探讨建筑结构优化设计
摘要：结构师在保证安全性的前提下,当然应该敢于挑战新的结构形式,使建筑师的意图得以实现。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产生太大的扭转效应。
关键词：建筑结构设计
中图分类号： s611 文献标识码： a 文章编号：
建筑结构的造价在建筑工程中占有较大的比例,结构设计优化技术的应用可以产生可观的经济效益。建筑设计部门和设计人员应严格遵守“经济、适用、合理”的设计原则,精心设计,应用现代化科技手段,选择合理的建筑结构设计方案,实现降低建筑工程造价并取得最大经济效益的目的。
一、建筑结构优化设计
1、结构设计优化方法的应用结构设计优化方法和技术的应用具体体现在房屋工程结构总体的优化设计和房屋工程分部结构的优化设计两方面。其中房屋工程分部结构的优化设计包括: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含选型、布置、受力分析、造价分析等内容,并应在满足设计规范和使用要求的前提下,结合具体工程的实际情况,围绕其综合经济效益的目标进行结构优化设计。
建筑结构优化设计 发表时间：2016-03-28T16:11:12.903Z 来源：《基层建设》2015年23期供稿作者：陈火涛吕金钊罗森陈钰璐陈湧填[导读] 华南农业大学水利与土木工程学院广东广州 510642 当然除此之外还有一些构造上及概念上的优化措施，将在概念设计，高层剪力墙结构与高层混凝土结构的优化设计中重点论述。 陈火涛吕金钊罗森陈钰璐陈湧填 华南农业大学水利与土木工程学院广东广州 510642 摘要：对建筑结构优化设计理论进行了概述，并重点介绍了基于可靠度理论的工程结构优化设计，概念设计在结构优化设计中应用，高层混凝土结构的优化设计以及高层剪力墙结构的优化设计四个方面，为结构的优化设计提供参考依据。关键词：结构设计；优化；应用 结构优化设计的任务，就是以数学规划为基础，将力学的概念、理论和近似方法和数学规划方法结合，转化成数学问题，建立数学模型，选择计算方法，运用计算机在多种可行性设计中，选择出相对而言属于最优的设计方案，达到兼顾经济性，安全性，舒适性的目的。其步骤可分为设计变量，建立目标函数，确定约束条件，经过计算分析得出优化的计算结果。[1]当然除此之外还有一些构造上及概念上的优化措施，将在概念设计，高层剪力墙结构与高层混凝土结构的优化设计中重点论述。 1.基于可靠度理论的结构优化设计 结构的可靠度指结构在设计的基准期内能够承受施工过程中以及正常使用期间的各种外加荷载和变形，有较好的工作性能，耐久性满足正常使用要求，在偶遇灾害如地震，海啸，爆炸等发生时保持必要的整体稳定性。[2] 从工程结构的可靠度理论角度分析，传统的结构优化设计存在以下几点不足：①传统的结构优化并没有完全反映体现结构的可靠性，也没有定量描述可靠度理论，得出的最优结构并不能确保结构具有足够的可靠性。②由于结构构件的尺寸和材料的性能参数具有随机不确定性，而传统结构优化设计并没有考虑这些因素因此并不能反映参数不确定性这一特点。基于以上分析论述，结构的可靠度要求考虑进工程结构优化设计的数学模型中，文献[3]给出了基于可靠度约束的结构优化算例，在结构可靠度分析基础上进行结构优化设计，实现经济合理的设计方案。 2.概念设计在结构优化设计中应用 概念设计，即在建筑物施工前，设计人员考虑建造地周围的地理环境、文化环境与社会环境等，提出相应的建筑结构设计方案，优化建筑结构设计，以期达到进一步融合周围环境与社会环境的目的。概念设计有效弥补理论性设计与计算性设计的不足，使结构设计方案更科学合理；进行抗震设计时概念设计能在降低地震作用效应的同时提高建筑工程的质量和安全性；科学合理的概念设计拓展了建筑物的结构设计思路，增强工程质量、安全性及工程造价。[4] 2.1应用概念设计可在多个建筑结构施工方案中择优而用。 概念设计使得建筑结构施工方案具有合理性、实用性和经济性，这要求设计人员在优化建筑结构时，充分考虑建筑物建成后的目的、抵抗外界环境的能力需要、施工条件、施工材料等因素，从而制定并选取科学合理、全面系统的建筑结构施工方案。 2.2概念设计中应用抵抗自然灾害的能力设计。 概念设计应与时俱进、因地制宜，如考虑抗震能力设计、防火能力设计、抗击风荷载能力设计等，充分考虑现代建筑结构需要适应的社会环境与自然环境，在建筑结构满足工程施工要求的同时，优化结构，使工程中各个构件环环相扣，增强建筑工程的安全性。 3.高层剪力墙结构的优化设计 剪力墙结构体系由于整体性好，侧向刚度大，抗震性能优越，且由于没有梁柱的外露突出，结构层平整，利于房间布置，因而被广泛应用于高层住宅性建筑中。对该结构体系进行优化需考虑钢筋混泥土用量大造价高，剪力墙中墙肢轴压比偏低的承载力发挥不充分，采用构造配筋的墙体延性低等常见问题，[5]如何对剪力墙结构体系进行优化，使其既发挥其抗侧能力强等优点，又降低工程造价，现就以下几方面进行论述。 3.1强周边，弱中部。剪力墙应尽量布置在结构周边，中部减少剪力墙的布置量，以提高结构的抗扭刚度，控制结构的周期比与位移比。另外，剪力墙宜沿主轴方向或其他方向双向布置，避免单向布置，并宜使两个受力方向的抗侧刚度接近。 3.2多均匀长墙，少短墙。选择对结构承受水平及竖直向荷载有利的隔墙位置布置剪力墙，尽量设置为长墙，以充分发挥剪力墙的作用。在较长的剪力墙宜开设门窗洞口，上下对齐、成列布置，形成明确的墙肢和连梁，将其分成长度较均匀的若干墙段，墙段之间宜采用弱连梁连接。 3.3剪力墙应自下到上连续布置，允许沿高度改变墙厚和混凝土强度等级，或减少部分墙肢，使侧向高度沿高度逐渐减小。这样一方面可以避免刚度突变，另一方面可以减轻自重，降低工程造价。 3.4尽量采用普通剪力墙和使墙肢长度较长，并且两端与翼墙相连，减少小墙肢和短肢墙的数量。应尽量减小墙肢长度的差异，使各片剪力墙分配的地震作用力均匀。这样发挥了剪力墙的抗侧移刚度，在满足规范层间位移角限值的情况下，减少剪力墙的数量；同时减少了开洞的数量和其两端边缘约束构件的数量从而减小暗柱的构造配筋面积，使得工程造价降低。 4.高层混凝土结构的优化设计 高层建筑的特点是建筑结构需同时承受水平和竖向的荷载作用。混凝土是高层建筑设计中的重要考虑因素。在进行结构设计时要充分考虑各种因素，确保结构的强度，刚度和延性均处于合理范围，高层混凝土结构的优化设计具体措施有以下几个方面。 4.1合理使用高强砼和高强钢筋 强砼和高强钢筋高优化构件截面尺寸的合理使用，可以减轻地基的承载量和高层建筑自重，从而减小超高层受地震破坏的程度。还减低施工单位的成本，使经效益最大化。 4.2布局优化 高层建筑宜使结构平面形状简单、规则，适合刚度和承载力分布均匀的结构单元。 4.3 抗震结构的优化
