时间：2023-07-20 16:31:21
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篇高层建筑结构优化设计，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。
1 工程概况
某高层建筑设计使用功能要求集展销、外贸、餐饮、办公、居住和旅游于一体．属综合性公共建筑。主楼占地面积9483m2,总建筑面积19737m2，主楼高73．6m，地面以上19层、地下1层，主楼建筑面积为12091m2；裙楼高3层。建筑面积为7646m2。建筑平面如图l所示。
1.1 结构承重体系设计
综合考虑裙楼部分大空间的设计使用要求以及主楼部分的抗侧移设计要求。裙房结构承重体系采用钢筋混凝土框架结构形式，主楼采用框架―剪力墙承重结构体系。
本建筑结构在主楼抗侧力构件设计中 剪力墙主要承担水平作用，框架承担少部分水平荷载作用和大部分竖向荷载作用。主楼平面形状基本上为正方形 楼梯均设置在角部位置，为提高主楼结构的抗扭能力，剪力墙结合楼电梯间设在主楼结构的两个对角位置，具体厚度根据高层建筑结构设计的变形限值，由刚度、承载力和延性三者间的最佳匹配决定。
1.2 建筑缝的处理设计
本建筑由主楼和裙房两部分组成。在二者的连接部位需设置建筑缝。考虑到主楼部分高度较大、结构有效重量大，裙房部分高度较低．因此二者问需设置防震缝和沉降缝。对于防震缝。为避免书楼和裙房间连接部位留出较大的宽缝，给裙房屋顶防水处理带来困难．本建筑采用“抗”的方法 在结构分析时．将主楼和裙房视为一个整体进行抗侧力设计计算：对于沉降缝，结合主楼需设一层地下室的建筑要求，设计中将主楼基础设计成桩基础。而将裙房基础设计成柱下条形基础，通过两类基础的沉降变形计算，相应调整和消除主楼和裙房两部分的不均匀沉降差。施工时，在主楼和裙房连接部位预留1.5m宽后浇带。通过施工手段局部调整高低两部分间的沉降差。
1.3 基础设计
根据《工程地质勘察报告》提供的场地工程地质条件。并考虑主楼和裙房间荷载分布的不均匀性特点,主楼部分结合地下室的设计采用深桩筏板基础．以提高主楼结构的整体稳定性。降低主楼部分的沉降变形。
裙房部分采用柱下条形基础 通过修工条形基础的宽度来调整基底反力．进一步控制裙房部分的基础沉降变形。使主楼结构和裙房结构在各自使用荷载作用下,能产生基本上一致的基础沉降变形量。
2 结构优化设计策略
钢筋混凝土框架―剪力墙结构是高层建筑结构中最常采用的承载体系之一，它同时具有框架结构建筑平面布置灵活。能获得大空间，建筑立面易于处理，以及剪力墙结构抗侧移刚度人、整体性好、抗震能力强的优点。在水平荷载作用下，具有较纯框架和纯剪力墙结构更为有利的水平变形曲线。但钢筋混凝土框―剪结构是一个具有双重承载体系的非常复杂的空间受力体系，力学分析难度较大．其优化设计就更为复杂和难以实现。所以，尽管国内外学者对此做过许多有益的尝试．但框―剪结构的优化设计还存在很多具有重大工程意义和科学意义的课题。2.1 框架结构的分部优化设计技术
钢筋混凝土框架结构属于具有多个多余约束的超静定结构，其荷载效应不仅与外荷载大小有关。还与结构构件的材料特征、几何构造特征有关。钢筋混凝土框架结构的分部优化设计。即是在结构整体内力分析完成后，根据梁柱各构件的控制内力进行截面优化设计，确定满足荷载效应水平要求的各结构构件的几何特征和配筋量的优化结果，由此导致原结构的几何特征和荷载特征发生变化。优化结构在现荷载作用下内力分布特征发生变化。各构件控制截面上的控制内力也发生相应变化。据此再进行新一轮的优化设计。因此框架结构的分郜优化设计实际上是一个迭代、渐进的寻优过程，计算结果虽不总能等价于整体优化设计结果．但通常能给出工程实用的满意结果。
钢筋混凝土框架结构的分部优化设计方法的具体步骤为：
(1)初始选型：根据结构平面、立面布置及建筑物设计使用功能，分析结构所受的竖向荷载和水平荷载及其传力路线，并考虑施工因素，归并框架梁、柱的类型，初选梁柱的几何尺寸；
(2)结构分析：按照结构的实际几何构造特征，计算结构所受竖向荷载及水平荷载，对钢筋混凝土结构进行空间内力分析。根据结构分析结果，将截面尺寸相同的构件的控制截面内力，根据其大小进行分类，并确定每一类构件的设计控制内力；
(3)截面优化设计：针对每一种梁柱构件的控制内力进行优化设计。得出优化约束条件下的结构几何构造特征和配筋特征的优化设计结果，从而构成新的优化意义上的设计结构；
(4)收敛性判断：在工程精度意义上选取一个较小的数值，作为检验结构收敛性的条件，进行收敛性判断。若优化结构与原结构基本一致，则认为优化结构是收敛的。可以转入下一步的可行性判断，否则转回第(2)步重新进行结构分析、优化设计；
(5)可行性判断：对优化设计结果进行一次内力分析，检验其可用性。若整体分析能够满足工程设计要求，则可按此方案进行配筋和构造处理，作为最终的优化设计结果。否则需根据工程经验和结构内力分析结果进行局部调整，直到方案可用为止。
2.2框―剪结构的三阶段优化设计策略
框―剪结构的设计主要涉及三个方面的优化问题：① 结构最优设防水平的决策；②框架与剪力墙结构协同工作，以及承载力、刚度与延性变形能力间的最佳匹配设计；③ 框架―剪力墙结构构件的优化设计问题。
2.2.1第一阶段：最优设防水平I 的优化决策
根据地震危险性分析结果或地震区划规定，在预测地震烈度概率分析基础上，用模糊综合评判法计算结构的模糊延性向量和模糊抗震强度、损伤等级概率和震害损失的预估期望值E(Id)，在满足最大投资约束和最大损失约束条件下，使k1C(Id)+K2K3E(Id)达到最小，求出最优抗震设防烈度Id。
2.2.2 第二阶段：剪力墙构件的优化设计
剪力墙结构构件的优化设计主要是结构刚度与延性指标的最佳组合,可用力学准则进行优化。结构刚度对结构的影响主要为结构的自振周期和侧向位移,结构延性对结构的影响主要为保持承载力前提下的变形能力。因此，可用结构整体的侧向位移量来协调结构的刚度和延性。我们根据高层结构设计规范对结构层问位移和顶点总侧移的限值来控制结构的刚度设计和延性设计。
2.2.3 第三阶段：框架结构的优化设计框架结构的优化
设计准则是一个结构准则,在一次整体分析完成之后，可按照前述方法对框―剪结构中的框架部分进行优化设计。
2.2.4 框―剪结构的优化设计步骤
(1)分析结构平面、立面布置特点，根据工程经验选定剪力墙抗侧力构件的布置位置及几何厚度；
(2)根据结构使用荷载特点，根据经验归并框架结构类型，并初步选定每一类型框架结构梁柱构件的几何尺寸；
(3)进行整体结构的空间内力分析；
(4)根据结构分析计算结果。检查结构的层间位移及顶点总位移是否满足规范要求。若满足规范要求，则转入第5步进行判断：若不满足规范要求．则直接返回第1步，进行剪力墙水平截面面积的修正；
(5)刚度最优化判断：比较结构实际侧移值和规范限值，若｜且，则转入第6步进行计算；否则转入第1步，并用原剪力墙厚度乘以修正系数，来修正剪力墙几何尺寸，重新进行结构分析；
(6)分别进行剪力墙和框架结构构件的截面优化设计；
(7)收敛性判断：比较优化结构与原结构的接近程度，若优化结构与原结构基本一致，则认为优化结构是收敛的，可以转入下一步进行可行性判断。否则将优化结构作为原结构转回第3步重新进行结构分析、优化设计；
(8)可行性判断：对优化设计结果进行一次内力分析，检验其可用性。若整体分析能够满足工程设计要求，则可按此方案进行配筋和构造处理．作为最终的优化设计结果。否则需根据工程经验和结构内力分析结果进行局部调整。直到方案可用为止。
关键词：高层建筑 结构设计 优化措施
一、前言
随着社会经济的迅速发展和建筑功能的多样化，城市人口的不断增多及建设用地日趋紧张和城市规划的需要，促使高层建筑得以快速发展,另一方面由于轻质高强材料的开发及新的设计计算理论发展，抗风和抗震理论的不断完善，加之新的施工技术和设备的不断涌现，特别是计算机的普及和应用以及结构分析手段的不断提高，为迅速发展高层建筑提供了必要的技术条件。本文对高层建筑结构设计时若干优化措施进行了探讨,并提出了自己一些见解与看法，谨供大家作参考之用。
二、地下室外墙的设计方法
在一般情况下，地下室外墙所承受的主要荷载为结构自重、地面活载、侧向土压力等。在我国已建成的高层建筑中，地下室外墙的墙厚和配筋相差很大，墙厚在200～700mm之间，配筋在565～4909mm2之间，可见在结构可靠与经济之间选择一个合理的平衡，始终是一个值得探讨的课题。地下室外墙的受力状况与上部结构类型及平面布置有很大关系。当上部结构为框架结构时，上部填充砌体及±0.00楼板对地下室外墙顶端的约束程度很小，此时可假定墙体顶端为铰接。当上部结构为钢筋混凝土剪力墙结构时，剪力墙及±0.00楼板对地下室外墙项部的约束程度很大，此时可假定墙壁顶端为固接。基础的刚度一般远大于墙体刚度，所以墙的下端一般视为固定端。在实际情况中，考虑到边界条件不十分明确，为安全起见，可对同一边界采用两种不同的假设，如按端部固定计算墙端弯矩，按端部铰接计算墙跨中弯矩。一般来讲，当上部结构为框架时，地下室外墙的墙厚和配筋要大些；当上部结构为剪力墙时，由于正压应力的存在，墙体厚度和配筋相对要小些。计算表明，外墙壁配筋满足裂缝宽度要求后，一般能同时满足承载力计算和构造要求；而当外墙配筋满足承载力计算时，却不一定满足最大裂缝宽度允许值要求。有人认为外墙内外侧配筋应根据内力值计算大小分别配置，其实没有必要，最好等量对称配筋。另外，外墙厚度还要考虑防水要求，不应小于250mm，混凝土的抗渗等级不应小于S6(O.6MPa)。
三、关于框架柱截面大小的选择
3.1对于框架柱来讲，轴压比越小，在往复水平荷载作用下其滞回曲线越丰满，即其耗能能力越大、延性越好；相反对于短柱，即柱净高与截面高度之比小于4的柱，在往复水平荷载作用下其滞回曲线呈较瘦的反s形，耗能能力降低、延性较差，呈剪切破坏。对高层建筑的底部柱而言，为了满足轴压比限值的要求，故将柱截面取得很大，随之而来，由于层高的限制，就使得框架柱成为短柱。这就带来一个问题，到底是柱截面大好还是柱截面小好。在实际工程设计中，常采用以下几种措施：
