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在工程建设过程中，建筑功能的实现与工程投资的控制是工程建设的两大目标。而进行工程投资控制的关键在项目决策和设计阶段，在项目做出投资决策后，其关键就在于设计阶段。在建筑工程的设计阶段，当满足建筑的诸多功能后，工程造价的控制是每个投资者最为关注的主要内容，也自然成为投资者评价设计质量优劣、衡量设计水平、选择设计单位的重要标准。为了在日益激烈的设计市场竞争中求得生存与发展，为业主提供优质的设计产品，提高设计产品的经济性，已成为每一个设计单位努力追求的目标。由于在建筑产品中结构造价所占的比重很大，通过对建筑结构的优化设计，不仅能够提高建筑物的安全度，而且能够有效的降低工程造价，从而实现投资效益的最大化。在建筑结构设计中，当建筑方案产生后，结构从选型和布置开始就存在优化与否的问题，再加上后续每一道工序的精心设计、准确计算、合理选用等全过程的优化设计才能产生优化的结构。下面就结构设计优化的一些途径，谈一下本人的一点看法。
2 选择合理的结构方案
结构设计方案的优劣决定了结构设计的成败。对于同一个建筑设计方案，结构设计方案往往不是唯一的。不同的结构方案会使工程造价和工程质量产生很大的差别，所以选择合理的结构方案便显得尤为重要。在结构方案的选择上，应遵循以下的一些基本原则：
（1）要用整体的概念在特定的建筑空间中来完成结构总体方案的构思，处理好构件与结构、结构与结构的关系，充分利用和发挥整体结构和构件的最佳受力状态，使结构具备足够的承载力、刚度和良好的延性；
（2）尽可能使结构的受力与传力途径简单、直接、明确。传力途径复杂会出现多次转换的结构构件，这样会导致造价的提高，也容易出现计算错误产生安全问题。采用最简单、直接的传力途径，可以省去中间传递的结构构件，减少结构的安全风险，使结构受力更加明确，其造价也相对经济；
（3）保持整个结构安全可靠度的协调一致性应通盘考虑整体结构的每一个构件，使结构构件能够协调一致发挥其最大效能，确保达到规范规定的设计目标水准，实现结构既经济又安全的目标；
（4）使结构平面布置的抗侧力刚度中心与建筑物的外力作用中心或质量重心尽量接近或重合，以避免或减小外力作用下结构的扭转效应，因为抵抗结构的扭转所需增加的材料用量是很大的，可以说结构平面布置的不规则既不经济又不安全；
（5）积极主动的参与建筑设计的方案阶段，加强与建筑师的沟通与协调。一个设计精品是建筑师和结构工程师创造性合作的共同成果，在满足建筑物的功能和建筑师创意的前提下，结构工程师有责任对建筑方案提出建设性的意见，与建筑师一起构思最佳的结构体系。
结构工程师只有加强结构概念的培养，才能比较客观、真实地理解结构的工作性能。并综合运用其掌握的结构概念，通过反复试算、反馈和优化，选择效果最好、造价最低的结构方案。
3 进行正确的结构计算
一体化计算机结构设计程序的不断完善和全面应用，使工程师从繁重复杂的结构计算中解脱出来。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：
（1）不能盲目的依赖计算机。因计算软件的缺陷和设计人员不加分析的盲从而导致设计错误的现象时有发生，所以对用于结构设计的计算程序的基本理论假定、应用范围和限制条件以及程序与规范的结合一定要搞清楚；
（2）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。避免因数据输入错误造成计算分析结果的错误或较大的误差。
（3）对计算参数的选取要正确合理。选取不同的计算参数会得出完全不同的计算结果，要根据实际结构的具体情况和计算程序的功能要求合理选取。比如，高层建筑结构的计算自振周期折减系数的取值，要根据不同的结构形式以及填充墙的材料和数量，选取恰当的数值对计算周期进行折减，若折减系数选取偏大，会使计算地震力小于实际的地震力，造成结构分析偏于不安全，反之则不经济；
（4）注意实际结构与计算模型的差异。所有的计算理论和设计程序都是建立在一些假定和理想的计算模型之上的，而实际结构的受力状态又是千差万别的，一味地依赖电脑或计算手册的计算结果进行结构设计会给结构留下较多的隐患，所以任何构件的计算都应根据实际情况确定结构的约束关系，并利用结构概念、工程经验对计算结果进行分析，判断其是否合理，以确保最终结构设计的正确。
4 提高材料的利用率
结构设计的目的便是花尽可能少的钱，做最安全、适用的建筑，这就要求结构设计时对材料的选用要合理，利用要充分。要根据结构构件的不同受力特点、工作环境和材料的力学性能特点，选用合适的建筑材料。在钢筋混凝土结构中，以受压为主的柱子，就要充分发挥钢筋混凝土材料中混凝土抗压性能好的特点，尽可能采用高标号混凝土，不但可以减小构件截面，增加使用空间，还能减轻结构自重。梁板以受弯为主，可采用高强度钢筋，以减少钢筋用量，同时要注意钢筋混凝土结构中钢筋与混凝土强度的匹配，最大限度地发挥出材料的性能。对于高层建筑的结构转换层和受力复杂的结点部位以及大跨度结构，可采用型钢混凝土和预应力混凝土或钢结构等，以达到适用、安全、经济的目的。实际工程中，因材料选择不当造成浪费的情况很多。比如，经常出现的钢筋混凝土现浇板中混凝土标号过高的现象，不仅高标号的混凝土不能充分发挥其强度作用，而且为抵抗高强混凝土较大的收缩变形和满足最小配筋率要求，板中钢筋的配筋量也随之增加，从而导致工程造价的提高。
5 正确理解运用《规范》
《规范》是我们在设计中必须遵循的“最低”标准，是国家的技术经济政策、科技水平和工程实践经验的总结。全面理解规范条文的概念、定义、前提条件和适用范围，是正确运用《规范》的前提和基础。作为一个结构工程师，一方面必须熟悉、理解和吃透规范条文的真实含义，另一方面必须客观理性地正确对待规范。对“规范”中的“强制性条文”要不折不扣的执行，而对《规范》中的“非强制性条文”工程师可以运用自己的理论知识、结构概念和实践经验，在《规范》条文思想的指导下，针对具体的设计对象、环境和使用条件，以工程的安全性和经济性为目标，创造性地灵活选用规范中的数据。盲目照搬硬套不但会限制创新成果、影响设计创作，阻碍工程技术的进步，也会造成不必要的浪费。因为即使规范再详细，也不可能包罗实际工程中遇到的所有技术问题。对《规范》中的构造措施要给予足够的重视。在实际工程中，一些设计人员过分依赖结构计算分析结果，不同程度地存在忽视结构构造措施的问题。以抗震设计为例，我们都知道，地震是一种很复杂的自然现象，我们对地震发生时建筑物的破坏机理还不十分清楚，对地震的破坏现象也只是停留在感性认识阶段，建筑物抗震计算的原理也只是一种近似方法。建筑抗震设计是建立在对震害分析和总结的基础上，通过概念设计、结构计算和构造措施三部分来实现的。所以，我们在进行建筑抗震设计时，不但要遵循《规范》提出的抗震设计原则和抗震计算方法，同时还要重视抗震构造措施。
