
概念设计所要处理的问题多种多样。但可以肯定的是希望通过概念设计，建筑结构能在各种不期而遇的外部作用下不受破坏，或将破坏程度降至最低。因此，分析如何应付建筑物可能遭遇的各种不确定因素成为概念设计的重要内容。其中，地震作用最为难以琢磨，破坏性也最大。故而，建筑设计过程中就应该未雨绸缪，从计算及构造等各个方面都要采取一些有助于提高抗震能力的措施，不利于抗震的作法则应尽量避免。刚度均匀、对称是减小地震在结构中产生不利影响的重要手段；延性设计则能有效地防止结构在地震作用下发生脆性破坏；多道设防思想能使建筑在特大地震作用下次要的构件先破坏，消耗一部分地震能量。这些抗震设防思想在整个设计过程中都应该作为概念设计的重要指导思想。
总而言之，建筑结构优化设计方法的研究涉及面广泛，具有十分复杂的特点，是一项综合决策问题。适用、经济、安全、便于施工和美观是建筑工程设计优化追求的五种效果，而这五个方面的侧重点各不相同，相互之间又存在一些矛盾的地方，一个优秀设计的出现往往
是这五个方面的最佳结合。所以，在进行建筑设计的实践过程中，应加强实践探索，降低经济成本，以达到经济效益的最大化，从而在保证经节约经济成本和达到美观要求的情况下合理进行结构设计。
参考文献
[1]王智锋，孙之如. 建筑结构概念设计的优化[J]. 河南水利与南水北调. 2010（09）
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