⑴框架柱的截面首先要满足规范轴压比的要求，这对于保证结构的竖向承载力、底板的抗冲切承载力有很大的好处，对于形成的短柱则通过增加体积配箍率及沿柱身全高加密箍筋来提高延性。
⑵采用高强混凝土、钢管混凝土柱或劲钢混凝土柱。
⑶使柱的轴压比满足规范限制要求即可，不能使其过小。另外，对于底层框架柱来讲，柱的抗弯刚度远远大于梁的抗弯刚度，梁板对柱的约束程度相对较小，因此底层柱很有可能是长柱并非短柱，所以采取上述措施，并符合强柱弱梁、强剪弱弯的原则后，底层框架柱在地震时是能够做到不发生剪切破坏的。
3.2同一楼层中各柱要尽量等刚度，即截面差异不要太大。在柱截面选择时，有的是根据柱负荷面积进行的，中柱截面最大、边柱次之，而角柱最小，这样在同一楼层特别是在建筑底部会出现长短柱共存的现象。地震震害表明，长短柱共存时，很容易因构件刚度及受力大小悬殊而各个击破，先后依次破坏。就结构平面布置而言，对板式建筑，尽量避免三排柱结构方案，因为这样布置的结果使中柱的轴力大于或等于边柱轴力的2倍或更多，若处于同一轴压比水平，中柱截面很大，边柱截面却很小，从而刚度不匹配，要使刚度匹配，则要增加边柱的截面及配筋，从而造成经济上的浪费，另外由于中柱轴力过大，使得基础底板厚度增加，造成更大的浪费。
3.3在框架体系或框筒体系中，角柱的受力要比其它柱差，这是因为：在双向刚接框架中，角柱沿纵横两个方向都是单边有梁，即在重力荷载作用下，角柱已处于双向受弯状态；在高层建筑中，水平荷载引起较大的倾覆力矩，框架整体弯曲时，使角柱所受的附加轴力最大；地震动的斜向或双向输入，使角柱双向受弯或双向受剪，由此引起的双向偏心将与重力荷载作用下的双向偏心叠加，使其双向偏心值很大，角柱处于更加危险状态；结构的质心与刚心不可能完全重合，在结构的扭转振动过程中，角柱的相对侧移最大，即扭转也使角柱处于不利状态，因此为了防止角柱的斜向压弯及扭转破坏，不能使柱截面太小，同时要特别注意箍筋的加密，增加箍筋对受压区混凝土的约束作用。
四、关于现浇混凝土楼板的配筋
对于高层建筑中的现浇混凝土楼板，计算时分为单向板和双向板两种，四边都是固定的，按弹性理论利用微机或图表进行计算，但是图表有好多种，计算结果不尽一致，再者粱对板的约束难以达到绝对固定的效果，特别是边梁对板的约束、活荷载的不均匀分布、梁的转动卸荷以及塑性变形等因素都将引起内力重分布，结果使板跨中内力增大、安全度降低；另外还有一个施工因素，支座上的上层钢筋，在施工过程中由于浇筑混凝土的倾压、操作人员的践踏等原因造成不同程度的下沉，使内力臂减小，从而降低板的支座内力，而抵抗正弯矩的下层钢筋容易保证，结果使板支座部分安全度提高，相对而言跨中安全度降低，所以在实际设计中，板跨中弯矩应乘以一个调整系数，支座弯矩不调整。对于边区板跨中弯矩放大系数为1.2～1.4，中区板跨中弯矩放大系数为1.1～1.3。
五、超长结构的温度变形
钢筋混凝土结构规范规定，在室内条件下现浇框架结构伸缩缝的最大间距为55m，现浇剪力墙结构伸缩缝的最大间距为45m；在露天条件下，结构伸缩缝的间距还要小，这样规定的目的就是解决两个方面的问题：
⑴现浇混凝土在凝固硬化时会产生收缩应力，以致在结构中形成干缩裂缝，结构越长，干缩的影响越大。
⑵结构在使用其间必然要经过春夏秋冬季节的变化，大气温度的变化会使结构产生热胀冷缩，从而在结构中造成温度裂缝，同样，结构越长，温度的影响越大。但是，在实际工程中超长建筑物常常出现。如果按规定去设伸缩缝，就会出现双墙、双柱、双梁，给建筑物的立面处理、防水构造带来很大的困难。为了解决超长结构混凝土干缩裂缝的问题，目前常常采用的一种办法是设置混凝土后浇带，即将较大的楼板面积划分成小的区格，首先用混凝土浇筑小的区格，当小区格混凝土干缩变形大部分完成后，再浇筑区格之间的预留带。这样在很大程度上减少了结构的干缩裂缝。但是，后浇带不能代替结构的温度伸缩缝。因为后浇带混凝土硬化后，楼板连接成一个较长的整体，后浇带的作用不再存在。
根据以上温度应力变化规律，对于超长结构就可以加强屋面、外墙面的保温隔热措施，减少阳光对结构的直接辐射；对温度应力较大的部位加强配筋，温度钢筋要设置的细而密;对屋顶外露挑檐板、女儿墙等构件，每隔15m左右设置一道缝，缝宽20mm，缝内纵向钢筋可以不断开。
【关键词】建筑结构；优化设计
中图分类号：TU3文献标识码： A
一、前言
建筑结构优化设计是指在满足各种规范或某些特定要求的条件下，使建筑结构的某种指标，如结构形式、重量、刚度、造价等，达到最佳的设计方法。优化设计就是要在所有可用方案和做法中，按某一目标选出最优的方法。随着科学技术的不断创新，推动经济不断向前快速发展，人们对物质生存环境提出了更高要求，而建筑是人类物质生存环境的重要载体。近年来，节约环保型社会建设理念的不断深入人心，进一步加剧了建筑的需求者与供应者对建筑结构优化设计的需要。建筑结构的优化设计，不但满足了投资者控制建筑投资成本的目标，而且更加符合使用者对建筑本体功能的需求，从而实现了社会整体经济效益的最大化。因此，建筑结构的优化设计，在市场经济下的节约环保型社会越来越成为可行。
二、建筑结构优化设计的原则:
2.1功能性
建筑是人类的基础物质生存环境，建筑结构优化的终极目标就是为了满足人类对物质生存环境的最大化需求。对功能性的满足也不再局限于传统的实用，而是增添了舒适性、美观性、协调性等多种新元素，满足人类对基础物质生存环境的更高要求。
2.2安全性
建筑作为人类生存的基础生存环境，与人类的生产、生活紧密相关，安全性成为建筑结构优化设计的必然考虑因素。一味追求建筑结构的优化设计，忽略决策阶段、设计阶段、建设阶段的安全性，其作为建筑不但没有任何实际意义，反而会给人类正常生产和生活带来致命的危害。因此，安全性是结构优化设计中的必然考虑因素。
2.3经济性
建筑结构优化设计的经济性是市场经济条件下对资源配置提出的新要求。经济性是指通过建筑结构的优化设计，最大化的节约各种材料资源，达到减少建设成本的目标。另外，各种材料资源都存在一定的稀缺特性，建筑结构的优化设计能科学合理的减少材料的使用量，节省建设材料使用成本。
2.4环保性
建筑结构设计的环保性是继经济性之后的一大更高要求，建筑结构优化设计过程通过材料选用品种的环保、整体布局的环保来体现可持续的发展理念。在建筑资源的材料选用方面，在保证建筑本体功能性、安全性的基础上，最大可能的选择节能环保型材料，同时，在结构优化的整体布局中，不仅强调建筑主体内部结构的统一与环保，也包括建筑建设过程中废旧材料的处理与应用，更不能忽略建筑未来使用过程中对环境产生的重要影响。另外，材料选用的环保、整体布局的环保也是结构优化设计过程中安全性的体现。
三、建筑结构优化设计的内容
3.1 结构优化设计中的构件布置
建筑结构优化设计中的构件布置主要涉及梁、柱子、剪力墙的布置与设计。目前，高层建筑的结构设计大多采用框架 - 剪力墙结构体系, 这种体系由钢筋混凝土框架和钢筋混凝土剪力墙两部分组成,框架的梁柱为刚接,框架与剪力墙可为刚接,也可为铰接。高层建筑体日趋复杂,各种不同功能的建筑用房综合在一起,组成形态各异的高层建筑,给建筑结构优化设计增加了一定的难度。而框架-剪力墙结构体系具有灵活组成使用空间的优点, 比较容易满足建筑物的使用要求, 而且框架-剪力墙结构体系有较高的承载力,较好的延伸性和整体性,并且具备很强的吸收地震力的能力, 从而大大减小了结构本身的侧移。因此，在建筑结构优化设计的实践过程中，在框架 - 剪力墙结构设计中,剪力墙刚度的确定除了必须满足强度条件外, 还必须使结构具有一定的侧向刚度。基于此,剪力墙刚度的大小将直接影响到结构的安全性及工程造价成本。另外，在框架-剪力墙结构初步设计阶段,简捷、准确地确定框剪结构中剪力墙最优数量,即可避免重复、繁琐的结构刚度调整计算,还可以达到减少经济成本的目标。梁的选用与布置。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，最终还是无法实现社会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。但宽扁梁在经济指标上与常规梁相比并不是最优,由于Y方向截面高度减小,使得纵向钢筋的配筋率较高,同时挠度偏大。在跨度进一步加大的情况下,也可采用预应力梁,以满足建筑物的特殊要求,但费用较高。此外，高层建筑框架柱截面大小主要由轴压比控制, 在上部轴力一定的情况下,可以通过加大柱截面、提高混凝土设计强度、加大柱箍筋、采用钢混凝土柱等不同方法来控制柱轴压比，最大化程度保证功能性与安全性。
3.2 结构优化设计中的整体布局
为实现这些目标，建筑结构决策者与设计者须从结构优化设计的全局观念出发，利用结构设计中的点、线、面，确定建筑结构设计的总体布局，处理好点、线、面之间的架构关系，借助于材料的选用、构件的布置，充分发挥单个构件与整体结构的配合与协调，使之能实现最佳受力状况，既实现整体结构良好的承重力、刚性与延展性，也实现单个构件的最大化与最佳化利用，保证达到建筑设计的国家质量标准，实现建筑功能性、安全性与经济性的多重目标。
四、结束语
通过建筑结构的优化设计，是实现建筑本体功能与控制建筑造价成本的重要手段。另一方面，建筑投资者或开发商不能过分强调结构优化设计的经济性，通过减少材料、降低技术、放低质量标准来追求经济性，同时也反对一味重视技术要求、忽略经济成本的做法。结构优化设计的终极目标是实现建筑的本体功能性、安全性、经济性与环保性。因此，在保障全面发挥建筑本体功能性、保证安全性的条件下追求建筑投资建设的经济性与环保性是建筑建设的科学合理选择。为了实现这一目标，未来的建筑结构设计者将遵循功能性、安全性、经济性、环保性四位一体的设计思路，真正实现未来建筑结构的优化升级，为人类提供一个更好的物质生存与发展环境。
参考文献：
[1] 高新艳.钢筋混凝土框架结构的整体分析与优化设计[D].太原理工大学.2007.