6 树立精品意识
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一、建筑结构设计优化的内容及其意义
当前，我国经济快速发展，人们对居住条件及生活环境要求越来越高，而对建筑房屋进行优化设计，使其结构与美观相互协调、同时适用、安全、经济以及便利是改善人们居住环境方面的重要手段。建筑结构设计优化理念注重以实际为准则，根据工程建设的基本状况，以计划成本控制为中心来进行的结构优化设计，其内容就是利用对建筑基础的结构、屋盖系统的结构方案以及围护系统结构方案等环节，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计算，确立最终的建筑工程结构设计的优化结果方案。
建筑结构优化设计意义重大，一是大大提高建筑结构经济性，建筑进行结构设计优化可节省材料，有利于抗震，减少内外表面装修，提高了其受力性能，增强了建筑的经济性能。二是结构优化设计大大降低了建筑工程的总成本造价。节约用地，大量资料表明，建筑进行结构设计优化能够有效降低工程成本造价25%左右，同时结构优化设计技术能够对施工材料的性能利用更加合理化，能够让建筑工程结构内部各个不同单元之间更加充分协调，提升了建筑工程结构设计的经济性。
二、建筑结构优化设计中的问题
现代的建筑结构设计优化工作是一个复杂的过程，关系着建筑的安全与否，是否经济和适用，在结构优化设计中也会遇到一些问题。
(一) 缺少详细的勘察地质资料
从现在的建筑结构设计工作来看，普遍缺少详细的勘察地质资料，只是简单的依据相临建筑的情况进行图纸设计。勘察施工场地的作用是保证科学的进行地基基础工作，并且达到最基本的安全保障。往往房屋设计工作人员只是把耐力数值控制到最小，就简单认为房屋建筑结构没有问题了，这种技术问题为房屋埋下了安全隐患。在对较软地基进行处理时，忽略了垫层换土设计，只是根据经验判断处理。房屋结构设计过程中，对于较软地基存在的安全隐患没有足够认识，单纯依据个人经验使用砂垫层强化承载力，对于其宽厚度缺乏精确计算，也造成了费用的浪费。
(二) 构造柱设计存在的问题
建筑结构设计中的构造柱可以设计为单一的受力柱，其横截面与配筋必须达到规范砼的规格，如果房屋结构包含抗震功能，必须要满足以上要求。当构造柱体被当做承重的柱体应用时，这就会使构造柱体的受力提前了，从而限制了构造柱体对建筑结构的拉束功能的完全发挥，使整体房屋结构设计暗藏了安全危机。地圈梁通常会植入构造柱体，这种情况下是不需要另外设置地基的，可是当构造柱体充当了承重柱体时，柱底部基础抗压能力必然会出现超负荷现象，裂缝也就产生了。在实际施工当中，处于承重梁下的柱体应当达到承重柱体的标准，假如承重梁的负载与跨度呈现最小状态时，梁下也可以使用构造柱体。这时候就要对构造柱体的功能忽略不计，重新检测墙体下半部分的抗压强度，达到要求才能设计施工。
(三) 抗震设计中存在的问题
在抗震建筑结构设计中，施工设计人员普遍认为六度设防可以看成是没有设防。为了方便受力分析，施工设计人员往往把柱体横截面较小设计，增加梁线的刚度，将梁设计成为铰支梁，柱体的抗压能力设计成轴心抗压。这种操作方法能够方便分析房屋结构的受力，但是针对整体的房屋结构安全带来了危险。忽视了梁与柱之间的弯矩约束，还有柱体的截面积较小，整个建筑结构一旦受力，抗弯能力明显不足，造成了梁底显现裂缝。
(四) 承重墙设计中存在的问题
建筑结构设计承重能力时主要是通过楼板设计完成的，在房屋建筑时经常将一些隔墙放置在楼板上，之后还会将这部分算在同等效果的荷载力范围内，楼板的配筋也会依据这个数据进行计算。除此之外，隔墙顶部采用立砖斜砌，造成楼板顶部出现裂缝。两个方向同时产生弯矩的双向板中的钢筋是要叠放并且要保持纵横方向，计算时应该依据双方向的高度。
三、建筑结构设计优化的基本步骤
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。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。
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，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。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。
四、建筑结构优化设计的要点
（一）结构优化设计的规范
在对房屋建筑结构进行结构优化设计时，设计工作者应遵循相关的结构设计规范。房屋结构优化设计的追求决定了房屋结构优化设计对设计工作者提出了较高的要求，要求工作者不仅详细了解房屋结构设计规范的条文，同时也要能够根据房屋结构设计的实际情况，把房屋结构设计的结构优化设计方案科学合理的运用到实际的房屋工程中。
对于一些结构较为简单的房屋工程，某些结构设计规范可能过于保守，而对于一些结构复杂的，或者有特殊用途的房屋工程，某些结构设计规范又可能过于宽松，安全性不足，这就要求房屋结构设计结构设计优化工作者能够根据具体的工程情况，对结构设计条文进行适当的取舍，争取使设计成果达到最优化。
（二）前期方案设计期间将结构设计优化参与其中
建筑方案设计前期如有一个优秀的、合理的设计方案，并参与结构设计优化，就会争取到非常优秀的开端。但目前在前期设计方案中结构设计优化参与其中的并不多，如果能对建筑类别有所针对，并进行合理选择结构设计优化方案，将降低建筑的总投资成本，因此在建筑方案设计初期应注意建筑方案的结构优化设计，考虑结构的合理及可行性。
（三）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，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。在做立面设计的时候，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。