浅析建筑结构设计中基础设计王宇雷 发表时间：2018-08-14T11:14:06.167Z 来源：《建筑学研究前沿》2018年第8期作者：王宇雷1 田冉2 [导读] 不仅为有效提高房屋质量打下了坚实的基础，也为房屋建筑经济适用性的挑战提出了核心的观念和思路。 1山东滨北建筑设计院有限公司；2山东省滨州市建筑设计研究院 摘要：基础设计作为房屋建筑结构设计的主要内容，加强房屋建筑结构设计中基础设计的探讨，不仅为有效提高房屋质量打下了坚实的基础，也为房屋建筑经济适用性的挑战提出了核心的观念和思路。 关键词：建筑结构；基础设计；分析 房屋建筑结构设计的理论朝着先进水平不断发展，将先进的技术不断的应用于实际，在实际中不断加强完善。研究强度高、材质轻、绿色环保的新型建筑材料，应用于房屋建筑的结构设计中去，提高屋建筑的安全性、适用性，使得房屋建筑结构设计朝着可靠、实用、经济的高性价比方向发展。 一、房屋建筑结构设计的重要性 从笼统意义上说，房屋建筑结构主要指两个方面的内容，一方面指的是房屋的建筑结构，一方面指的是房屋的户型结构。而房屋建筑工程进行房屋建筑结构设计的根本出发点主要是为了保证工程建筑物结构的安全性、可靠性，在能够保证工程建筑物的使用功能的发挥的同时保证工程建筑物的使用寿命，提高工程建筑物的性价比。 二、房屋建筑结构设计过程中需要遵循的原则 设计人员在对房屋建筑工程进行结构设计时需要遵循几个原则，首先设计人员在进行结构设计的过程中一定要从整个房屋建筑工程的整体着手，需要与业主进行良好的、有效的、及时的沟通，确保房屋建筑结构设计既符合客观方面的需要，也符合主观方面的需求；其次，设计人员在设计过程中要有提前量，现代的房屋建筑工程在进行基础设计的过程中，将重点都放到了房屋建筑工程的地基、基础、以及一些上部结构的构件（例如梁、板、柱、楼梯、雨篷等）方面，但是还是有一定的弊端，因为很多的房屋建筑结构设计中的基础设计并没有完全的结合实际情况，所以在施工过程中很容易遇到设计与实际情况不符的问题。 三、高层建筑基础的设计分析 1、上部结构的刚度对基础受力状况的影响 假设上部结构为绝对刚性，当地基变形时，各竖向构件只能均匀下沉；如忽略竖向构件端部的抗转动能力，则竖向构件支座可视为基础梁的不动铰支座，亦即基础梁犹如倒置的连续梁，不产生整体弯曲，却以基底分布反力为外荷载，产生局部弯曲。反之，假设上部结构为绝对柔性，对基础的变形毫无约束作用，于是基础梁在产生局部弯曲的同时，还经受很大的整体弯曲。于是，两种情况下基础梁的内力分布形式与大小产生很大的差别。实际结构物常介于上述两种情况，其整体刚度的考虑非常困难，只能依靠计算软件分析。在地基、基础和荷载条件不变的情况下，增加上部结构的刚度会减少基础的相对挠曲和内力，但同时导致上部结构自身内力增加，即上部结构对减少基础内力的贡献是以在自身中产生不容忽视的次应力为代价的。还应注意的是上部结构的刚度贡献也是有限的。 2、基础刚度对基底反力分布的影响 绝对柔性基础当上部结构刚度可以忽略时，对荷载传递无扩散作用，如同荷载直接作用在地基上，反力分布p（x，y）则与荷载q （x，y）大小相等、方向相反。当荷载均匀时，基础呈盆形沉降；如欲使基础沉降均匀，则需使荷载从中部向两端逐渐增大，呈不均匀状。绝对刚性基础对荷载传递起着“架越作用”。由于基础为绝对刚性，迫使地基均匀沉降。由于土中塑性区的开展，反力将发生重分布。塑性区最先在边缘处出现，反力将减小，并向中部转移，形成马鞍形分布。理论分析与试验研究表明，基底反力的分布除与基础刚度密切相关外，还涉及到土的类别与变形特性、荷载大小与分布、土的固结与蠕变特性，以及基础的埋深和形状等多种因素。 3、地基条件对基础受力状况的影响 基础受力状况还取决于地基土的压缩性及其分布的均匀性。当地基土不可压缩时，基础结构不仅不产生整体弯曲，局部弯曲亦很小；上部结构也不会因不均匀沉降产生次应力。实践中最常遇到的情况却是地基土有一定的可压缩性，且分布不均，这样，基础弯矩分布就截然不同。基础与地基界面处往往显示出摩擦特征。由于土的强度有限，形成的摩擦力也有限，不会超过土的抗剪强度。孔隙水压力的变化，可能改变压缩过程中摩擦力的大小与分布。此外，外荷载的分布和性质、基础的相对柔度以及土的蠕变等涉及时间变化的效应等都会影响到界面条件。因此，应从完全光滑一直到完全粘着这两种极端情况之间来慎重估计界面摩擦的影响。 4、上部结构与基础和地基共同作用的概念及分析方法 上部结构与地基和基础三者是彼此不可分离的整体，每一部分的工作性状都是三者共同作用的结果。共同作用分析，就是把上部结构、基础和地基看成是一个彼此协调工作的整体，在连接点和接触点上满足变形协调的条件下求解整个系统的变形与内力。在共同作用分析中，上部结构和基础通常是由梁、板组成，因此可以采用有限单元法、有限条法、有限差分法或解析方法建立上部结构和基础的刚度矩阵，并利用变形协调条件与地基的刚度矩阵耦合起来。地基首先需确定采用何种地基模型：线弹性地基模型，非线弹性地基模型还是弹塑地基模型。然后建立地基的刚度矩阵。在共同作用分析中，可以根据实测结果把基础和上部结构的实际刚度进行共同作用分析，并考虑施工过程的影响，把结构荷载和刚度形成情况分别四、建筑基础设计中应注意的问题 1、保证荷载的可靠传递 基础结构应具有必要的强度和刚度，以保证将高层建筑上部结构作用于基础顶面的巨大竖向、水平向荷载与力矩，可靠地传给地基土或桩顶。 2、参与变形协调，减少不均匀沉降 基础结构介于上部结构与地基土之间，其刚度大小及其在平面上的分布，对调整不均匀沉降、减少整体和局部挠曲至关重要。例如：多、高层建筑中，当采用条形基础不能满足上部结构对地基承载力和变形的要求，或当建筑物要求基础具有足够的刚度以调节不均匀沉降时，可采用筏型基础。筏型基础的平面尺寸，在地基土比较均匀的条件下，基底平面形心宜与上部结构竖向永久荷载的重心重合。当不重