[关键词]高层建筑 结构优化 设计 问题 解决方案
中图分类号：U965 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）07-0172-01
城市的商业化气息浓厚，在商业的推动下，经济有了更加良好的发展形式，而建筑也因此在发展，尤其是高层建筑。城市中的高层建筑可以看作是城市以及商业的体现。在设计高层建筑结构的时候，技术为结构提供保证，可是对于高层建筑的剪力墙而言，结构的设计还有不足，也就是说还有发展的空间。
1 高层建筑剪力墙结构优化设计现状
就目前的发展情况来看，国内常用的两种结构优化设计包括两大类，即数学规划法和力学准则法。但是对结构优化的实践远远滞后于理论的发展。国内的优化方法理论还不健全，不能适时的根据具体工程项目情况进行调整；于国内结构优化方面的人才比较欠缺，对相关的技术把握有很多不足；由于长时间的实践，很多设计单位都有自己的一套理论体系，按部就班地完成设计工作，没有与时俱进；设计人员的责任心不够，逃避对结构的优化设计，没有有效发挥主观能动性。近十几年，国内在研究把优化理论应用于工程实践方面又有了新的进展：强调综合处理，使技术、经济与管理相结合；于对结构的构件布局和节点连接关系进行优化；考虑事物的模糊性；对常见结构和标准构件，形成通用程序和计算图表，便于推广。目前针对剪力墙结构优化的研究主要是根据力学准则化对其进行优化，例如采用大开间或大柱网方案。根据相关试验研究表明：剪力墙破坏时其强度为设计要求的好几倍，这种小开间剪力墙结构体系无论承载能力及抗侧刚度均显得过大，它将导致较大的建筑自重和较大的地震作用。
2 剪力墙结构体系的设计
剪力墙又称作结构墙，剪力墙截面较大，且整幢建筑物的剪力墙之间互相现浇予以连接，整体性好，有很大的抗侧能力，可建造较高的房屋。剪力墙结构主要是用于承担横向水平力的实体墙体结构。剪力墙体系可以是直接竖立在基础上，也可为了适应下部大空间的需要而由框架支承，形成框支剪力墙。剪力墙结构体系是由楼盖组成的空间盒子及一系列纵向、横向剪力墙结构体系，承受水平和竖向荷载，各片剪力墙的受力在竖向荷载作用下会比较简单，也容易分析，但在水平荷载作用下却有很大不同。简化分析方法，认为剪力墙平面之外的刚度极小，但其自身竖向平面内的刚度却很大，而在平面外的刚度可以忽略。这样，可把横、纵方向的剪力墙分别加以考虑，将空间结构作为平面结构进行处理，使剪力墙体系的位移和内力计算在水平荷载作用下得到最大程度的简化。实际上，剪力墙结构体系纵、横两个方向各片剪力墙是分别相互连在一起的，各片剪力墙的截面特性应计及纵、横墙的共同工作，即纵墙的一部分可作为横墙的有效翼缘，横墙的一部分也可作为纵墙的有效翼缘。剪力墙的种类，分为整截面剪力墙，整体小开口墙，双肢墙、多肢墙，壁式框架。
3 剪力墙结构优化设计方法
3.1 主体结构抗侧刚度
高层建筑在承受建筑内部重量的同时，还要让建筑有整体性，最主要的是让建筑保持稳定。然而高层建筑的稳定性却受到某些自然条件的冲击，当出现强风、暴雨等天气的时候，建筑的结构受到严重的冲击，可是高层建筑还是让主体有刚度，以免建筑出现移动。通过稳定主体的刚度，可以让建筑内部结构以及使用建筑的人很安全。高层建筑的材料的用量与建筑结构承受的重量是有一定联系的。如果建筑承载量大，那么建筑结构的材料更多。而结构的抗侧力材料数量也是同样，并且是呈二次方的比例增加。建筑结构的标准是否合理取决于主体结构的抗侧刚度。因此在在优化建筑结构的时候，应该计算抗侧刚度，通过计算结果，合理的设计高层建筑结构。
3.2 地震作用
计算建筑的抗震作用，通常计算的方法有两种，一种是振型分解反应谱；而另一种是底部剪力。但是第一种方法用的比较多，在计算的时候，可以用拟静力的方式，通过这种计算方式可以保证计算数据准确，而且还能计算出建筑的抗震水平。底部剪力也是在设计建筑抗震使用的一种方法，而且将拟静力的方法简化。如果建筑的质量以及刚度同时能沿着竖向分布，并且分布的较为均匀的时候，可以看出这种计算方式还有可靠性的。尽管这种计算方式更方便，但是会使误差增大，甚至是使建筑的结构出现偏差。但是如果使用了这种计算方式，那么在分析结构刚度的时候，不会在经过很多的步骤之后才计算出结果。
3.3 建筑结构轻型化
现在很多高层建筑都属于剪力墙结构，而使用的材料也以混凝土为主，但是材料的等级通常比较低，而且混凝土具有较大的自重，这会使材料在运输的时候，以及施工中都会出现不利因素，因此在优化建筑结构的时候，应该控制建筑的重量。当建筑的结构轻型化之后，使用的材料就减少，而且建筑的截面也会缩短，通过这种方法可以让建筑有较高的抗震性，当建筑的抗震性改变之后，建筑在地震中受到的影响也小。建筑的楼盖形式也要保证是正规的，首先要有一个测量建筑楼盖的尺寸，以及截面面积，其次是测量建筑的重量，控制好建筑发生位移的地点以及程度。在选择建筑的材料的时候，要选择那些质量轻，但是具有很高强度的材料，控制建筑墙体的重量，使其重量较轻，同时减少建筑的重量。使用的传统材料要么具有轻度，要么具有高强度，两者不能并存，可以在技术发展之后，出现了很多的材料，而且材料的运用也得到改善，使其不仅重量较轻，还能有很高的强度。可是这种材料在国外使用的较多，而我国的高层建筑基本还是使用钢筋混凝土结构，新型的材料只能在轻骨料高层建筑中使用。
4 结束语
综上所述，我国有关高层建筑的剪力墙结构优化设计虽然取得了突破性的进展，但仍然还有很多不足。这不仅需要技术的转变，还需要设计人员的用心和细心。在进行前期设计时，就把建筑的实用性、安全性等性能考虑充分。关于剪力墙结构的优化设计不能仅仅停留在理论上的发展，相关从业人员应多注意理论和实践的结合，优化剪力墙布置和对建筑材料的选用。对此，作为国家政府，应该加大资金投入，组织相关建筑专家进行详细研究，并出台相关法律政策作为支撑。作为设计人员，勇于创新，努力提升自身的专业技术修养，不但要能做出设计，更要做好设计。
参考文献
[1] 谢向鹏，李献军，高菊芳.试析高层建筑剪力墙结构优化设计[J].中国建筑金属结构，2013（12）：57～58.
[2] 门进杰，李慧娟，史庆轩，贺志坚，王顺礼，周琦.某板式住宅高层建筑剪力墙结构优化设计研究[J].结构工程师，2013（06）：169～171.
关键字：高层建筑；框剪结构；优化设计；必要性；措施分析
中图分类号：TU74文献标识码：A
引言
在高层建筑施工设计的过程中，为了能够达到最佳的使用效果，需要采用恰当的结构设计形式，而框剪结构以其独特的优势成为目前在高层建筑结构设计过程中应用较为广泛的结构形式。框剪结构能够为建筑提供较大的平面空间，并且其具有较强的抗侧力刚度，能够更好的保证建筑物的稳定性。本文就在分析框剪结构优化设计必要性的基础上，对于剪力墙的合理选型和优化设计的措施进行分析，并指出抗震概念设计思想在该结构优化设计中的应用。
一 高层建筑框剪结构优化设计的必要性分析
和传统的高层建筑结构设计方法相比，框剪结构具有一定的优势，能够更好的发挥建筑物的使用性能。传统的结构设计方法中，一个很大的制约因素就在于其求得的一组截面并不一定是最好的，工程结构建设起来之后可能会出现重量大造价高的现象，这和之前的结构设计过程密不可分。但是框剪结构优化设计虽然和传统的结构设计有着一样的设计过程，但是其最终的目标是使得高层建筑具有良好的使用性能，并且能够最大限度的降低工程的施工造价，实现经济性和实用性的统一。
高层建筑框架剪力墙结构具有良好的受力性和适用性，在现代高层建筑设计的过程中应用非常广泛。随着高层建筑的快速增长，对框剪结构的合理选型和优化设计对于节约施工建设的成本来说也具有一定的指导意义。当前的《高层建筑混凝土结构设计规程》中对于高层建筑结构选型，尤其是对于合理布置结构还没有形成一个明确的规定，这样就为高层框剪结构的优化设计提供了更为充足的设计理由。
二 高层建筑框剪结构选型和优化设计的措施分析
高层建筑框剪结构在选型和优化设计的过程中需要注意很多事项，例如影响剪力墙用量的因素和相应的确定方法、剪力墙的截面尺寸大小以及剪力墙的平面设计等相关因素，下面本文就对这几点进行详细的分析。
（一）影响剪力墙用量的要素分析
在高层建筑框剪结构设计的过程中需要满足位移角限值的要求，还要充分的发挥该结构中各抗侧力构件的作用，以此来保证建筑的稳定性和安全性。在设计中，因为剪力墙是框剪结构中的主要抗侧力构件，所以剪力墙的用量和框剪结构的平面设计有着密切的关系，在设计中需要按照分散、均匀、对称和周边的原则进行。分散就是剪力墙的设计需要考虑到地震力分散作用在相等的多片剪力墙上，以避免地震集中造成剪力墙的破坏；均匀就是要同方向的各片剪力墙需要均匀的布置在建筑平面的每一个区域内，并且要保证每道剪力墙的承受水平力不能够超过总体水平力的40%；对称指的是剪力墙要最大限度的对称布置，以减弱地震时结构的扭转效应；周边就是要保证剪力墙沿着结构的周边进行布置，以此来提升结构的整体抗扭能力。
其次影响剪力墙用量的因素就是地震等级的大小。结构总水平地震作用将会随着剪力刚度的增加而增加。剪力墙增多，结构刚度增大，地震作用就会越强。为了能够发挥框剪结构的特性，剪力墙承担的地震倾覆力矩值需要大于地震总倾覆力矩值的50%。剪力墙不能够无限制的增加，需要根据实际的情况进行设计，以满足底部一般剪力的要求。当地震力过大的时候需要适当的减少剪力墙用量。
在剪力墙用量的设计中还需要考虑到抗震设防烈度、场地土、近场远场的影响以及结构侧移限值的影响等多个方面，在设计的过程中需要认真考虑各种因素，要在满足规范规定的位移限值条件下减少剪力墙的数量，实现经济效应和稳定效果的统一。
（二）剪力墙的平面设计
通常来讲，剪力墙需要沿着纵横两个方向布置，否则将会造成建筑物平面两个方向的刚度差异较大，增加了建筑物的扭转效应。剪力墙在设计时要尽量的设置在竖向荷载较大的地方，平面形状变化处或者是楼梯间、电梯和管道井的位置。当剪力墙不能够在结构纵横两个方向进行设计时，需要在刚度较弱的方向采用壁式框架等抗侧力构件以拉近两个方向在水平力作用下的位移值。
（三）剪力墙的截面尺寸确定
在框架剪力墙结构中，剪力墙需要有边缘的约束构件，即边框柱和边框梁。根据相关的规定，抗震要求的一二级剪力墙的底部加强部位的厚度要在200毫米以上，并且不能够小于层高或者是无支长度的十六分之一，其他的情况下要在满足不小于160毫米的基础上还需要小于层高或者是无支长度的二十分之一。在实际的设计过程中需要严格的按照规定进行，保证设计的顺利完成。对于框剪结构的边框梁的宽度来讲，需要和墙的厚度保持一致，高度可以为厚度的两倍。