（四）地基基础结构设计
地基基础的结构设计优化首先要选择合适的方案，如果为桩基础，那么要根据现场地质条件选择桩基类型，尽量节省造价。桩端持力层对灌注桩桩长的选择影响很大，应多进行比较以确定最合适的方案。
（五）概念设计处理的实际建筑设计问题
在建筑结构设计中，很多外在因素是难以控制的，尤其是地震这种破坏力极强的自然灾害，对于建筑结构来说，破坏性是不可估计的。故此，在进行实际建筑设计时，必须充分考虑其建筑结构的地质特征，采用概念处理的原则进行合理的规划设计，将其存在的危险因素降至最低。在进行建筑结构设计时，要充分考虑抗震性能的重要性，分析其建筑阶段所受到的各种危险因素，采取合理的技术
手段，在建筑施工中注意刚度均匀、对称的重要性，同时还可以采取延性的设计原则，它可以有效的防止建筑结构在地震发生时所产生的突发性破坏，消耗一定的能量，减少破坏。
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随着经济的发展，人们生活水平的提高，人们对于现代建筑结构的要求也越来越高。以前人们对建筑的要求就只是保暖、舒适、安全就基本可以了，但是现在人们对建筑的给予了更高的要求，它不仅要安全、舒适，还要美观，合理，经济，适用。因此选择合理的建筑方案就显得尤为重要了，它不仅可以降低生产成本，还能够获得最大的经济效益。近十年来，房地产行业火热，楼价节节高升，土地价格不断上涨，这就增加了开发商的建筑成本，开发商为了减少这种成本的支出，就会选择降低工程造价，要实现降低工程造价就要从现代建筑优化设计入手。现代建筑结构优化应用到实践中是一个很广泛的课题，越来越多的人已经开始知道现代建筑结构优化的好处，现在建筑结构优化设计可以在相同的面积上利用结构优化方案就改变内外表面的装修面积，缩小装修面积的同时就可以降低成本，合理利用每一寸土地。
现代建筑结构优化设计的好处
（一）现代建筑结构的优化设计，已经逐渐被业界人士所认可，在建筑中加强建筑结构的优化，是现在建筑工作者的一个重要使命。在建筑过程中，先进的优化方案就会节约很多不必要的物质消耗，节省工期，节省原材料，在单位面积提供更大的空间。同时建筑结构的优化也能给人带来赏心悦目效果。
（二）对于建筑我们基本都是本着适用、经济、安全、美观和利于施工的几个方面进行施工的，我们的建筑结构优化就是综合了这几点，利用数学等相关科学，进行分析处理，选择一个更为合理的方案进行施工，这样就保证的建筑的美观、安全、经济、适用等性能。同时减少了不必要的的损失，比如在钢的优化结构里，钢材的用量就是一个很大的问题，我们在进行这个问题的优化结构分析时候，就会参考多种因素，如受力因素，装修面积因素等等。综合各种因素在一起就可以利用数学等理论进行分析，选择合理、简单、安全、节约的施工方案。
二、现代建筑结构优化设计的应用
我们所说的建筑结构优化设计必须要注意到前期参与，前期我们就要安排进行合理的收集相关材料，对建筑面积，建筑施工时间等相关因素进行整合，也就是在施工前期就要确定各种因素的具体情况。然后找到相关的建筑师进行计算、分析，选择最好的施工方案进行准备。如果没有进行施工前期的优化结构设计，我们就会发现大多建筑师设计时候大多不会考虑到建筑结构的合理性和可行性。有一些建筑法案甚至会增加施工的难度。因此结构以后就显得尤为重要了，合理的结构优化设计方案，就能给建筑施工带来一个良好的开始。当我们进行现代结构优化设计时候，难免会发现一些问题，比如当我们设计建筑防震强度时候，因为地震强度是一个不确定因素，计算难免和现实有很大差异，这个时候我们就要灵活运用优化结构设计方案，选择最佳设计方案。同时在我们进行优化结构设计的过程中我们也要注意到细节的把握，不能只是注重到宏观的对应。
三、建筑结构优化设计与经济性的关系
（一）结构优化建筑和用地的关系
随着地价的不断上涨，房产商们都越来越重视单位面积土地的利用率，想要利用好每一寸土地，就要尽可能的增加建筑的层数，但是增加建筑层数的同时，还要考虑到建筑之间的间距，层数越高，间距就会越大，同时层数越高所要的建筑数量就会减少，减少建筑物的数量就减少了屋顶的成本，所以屋顶的单位面积造价会随着层数的增加而下降。与此同时我们又不得不考虑到地基建设所需要的费用，地基的单位面积成本会随着层数的增加而增加，因为层数越高地基承受的压力就会越大，我们就要加大地基结构的载重能力，所以我们要合理优化建筑结构设计，选择合理的建筑优化结构方案，综合所有因素，确定合理层数、间距，在减少成本同时，达到理想效果。
（二）建筑优化结构和建筑形状的关系
我们的建筑的形状的不同，就会使我们建筑的外墙的长度系数、宽度系数不同，很显然建筑接近方形或者圆形，此时建筑长度就会越小。
四、现代建筑优化结构的具体实施方法
（一）提高材料的利用率
我们所说的建筑结构的目的就是用最少的钱，做最好的事情，建造最好的建筑，这就要求我们把所有的材料利用到最充分，做到不浪费，在我们选择钢筋混凝土的优化过程中，就要充分考虑到钢筋和混凝土的特性，尽可能利用高号混凝土，这样就可以减少建筑自身重量，同时又可以增加使用空间。在钢筋用量减少的时候，没有影响到建筑主体结构承受压力的能力。这样就达到了经济、安全、适用的目的。
（二）正确运用《规范》
建筑《规范》是由政府授权机构提出的建筑质量、安全、功能等多方面的最低要求，这些要求要通过文件的方式存在，因此就形成了建筑规范。建筑规范中包括很多如空间规范，防火规范等。作为施工人员应该正确理解运用这个标准，这个标准中有些是强制性的，所以我们在实行的过程中要不折不扣的执行，不能有个人感情因素在内，我们必须要坚持自己的职业操守，对待不同对象、环境都要以工程安全为准则去施工。施工人员要严格按照规范中的要求进行施工，在建筑的外部环境、结构、室内环境、设备、防火疏散、节能等多个方面要个把关，建筑出符合标准的住宅小区。
五、城市高层建筑优化结构分析
众所周知，当城市建筑物增高时，它的施工难度就会加大。例如当我们每升高一层建筑的时候，它的地基的承受能力就要加强一些，同时我也要注意到，当建筑的高度增加的时候，竖向荷载数值就会增大，也会影响连续弯梁的受力情况。在建筑高度增加的情况下，建筑物的高度会直接影响到建筑物基底的倾覆力矩，同时顶部的侧向移动也会随着高度的增加而增加。所以当我们升高建筑物的高度时候，就要参考建筑物结构分析和个体系相对应的方法，这样在施工的过程中就会很安全。城市高层建筑还有一个难题，那就是当升高建筑物的高度时候，相邻高层之间会影响到建筑采光等诸多问题，例如随着建筑物高度增加，相邻的高层的三楼以下的采光就会受到影响，比如说有的高层住宅小区，高层的三楼以下常常是等到中午才能有阳光射到房屋中，还有的是下午，这些问题都是实实在在存在的，我们在建筑结构优化设计的时候应当优先考虑，不能为了节约土地，就缩短高层建筑的间距，造成建筑采光问题出现。