结构优化设计的综述与 发展 -CAL-FENGHAI-(2020YEAR-YICAI)_JINGBIAN
结构优化设计的综述与发展 摘要：结构优化设计，就是在计算机技术等高科技手段的支持下，为了提升机械产品的性能、工作效率，延长机械产品的工作寿命，对机械产品的尺寸、形状、拓扑结构和动态性能进行优化的过程。这是机械行业发展的必然要求，也是信息时代的必然要求。结构优化设计，必须在保证机械产品满足工作需要的前提下，通过科学的计算来实行。文章将简单对结构优化设计的发展状况进行介绍，列举几种优化设计方法，以及讨论未来优化的发展情况。 关键词：结构优化设计发展优化设计方法 1 结构优化设计 结构优化简单来说就是在满足一定的约束条件下，通过改变结构的设计参数，以达到节约原材料或提高结构性能的目的。结构优化设计通常是指在给定结构外形，给定结构各元件的材料和相关载荷及整个结构的强度、刚度、工艺等要求的条件下，对结构进行整体和元件优化设计。结构优化设计一般由设计变量、约束条件和目标函数三要素组成。评价设计优、劣的标准，在优化设计中称为目标函数；结构设计中以变量形式参与的称为设计变量；设计时应遵守的几何、刚度、强度、稳定性等条件称为约束条件，而设计变量、约束函数与目标函数一起构成了优化设计的数学模型。结构优化的目的是让设计的结构利用材料更经济、受力分布更合理。 结构优化设计根据设计变量选取的不同可以分为截面（尺寸）优化、形状优化、拓扑优化三个层次。尺寸优化是选取结构元件的几何尺寸作为设计变量，例如，杆元截面积、板元的厚度等等[1]。而形状优化是选取结构的内部形状或者是节点位置作为设计变量。拓扑优化就是选取结构元件的有无作为设计变量，为0-1型逻辑型设计变量。 2 结构优化设计研究概况与现状 结构优化设计最早可以追溯到17世纪，伽利略和伯努利对弯曲梁的研究从而引发了变截面粱形状优化的问题。后来Maxwell和Michell提出了单载荷仅有应力约束条件下最小重量桁架结构布局的基本理论，为系统地分析结构优化理论作出了重大的贡献。然而长期以来，由于缺乏高速可靠的计算手段和理论，结构优化设计一直无法获取较大发展。 到上世纪六十年代，有限元技术借助于计算机技术，得到了极大的发展。1960年Schmit在求解多种载荷情况下弹性结构的最小重量问题时，首次在结构优化中引入入数学规划理论，并与有限元方法结合应用，形成了全新的结构优化思想，标志着现代结构优化技术的开始[2]。 1973年Zienkiewicz和Campbell[3]在解决水坝的形状优化问题时，首次以节点坐标作为设计变量，在结构分析方面使用了等参元，在优化方法上使用了序列线性规划的方法。其后，众多的学者在此基础上，逐渐发展形成了使用边界形状参数化方法描述连续体边界的方法，即采用直线、圆弧、样条曲线、二次参数曲线、二次曲面、柱面等方式来描述边界。 1982年，Iman提出了设计元法。该方法把结构分成若干子域，每个子域对应一个设计元。设计元由一组控制设计元几何形状的主节点来描述，接着选择一组设计变量来控制主节点的移动。该方法可以有效地减少设计变量，但也存在网格畸形的缺点。 1986年Belegundu提出了基于自然设计变量和形状函数的形状优化方法[4]。他选择了作用在结构上的假想载荷等一系列自然变量，把由假想载荷产生的位移加到初始
建筑结构优化设计要点分析 摘要：当前，随着城市化进程进一步加快，人们越来越注重生活的品质，对于 房屋建筑结构设计工作有了更高的要求。而建筑结构设计是保证主体结构稳定、 安全的基础条件，做好结构设计优化能提高建筑物的外观质量、功能价值与安全性，优化设计应正确理解并运用好相关规范要求，充分了解建筑物特点，选择最 优方案，选择合适的措施对各环节进行优化，把建筑结构优化落在实处细处，打 造精品建筑工程。本文在此从结构优化设计的内涵出发，对建筑结构优化设计的 几个重要的实践应用做了一定的分析。 关键词：建筑结构；剪力墙；地下室；优化技术 前言：建筑结构优化设计，是实现建筑本体功能与建筑投资成本的关键手段。优化设计过程中应确定合理的目标，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。 1 建筑结构优化设计概述 建筑结构设计优化主要是指结构工程师要满足人们对居住环境的改善与调整性，具体要求进行的房屋结构更趋于人性化、舒适化的整个过程。在新的居住理 念不断变化的前提下，结构设计人员要引进先进的结构设计理念以及方法，使现 代建筑结构更加科学合理，更具备舒适性、人性化的功能，同时要满足人们对良 好的工程质量的具体要求，从结构设计上来说，就要对结构整体进行优化处理。 建筑结构优化设计不仅能够在资源上节约成本的支出，还能够实现在资源的有限 条件下使建筑的质量功能水平最优化，能够提高空间的利用率，发挥资源的最大 功效，建筑的高质量包括建筑的环境以及使用功能，结构设计优化符合一定的经 济发展原理，对资金，土地资源空间，建筑质量与水平都能做到合理的优化，建 筑结构优化对于建筑行业的发展以及未来的经济可持续发展都有着很重要的作用。 2 建筑结构优化设计的内涵 建筑结构设计的优化是通过整体建筑的要求决定的，首先要了解整体建筑的设计 理念，这样才能够进一步的确定建筑的整体结构，才能开展建筑设计的优化工作，确保在有限的空间及资金条件下，优化建筑水平，建筑结构设计也有着自身的特点，要考虑建筑结构的整体性，把握好建筑的一般结构类型，了解建筑结构的特点，这样才能够在进行建筑结构设计的时候充分考虑到各种条件方面的优化，还 要根据建筑的整体结构，还有建筑结构的特点来设计合适的结构类型，确定具体 的结构配置，以及所需资源的构件，对各种建筑结构进行设计优化时，还要考虑 整体建筑的布局类型，实现科学技术与建筑艺术性设计的结合，通过对建筑结构 的进行优化来找出最好的建设方案进行建筑设计。 3 建筑结构优化设计的几个重要的实践应用 3.1 优化设计结构模型 要认真计算结构模型当中的每一项数据，从中获取合理性参数，将参数作为着眼点，确保结构模型数据足够准确、足够真实，更好地应对建筑设计、建筑结构要求。该过程所得到的数据对于房屋模型、房屋建筑的设计优化意义突出，是基础 性工作。数据准确与否关系到模型是否合理、是否科学，要重点把握设计效率、 结构质量。当然模型函数的选择同样意义突出。在成本、结构稳定性设计过程中，要把握结构联系、数据联系，体现前后逻辑性特征，最优化处理结构模型、结构 需要。