（四）框剪结构优化设计
在对框剪结构进行优化设计的过程中需要对框架和剪力墙分别进行优化。对于钢筋混凝土框架结构的优化需要遵循以下步骤。首先要进行初始选型，确定之后进行结构分析，分析完成之后需要根据实际的情况，并结合自身的设计经验进行截面的优化设计，设计完成之后进行收敛性判断和可行性判断，确定之后再进行施工建设。需要注意，根据框架结构构件内力的计算结构分别对框架柱、框架梁和楼板结构实施优化设计。
剪力墙结构的优化设计则包括最优厚度设计和设置位置设计。对于框剪结构中剪力墙抗侧移构件的水平截面面积进行优化设计，需要在水平地震的租用下保证结构水平侧移值最大程度的接近相关规定中的最大侧移值。在所有优化设计完成之后再将框架结构计算得出的尺寸和剪力墙构件的最优厚度进行重新组合，形成新的框剪结构体系，对其结构内力进行分析，并且按照得到的结果对框剪结构的构件进行重新的优化设计。
三 抗震概念设计思想在该结构优化设计中的应用
通常来说，高层建筑框剪结构的优化设计体现为抗震设计，在抗震设计的过程中，概念设计思想十分关键。概念设计就是通过对建筑物的总体结构进行控制之后，再选用体型较为简单、平面对称性良好、抗侧力体系的刚度和承载力上下变化连续的方案来设计出抗震性能良好的建筑，以保证建筑物的稳定性和安全性。
框剪结构的本身就是抗震概念设计的一个重要体现，因为框架结构柱网布置十分灵活，能够满足使用的功能要求，并且是主要竖向受力构件。除此之外，框剪结构设计的过程中，对于连梁的设计也充分的体现了这一设计思想。在小震和风荷载的作用下，连梁能够起到联系墙肢并且增大剪力墙侧向刚度的作用；在中震的作用下，连梁需要先出现弯曲裂缝，之后通过塑性耗能减小墙肢在地震作用下的受损程度。
结束语：在高层建筑设计过程中，框剪结构以其优势获得了较为广泛的应用空间，在设计的过程中对于框剪结构的选型和优化设计十分关键。本文就以高层建筑框剪结构优化设计为中心，从结构优化设计的必要性、选型和设计措施以及抗震概念设计思想的应用三个方面进行了分析论述，希望对于今后的高层建筑框剪结构设计有一定的帮助作用。
参考文献：
[1] 张成秀 浅谈高层建筑的框剪结构设计 建材发展导向，2012年第18期
[2] 刘重光 浅谈高层建筑框剪结构设计 城市建设理论研究，2012年第29期
[3] 石健 高层建筑框剪结构设计探讨 广东建材，2007年第12期
关键词：高层住宅；结构；设计优化
中图分类号：TU241.8 文献标识码：A 文章编号：
0引言
高层住宅结构优化是指对建筑物结构进行合理分析，提出结构设计优化方案，目的是在设计满足国家相关建设法规的前提下，提高建筑物的技术质量，降低总成本，是投资利益最大化，并且能保证建筑物抗震性能和安全性。结构设计优化是对设计再次分析，再次加工的过程。让住宅结构刚度适中、均衡整体结构布局、减小构件在外力影响下的变形或者破坏，达到既美观又坚固抗震的效果，这是高层住宅结构优化的目标。
在高层住宅结构优化设计中，每一道工序都要精心设计，做到计算合理准确，方案合理可行，本文对设计优化存在问题进行分析并提出几点可行建议。
1高层住宅结构设计现状
1.1 住宅结构设计现状
低层建筑和高层建筑横向和竖向的结构体系设计基本原理是相同的，但是建筑高度越高，竖向结构设计越难，这也是建筑界正在努力解决的问题之一。住宅结构越高，就要求有较大的柱子或者墙来承受垂直压力负荷，这对建筑材料的要求比较高。另外，住宅越高，侧向力所产生的剪切变形和倾覆力矩就要大得多，而且侧向荷载产生的响应并不是线性的，而是随着高度增加而迅速增大，在现代高层住宅建筑物中，重要的问题是整体抗弯和抗变形，抗震等，高层建筑与低层建筑结构有着很大差异，需要考虑的因素也很多，例如共振，扭转，水平侧向位移等。所以，高层住宅结构设计比较困难，考虑因素复杂多变，影响因素很多所以在设计的时候，要从整体上进行把握，设计出实用性强的好方案。
1.2 高层住宅结构设计影响因素
住宅越高，安全性就越来越要重视，抗震性能也要增强，所以设计中要考虑的因素也就增多，主要影响因素有水平荷载，轴向变形，侧移等。
(1) 水平荷载.。水平荷载是需要考虑的决定因素，一般来说，竖直方向上载荷在构建中受力只与楼房高度有关，但是水平受力却比较复杂，且易受外界条件影响，数值变化不定，所以其是影响住宅结构设计因素。
(2) 轴向变形。在高层住宅建筑中，楼层越高，竖向负荷就越大，能够在轴向引起较大的变形，影响建筑结构的连续梁弯矩，将会引起连续梁之间支座点的负弯矩值降低，造成端支座负弯矩值以及跨中正弯矩值增大，从而引起预测材料长度不准确，对下料长度产生影响。
(3) 控制指标侧移。结构侧移量是高层建筑结构设计要重点考虑的因素，这一点与低层楼房不同，楼房高度越高，侧移量在水平荷载影响下变形越明显，所以在设计的时候，要注意在水平荷载作用下的侧移要控制在要求范围之内。
2高层住宅结构设计优化
2.1 选择设计结构方案
进行高层住宅结构设计优化时，首先要进行结构方案的选择。结构方案的好坏决定了结构设计的好坏，对于同一个建筑设计要求，其结构方案往往是不唯一的，但是不同的设计方案会影响工程质量和工程造价，在设计时，一定要选择合理的结构设计方案。可以遵循以下原则。
首先，根据相关建筑规则的规定来完成结构设计方案总体要求，处理好结构与结构的相互关系，充分发挥结构的最佳受力状态，是结构尽可能简单明确，直接易懂，具有足够的承载力，良好的延性和刚度。
其次，要保持结构的安全可靠。应该仔细考虑每一个构件，使各个构件能够相互协调，发挥最大功能，保证设计目标水准，使结构既经济又安全。
最后，要积极与建筑专业进行互动交流。结构设计者往往对建筑的材料不是很了解，在设计结构方案时，要与建筑师进行交流，听取他们提出的建议，结构设计师要充分理解结构概念，真实客观地进行设计，通过反复优化，修改，最后设计出造价最低并且质量最好的结构方案。
2.2 设计优化
在进行高层住宅结构设计优化时，首先是要对建筑工程进行基础设计，主要有结构承重体系设计，抗震缝的处理设计等，基础设计完成后，就可以开始进行优化设计了，在优化设计时，要注意以下几个方面：
(1)正确认识结构设计优化的重要性。现在房地产已经是一个大产业，人们对住宅要求也越来越高，而作为投资方，追求的是利益的最大化，进行住宅结构优化的设计，不但可以有效降低总成本，还可以使建筑结构更美观安全，能经济合理的节能降材，从而降低工程造价。高层住宅结构设计优化，首先要仔细阅读建筑结构图纸，综合考虑各种因素的影响，经过反复优选等过程，达到设计优化目标，对原结构方案设计进行改进，合理进行构件布置，适当选择构件尺寸等，做到精益求精，最后提出优化建议。
(2)设计方案优化。这部分是设计优化的重点，不仅要进行抗侧力单元优化设计，还要进行框架结构优化设计。使设计符合抗震要求，在各项参数都符合规范要求的前提下，不断进行优化设计，尽量减少剪力墙的数量和厚度，使结构两个方向刚度接近两个方向水平位移，达到最佳受力状态。
在设计时，首先要进行结构分析，主要由竖向抗侧力构件构成，包括剪力墙，筒体，框架等。主要分析他们的受力状态，使构件充分利用起来。在进行计算分析时，不能盲目地依赖计算机，还要结合工程师的实际经验，选择合适的计算参数，经过多次计算比较，找到最佳参数值。要注意实际结构与计算模型的偏差，因为计算机在计算的过程中，需要对模型进行假定，而实际结构错综复杂，所以计算值与实际结构会有差异，在通过计算值来选择结构时，要充分结合实际情况来分析。
其次进行框架结构优化主要是根据住宅结构平面，分析竖向荷载和水平载荷，核实实际情况，合理布置构件，选用合适材料，结合实际材料构造进行结构分析和内力分析，根据分析结果适当调整结构设计。
3)地基处理的优化。高层住宅建筑更要注重地基的处理，否则将前功尽弃，在选择地基时，要选择地质条件不复杂，容易施工的地质，因为地质条件越复杂，地基处理造价越高，而选择相对简单的地质条件，不仅可以降低地基处理的成本，地基安全度也会增加，从而降低工程造价，提高工程性价比。
3结论
高层住宅结构设计优化能够有效降低工程造价，带来可观的经济效益，不仅能让建筑物安全实用，又能使其经济美观，舒适。所以进行结构优化设计至关重要，实际设计中，要结合实际情况和具体条件来灵活运用设计优化方法，实现住宅建筑设计既安全又经济。
4 参考文献
关键字：建筑结构；优化设计；技术
建筑是一个充斥在人们日常生活与社会生活的必然存在物，它与人们的生活息息相关、相辅相成。一方面，人们的生活离不开建筑；另一方面人们又能够能动的改造建筑。建筑具有很强的时代性，这也是建筑结构需要优化的重要原因之一，它随着时代的发展会随之转变优化，而这种有优化是很有必要的，首先，建筑结构的不断优化有利于建筑在未来的健康发展，事物在时代的发展大潮中若是保持以我为中心的态度，对时代的发展进步不管不顾，只会导致被取代的结果。显然，我国的历史证明了这一道理。其次，建筑结构的优化有利于促进时代的发展，建筑是总的时代中的一部分，建筑的快速发展会对时代的发展起到带动作用。尽管建筑结构的优化如此必要而重要，但是目前的建筑结构优化设计技术并没有达到其该有的水准，还存在一些问题，笔者将相应的提出一些建议，希望能够对建筑的长远发展有所帮助。
一、建筑结构优化设计技术中存在的一些问题与不足
1、优化设计创新不彻底
结构优化设计是上世纪六十年代以后出现的一种设计方法，结构优化设计的任务，就是以数学规划为基础，运用计算机技术，从众多的可行设计中，选出相对最优秀的设计方案。它的出现，使工程结构设计由以往被动的安全校核转化为积极主动的选优设计，更进一步的实现了设计的最终目标-----安全。但是就目前情况而言，事态并没有预想的发展的那么顺利，在经历了几十年的发展之后，现阶段的建筑结构优化设计技术在优化设计创新方面并不是很彻底，部分原因是一些人还在坚持旧有的设计模式，认为优化设计在众多的设计方案中选择最优的一种是一种‘浪费’，时间、精、方案的浪费。还有部分原因是一些设计人员的思维模式在经历了众多的设计方案之后变得有些僵化，有些模式化，对创新失去了一定的敏感度。
2、优化设计技术人员素养跟不上