总结
现代建筑结构的优化设计，深受开发商，业内人士认可。通过建筑结构优化设计，我们可以有效降低工程造价，节约建筑成本。这样在节约了能源的同时，达到了预期的效果，满足了现代人对于建筑物的诸多要求。现代建筑结构优化设计给人们创造了方便、安全、舒适的生活环境。安全，适用、经济、美观已经成为人们对一个建筑的评价的指标。通过建筑结构优化设计，我们的建筑更美观、更安全。建筑结构优化设计，带来的经济效益是相当可观的。
参考文献
【1】林同炎，结构概念和体系（第2版）【M】.北京：中国建筑工业出版社，1999
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最近一些年来，由于人口压力增大，土地资源变得越来越紧张了，土地市场的波动也发了一些变化。土地价格不断上涨，不仅使土地开发商倍感压力，也大大增加了住房消费者的经济负担。此外，随着生活条件的不断提高，人们对于居住条件和环境各方面的要求也不断提高，顺应这些潮流，建筑设计师们就应该利用房屋建筑设计中建筑结构优化设计的方法，开发有限的空间资源，发挥这些资源的最优效果，最终实现建筑房屋经济实用性的最大化。
工程设计人员为了使建筑结构设计得到最优，必须以确保结构稳定为前提条件，然后通过对建筑结构进行合理分析，运用精准的设计理念和方法来使设计达到最优，从而更有效地掌握工程的造价，符合投资方的资金要求。借鉴先前优秀设计的经验，我们可以看到，与传统的设计方法比较，优化设计往往能够使工程造价减少5%～30%。因此，要实现降低工程造价的成本的目的，在工程建设过程中，使工作人员对优化设计的设计的牢固掌握是很必要。此外把提高技术和经济效益二者有效结合，通过不断完善设计方案，实现工程造价最低，从而实现更大的社会效益。
二、如何进行建筑结构的优化设计
结构的设计过程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。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，建筑场地的类别及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：首先，荷载的计算。荷载包括外部荷载（例如，风荷载，雪荷载，施工荷载，地下水的荷载，地震荷载，人防荷载等等）和内部荷载（例如，结构的自重荷载，使用荷载，装修荷载等等）上述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。其次，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。再次，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，轴心压力及拉力等等。最后，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（比如，轴压比，剪跨比，跨高比，裂缝和挠度等等）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。
三、建筑结构设计优化在房屋结构设计中的运用实例分析
某房屋工程为五层写字楼， 总面积为6365 m2，长度为55.3m，宽为16.3 m，房间开间为4.7m， 走廊宽2.5m，层高为3.5m。以粉细砂层为基础持力层， 冻土深度1.05m，地下水位埋深约5m，抗震设防烈度为9°。对于这个工程所运用的建筑结构设计优化方法主要是从建筑整体和分部结构两方面实现结构设计优化。
3.1 房屋建筑整体的设计优化
要想使房屋建筑整体的设计达到最优，必须先塑造结构优化模型，再确定使用的最优计算方案和步骤， 随后通过计算结构的科学分析的三个步骤来实现。第一步：（1）挑选并确定设计变量。设计变量通常挑选与建筑设计有着重要联系的因素来作为参数， 而把其他对建筑设计影响较小的因素作为预定参数，从而减少设计的工作量；（2）制定优化设计目标函数；（3）确定模型约束条件。通常在楼房可靠度优化设计中， 其约束条件主要包括结构强度约束、应力约束、变形约束、裂缝约束、弹性约束等。第二步：在应用房屋结构设计优化方法时， 依附于可靠度的优化设计变量较多、非线性优化较多， 为使计算便捷， 可以将约束优化转化为无约束问题来算，常见的计算方法有拉式乘法、Powell法等。依照优化模型与计算方法来制定计算程序。第三步：通过优化模型的确定和求解， 不难发现建筑结构设计中存在的一些问题，并通过不断寻找解决问题的方法，深入优化建筑结构的设计，从而实现建筑结构的更安全、更适用、更经济。
3.2 房屋建筑分部结构设计优化
高约几十米的写字楼， 抵抗地震的能力暂时定为7.5度， 为了达到抗震的目的，建筑基础的设计应该采用短柱的形式。把临近的两条短柱中心间距的1/15当作建筑基础拉梁的剖面长度。一般情况下，如果在建筑工程施工过程中，建筑高度相对比较低的时候，可以把钢筋的使用数量降低到最低。然而，为了使房屋的抗震结构和建筑物梁柱的弯曲度与房屋上面的混凝土结构保持协调，就需要把基础拉梁的设计作为最大。
3.3 钢筋混凝土框架结构设计的优化
如果某一建筑使用的是钢筋混凝土框架的结构体系，就需要运用标准的方法去实现建筑结构设计的最优化。在应经得知的建筑结构的截面的前提下， 采用限制性的分元法，对建筑物的整体结构进行物理受力方面的测试分析， 之后再对建筑结构进行分解，优化具体建筑物构建的各个部分，运用公式进行推算， 从而计算出建筑施工过程中建筑物所需要的钢筋混凝土框架的最优化结构。
3.4 建筑结构计算周期设计优化
为了提高建筑物的质量，一般写字楼都设计成轻薄的墙体，这样就可以使建筑物的使用寿命和设计年限相等。此外，还要对建筑结构计算时间乘以折减系数0.6 ～0.7 进行折中计算。
四、建筑结构优化设计时应注意的事项
4.1 关于箱、筏基础底板的挑板问题