建筑结构优化设计建议 侯善民 201305 2013.05
第一章 第章基础 1、基础类型： ? 天然地基基础 ?复合地基→天然地基+增加体（柔性桩、刚性桩）? 桩基：常规桩基 后处理加强的后注浆钻孔灌注桩 先处理加强的劲性复合予制静压桩
第一章第章基础 ? 天然地基承载力不宜低于预期复合地基承载力的百分之四 十软土地基上采用复合地基要慎重组成复合地基的增采用复合地基应注意： 十，软土地基上采用复合地基要慎重。组成复合地基的增强体桩基，应具备一定刚度，并且不能是端承桩；随着复合地基承载力需求增大增强体桩基的支承刚度与 ? 随着复合地基承载力需求增大，增强体桩基的支承刚度与桩身强度，要求也需相应提高，对于20层~30层的高层建筑不宜采用单纯摩阻桩桩端进入较好的持力层但持筑，不宜采用单纯摩阻桩，桩端进入较好的持力层。但持力层不宜是强风化以上的岩层，桩身强度承载力要满足计算底板与桩基持力层选择需慎重 算，底板与桩基持力层选择需慎重。
第一章南京某小区复合地基事故第章基础 南京某小区复合地基事故： 该小区位于河西，七层砖混住宅，场地内有深厚的淤泥质软土层，增强体刚性桩未穿过软土层，施工也存在质量问题，建造过程中一直到结构封顶，沉降持续发展，最后采用锚杆静桩较好的才控制住降静压桩，压入深层较好的土层，才控制住沉降。最近几年，我们做了一批20层~30层100米以内的高层剪力墙住宅，采用刚性桩复合地基都取得成功。例如：淮安恒大、淮安中南、合肥融侨等都是20万~30万㎡的高层住宅小区，天然地基承载力约在200k 左右采用予应力管桩作为增加体然地基承载力约在200kpa左右，采用予应力管桩作为增加体， 复合地基承载力可达到500Kpa左右
浅谈房屋建筑结构优化设计 发表时间：2017-10-16T15:10:36.667Z 来源：《基层建设》2017年第16期作者：张春晓[导读] 它是达到工程设计的“安全、适用、经济”目标的最有效的方法之一。本文即重点探讨了房屋建筑结构优化设计应注意的问题及优化设计的措施。 身份证号码：13012419820113xxxx 河北省石家庄市 050000 摘要：房屋结构优化设计对于整个工程建设的贡献是不容忽视的。每个工程建筑想要达到的目标就是用最少的资金投入提高整个工程结构的坚固性和可靠性，以至达到最大最长远的经济效益。优化设计方案与传统的设计方案相比较下的优势就是，它可以节省工程的开支，它是达到工程设计的“安全、适用、经济”目标的最有效的方法之一。本文即重点探讨了房屋建筑结构优化设计应注意的问题及优化设计 的措施。 关键词：房屋建筑；结构优化；剪力墙；材料 一、房屋建筑结构基础设计应注意的问题 （一）承重柱截面高度设计过小这种情况多发生于VI度抗震设防区。一些结构设计者误认为六度设防就是不设防，为图受力分析方便，他们故意把柱子的截面高度设计得过小，使梁柱的线刚度比加大，把梁简化为铰支梁，柱按轴心受压计算这样，这不但影响了房屋的耐久性，而且也常常引起用户的恐惧心理。更为严重的是，这样的结构一旦遭遇地震作用时，将会倒塌，这违背了现行抗震规范中“强柱弱梁”的设计原则。 （二）砖混结构中房屋构造柱与承重柱混淆不清在当前结构设计中，构造柱经常被作为承重柱使用。这种作法将引起以下几个问题： 1、构造柱作为承重柱使用后，使得构造柱提前受力，这不但会降低构造柱对砌体的拉结和约束作用，而且结构一旦遭遇地震作用时，在构造柱位置必然形成应力集中，首先破坏。这样，构造柱不但起不到其应有的作用，反而成为房屋结构中的一个薄弱的部位。 2、构造柱一般生根于地圈梁中，没有另设基础，构造柱兼作承重柱使用后，柱底基础的抗冲切、抗弯及局部承压强度必然不能满足要求。柱底基础一旦发生冲切或局部承压破坏，将导致构造柱下沉，引起其周围的墙体出现裂缝。建议承重大梁下的柱子应按承重柱设计。若梁上荷载和跨度都比较小时，构造柱也可布置于梁下，但此时必须按不考虑构造柱作用来验算梁下墙体的局部承压和抗弯强度，经验算满足后，方可在梁下布置构造柱。 3、悬挑梁的梁高选用过小设计者往往只注意了对梁的强度和倾覆进行验算，而忽略了对梁挠度的验算。梁高选用过小，引起梁截面的受压区应力过高，在正常使用状态下，梁截面受压区产生非线性徐变，梁挠度随时间的推移不断加大。挑梁的变形引起梁上板出现裂缝，裂缝宽度随着挑梁变形的加大而加宽，影响了房屋的正常使用。当为托墙挑梁时，梁过大的挠度会引起梁上墙体在梁支座附近出现裂缝。裂缝在梁支座处沿竖直方向向上发展，当到一定高度时沿斜向延伸，缝愈靠上愈宽。挑梁的截面过小对结构的抗震也很不利，悬挑结构对竖向地震的作用最为敏感。梁过小时，截面的相对受压区高度较大，梁的延性减小，在竖向地震作用下易发生脆性破坏，失去承载力。 二、房屋建筑结构优化设计的措施 （一）加强设计中建筑结构形式的选用不同的建筑类别和功能要求决定了户型的选择，从砌体结构和底部剪力墙结构谈起。 1、加强砌体结构的设计 作为承重构件和抗侧移构件的砖砌体，其平面布置较为灵活，但不事宜做跃层结构，杜绝受力较大的突兀结构形式。门窗开洞宽度不宜超过2.1m，纵向墙体数量不宜少于三道，这一措施可以适当减少构造柱的配筋。 2、剪力墙的优化设计 剪力墙设计中连梁的设计是关键。联肢墙是通过连梁连接的各墙肢联结而成，从而增加了墙肢的约束条件。连梁的刚度增大必将使得结构的地震作用也增大，这样连梁和墙肢分配内力也相应增大，此时必须增大构件的配筋量，显然这一设计结果必然会造成材料的浪费。因此，在住宅结构设计时，有经验的设计师都是将连梁设计成为截面、刚度较小的弱连梁。