建筑结构优化设计技术人员是建筑结构优化设计的主体与主导，在优化设计行为中占据着关键作用，建筑结构为人所设计，建筑结构优化的具体实施也为人所运作，其更是为人所服务，建筑本身只是一个存在物，其设计与实施都与人脱不了干系。但是就目前情况而言，人员方面仍然还存在着一些问题，除了上述的创新意识不够之外，最大的问题就是技术人员的素养问题，包括工作素养与生活素养及个人素养等等，工作素养表面上看似与个人的素养与态度没有多少关系，其实其中蕴含的关系是相互联系、相互作用的。现今很多人说选择了一个职业其实是选择了一种生活方式，若是对工作不满意，难免会敷衍过关。
3、片面强调节约投资从而降低了技术和质量标准
建筑结构优化设计具有经济性，其经济性是市场经济条件下对资源配置提出的新要求。经济性是指通过建筑结构的优化设计，最大化的节约各种材料资源，达到减少建设成本的目标。另外，各种材料资源都存在一定的稀缺特性，建筑结构的优化设计能科学合理的减少材料的使用量，节省建设材料使用成本。在这结构优化倡导中，难免会有些人乘此机会做出另一种形式的‘优化设计’，很多建筑企业的设计理念本就是以节约为本，在此背景下，不难想象会出现片面强调节约投资，从而降低技术和质量标准的现象。
二、对建筑结构优化设计技术的一些建议
1、 培养结构优化设计人员的素养
结构优化设计人员的问题主要是两方面，第一方面是对建筑结构优化设计的思维模式有些僵硬化，针对这方面的问题，建筑企业要想方设法开阔设计人员的视野，不能局限在现有的成就中，应该组织设计人员学习欣赏外国或国内的优秀的优化设计方案，此外，还可以定期举行优化设计方案大赛，并且设置优厚的金钱奖励。另一方面是优化设计人员的工作素养问题，要着重培养设计人员对优化设计这一块的兴趣，俗话说，兴趣是最好的老师，若是对每天都要做的事情没有兴趣，最终只会阻碍企业的前行步伐。
2、提高建筑企业对创新的重视度
创新是取得发展与进步的前提与源泉，除了上述的需要对结构优化设计人员进行创新的引导之外，还需要提高企业负责人对创新的重视度。俗话说，上行下效。若是上面的负责人都不重视，一种无所谓的态度，下面的设计人员怎么可能对其十分重视呢。此外，在招聘设计人员时可以采取灵活应变的方法，天下之大，无奇不有，很多的设计奇才不一定拥有较高的学历，企业不妨给他们一个实习机会，设计人员的‘高质量’是创新的前提与基础。
3、加大监督力度，严格规范优化设计
任何事情都有两面性，建筑结构优化设计自身是一个很好地创造，但是有些人借此投机取巧，导致建筑结构优化设计变得复杂化了。对严格遵守规则的优化设计当然要鼓励，但是对借此投机取巧的企业一定要严格监督，一旦发现必须严厉惩罚，以此达到杀一儆百的效果，只有除掉了这些的负面作用力，事物才能发展的更为美好，也才能在真正的促进事物的发展。
结语：综上所述，通过结构优化设计技术来降低工程造价是控制工程投资的一个非常有效的途径和方法，而正确处理技术与经济的对立统一是控制投资的关键。对建筑工程进行优化设计一直是结构设计师们共同的理想和目标，建筑结构的优化设计是一个比较科学系统的设计过程，但是影响工程造价和建筑质量的因素有很多，其中还存在一些问题，例如结构设计技术人员的素养根本不上、片面强调节约投资而降低技术和质量标准、优化设计新意不够等等，所以在实际的建筑机构优化设计中，一定要充分的考虑各方面的因素，在每个环节和细节上都要力求达到最大的优化，只有这样才能实现建筑结构优化设计的最终目的，在推动建筑结构优化设计自身发展的同时也以更好的服务于我国建筑业的发展。
参考文献：
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[4] 刘铁峰，李铁军，张亮坤. 建筑结构优化设计探讨[J]. 建设科技. 2011（10）
关键词：建筑结构，优化，设计，问题，措施
Abstract: along with the development of The Times, the construction will toward the direction of modernization. In recent years, the modernization of the city level deepen, usable area is less and less, which the country's high building more and more. However people to the requirements of the structure of the building more and more is also high, in order to satisfy the development of the society and people's requirements, building structure optimization is indispensable.
Keywords: building structure, and optimize, design, questions, measures
中图分类号：S611文献标识码：A 文章编号：
城市的高层建筑越来越多，在进行高层建筑的设计时，要考虑多方面因素，比如建筑结构要有足够的强度，要有适宜的刚度，建筑结构有合理的自振频率等。另外，为了避免大震下高层建筑倒塌，在进行建筑结构的优化时要保证建筑结构的强度满足要求，这是一个前提条件。因此，在建筑结构的优化过程中，要对各方面因素综合考虑，才能设计出符合人们要求的建筑产品。
一、建筑结构计算分析要点
在进行建筑结构设计时，要进行内力、位移等多方面计算，计算的过程也要从不同的角度进行，以保证最大限度地获取准确的数据。对建筑结构进行分析时，可以从以下几个方面进行。
（一）建筑结构的材料分析
从线弹性的角度对建筑结构进行分析时，一般假定内力和位移的量，想象结构与具体的构件在弹性工作形势下，具体分析的过程则根据弹性理论进行研究。弹塑性的分析方法一般用在计算地震环境下的建筑结构的薄弱层变形时。
（二）刚性楼板分析
在对高层建筑的内力与位移进行计算时，通常都假定楼板对自身的平面有无限的刚性，由于平面的外刚度极小，可以不考虑。假定楼板结构为刚性时，在进行建筑结构的设计时就要运用相关的措施以保证楼板平面的整体刚度。
另外，还可以计算图形对高层建筑的结构体系进行分析，分析时的计算图形主要有三种，即一维、二维协同分析以及三维空间分析。
二、建筑结构优化设计的内容
为了保证现代化的建筑能不断满足人们对建筑物的要求，同时提高建筑物的稳定性、安全性和可利用性。可以从以下几个方面优化建筑结构。
（一）基础拉梁的优化
当多层框架房屋基础埋置较深时，可以在一定范围内对基础拉梁的位置进行设置以达到最优状态，使基础拉梁宜于按照框架梁进行设计，并且按照规定来设置箍筋加密区。当独立基础埋置较浅时，可以根据抗震要求，在两个主轴方向上设置基础拉梁。基础拉梁的尺寸也有一定的要求，一般横截面宽度是柱中心距的三十分之一至二十分之一，基础拉梁的高度不小于柱中心距的十五分之一。基础拉梁的顶标高通常要与基础的顶标高相同。
（二）框架梁、柱箍筋的优化
不同抗震等级的框架梁和框架柱有不同的构造要求，其加密区的最大箍筋间距和最小箍筋直径都有明确的规定。利用计算程序进行计算时将框架梁和柱箍筋的加密区间距设置为100毫米，计算出加密区的箍筋面积。在实际设计过程中适当地增加箍筋的直径或者将箍筋间距适当的加密。
（三）独立基础设计荷载的优化
现代化的建筑物中，钢筋混凝土结构的房屋越来越多，钢筋混凝土多层框架房屋大多采用柱下独立基础形式。当房屋地基的受力范围内没有软弱的粘性土层时，总层数在八层以内而且高度在24米以下的一般民用框架房屋可以不用验算地基基础的抗震承载能力，但在实际的设计过程中应该考虑风荷载的影响。在对以钢筋混凝土为原料的多层框架房屋进行整体的计算分析时，必须要考虑到风荷载的影响，不能因为风荷载的影响不明显就忽略掉这一部分。另外，在设计独立基础时，柱脚内力只取轴力设计值或者只取轴力与弯矩设计值，都会导致建筑物的基础尺寸偏小，会影响基础以及整个建筑结构的安全。
（四）地下室层数的优化
地下室也是某些建筑物不可或缺的一部分，对地下室的结构进行优化，有助于提升空间的利用价值。由于地下室的隔墙比较少，因此在设计过程中基础形式常采用筏板式。在利用计算机对这一部分进行设计时，应该同时输入地下室的层数和上部结构，这样可以一次性计算出地基以及基础底板的竖向荷载。同时可以利用现有的数据对层间侧移刚度比进行分析，通过分析比较的结果，可以正确地判断、调整房屋的具体嵌固位置，并且采取相应的措施来提高建筑结构的抗震能力。如果在建筑结构的整体计算过程中，输入的地下室层数比实际的层数要少，会导致在发生地震灾害时底层的柱底部位因为抗震能力降低而受到破坏。
（五）建筑结构计算参数的优化
利用计算机进行信息化处理，能较快捷地得到相应的计算结果，但对计算出的结果不能盲目使用，应该经过认真的分析判断以保证其合理准确，才能将各种参数应用于结构设计中。一般来说，利用计算机进行计算的参数有建筑结构的自振周期、楼层的侧向刚度比、柱底内力设计值、楼层地震剪力系数、墙和柱的轴压比等。众多的参数都是进行建筑结构设计的依据，因此，参数的准确性也影响了建筑结构的安全稳定性。为了分析判断计算机计算出的结果是否合理，在进行相应参数的计算时，一方面要保证合理的结构方案，准确可行的结构计算简图，另一方面要根据建筑结构的具体特征，正确地填写相应的场地类别，而且对于总信息中的各种参数要进行合理的选取。
结语
现代化的进程逐步加快，人们的生活脚步也越来越快，也加快了城市建设的进度。建筑物越来越多，导致建筑物的发展方向向高层化，但是高层建筑具有自身的特点，无论是建筑物的形式、建筑原材料还是具体的力学分析模型都逐渐复杂，多元化。加强建筑结构的优化设计是建筑过程中必不可少的一步。通过不断优化建筑结构，才能让建筑物满足经济科学且人性的要求。
参考文献
[1] 韩科峰.浅析高层建筑结构优化设计[J].中国科技财富，2011（02）：798
关键词：高层住宅；结构优化；设计