从结构角度来讲，如果能出挑板，能调匀边跨底板钢筋，特别是当底板钢筋通长布置时，不会因边跨钢筋而加大整个底板的通长筋，较节约；出挑板后，能降低基底附加应力，当基础形式处在天然地基和其他人工地基的坎上时，加挑板就可能采用天然地基；能降低整体沉降，当荷载偏心时，在特定部位设挑板，还可调整沉降差和整体倾斜；窗井部位可以认为是挑板上砌墙，不宜再出长挑板。虽然在计算时此处板并不应按挑板计算。
4.2 该注意前期参与
言，前期施工方案的确定会直接关系到建筑施工需要的总投额度，而现在往往是结构设计并不参与前期方案的制定。因为建筑设计师在进行建筑施工设计时，一般不会过多的考虑建筑结构的科学性和可操作性，但是建筑设计的结果却直接影响着结构设计。此外，一些方案还可能会使结构设计的难度增大，并使得建筑施工的总投资增加。
4.3 结构的设计优化
在地基基础的结构设计优化方面，首先要选择恰当的建筑设计方案。如果建筑物为桩基础，那么就要依据施工现场的地质条件对桩基的类型进行选择，尽量降低成本。桩端支持力的部分对灌注桩桩长的选取很有借鉴意义，所以应该尽可能多的进行比较从而确定最适合的施工方案。
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Key words: building structure; optimization design; measures
中图分类号：TU3 文献标识码：A 文章编号：
在房屋建造的过程中，建筑结构成本的花费占了一个比较大的比例，通过结构设计的优化技术可以很有效的解决建筑成本造价方面的压力。因此，从事结构设计的工作人员应当充分考虑房屋建造过程中的合理性、经济性和适用性，从而在满足建造要求的前提下降低房屋建筑工程的总体造价。
一、房屋结构设计优化技术的现实价值及应用1、房屋结构设计优化技术的现实价值在进行房屋结构设计时，首先要做的便是要满足房屋结构效益的长远性。在这样的基础上尽量使房屋在投资上降低成本，结构上科学合理。和传统的房屋结构设计理念相比，现代房屋结构设计优化技术在房屋结构建造中的运用可以有效的降低建筑工程的成本，大概可以保持在10%—30%之间。结构设计优化技术的应用可以将建材的利用率及性能发挥到最大限度，使房屋内部的各个空间构成一个协调的整体，并符合我国相关安全质量的规定。此外，房屋结构设计优化技术的运用还可以对房屋的最初设计提供一定的帮助。因此，优化技术对房屋整体设计的安全性、舒适性、合理性起着相当重要的作用。2、房屋结构设计技术方案及其理论的应用房屋结构设计方案及理论在现实中的应用主要表现在两个方面：房屋整体工程结构的优化设计和房屋各个组成部分的优化设计。在这其中，房屋各个组成部分的优化设计包括很多方面，比如：相关基础结构方面的优化设计、相关细节结构方面的优化设计和房屋屋顶方面的优化设计等，对于这些方面的优化设计还包括很多更加细化的设计，如选型、布置、造价等方面。相关的设计工作者应当在满足房屋建造相关规定的前提下，充分考虑造价方面的因素来进行相关结构设计的优化。
二、房屋建筑结构优化设计的内容
一般，结构设计工作主要依据建筑设计的要求，运用合理的设计理念及方法来确定合适的结构形式、布置和具体的构件设计尺寸。对常见的钢筋混凝土房屋建筑结构体系进行优化时，可以从结构整体的布局和具体构件两方面的因素来考虑。影响整体结构布局的因素包括了建筑物的柱网尺寸、体型特征以及抗侧力构件的位置等，具体构件的因素主要包括构件的截面、布置、钢筋强度及配筋构造等。综合考虑这两方面因素的影响是必须的，为了达到这一目标，对工程师们提出了更高的要求：即需要结构工程师对结构及构件受力特征有充分的把握，可以根据构件设计规范的深刻理解及合理经验，采用合理的优化方法来进行有效设计。三、房屋建筑结构优化设计的措施3.1 加强剪力墙的设计
剪力墙设计中的关键是连梁的设计。连梁刚度的增大定会使得结构的地震作用也相应增大，这样连梁和墙肢分配内力也会增大。此时必须要增大构件的配筋量，显然这一设计结果必将会造成材料的浪费。所以，在住宅结构设计时，优秀的设计师都不会运用大刚度的窗下墙作为连梁，而是将连梁设计成刚度、截面较小的弱连梁。同时，在满足结构刚度及变形要求的前提下，要从经济角度与变形、抗力等方面综合考虑，合理的布置抗侧力构件。显然，剪力墙的数量越多，结构抗侧力的刚度越大，相应的结构位移将会减小。但结构地震力也会随抗侧力刚度的增大而加大，对结构的造价控制产生不利影响。所以剪力墙要以周边均匀、分散、对称等原则进行合理布置，以规定的水平位移限值为准尽可能的减少剪力墙的数量。
3.2 注重细部优化
(1)在重视整体设计的同时，也应当加强结构局部构件的精细设计。如在现浇板的设计中尽可能的把异形板划分为矩形板，这样既可以达到合理受力的目的也避免了拐角裂缝的出现。
(2)随着计算机技术及结构优化设计理论的结合，基于计算仿真的优化设计思路已经在工程结构的设计中得到了广泛的应用。通过计算机分析软件建立优化设计的分析模型，运用高效的计算机优化计算方法，设立结构设计需要达到的目标要求来最终实现结构设计优化的目的。在具体的设计优化过程中，优化设计实际上已由一个工程问题转变成为了一个数学问题，在大型复杂的结构优化设计中，基于这一思想的结构优化设计方案拥有其他算法无可比拟的优势。因此，工程设计人员加强基于计算机技术的优化设计分析是非常有必要。3.3 加强设计中建筑结构形式的选用
(1) 加强砌体结构设计
作为承重构件及抗侧移构件的砖砌体，它的平面布置比较灵活，但不适合做跃层结构。避免受力较大的突兀结构形式，门窗开洞的宽度最好不要超过 2.1m，纵向墙体数量不应少于三道，这一措施可适当减少构造柱的配筋。
(2) 加强底部框架剪力墙的设计