同时，在满足结构刚度与变形要求时，应从经济角度与抗力、变形方面综合考虑，合理布置抗侧力构件。显然，剪力墙数量越多，结构抗侧力刚度愈大，相应结构位移会减小，但是结构地震力会随抗侧力刚度增大而加大，对结构的造价控制不利。因此剪力墙应以周边均匀、对称、分散等原则合理布置，以规范规定的水平位移限值为准尽可能减少剪力墙数量。 （二）注重细部优化 1、在注重整体设计的同时，也应加强结构局部构件的精细设计 比如现浇板设计中尽量把异形板划分为矩形板，这样既达到合理受力的目的，也避免了拐角裂缝的出现。 2、底部框架抗震墙的底框梁箍筋配箍量一般较大，此时若选用冷轧带肋钢筋作为箍筋，便可减少箍筋肢数或箍筋直径，达到造价的降低以及施工的方便化。还有，为减少底部截面，采用高强度的混凝土是柱构件不错的选择，但是水平构件混凝土可适当减少混凝土的标号，满足了受力要求，也节约了成本。 3、关于梁、板的计算跨度 梁板结构，简单点讲，可认为是在梁的中心线上有一刚性支座，取消梁的概念，将梁板统一认为是一变截面板。在扁梁结构中，梁高比板厚大不了多少时，应将计算长度取至梁中心，选梁中心处的弯距和梁厚，及梁边弯距和板厚配筋取二者大值配筋。（借用台阶式独立基础变截面处的概念）柱子也可认为是超大截面梁，所以梁配筋时应取柱边弯距。削峰是正常的，不削峰才有问题。 4、主梁有次梁处加附加筋 总的原则，当主梁上次梁开裂后，从次梁的受压区顶至主梁底的截面高度的混凝土加箍筋能承受次梁产生的剪力时，主梁可不加附加筋。梁上集中力，产生的剪力在整个梁范围内是一样，所以抗剪满足，集中力处自然满足。主次深梁及次梁相对主梁截面、荷载较小时，也可满足。
浅析房屋建筑结构设计中基础设计 发表时间：2018-10-29T15:12:01.030Z 来源：《建筑学研究前沿》2018年第18期作者：李俊宇1 丁星峰 2 [导读] 随着经济和社会的飞速发展，房屋建筑的功能越来越丰富，同时其结构也越来越复杂。 摘要：改革开放以来，我国经济快速发展，人们的生活水平不断提高，对住房的要求也越来越高。对于房屋建筑来说，基础设计是否科学合理将直接影响整个房屋建筑的质量和施工成本，做好基础设计历来是房屋建筑结构设计中的重中之重。本文介绍了影响房屋建筑基础设计的因素，分析了基础设计选型的原则，探讨了基础设计方法及技术要点，为房屋建筑基础设计工作提供理论参考。 关键词：房屋建筑结构设计基础质量 前言 随着经济和社会的飞速发展，房屋建筑的功能越来越丰富，同时其结构也越来越复杂，尤其是在城市建筑高层化趋势日益明显的情况下，对房屋建筑结构设计的要求也越来越高。基础作为房屋建筑的地下部分，具有承载上部结构、传递荷载等作用，其设计是否科学和合理对于房屋建筑整体的安全性、适用性和耐久性都有着较为深远的影响，如果基础没做好，就可能导致房屋建筑的不均匀沉降，导致墙体开裂等，同时设计方案也决定着基础选型以及后续施工的合理性和经济性，可见做好基础设计是房屋建筑结构设计中的重中之重。 1 影响房屋建筑基础设计的因素 1．1 上部结构 房屋建筑的上部结构采用何种形式、地上建筑高度、墙体厚度等在很大程度上决定了基础的类型、埋深和截面积等，因此是基础设计过程中需要考虑的重要因素。这主要是因为，上部结构的类型、高度和墙体厚度不同均会导致房屋建筑荷载在基础上分布的特点不同，继而对基础沉降、稳定性和抗变形能力的要求也不同，因此在对基础设计时需要充分考虑。 1．2 地质条件 地质条件在很大程度上决定了基础的设计承载能力，地质条件的范畴很大，因素很复杂，其中有两个条件对基础设计影响最大：其一是地基持力层的特点，地基持力层是与基础相接的土层，该土层是承受房屋建筑负荷的主要部分，因此持力层土质特点（黏土、砂质土、砂粘土等形式）、压缩模量、持力层承载能力等参数应是房屋建筑基础设计中必须考虑的因素；二是桩基穿越土层的情况，包括土层中地下水的分布特点和桩基穿越能力等，基础选型过程中必须将这些因素考虑进去。 1．3 施工环境 施工环境包括自然环境和人工环境。 自然环境因素包括环境温度、抗震等级等，由于构成基础的材料是钢筋混凝土，如果环境温度过低就可能导致基础出现开裂情况，因此基础设计时应考虑低温施工，以便采取应对措施，而抗震等级将影响基础设计时是否需要设置抗震缝以及抗震缝设置的数量和位置等。人工环境对基础设计的影响包括以下几个方面：第一，建筑施工过程中避免不了各种振动，为保证基础的稳定就应当在设计之初充分考虑；第二，如果需要打桩，则桩基在入土后就会将土向周围挤压，造成挤土效应，从而使周围的土层产生一定的应力，改变周边建筑物基础的受力情况以及对周围地下管网造成挤压，因此基础设计时要尽量降低这种影响。 2 房屋建筑基础设计选型的原则 2．1 经济合理性原则 房屋建筑基础设计不但要考虑技术性的指标，而且还要符合经济性的原则，因此基础自身的材料消耗也要为实现整个建筑工程的成本目标奠定基础，另外，基础设计的经济性原则还体现在设计的基础要有助于保证施工进度，降低施工成本。 2．2 综合性设计原则 房屋建筑基础设计单位要将基础设计与其他设计相联系，从房屋建筑基础的功能、结构、与上部结构之间的关系等诸多方面进行分析，通盘考虑，将基础设计方案放在房屋建筑整体中进行分析对比，使基础与建筑整体达到协调统一的要求，不断对基础设计方案进行优化，从而得出最佳的设计方案。 2．3 多样式原则 房屋建筑基础的类型样式较多，设计单位应在设计过程中全面掌握各种基础类型，并与实际情况相结合，选出兼具经济效益和社会效益的基础类型。 2．4 动态设计原则 动态设计原则就是在房屋基础设计时不但要使基础在结构和功能上能够满足当前的需要，而且还要用发展的眼光看待基础设计工作，使设计方案也能够顺应时代的发展趋势，满足未来一段时间内房屋建筑可能出现的改造、扩建等的要求。 3 房屋建筑基础设计的方法 3．1 传统设计方法 在基础设计中，通过对过去一段时间国内外典型建筑基础设计方案进行系统分析，从其中总结出一定的约定俗成的规律，并作为新设计方案的立足点，同时考虑各类型基础各自的特点和适用范围，并与房屋建筑自身特点、勘查资料相结合，从而选出合适的基础类型，并经计算确定各项技术指标。 3．2 共同作用分析法 在高层建筑基础设计中，常常将上部结构与基础和地基看作一个统一的整体，使三者之间保持力的平衡和协调.与传统设计方法相比，由于其考虑了上部结构的刚度，因此更具科学性和合理性，但同时这种方法由于涉及到的方面较多，因此设计难度也较大，对于计算机软件和硬件的要求也更高，设计成本较传统方法高出不少，因此只有在结构复杂的大型建筑基础设计中才会采用。 4 基础选型和设计要点 4．1 独立基础及设计要点 独立基础的造价较低，且对地基土具有较好的适应性，且抗震性能较好，因此在框架结构的民用建筑中普遍采用。对独立基础来说，