Abstract: This paper describes the steps to building structural optimization design, and briefly introduce the basic requirements of high-rise residential structure design, and to explore the optimal design of specific programs in high-rise buildings, in order to guide practiceKey words: high-rise residential; structural optimization; design
中图分类号：TU209文献标识码：A文章编号：2095-2104（2012）05-0020-02
一、高层住宅结构设计的基本要求
1.满足耐久性和安全性要求。住宅实行商品化后，使用寿命长是区别其他消费品的最大特点，结构耐久性和安全性是住宅结构设计最基本的要求。结构体系以及材料的选用，都应有利于抗风抗震，以及使用寿命期间改造维修的可能性。
2.满足舒适性的要求。多种户型可灵活分隔室内的空间，满足人居的热光声的环境等要求，给居住的人创造一个舒适的环境。当采用剪力墙结构的时候，宜采用大开间的布置。使住户在日后改变分隔的空间。
3.满足经济性的要求。结构设计时应根据房屋的建造地点、层数多少、平立面体形，在满足耐久性、安全性和舒适性要求的前提下采用经济又合理的结构体系，在构件设计中应该精打细算，要严格执行规范构造要求，尤其是在地基基础设计中更要注意，地基基础的设计方案是否合理对房屋造价非常重要。
二、高层住宅结构优化设计方案
1.房屋结构周期性折减系数。房屋框架结构和顶盖等结构设计中，因为填充墙体存在使结构实际表现刚度大于设计计算刚度，计算周期也会大于实际周期，所以当算出结构剪力偏小时，会使房屋的某些结构不安全，而应该对房屋结构计算周期适当的进行折减，这样能达到很好的效果，但是对于房屋框架结构，计算的周期不宜折减或折减系数取小。
2.耐久性的优化设计。大部分混凝土结构设计方案中，没有充分考虑到建筑结构在使用的过程中，由于遭受条件和使用环境变化最终造成房屋结构损伤，使房屋在合理的使用期限内，无法满足正常的使用需求。引起房屋可靠度指数下降。设计者当选以高层混凝土结构优化为设计的主要目的时，要放弃对经济的单纯追求。依据设计所要面对的关键性问题，分清主次，选多目标或单目标来实施优化，达到满意效果。
3.房屋结构抗震性设计。在工程图纸设计过程中，房屋结构按抗震设防分类，房屋抗震等级可根据房屋高度、烈度以及结构类型按国家《抗震规范》确定。地震震力振型组合数据对建筑应当不考虑耦联扭转计算; 当振型数大于3 的时候，应取3的整数倍计算，但数据不能大于建筑物层数; 当房屋层数不大于2 时，振型数则可取房屋层数。对于不规则房屋的结构，应考虑扭耦联转，对高层房屋建筑来说，振型数应取不小于9；房屋结构层数多或房屋结构刚度突变系数大的话，振型数则应多取，例如结构中含多塔结构或顶部有小塔楼和转换层等，振型数应取不小于12 的数，但其大小仍不能大于房屋总层数3 倍，除非其含有弹性定义的楼板，而且采取总刚性分析的时候，振型数才能够取的更大。
4.地下室的层数处理。多层房屋框架结构
一般都设置地下室结构。由于隔墙较少，故常采用的是板筏基础。设计计算时将上部结构与地下层数结合在一起，并在图纸中按实际的地下室的层数计算，如此计算基础底板以及地基纵向荷载可一次设计完成。同时通过侧层移刚度性系数比较，可以调整和判断房屋相应嵌固位置，适当加固构造措施，保证楼板最小配筋率和厚度。当房屋结构纵向不规则时，要验算其最薄弱层。
5.合理使用高强钢筋与高强混凝土。高层建筑的总造价一般都包括框架结构材料、施工和基础的物料费用等，其中用钢量以及构筑件截面积对房屋造价影响较大，故在建筑设计中合理使用高强混凝土与高强度钢筋可有效降低用钢量，节约建筑成本。对于震区的高层楼房来说，在设计中高效地使用高强钢筋及高强混凝土，能快速有效的缩小梁墙板柱等构件截面积，达到建筑造价目的。
6.框架梁以及柱箍筋间距。依据规定，工程上取柱箍筋与梁的加密区最大间距为100 mm 左右，非加密区箍筋最大的间距为200 mm 左右。通常在柱箍筋和内定梁加密区间距为100 mm 左右，以此为计算依据算出加密区箍筋面积，当房屋的框架梁跨中有较大的其他荷载或次梁存在而又只有两肢箍筋情况下，非加密区箍筋间距应采取200 mm 左右，使房屋梁非加密区的配箍充足，故建议内定梁箍筋改为梁非加密区取200 mm。既可保证梁箍筋加密区抗剪切能力，同时又增加梁非加密区抗剪的承载能力，使梁强抗剪性能更加充分体现出来。
三、工程结构体系方案的比较分析
某高层建筑，地下2层。地上26层，总建筑面积达到30.000m2。高度达94.5m。针对结构体积的选择。设计院进行了优化设计，第一方案采用的是框架-筒体结构。该结构的特点刚度较大、自重不是很大, 而且结构的平面布置相对灵活, 能克服剪力墙结构体系的一些缺陷。此外, 由于核心筒的存在, 整个建筑的侧向刚度得到了大大提高, 且大部分的水平力都是由筒体来承受, 大楼的整体刚度得到了提高, 并承担了大部分水平方向的力,使该建筑具有良好的侧向变形能力, 抗震性能非常强。第二方案选取了剪力墙结构体系进行结构设计, 用以比较两种不同结构的结构性能和经济性能。剪力墙结构是一种非常常见的结构体系,它的优点主要体现在侧向刚度大, 强度大, 整体性强, 缺点在于剪力墙结构需要的混凝土量是很大的, 自重大,造价高, 且地震作用力大, 结构平面布置不灵活。针对这两种不同的结构体系, 我们采取了结构软件计算的方法进行对比分析,
1设计基本参数
本工程的设计基准期为50年, 使用年限为50年, 安全等级则为一级, 地基设计等级则为甲级。该建筑工程抗震设防烈度为6度, 地震分组是第一组, 设计的基本地震加速度选取0. 05g, 建筑抗震设防类别是丙类。由于该工程的场地为Ⅰ类, 按照该地区的抗震设防烈度要求进行抗震构造就可以了。该工程确定为A级高度建筑, 建筑结构的抗震等级: 剪力墙和框架柱都是三级抗震。工程场地的特征周期Tg = 0. 25 s, 水平地震影响系数的最大值am ax = 0. 4, 放大系数β= 2.25。工程所在地区基本风压为0. 40 kN /m2, 地面粗糙为D 类, 风压的体形系数、风压高度变化系数以及风振系数都按GB 50009-2001建筑结构荷载规范的规定来确定, 楼面活荷载标准值按现行荷载规范进行取值。
2计算软件
计算软件采用了PKPM 软件中的SATWE 系列, 目前该软件在国内的普及率很高, SATW E系列软件也是专门为多、高层建筑结构设计的一种有限元分析软件, 它能非常精确的计算分析各类结构形式的建筑受力。
3计算分析
高层建筑由于受到水平力的作用, 侧向位移比多层要大很多, 因此, 侧向力是结构考虑的重点。研究表明, 若结构的侧向位移过大就会导致结构附加弯矩的产生, 严重影响建筑的舒适性,有的甚至会造成结构破坏。结构设计时, 主要考虑建筑结构的强度、刚度、稳定性三个基本指标。一般采用弹性设计方法, 即在正常使用情况下, 建筑结构构件处于弹性受力状态中, 结构具有较大的刚度, 对此, 《高规》对高层建筑的层间最大位移以及层高之比做出了如下的规定:
a当高层建筑的高度不大于150 m 时, 层间位移角不宜大于表4. 6. 3的限值;
b当高层建筑的高度大于250 m 时, 结构楼层的层间位移角不宜大于1 /500; 3) 当高层建筑高度介于150 m ~ 250 m 之间时, 结构楼层的层间位移角按上述1), 2)的限值要求, 线性插值来取用。
c从软件计算分析看,建筑为框—筒结构时, 其自振周期要比采用剪力墙结构的要长, 层间位移以及侧向位移都要大。由此看出, 剪力墙结构的侧向刚度更大些。但是, 结构设计不能完全只看刚度, 还应综合考虑水平荷载和地震荷载等因素。
研究表明，当建筑采用纯剪力墙结构, 且建筑层数不多, 建筑高宽比小于1的时候, 在水平荷载作用下, 建筑墙体的变形主要以剪切型为主。而当建筑的高宽比大于4时, 整个墙体在水平荷载的作用下, 变形主要以弯曲变形为主。当建筑的高宽比值介于1~ 4之间时, 建筑墙体存在弯曲变形和剪切变形。框架结构虽然能够获得更大的空间，但由于框架是由梁、柱、板构成的，相对于剪力墙来说他的抗侧移刚度较小。受水平荷载后成剪切型变形，故层间位移相对来说较大，不利于结构抗震。框架—筒体结构, 在水平作用力作用下, 结构的侧向变形主要是以弯曲变形为主, 其侧移曲线与弯曲型杆件的变形是极为相近的。框架—筒体结构中的框架和核心筒, 两者是通过梁和楼板相连的, 因此, 两者的侧向位移是相近的。
随着建筑层数、高度的增长和抗震设防要求的提高，以平面工作状态的框架、剪力墙来组成高层建筑结构体系，往往不能满足要求。因此, 对于20层~ 30层的高层建筑, 最后选择了框架—筒体结构体系为大楼的主体结构。
四、结语
在满足建筑结构长远效益的前提下，应尽量减少建筑结构的近期投资并提高建筑结构的可靠度和合理性。与传统设计相比，可以充分利用计算机资源，进行多种结构形式进行结构试算、分析、比较，选择合理的结构类型，可以使建筑工程造价降低5％～30％。优化技术的实现，它还可为建筑整体性方案设计进行合理的决策，优化技术是实现建筑设计的" 适用、安全和经济" 目标的有效途径。
参考文献：
本文分析了建筑结构优化设计中影响工程造价的主要因素，同时阐述了优化建筑结构设计降低工程造价的举措。旨在明确建筑结构优化设计与工程造价间的关系，通过因素分析提出有效的工程造价控制方案，提高施工单位的经济回报效益。
关键词:
建筑结构优化设计;工程造价;关系
1建筑结构优化设计中影响工程造价的主要因素
随着我国经济实力和建筑施工水平的不断成熟，人们对于社会建筑的需求也更加的多元化，更加的重视建筑结构的安全和性能。为了更好的满足人们，也就是市场的需求变化，建筑结构优化设计的难度也随之加大，使得相应的工程造价成本支出也更高，因此需要分析和明确建筑结构优化设计和工程造价的关系，通过高效和高性能的建筑结构优化设计，有效控制其产生的工程造价成本，实现对整体工程项目经济控制的最终目的。
1．1功能性差异