底部框架剪力墙的结构由于竖向抗侧力构件是不连续的，使得设计中受力平衡易出现问题，因此对建筑平面的要求是比较严格的。承重墙要尽量放在框架梁上，如果出现了放在次梁上的墙体时要加大该主梁、次梁及框架梁的配筋，加大此处的楼板厚度。户型设计中尽量让大房间布置在临街面，厨房、卫生间等小房间布置在背面，这样可以方便临街面柱网的布置等。四、房屋结构设计优化技术在结构设计中的应用1、概念设计优化技术及建筑结构设计在当代建筑的设计中，概念设计是设计思想展示中的关键因素。作为设计人员，最重要的事就是在特定的空间内，利用整体的概念进行总体设计方案的确定。把建筑中构件与结构、结构与结构之间的关系进行一定的处理，想要将概念设计较好的完成，设计人员定要建立在丰富建筑经验的基础上。随着其经验的增长，作品也将变得越来越完美、新颖。在相同的设计方案中，建筑中的结构组成设计同样存在很多变化，即便是内部结构设计已经确定的建筑，它的分析方法也存在着很多不同，比如材料、设计参数、负荷等参数的取值就不尽相同。而上述这些问题并不完全可以通过计算机完成，需相关工作人员自己对其进行判断及处理。这些判断和处理都需要在按照一般规律的前提下，依据已有的工程经验得到最终的结果，这一过程就是上面所说的概念设计。2、概念设计处理的实际建筑设计问题勘察设计在工程中有着相当重要的作用，优秀的设计是创建优质工程的前提。优秀的结构工程师都会在每一项工程设计的开始阶段，依据经验及专业设计理论，在脑海中进行一个“优化”的过程。运用概念设计的方法，可以有效、迅速地对结构体系进行构思、选择，同时，这也是判断计算机内力分析输出的数据是否可靠的主要依据。概念设计是结构设计的核心及灵魂，它将会统领结构设计的整个过程，同时也贯穿着设计工程师的知识水平与设计水平。运用结构概念设计从整体上来把握结构的各项性能，这样才可以对计算分析结果进行科学的判断及合理的采用，保证工程师在设计中处于主导地位。
【结语】:总之，结构设计在当今房屋的建筑工程中是一项责任比较繁重的项目，其设计水平将直接影响着建筑物的适用性、经济性和安全性。房屋建筑结构的成本在工程项目中占有很大的比例，优质的结构设计不仅能够确保房屋使用的安全性，而且还可以减少建设的成本，进而获取最大的经济效益。这也就要求结构工程师需在每一个工程项目的设计中均可以做到不懈地追求最优最佳，不断地探求自然法则，要通过反思和比较，在经验的累积中不断提高自己的判断力及创新力。
参考文献：
篇6
建筑物设计是设计人员对其进行的美观设计和结构设计相互结合的结果，其中建筑结构的造价在建筑工程中占有较大的比例，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。竖向布置上，在满足功能要求的前提下，尽量使竖向承重构件上下贯通。利用结构设计优化技术，最大程度上有效的利用有限空间和有限资源，选择合理的建筑结构设计方案，实现实用度高，经济化，适用性好的目标。降低建筑工程的造价并取得最大经济效益。
一.房屋建筑结构设计优化理论分析
1.1房屋的结构设计，专业性较强，并且还有极强的系统化和理论化的特征。一般的而言设计人员在进行房屋结构设计之时，需要考虑多项指标，不仅需要对美学指标、建筑使用功能的价值指标进行分析，同时还需要结合设计的实际情况和经济指标。建筑的功能性价值，指的是能够为人们所提供的最为基础的使用价值，诸如保暖、遮风挡雨、抵御外界的温度变化等等，而建筑的美学性指标，则主要侧重于整个房屋建筑结构设计的美观性和外观的整体性，保证各个细节的搭配合理、房屋的设计形式协调大气，能够给人以美的享受。所以，对于设计人员而言，结构设计是一项非常复杂的工作。也正是在上述四项理念的指引之下，设计人员需要从众多的设计方案当中选取最为科学、最为合适的设计方案，实现设计的项目目标。
1.2房屋建筑的结构设计优化理论，主要的优化对象是房屋建筑的设计结构和设计的模式理念等，鼓励技术人员采用先进的设计工艺、科学的设计观念，保证最佳的设计效果。同时现代建筑的内部结构一般都很复杂，要想将各种复杂的部件有机的、完美的整合在一起，难度较高。具体一点来讲，建筑的结构设计优化方案需要将房屋的设计、房顶的设计、房屋细节部位的设计等等进行综合研究，同时需要很好的考虑到整个建筑结构的布局形式、整体设计的样式、建筑局部受力情况、价格指标等等，注重结构设计的社会效益、为企业带来的经济效益和对周边的环境效益。在保障了整体建筑结构稳定的前提基础之上，设计工作人员需要力求设计方案创新、大胆，设计思想超前，敢于在实践当中渗入的探索和改良，对基本的房屋结构设计优化方案进行不断的分析，结合其他工作人员的意见，不断的寻求设计上的突破。
1.3对于房屋建筑来讲，平面结构应当平整且简洁美观，可以很好的反映和体现出建筑的对称性，尽可能的减少房屋刚性结构标准以及房屋平面建设施工质量之间存在的差异，另外，还需要考虑到房屋建筑局部部位承受的力量，确保房屋可以在承受巨大压力之时不至于出现结构扭曲的情况。在充分的分析并且满足居住人员的基本要求基础上，设计者还应当对建筑的承重结构进行细致的设计，采用贯通竖直的设计形式来增强房屋在侧向以及竖向方向之上的承受能力。最后，还需要考虑到房屋建筑的材料要求，保证设计方案符合经济要求。
二.建筑结构设计要点分析
2.1 房屋的地基基础设计要点
对于房屋的地基与基础设计，必须以安全为设计过程中最重要的设计原则，必须根据地面定性调查数据，进行综合研究地质，土壤和地下水，以及其他因素的影响，全面提高基本类型和上部结构的设计，不要片面追求耐力容许值，让小的耐力容许值成为建筑行业广泛的标准。一般来说，施工前的设计过程中，设计部门应该看到比相关部门提供更多的详细的地质层住房建设的调查报告，并以此为设计的依据进行设计。
2.2结构体系的选择
随着技术标准的发展，更多的高层建筑结构体系已经超出了原来的框架和剪力墙结构，从框架、剪力墙、支撑框架剪力墙、框架―核心筒、筒中筒、梁管和混合结构等开始广泛的应用。在无尽的创新解决方案的挑战下，建筑师、结构工程师必须要摒弃按约定办事，大胆创新，但是前提就是要保证安全，柱、梁、板等组成框架的结构，主要应用的是构造柱布置灵活，获得的空间大，但是缺点为抗侧力刚度小，因此一般适用于商场、车站、停车场等公共场所； 在对框架的设计过程中，要注意避免大量使用单跨框架结构，以避免更多的短柱，还要考虑偏心影响梁、考虑地震对于楼梯的影响，剪力墙结构是使用内置建筑物做一些分离壁，其特征是由垂直分力隐藏在填充墙壁，剪力墙结构设计的双抗侧力体系，巨大的横向刚度，在水平荷载作用下整体表现为良好侧向变形小，这样的效果就可以建立一个高层建筑。剪断结构是典型的体系弯曲变形结构，在对剪力墙结构的设计中应控制高剪切的宽比不宜过小，以避免剪切破坏，刚度应该是在相似的两个方向上，同时剪力墙设计中应注意剪切孔布局要统一规则，紧凑排列成行。剪力墙的两种基本结构系统，主要由两个框架剪力墙结构、框架的融合衍生的筒―筒结构、框架―核心筒结构等组成，它们的结构侧向变形的性能被优化，增加了结构的刚性，从而提高结构的性能，可以抵御强度大些的地震灾害。随着越来越多创新的建筑风格，建筑布局和建设材料科学不断创新、不断发展，房屋建筑结构的结构体系也会越来越多。
2.3房屋建筑楼板的设计要点