机械结构优化设计 ——周江琛 2013301390008 摘要：机械优化设计是一门综合性的学科，非常有发展潜力的研究方向，是解决复杂设计问题的一种有效工具。本文重点介绍机械优化设计方法的同时，对其原理、优缺点及适用范围进行了总结，并分析了优化方法的最新研究进展。关键词：优化方法约束特点函数 优化设计是一门新兴学科,它建立在数学规划理论和计算机程序设计基础上,通过计算机的数值计算,能从众多的设计方案中寻到尽可能完善的或最适宜的设计方案,使期望的经济指标达到最优,它可以成功地解决解析等其它方法难以解决的复杂问题,优化设计为工程设计提供了一种重要的科学设计方法,因而采用这种设计方法能大大提高设计效率和设计质量。优化设计主要包括两个方面:一是如何将设计问题转化为确切反映问题实质并适合于优化计算的数学模型,建立数学模型包括:选取适当的设计变量,建立优化问题的目标函数和约束条件。目标函数是设计问题所要求的最优指标与设计变量之间的函数关系式,约束条件反映的是设计变量取得范围和相互之间的关系;二是如何求得该数学模型的最优解:可归结为在给定的条件下求目标函数的极值或最优值的问题。机械优化设计就是在给定的载荷或环境条件下,在机械产品的形态、几何尺寸关系或其它因素的限制范围内,以机械系统的功能、强度和经济性等为优化对象,选取设计变量,建立
目标函数和约束条件,并使目标函数获得最优值一种现代设计方法,目前机械优化设计已广泛应用于航天、航空和国防等各部门。优化设计是20世纪60年代初发展起来的，它是将最优化原理和计算机技术应用于设计领域，为工程设计提供一种重要的科学设计方法。利用这种新方法，就可以寻找出最佳设计方案，从而大大提高设计效率和质量。因此优化设计是现代设计理论和方法的一个重要领域，它已广泛应用于各个工业部门。优化方法的发展经历了数值法、数值分析法和非数值分析法三个阶段。20世纪50年代发展起来的数学规划理论形成了应用数学的一个分支，为优化设计奠定了理论基础。20世纪60年代电子计算机和计算机技术的发展为优化设计提供了强有力的手段，使工程技术人员把主要精力转到优化方案的选择上。最优化技术成功地运用于机械设计还是在20世纪60年代后期开始，近年来发展起来的计算机辅助设计（CAD），在引入优化设计方法后，使得在设计工程中既能够不断选择设计参数并评选出最优设计方案，又可加快设计速度，缩短设计周期。在科学技术发展要求机械产品更新日益所以今天，把优化设计方法与计算机辅助设计结合起来，使设计工程完全自动化，已成为设计方法的一个重要发展趋势。 优化设计方法多种多样，主要有以下几种：1无约束优化设计法；无约束优化设计是没有约束函数的优化设计，无约束可以分为两类，一类是利用目标函数的一阶或二阶导数的无约束优化方法，如最速下降法、共轭梯度法、牛顿法及变尺度法等。另一类是只利用目标函数值的无约束优化方法，如坐标轮换法、单形替换法及鲍威尔法等。此法具有计算
建筑结构优化设计浅析 发表时间：2016-12-08T14:35:00.797Z 来源：《基层建设》2016年22期作者：李建国 [导读] 摘要：随着我国城市化步伐的加快，建筑工程作为现代化城市建设基础设施内容之一，承担着城市内部人民生活与办公及企业生产的重要作用，是一座城市经济发展的命脉所在。 吕梁市建筑勘察设计院山西吕梁 033000 摘要：随着我国城市化步伐的加快，建筑工程作为现代化城市建设基础设施内容之一，承担着城市内部人民生活与办公及企业生产的重要作用，是一座城市经济发展的命脉所在。基于此，本文以笔者实践经验出发，并结合我国城市建筑发展的基本情况，就我国现代化建筑工程结构设计理论进行深入研究，旨在促使我国建筑结构设计工作更加多元化、标准化，具有一定的参考价值，盼为读者学习。 关键词：建筑工程；结构分析；设计优化 引言：房屋建筑作为城市运行的基础和社会活动的载体，是营造良好的城市环境与宜人的生态体系不可或缺的部分，随着人们生活质量意识的提高，建筑结构设计多元化与标准中化越来越受到社会的重视，如何加强现代建筑结构设计工作的管理任务，使其更好的服务于人民生活与社会发展，已成为当今建筑工程建设行业研究的重点课题。 1.建筑结构优化设计的原则 1.1平面布置形成规则结构效应原则 建筑平面布置与体型构造有规则的结构形式，因其造价低廉，受力简单等特点，是我国目前使用最早也最普遍的一种结构优化设计形式。但同时也由于用户使用功能需求的差异与建筑平面布置与体型构造的多样性，以此，不可能达到为满足结构要求规则而对建筑设计者的创作过程提出不符合实际的要求，倒是可以在满足不同使用功能的前提下，通过对结构墙、柱的布局和墙肢长短的调节，使不规则的建筑体型和平面布置产生规则结构的效应，同样可以达到建筑结构经济性与安全性的设计与使用效果。 1.2提高建筑舒适度原则 建筑结构的优化设计应包含结构体系的优选、传力途径的科学性、构件布置的合理性、构件和材料选用的正确性等内容，应该把尽可能提高建筑舒适性作为投入使用过程中最重要的一项重要原则进行结构优化设计。 1.3建筑结构整体安全度原则 对于建筑结构优化设计，其操作过程中应对每个构，进行全面考虑，以保证结构体系中各构件的合理性与可靠性，从而保证建筑结构整体体系的安全性，达到行业规范规定的相关标准，使建筑结构满足安全性与经济性的双重指标。 1.4不同构件采用不同安全系数的结构优化设计原则 一切关于建筑结构优化的设计，均应在保证结构整体安全的前提下进行，以建筑整体 结构分析为依据，通过采用合理的设计理念与设计方法来达到结构优化的目的，在有效控制工程总体造价的基础上，满足投资方与用户的不同要求。