建筑结构设计存在功能性简单和复杂的差异所在，建筑工程的功能性差异是造成工程造价结果变动的主要内容之一。通俗的说，正是因为人们对于建筑物功能性要求的不断提升，才使得建筑工程的结构设计也越发的复杂，因为简单的建筑结构难以满足人们越来越复杂的功能需求。但是功能的完善和扩充是在优化建筑结构设计上进行的，复杂的功能需求意味着建筑结构设计的难度也更大，相应需要完成的设计内容更多，根据设计完成的实际施工项目也更加的困难和复杂，投入的施工人员和完成的施工任务量也更多，这些多出来的施工内容无不意味着需要更多的施工成本投入，这也是建筑结构优化设计影响工程造价的主要因素之一。因此，施工单位为了在成本投入增加数额和建筑结构优化设计中寻找一个平衡点，通常会采用结构优化和成本控制相结合的方案来实现对建筑工程造价的控制与调节，这样既能够保证满足对建筑功能性的需求，同时还能维持较低的成本投入，对于施工单位而言能够获得更多的经济回报效益，经济性更强。
1．2抗震性能需求
建筑物的抗震性能是建筑结构设计的基础性指标任务，必须要在满足当前建筑抗震设计要求的基础上进行，科学合理的设计建筑内部的格局布置。结合当前地震对建筑物的危害实例来看，对称性较好、结构较为简单的建筑物抗震性能更强，建筑物的抗震性能并不与建筑结构的复杂性有所关联，反而是在简单的建筑结构中抗震举措能够发挥更大的效益，因此在进行建筑物的抗震设计时，一般都会采用更加简单化的建筑结构。需要注意的是，建筑立面不应当采用较大的缩进结构，或者是竖相抗侧力构建连续性不强的结构。这项抗震标准会直接影响到相应的工程造价费用的高低，根本原因是工程造价控制在简单且规则的建筑物施工中进展的更为顺利，对于结构复杂且规则性不强的建筑而言，存在实际施工花费超过工程成本预算的问题，因此说结构复杂且规则性不强的建筑的工程造价更加的难以控制。
1．3层数与高度
由于建筑建设施工本身要求的不同和地理环境的限制，建筑物的层数与高度存在多种区别，一般来说，我国根据建筑物的高度和层数的不同，将建筑物分为多层建筑、高层建筑以及超高层建筑三种类型，不同类型的建筑所要遵循的建筑设计与施工标准也有所差异，使得不同类型建筑结构设计的结果也不一致，因此造成最终的建筑工程造价也有所不同。如果碰到建筑高度设置趋于两个类型建筑物的临界点的情况，比如某建筑的实际层数、高度只是略微小于该类建筑建筑设计与施工标准的上限值，此时应当按照更高一级的建筑标准规范来进行该建筑的设计与施工，这就意味着会增加该建筑的成本造价，使得该建筑物的工程造价成本高于该类建筑内的其他建筑，因此在进行建筑层数和高度设定时，应当注意合理的控制层数与高数设计数值，避免出现这种趋于临界点的情况。
1．4平面结构形式
建筑的平面结构形式的选择会影响建筑物外墙的长度，而建筑物外墙的长度会直接影响到建筑工程造价，最主要的原因是因为不规则的平面结构在增加建筑墙体长度的基础上还会增加建筑结构施工的难度，使得建筑内部的管道、线路铺设以及材料使用等方面的成本支出费用增加，因此造成了建筑工程造价成本的增大。在不影响建筑面积的情况下，应当合理的进行建筑结构优化设计，并且进一步的简化建筑物的外形结构，实现对建筑工程成本造价的控制。
2优化建筑结构设计降低工程造价的举措
2．1科学的抗震设计
抗震设计是现代先进施工技术与理念相结合的产物，建筑的抗震设计的重点在于抗震载荷量的设定，同时抗震载荷量会直接影响到建筑结构优化设计和工程造价的结果，因此，科学的进行建筑物的抗震设计是优化建筑结构设计降低工程造价的重要举措之一。具体说来，科学的抗震设计应当将抵抗侧向力结构设计作为建筑物抗震设计中的重点环节，同时建筑物抗侧力结构的造价会随着建筑高度的增大而增加，这就意味着设计人员进行抗震设计时，不仅要考虑建筑物的抗震载荷量，同时还要考虑经济指标，既保证满足基本的建筑抗震要求，同时尽可能的减少经济成本揉入，比如房屋的结构体系、构建延伸性等都要综合考量，对于建筑物内涉及到的较为薄弱的环节也要计算的清楚、明白，确定最为合适的抗震设计标准，实现和保障抗震结构的设计既合理，又能在一定程度上节约建筑施工的成本投入。
2．2合理的结构形式
实现对建筑工程造价控制的最好方式之一就是确定和选择更加合理的建筑结构形式。目前，建筑结构中应用的最为先进和合理的建筑结构形式是框剪结构，该结构的灵活性和适应性较强，能够运用不同的、多种的形式来配合结构主体的功能性，进而实现更好的抗应力作用，进一步的提高和保障建筑的施工质量和稳定性。以民用建筑设计为例，在进行建筑物的抗震设计时，应当根据改建筑物所属的建筑类型，确定相应的高层建筑结构设计要求和施工标准，确保建筑物的剪力墙结构的抗震等级要高于短肢剪力墙的等级。同时根据实际施工状况，在进行平面布置时，适当的降低和减少短肢剪力墙的使用量，因为减少短肢剪力墙的使用量意味着在一定程度上减少了钢筋的使用数量，意味着节约了一定程度的施工成本，实现了对建筑工程造价的控制。需要主义的是，不同类型的建筑物具有不同的结构优化设计要求和施工标准，因此在选择建筑物的结构形式时，要结合该建筑物所属的设计要求和标准进行，更好的判断和选择建筑结构形式，在保障建筑安全需求的基础上，控制和适当的降低建筑造价成本。
2．3钢材使用比例降低
钢材是建筑工程施工中必不可少的主要原材料之一，特别是在建筑框架剪力墙结构当中，较大的钢材需求意味着较高的成本投入。目前，我国钢材市场上的价格一直处于一个波动状态，在进行建筑工程造价时，由于钢材价格的变动，使得工程造价的家国存在不准确或者有误的状况，也就是说，建筑工程造价直接受到建筑钢材需求量的影响。因此可以在保障建筑稳定性和质量的基础上，适当减少钢材的使用比例，通过减少钢材的使用比例强化对建筑工程造价的控制。同时，钢材使用率的下降意味着在钢材存储、运输等方面投入的费用支出也有一定程度的降低，因此建筑结构优化设计人员应当在符合设计标准和规范的基础上，采取合理的构造措施、设计荷载以及其概念设计等，使得整个建筑结构设计方案达到最优状态，实现对建筑工程造价更好的控制。
3总结
综上所述，建筑的功能和性能要求随着人们需求的增多产生了本质性的变化，因此在实际的建筑施工过程之中，不仅要保证建筑的施工质量，同时还要讲建筑的结构优化设计和工程造价进行有机的结构，充分考虑到结构设计的科学性和合理性，在保障建筑构件安全的基础上实现对建筑工程造价的控制。
参考文献
［1］杨土生．谈工程造价与建筑结构优化设计之间的关系［J］．山西建筑，2012，38(21):248－249．
关键词：建筑结构；设计；优化设计；分析
1 建筑设计优化的重要意义
使用合理的优化方法，对建筑的结构设计进行优化，既能降低整个工程的造价，还能提升建筑的经济价值，从而能够有效提升建筑的经济效益。
1.1 使工程的造价降低
建筑工程结构优化设计在会充分的考虑到现行阶段的建筑行业的发展趋势来进行剖析，根据现行的建筑特点来进行设计，如当前的高层建筑和高层的住宅偏多，因此其层数很多，在建筑用地面积不变的情况下建筑总面积很大，在面对高层建筑的结构设计时，为了节省用地，会将建筑物的房顶进行细致的规划，可以保证整个工程的总造价降低，节约成本。
1.2 能够提高建筑结构的经济效益
建筑结构的设计需要保证到建筑工程的经济效果，随着建筑的层数的增加，高度也会增加，与其相关的墙体面积、柱体面积及配套的设施如管道等都会增加很多，层数比较少或者高度比较低时相应的建筑就会节省一些这样的荷载。同时，高度越高的建筑，相邻之间的距离也会比较远，这样不利于节省用地开支的目标实现，如果让建筑的总高度下降，那各建筑之间的距离也会靠的近一些，这样可以节约用地。另外，相同面积的建筑之间，建筑的平面形状不同会使得其周长不同，越规则的平面形状其周长会小一些，并且能够提高其荷载的性能，增强了建筑的质量。优化创新后的建筑结构设计相较于传统的设计，能够有效降低建筑的总造价，能够有效的提高建筑结构的经济效益。
2 建筑结构设计优化的具体内容
建筑结构优化设计的内容可以分为目标函数选择、变量选择、约束条件选择三个步骤，每一个步骤都涉及到建筑结构优化设计的一个方面的内容。
2.1 目标函数选择
确定建筑结构的目标函数是建筑设计人员对建筑结构进行优化创新设计时的第一步，通过采用相应的技术与办法，以建筑的面积的参数以及建筑可以达到的安全标准为前提，结合建筑建设所用的建筑材料等进行系统的规划和计算，要保证相关的参数在计算的过程中要满足相关的需求。合理科学地选择建筑的工程造价模式是建筑设计相关人员在建筑结构优化设计过程中必须要进行的工作，要尽量优化建筑结构设计，在保证建筑质量的前提下，降低工程的总体造价。
2.2 变量选择
建筑工程的设计阶段，除了对建筑工程优化设计的目标函数进行正确的选择，还要对建筑结构的进行变量选择，变量的选择对于建筑结构的设计也是至关重要的。变量选择，顾名思义就是对影响建筑结构设计的各种会变化的因素进行分析和选择，并研究其中会对建筑结构设计造成的影响最大的一个因素，然后在实际的设计过程中，对其进行评估计算以及控制其影响程度，以发挥建筑工程结构设计优化方法的作用。
2.3 约束条件选择
建筑工程是一个复杂而又系统的工程，因此在实际的设计过程中，受许多约束条件所影响，在对建筑工程结构设计进行优化设计时，必须要考虑到建筑工程的约束条件、对约束条件的准确判断，能够实现建筑结构优化设计的最大化。比如，在建筑设计时，设计人员对结构的强度、尺寸、应力等等因素所存在的约束条件进行判断选择，要以建筑工程的实际情况作为出发点，进行科学合理的选择，使得建筑结构设计的优化工作具有模范性和科学性，给建筑工程的施工打好基础，提高整个工程项目的效率和经济效益。
3 建筑结构设计优化的具体措施
建筑结构的优化方法，是由建筑结构的整体设计优化方法以及建筑结构的细节结构优化方法@两个发面体现出来的。在建筑结构整体的优化设计中，要立足整体，全面的分析总体的数据，并相互协调，确保选出最优的优化方法。在细节结构优化设计中，要对建筑结构的各个方面进行剖析，合理划分为不同的部分，逐个解决相关的选型、布置、造价等几个部分的优化设计，实现降低工程造价的目标。
（1）拓扑优化法。拓扑优化法，就是通过在建筑结构设计优化过程中，结合建筑自身的特点以及实际的用途和情况，正确找到理想化的建筑结构分布形式，全面的分析建筑结构的刚度和其他与结构相关联的属性，来减少建筑结构自身的重量，从而提升建筑的性能。设计人员要充分掌握以及了解拓扑分析方法的优点，合理运用拓扑分析方法，使得设计出来的建筑结构拥有很强的逻辑性。