在房屋建筑设计中的楼板设计，不能简单的以单向板的作用来进行计算，要考虑到连续板的作用，如果按照单向板来计算，就会造成计算出的结果和实际的情况不符，导致设计的楼板在实际的使用过程中出现裂缝。接着就是对于楼板的双向板的计算问题，由于泊松比的影响，如果不对跨中弯矩进行精确的调整，就会导致计算结果出现误差。因此，在对双向板跨中弯矩钢筋的铺设的方案设计中，要尽量采用纵横叠放，将那些跨度短的钢筋放于最低端，长的放在上面，要将两个方向的有效长度考虑进去，这样才能避免出现漏算、少算荷载量等情况的发生，保证房屋建筑设计的科学、合理、安全。
2.4选择最优程序及统计分析
设计者在完成了上述模拟设计的工作之后，需要根据实际条件选择最佳的计算方式，选择最优设计程序，力求保证程序可以有最为齐全的用途、最为完善的功能、最为高效的运转效率等。最后，则需要对上述分析的结论进行统计和研究，认真的衡量、慎重的比对，从不同的角度思考问题，不可忽视人事利益、经济利益、施工材料成本以及各个施工技术之间的联系，站在综合平衡的角度之上，在节省了成本的同时，不可以忽视技术的改进，避免片面的追求经济效益，而忽视了技术创新方面的各项工作。
3 结语
综上所述，房屋建筑结构设计是一个系统的工作、要全面进行考虑的工程，对于建筑设计的成功、建筑使用的安全意义重大，我们设计人员一定要做到对于房屋建筑的设计规范、合理、科学，保证建筑结构设计的安全，保证工程的质量，这样才能保证人们的安全。
篇7
一、 建筑结构设计优化方法
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。
2、结构设计优化方法的实践价值笔者认为，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，采用设计优化技术可以使建筑工程造价降低5％～30％。优化技术的实现，可以最合理的利用材料的性能，使建筑结构内部各单元得到最好的协调，并具有建筑规范所规定的安全度。同时，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。
二、民用建筑结构设计与经济性的关系
1、结构设计与用地的关系多层或高层住宅建筑中，总建筑面积是各层建筑面积的总和，层数越多，单位建筑面积所分摊的房屋占地面积就越少。但随着建筑层数的增加，房屋的总高度也增加，房屋之间的间距也必须增大。因此，用地的节约量并不随建筑层数的增加而按同一比例递增。
2、 结构设计与造价的关系建筑层数对单位建筑面积造价有直接影响，但影响程度对各分部结构却是不同的。屋盖部分，不管层数多少，都共用一个屋盖，并不因层数增加而使屋盖的投资增加。因此，屋盖部分的单位面积造价随层数增加而明显下降。基础部分，各层共用基础，随着层数增加，基础结构的荷载加大，必须加大基础的承载力，虽然基础部分的单位面积造价随层数增加而有所降低，但不如屋盖那样显著。承重结构，如墙、柱、梁等，随层数增加而要增强承载能力和抗震能力，这些分部结构的单位建筑造价将有所提高。
3、高层住宅结构设计与经济性的关系住宅的层高直接影响住宅的造价，因为层高增加，墙体面积和柱体积增加，并增加结构的自重，会增加基础和柱的承载力，并使水卫和电气的管线加长。降低层高，可节省材料、节约能源，有利于抗震，节省造价。同时，除降低层高可以减少住宅建筑总高度，缩小建筑之间的日照距离，所以降低层高能也取得节约用地的效果。
在相同建筑面积时，住宅建筑平面形状不同，住宅的外墙周长系数也不相同。显然平面形状越接近方形或圆形，外墙周长系数越小，外墙砌体、基础、内外表面装修等也随之减少，并且受力性能好，造价会降低。考虑到住宅的使用功能和方便性，通常单体住宅建筑的平面形状多为矩形。
三、结构设计优化技术在建筑结构设计中的应用
1、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。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。
2、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。
四、小结
建筑是凝固的艺术，建筑师总是希望通过建筑物表达自己的设计意图，力求艺术性和实用性的完美结合。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。竖向布置上，在满足功能要求的前提下，尽量使竖向承重构件上下贯通；能不使用转换层的就应避免使用，以减小结构分析和设计上的困难，另外也不经济，还容易造成应力集中；竖向刚度最好不要突变，而要渐变，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。
参考文献：
[1]张炳华.土建结构优化设计[M].上海：同济大学出版社，2008：34-36.
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引言
国内外学者在构件优化方面已经进行过很多的研究工作,但到目前为止仍没有一个满足各种结构设计规范条件,符合设计人员习惯,尽可能接近最优解,能够适用于高层建筑结构设计的成熟的数学模型。尽管如此,但有一个观点还是比较明确的,也是大多数学者所赞同的,那就是:当结构的各个构件的内力都达到最大承载力时,即可认为结构是最优的。当然,要想各个构件都能如愿的在同一时间发挥出所有潜能是很困难的,往往现实设计中是不可能办到的。但是,设计者可以以此为目标来优化设计,让设计尽可能的接近最优解,从而达到降低造价的最终目的。
1.工程实例
1.1工程概况
某商住楼,剪力墙结构,6度设防,修正后的基本风压为0.4kN/m2；地下1层,地上32层,嵌固端可取地下室顶板处；地下室层高为3.9m,首层层高为7.1m,2层层高为3.6m,其余各层层高均为2.9m,优化前的住宅标准层平面布置图。
1.2问题的提出和优化方法
1.2.1一般地,l/Bmax=7100/18900=0.376>0.35,规则性判断为平面不规则类型中的凹凸不规则,同时经初步计算,在尽可能加长墙肢的情况下,即使首层墙厚取400mm,亦无法满足侧向刚度比的要求,竖向不规则类型判断为侧向刚度不规则。显然,本工程已有两项超出规则性的要求,需按《建筑抗震设计规范》GB50011-2010中第3.4.4条的要求进行水平地震作用计算和内力调整,并应对薄弱部位采取有效的抗震构造措施。根据以往的经验,若不优化平面形状,盲目采取加强措施,必然要付出沉重的经济代价,甚至会对“控制成本,降低造价”造成致命的打击。由于在建筑平面的中部增加部分楼板对建筑功能的使用和立面的影响较小,经多方协商,发展商同意修改,修改后的平面布置。但对首层商业区降低层高的建议因牵连过多,最后决定维持不变。