实践证明，相比于传统的设计方法，优化设计通常可以达到降低工程造价5%～30%的目的。 2.建筑结构优化设计的意义 2.1降低工程总造价 多层建筑与高层建筑设计优化手段的应用，虽然通过增加层数的方法增大了建筑总面积，降低了土地占用面积和用地成本，但随着建筑层数的增加，楼体总高度随之加大，楼与楼之间的距离也就必须放大，此时节约土地占用量与建筑层数增加所消耗的比例出现差异，并不能完全保证降低工程总造价。例如屋盖部分，一栋楼只有一个屋盖，并不会因为层数的增加而有所改变，它的成本下降会比较明显；对于建筑基础来说，其虽然为各层共用，但是随着建筑层数的增加，建筑自重增大，此时，基础为满足承载力需求就必须对其进行尺寸增大或变换结构形式，这样虽然降低了建筑单位面积造价，但是相比于屋盖效果不明显。 2.2提高建筑结构经济性 由于柱体体积与墙体面积随着建筑层高的增加而增大，相应的使得基础与柱体的承载力增加，同时也加长了水卫与电气管线的用量；相反，降低层高，可在节省用料的同时减小建筑总高度和建筑间的日照距离，间接的节约了用地，并且有利于建筑抗震。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增强，提高了建筑整体的经济性能。相比于传统的设计模式，结构优化设计方法的利用可有效降低工程造价约7%~35%。除此之外，建筑结构优化设计技术的实现与应用，还对材料性能的合理利用和建筑结构内部各单元的协调起到很大的促进作用，这样不仅实现了建筑结构的实用性与美观性要求，而且还利用于工程造价的节省，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。 3.建筑结构优化设计的方法 3.1并行算法 建筑结构单位结构面积的材料使用中，用荷载于承担重力荷载的结构材料用量与建筑结构层数在关系上呈近似正比线性，另外，建筑结构楼顶材料用量一般为定值，与建筑结构层数无内在关系，其不随结构层数变化而变化；但是对于墙、柱等构件的材料用量，其与建筑结构层数呈正比增加关系；而对于抵抗结构侧向移动的构件材料用量，其与建筑结构层数呈二次方的增长关系。 3.2可靠度优化法 高层建筑在非地震灾害区确定选型方案时，抗风性能则为建筑体系结构性能的优先考虑，较小的风压体形系数对于建筑结构体系的稳定性拥有良好的保障效果。例如，圆形、椭圆形等拥有良好流线型的结构外形与从下往上逐渐减小的锥形体系，均拥有较小的风压体形系数，有利于很好的抵抗与消除风力作用。除此之外，对于建筑结构平面的布置，合理选择结构刚度分布均匀对称的结构体系类型和平面形状，很大程度上可以减小风荷载作用下的扭转效应引起的结构变形和内力的影响。 3.3高层体系优化法 建筑结构的使用性能决定了其对内部空间的要求，不同的使用性能拥有不同的空间布局，特别是对高层建筑，使用性能与空间布局有着严格的要求。通常情况下，小空间平面布置适用于居民住宅与旅馆客房；大空间平面布置适用于饭店、展厅、商场、工厂厂房、舞厅及宴会厅，但舞厅与宴会厅要求其结构内部没有柱子；办公楼则适合大小空间配合布置。结构体系的不同决定了其内部空间大小的不同，建
《结构优化设计》 大作业报告 实验名称: 拓扑优化计算与分析 1、引言 大型的复杂结构诸如飞机、汽车中的复杂部件及桥梁等大型工程的设计问题，依靠传统的经验和模拟实验的优化设计方法已难以胜任，拓扑优化方法成为解决该问题的关键手段。近年来拓扑优化的研究的热点集中在其工程应用上，如: 用拓扑优化方法进行微型柔性机构的设计，车门设计，飞机加强框设计，机翼前缘肋设计，卫星结构设计等。在其具体的操作实现上有两种方法，一是采用计算机语言编程计算，该方法的优点是能最大限度的控制优化过程，改善优化过程中出现的诸如棋盘格现象等数值不稳定现象，得到较理想的优化结果，其缺点是计算规模过于庞大，计算效率太低;二是借助于商用有限元软件平台。本文基于matlab软件编程研究了不同边界条件平面薄板结构的在各种受力情况下拓扑优化，给出了几种典型结构的算例，并探讨了在实际优化中优化效果随各参数的变化，有助于初学者初涉拓扑优化的读者对拓扑优化有个基础的认识。
2、拓扑优化研究现状 结构拓扑优化是近20年来从结构优化研究中派生出来的新分支，它在计算结构力学中已经被认为是最富挑战性的一类研究工作。目前有关结构拓扑优化的工程应用研究还很不成熟，在国外处在发展的初期，尤其在国内尚属于起步阶段。1904 年Michell在桁架理论中首次提出了拓扑优化的概念。自1964 年Dorn等人提出基结构法，将数值方法引入拓扑优化领域，拓扑优化研究开始活跃。20 世纪80 年代初，程耿东和N. Olhoff在弹性板的最优厚度分布研究中首次将最优拓扑问题转化为尺寸优化问题，他们开创性的工作引起了众多学者的研究兴趣。1988年Bendsoe和Kikuchi发表的基于均匀化理论的结构拓扑优化设计，开创了连续体结构拓扑优化设计研究的新局面。1993年Xie.Y.M和Steven.G.P 提出了渐进结构优化法。1999年Bendsoe和Sigmund证实了变密度法物理意义的存在性。2002 年罗鹰等提出三角网格进化法，该方法在优化过程中实现了退化和进化的统一，提高了优化效率。目前常使用的拓扑优化设计方法可以分为两大类：退化法和进化法。结构拓扑优化设计研究，已被广泛应用于建筑、航天航空、机械、海洋工程、生物医学及船舶制造等领域。 3、拓扑优化建模（SIMP） 结构拓扑优化目前的主要研究对象是连续体结构。优化的基本方法是将设计区域划分为有限单元，依据一定的算法删除部分区域，形成带孔的连续体，实现连续体的拓扑优化。连续体结构拓扑优化方法目前比较成熟的是均匀化方法、变密度方法和渐进结构优化方法。 变密度法以连续变量的密度函数形式显式地表达单元相对密度与材料弹性模量之间的对应关系，这种方法基于各向同性材料，不需要引入微结构和附加的均匀化过程，它以每个单元的相对密度作为设计变量，人为假定相对密度和材料弹性模量之间的某种对应关系，程序实现简单，计算效率高。变密度法中常用的插值模型主要有:固体各向同性惩罚微结构模型(solidisotropic microstructures with penalization，简称SIMP)和材料属性的合理近似模型(rational approximation ofmaterial properties，简称RAMP)。而本文所用即为SIMP插值模型。