（2）截面优化法。截面结构的可靠性以及安全性是建筑结构优化设计时相关人员必须要考虑的一个重要方面。截面结构作为建筑结构的细节所在，其性能是最能体现出建筑的整体性能的。在实际的设计过程中，为了保证截面结构的的可靠性与安全性，设计人员要对建筑结构中所涉及的界面进行准确的计算，然后再进行设计，不仅可以提升建筑结构的稳定性，还可以提高建筑的美观程度。具体的方法有，可利用有限元方法来计算设计变量的结构位移情况以及应力特点，然后用计算设备对获得的数据进行验算和分析，得出结果后，根据其需求调整，确定调整的范围，在此范围中再进行区域优化设计。
（3）外形优化法。外形优化是在界面优化的基础上进行完善的，以达到更好提升建筑的结构设计质量的目的。在对建筑结构进行外形优化时，相关人员要对建筑的整体情况掌握得很清楚，再根据我国现行的建筑柱结构设计的相关标准，在掌握的建筑的情况的基础上进行改进。建筑结构的外形特征就是利用外形优化法来进行划分的。外形优化方法在实际的实施过程中，通常会采用连续性结构与杆系结构。建筑结构的节点坐标选取是杆系结构的重要环节，节点坐标在选取好后，要将其作为设计的一个变量，来实现建筑外形优化设计的目标及需求。
（4）细节部分结构设计与概念设计相结合。概念设计优化方法，是在比较缺乏详细的相关数据的情况下进行的。某些因素是具有不确定性的，比如地震，在对建筑的抗震能力进行设计时，由于缺乏详细的数据，只能通过概念设计的优化方法，将一些存在的数据当作辅助来进行。同时，通过结合上诉的一些结构优化方法，使得优化效果更佳。另外，在设计的过程中，对建筑结构的细节部分进行优化设计是必须要做的工作，如现浇混凝土施工过程中，异形板料的弯曲部分容易开裂是一个比较突出的问题，对此我们将其进行简化，然后再选择钢筋，这样能有效的降低混凝土出现开裂现象的几率，不仅提高了经济效益，最重要的是满足了建筑结构的基本需求。
（5）对地基结构进行优化设计。对建筑的地基进行优化设计也是优化整个建筑结构的有效方法。选择合适的方案对于地基的结构优化来说很重要，例如，桩基类型的选择，要以实际的施工情况为准，并实现降低造价的目标，然后以桩端持力层的厚度为参考，选择科学合适的灌注桩长度，且对不同的优化方案进行集中对比，尽量使得选择的方案是最佳的。再比如，桩筏基础是某建筑结构的原有设计方案，通过把该设计利用的桩筏基础改为桩基础的优化方法，设置不同的承台，在此优化中，在保证总的沉降值和不均匀沉降值的前提下，顾及到的是基础传力的传递路劲越短会越省材料的原因。与桩筏基础设计方案相比，桩基础是一个更好的选择。
4 结束语
综上所述，建筑结构的优化设计能够使得建筑质量更好、更加美观、降低工程造价以及提升建筑的经济效益，在建筑行业竞争激烈的今天能够提高企业的竞争力，也能够为人们带来更有安全保障和质量保障的建筑物，因此其在建筑工程中是一个很重要的环节。但在建筑结构优化设计在实际的实施过程中，是比较复杂的，需要多方面的出发，充分结合实际的情况选择科学合理的方案，以实现对建筑结构进行最佳的优化目标。
参考文献
[1]李贵江.建筑结构设计优化设计新方法探析[J].江西建材，2017（01）.
关键词:优化设计;建筑结构;方案
Abstract: with the rapid growth of the economy, promoting the urbanization process pace and the building structure optimization design, is the realization of building ontology function and construction investment cost of the key method. Along with the national building economical society concept unceasingly thorough, building to connect to building structure and providers of optimization design put forward higher request. Building structure optimization design of project cost is to save one of the important means, and at the same time, the relationship between the safety of buildings and to maximize the benefit of investment.
Keywords: optimization design; Building structure; scheme
中图分类号：TU318 文献标识码：A 文章编号：
引言
建筑结构优化设计的突出表现和最终目的， 是为了降低工程的造价， 这是比较狭义上的说法，但是在现实中对建设结构设计的优化，主要指的是广义的说法，在降低工程造价的同时，保证其建筑的安全性，在利益最大化和质量保证中找到一个最优的平衡点，这就是目前建筑结构优化设计的意义所在。
1.建筑结构优化设计的概述
建筑结构优化设计的基本理论建筑结构的优化设计主要体现在建筑工程的决策阶段、设计阶段、建设阶段。在建筑工程的决策阶段，确定结构优化设计所要达到的总体目标，满足本体功能，最大程度保障安全性，缩减投资成本；在建筑工程的设计阶段，确定每一个子系统及整体结构的优化布局；在建筑工程的建设阶段，以结构优化设计为建设原则，组织建设好每一个子系统从而实现整体结构优化布局。决策阶段结构优化选择是关键，设计阶段结构优化设计是核心，建设阶段结构优化建设是基础，3个阶段互相验证、互为补充、缺一不可。建筑结构优化设计的基本要求:功能性建筑是人类的基础物质生存环境，建筑结构优化的终极目标就是为了满足人类对物质生存环境的最大化需求。
2.建筑结构设计优化方法
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，它主要体现在建筑工程分部结构的优化设计和建筑工程结构总体的优化设计量方面。
2.1建筑结构优化计算方案
在设计模型已经优化后，工程师可以在概念、经验和估算的基础上借助计算机进行可靠的分析计算，经过多次计算比较和调整，使结构设计更加合理和经济。在利用计算机结构设计程序进行结构计算时，要注意以下问题：不能盲目的依赖计算机-对于输入的几何图形，构件尺寸、荷载数据等应认真核对、力求准确无误，对计算参数的选取要正确合理，注意实际结构与计算模型的差异。最后可以利用程序的工程量统计功能进行不同结构形式的对比，以找出最优方案。
2.2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。
2.3结果分析。对计算结果进行分析，确定最优设计方案。
在执行以上步骤的过程中，必须要全方位、多角度考虑方方面面的问题。这主要是因为建设投资是一项耗资巨大的工程，涉及到的方面比较复杂，因此必须进行总法规和考虑，不能仅仅为了节约资金投入而忽视了设计的优化作用。要正确处理技术与经济的对立统一是控制投资的关键环节。设计中既要反对片面强调节约，忽视技术上的合理要求，使项目达不到功能的倾向，又要反对重视技术，轻经济、设计保守浪费的现象。
3.建筑结构设计优化经济性
建筑结构优化设计的经济性是市场经济条件下对资源配置提出的新要求。经济性是指通过建筑结构的优化设计，最大化的节约各种材料资源，达到减少建设成本的目标。另外，各种材料资源都存在一定的稀缺特性，建筑结构的优化设计能科学合理的减少材料的使用量，节省建设材料使用成本。
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，可节省材料，有利于抗震，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。
4.工程概况及应用实例
丽翠苑住宅小区位于中山市三乡镇，建筑面积约57674.79m2，由5层裙楼及32层塔楼组成，裙房平面尺寸为76.65m×63.62m，塔楼平面尺寸为37.65m×32.6m，将地下二层按规范要求的嵌固构造处理，使其作为上部的嵌固端，嵌固以下埋深7m，以上99.8m（结构计算高度）。建筑总高度为106.8m（未包括出屋面的电梯，楼梯间的高度）。该结构平面布置不规则，在裙楼五层处进行高位转换。
结构设计中裙房部分主要考虑由恒载及使用活荷载等竖向荷载引起的荷载效应，主楼部分结构设计不仅考虑竖向荷载效应，还要考虑水平地震作用及风荷载作用下产生的荷载效应的组合。综合考虑裙楼部分大空间的设计使用要求以及主楼部分的抗侧移设计要求，裙房结构承重体系采用钢筋混凝土框架结构形式，主楼采用剪力墙承重结构体系。本建筑结构在主楼抗侧力构件设计中，剪力墙主要承担水平作用，框架承担少部分水平荷载作用和大部分竖向荷载作用。主楼平面形状不规则，因楼梯、电梯间均设置在核心筒内，为提高主楼结构的抗扭能力，剪力墙结合楼电梯间在主楼范围内采取了加强处理，具体厚度根据高层建筑结构设计的变形限值，由刚度、承载力和延性三者间的最佳匹配决定。 在主楼剪力墙的布置中，尽量按照下部转换柱的所在位置来设置，以避免二次转换及尽量减少需要转换的剪力墙，经过多轮的调整后，将原来方案中需要转换的剪力墙减少了四条，使转换结构大为减少，在保证结构安全的前提下，对经济性亦有提高。
5.结束语
综上所述，通过结构优化设计来降低工程造价是控制工程投资的一个有效途径,而正确处理技术与经济的对立统一是控制投资的关键。对建筑工程进行优化设计一直是结构师们共同的目标，建筑结构的优化设计是一个比较科学系统的设计过程，不能片面强调节约投资,而降低技术和质量标准,又要反对重技术、轻经济,设计保守浪费的现象。 因为影响工程造价和建筑质量的因素有很多，所以在实际的建筑机构设计中，一定要充分的考虑各方面的因素，在每个细节上都力求优化， 只有这样才能实现建筑结构优化设计的最终目的，以更好的服务于我国建筑业的发展。
参考文献：
1.谈建筑结构的优化设计[J].建筑科学，2009(4).
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