探讨建筑结构优化设计分析 发表时间：2018-11-15T14:24:03.870Z 来源：《建筑学研究前沿》2018年第20期作者：徐皓宇[导读] 本文将介绍几种具体方法来优化建筑结构的设计,以供参考。 华东建筑设计研究院有限公司上海市 200041 摘要：在建筑结构设计过程中,安全性,施工便利性,经济性,实用性和美观性是必须考虑的五个基本问题。同时也要求设计人员优化建筑结构设计,使建筑更合理,更安全,更实用。为此,本文将介绍几种具体方法来优化建筑结构的设计,以供参考。 关键词：建筑结构；结构设计；优化途径 1 引言 在我国经济快速发展的背景下，人们的生活水平不断提高，对居住条件也提出了更高的要求。近年来，随着环保、节约等理念的不断发展，在建筑行业中，节能环保型社会建设理念逐渐深入人心，这种情况下，为了更好地满足建筑使用者的需求，必须对建筑结构进行优化设计，力求在满足投资成本控制目标的前提下，使建筑的各项功能达到使用者的预期，进而使建筑的经济和社会效益最大化。鉴于此，本文对建筑结构优化设计进行研究，具有重要的现实价值。 2 建筑结构设计优化的主要内容 建筑结构设计包括基础部分结构设计、主体部分结构设计、建筑上部结构设计、围护结构设计、细部结构设计等。此外，建筑结构设计的优化可以从成本控制、结构构件受力情况、结构布置方式、材料选型等方面入手[1]。由此可知，在对建筑结构进行优化时，必须在满足建筑基本使用要求和相关设计规范的前提下，结合建筑结构设计的实际情况，以经济效益最大化为最终目标，进行建筑结构的优化设计。需要注意的是，在建筑设计方案完成后，会不可避免地出现一些不完善地方，导致资金的大量浪费。因此，建筑结构的优化设计必须贯穿建筑建设的全过程，以提高经济效益，实现对资金的合理利用。 3 建筑结构优化设计的重要性与基本要求 3.1 建筑结构优化设计的重要性 在建筑设计中，结构设计优化的重要性主要体现在2方面：降低建筑总造价；提高建筑的经济性。具体来说，通过建筑结构优化设计，可以在资源上降低建筑的建设成本。同时，还可以在资源条件有限的情况下，使建筑的质量与功能水平达到最优，提高空间利用率，使资源功效最大化。建筑质量包括建筑环境与使用功能，而建筑结构设计优化是基于一定经济发展原理而进行的[2]。因此，建筑结构优化可以实现对投资资金、建筑质量、功能水平、土地资源空间利用的合理优化。由此可知，建筑结构优化具有节约建筑成本的重要作用，既是实现建筑成本节约与建造高质量工程的重要途径，也是确保建筑行业未来实现可持续发展的重要保障。 3.2 建筑结构优化设计的基本要求 在对建筑结构设计进行优化时，需要遵循以下几要求：（1）功能性。建筑结构设计优化的最终目的是为了更好地满足人类对居住条件的多方面需求，随着社会发展水平的提高，人们对建筑的功能性需求，除了传统的实用性功能，还增添了美观性、舒适性、智能性等多种新的需求。因此，建筑结构的优化设计必须符合功能性需求[3]。（2）安全性。安全是人类对居住环境最主要的要求，过于追求优化而忽视安全性是绝对不可以的。（3）经济性。随着市场经济的不断发展，对资源配置提出了新的要求，而建筑结构优化设计必须遵循这一要求，提高各种材料资源的利用效率，进而缩减建设成本。此外，可以通过结构优化设计减少许多稀缺或价格昂贵的材料的使用量，进而降低材料使用成本。（4）环保性。这是继经济性之后，对建筑结构优化设计的又一更高的要求。在优化建筑结构设计时，应在满足建筑功能性与安全性需求的前提下，尽量选择节能环保型材料。同时，在优化设计的整体布局上，一方面要重点关注建筑主体内部结构的环保和统一；另一方面，也要对废旧材料进行环保性处理或应用。 4 建筑结构设计优化的具体路径 4.1 优化建筑结构的整体布局 首先，建筑结构的设计人员和决策人员必须站在全局的角度，通过点、线、面，对建筑结构优化设计的整体布局进行确定，之后再利用点、线、面三者之间的架构关系，通过材料的选择与应用、构件的布置等，实现单个构件与整体结构的优秀奥协调，进而使每一个构件均可以实现最佳受力情况，以此实现单个构件的最佳化利用，同时提高建筑整体结构的刚性、承重力以及延展性。 4.2 优化建筑材料的选择 在建筑结构中，各个点、线、面均具备一定的力学承载力特征，而材料是力学承载力的载体。因此，材料在建筑结构设计的优化中，具有至关重要的作用。钢筋混凝土是一种混合性材料，通过将各种材料按比例配置，可以显著增强构件的刚性以及强度，这也是结构设计优化的一部分。并且近年来，地震、泥石流等自然灾害不断增多，在建筑材料的使用上，必须重视材料的抗震性、抗土性等性能，这就要求在建筑结构设计优化时，必须综合考虑材料的质量、特性、与周围环境的适合程度以及价格等，力求在牺牲最小经济性的前提下，使建筑结构在安全性、功能性以及环保性上达到最优。 4.3 优化构件布置 在建筑结构的优化设计中，构件布置主要包括柱、梁与剪力墙的布置。现阶段，在高层建筑中，主要应用框架-剪力墙结构体系，框架-剪力墙结构比较灵活，很容易满足建筑物的使用要求，且该体系具有较好的承载力、整体性以及抗震性，在发生地震等自然灾害时，可以有效减小结构自身的侧移[4]。因此，在该体系的实践应用中，除了剪力墙的刚度必须满足建筑强度要求，还需要赋予结构一定的侧向刚度。而在梁的选择与布置上，一般情况下，常规梁最具经济性，但建筑层数不宜过高，在当今土地资源极为有限的前提下，难以实现建筑经济效益的最优化。而宽扁梁虽然可以缩小梁的截面高度，增加建筑层数，进而获得更大的建筑面积。但是，其经济性比较有限。预应力梁可以很好地满足建筑的特殊需求，但价格较高。总之，在对建筑结构设计进行优化时，必须对多方面因素进行综合考量，以满足建筑功能性需求与质量需求为基本前提，尽可能地通过构件布的优化，降低建筑成本，提高建筑的经济效益与社会效益。 4.4 合理应用概念设计