1.2.2分析建筑图的剪力墙布置,核心筒位置的墙体布置似乎偏多,刚度偏大。经建模初算,其部分计算数据如表1所示。由表中数据分析可知,结构平面布置中的核心筒处,其剪力墙数量有消减的余地。适当消弱结构中部的刚度,除了对控制结构扭转效应有利外,更直接的效果就是降低造价。假设所有墙厚均为200mm,仅削去核心筒处的部分墙体,就可减少混凝土用量:0.96× (3.9+7.1+3.6+30× 2.9)≈ 124.2m3以及扣除原有墙体内的大量钢筋,其经济性是十分可观的。另外,本工程为高层建筑,核心筒以外的其它墙肢,其长度可每隔5～7层缩短一次,但应检查控制值(如位移比、轴压比等)是否满足规范要求和确保墙肢长度大于墙厚的8倍,避免墙体演变为短肢剪力墙。
1.23板中受力钢筋不同强度等级的使用比较。本工程大部分板块的板跨都不大,计算后发现基本为构造配筋,即由最小配筋率控制,而最小配筋率与钢筋强度等级直接相关。本工程标准层的梁板砼强度等级采用C25,对比如下:
一级钢:ρmin=max{0.2%,0.45ft/fy}
=0.27%
三级钢:ρmin=max{0.2%,0.45ft/fy}
=0.20%
2.总结优化方法和途径
2.1形状优化比尺寸优化更有意义在高层建筑的一个独立结构单元内,宜使结构平面形状简单、规则,刚度和承载力分布均匀,平面长度不宜过长,突出部分长度不宜过大；L、l等值宜满足要求；高层建筑的竖向体型宜规则、均匀,避免有过大的外挑和内收,结构的侧向刚度宜下大上小,逐渐均匀变化,不应采用竖向布置严重不规则的结构。相信大部分的结构工程师都曾遇过类似情况:当一幢高层建筑的结构平面布置和竖向布置简单、规则、均匀,那么其各项指标的校核验算会很容易满足规范的要求,反之,则需花一番苦功才能令各项指标勉强满足规范要求。结果可能是墙柱截面尺寸大得惊人,单位面积重量严重超标,不仅造价上去了,而且还影响部分建筑功能的使用。笔者认为,结构设计人员一定要注重概念设计,在建筑方案阶段就应
积极介入,运用自己的专业知识提出建议,在满足美观、适用的前提下,尽可能使建筑结构的平面布置和竖向布置简单、规则和均匀。这样一来,结构体系就会具有合理的刚度和承载力分布,避免因局部削弱或突变形成薄弱部位,产生过大的应力集中或塑性变形集中。只有这样,到扩初设计和施工图设计阶段的截面尺寸优化才会有实质性的意义。
2.2剪力墙的平面布置主要应注意以下几点:
(1)在结构平面布置中,在满足建筑功能的基础上,剪力墙宜沿周边均匀、相对集中布置。在建筑物的楼梯间、电梯间、平面形状变化及恒载较大的部位宜布置剪力墙,其间距不宜过大。(2)剪力墙结构中,剪力墙宜沿主轴方向或其他方向双向布置,抗震设计的剪力墙结构,应避免仅单向有墙的结构布置形式。(3)剪力墙墙肢截面宜简单、规则,剪力墙结构的侧向刚度不宜过大。(4)设计中应注意尽量减少短肢剪力墙的数量,不应采用全部为短肢剪力墙的剪力墙结构。
3.建筑结构优化设计的对策分析
3.1建筑结构概念设计的优化设计目标分析
每项建筑结构的设计都受到了多项客观目标的影响，而且这些目标往往以降低其他目标的要求为代价。而建筑结构概念设计的优化，首当其冲就要考虑一种最为合理的方案，使这些相互矛盾的客观目标之间达到一定的平衡。
3.2建筑结构选型分析
第一建筑结构体系选型与建筑施工的关系
高层建筑施工工艺的不同,不仅会影响到材料消耗、劳动力、工期及造价等技术经济指标,而且也会影响到建筑结构的受力状态,抗震性能等。所以在高层建筑结构体系选型时就要对施工工艺连同其它因素加以权衡,综合考虑。现浇钢筋混凝土高层建筑结构的造价主要包括材料、模板及施工三部分。
第二建筑结构抗震体系选定的原则
(1)具有明确的计算简图和合理的地震力传递路线;(2)具备多道抗震防线,不会因部分结构或构件失效,而导致整个体系丧失抗侧力或承受重力荷载的能力;(3)具有必要的承载力、良好的延性和较多的耗能潜力,从而使结构体系遭遇地震时具有足够的防倒塌能力;(4)沿水平和竖向结构的刚度和强度分布均匀,或按需要合理分布,避免出现局部削弱或突变,形成薄弱环节,从而防止地震时出现过大的应力集中或塑性变形集中的危险。
3.3 建筑中混凝土结构优化分析
确保建筑结构设计优化在高层建筑的一个独立结构单元内,宜使结构平面形状简单、规则,刚度和承载力分布均匀,平面长度不宜过长,突出部分长度不宜过大;高层建筑的竖向体型宜规则、均匀,避免有过大的外挑和内收,结构的侧向刚度宜下大上小,逐渐均匀变化,不应采用竖向布置严重不规则的结构。
3.4 高层建筑结构经济性分析
建筑结构经济性包含非常广泛的内容。例如传统中只强调改进建筑材料保温性、改善建筑体形系数、提高建筑材料的气密性等一系列节能降耗措施,现在建筑随着形势的发展,人们对居住环境不仅从结构性出发,更要在建筑结构的经济性角度考虑,如空间组织、技术组织、结构设置、能源与资源利用,以及建筑循环再利用等方面全面地确立经济性的原则、方法。
3.5 高层建筑结构设计优化方法的理论分析
在从事工程项目和结构的设计时,除了要考虑设计对象的基本使用功能及安全可靠性外。还应该考虑到把它设计对象设计得尽可能完美。这就是工程和结构的最优化问题。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。
4.结语
根据自己多年的设计经验并结合工程实例对高层建筑混凝土结构的优化设计提出的见解。优化设计,关键是要有整体和局部的概念,要从整体入手,落实到局部,整体和局部“两手抓”
参考文献：
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Key words: high-rise building; structure design; reinforced concrete; performance
中图分类号：TB482.2文献标识码：文章编号：
1高层住宅结构设计总体指标控制
计算判断结构抗震是否可行的主要依据是在风荷载和地震作用下水平位移的限值；地震作用下，结构的振型曲线，自振周期以及风荷载和地震作用下建筑物底部剪力和总弯矩是否在合理范围中。总体指标对建筑物的总体判别十分有用。譬如说若刚度太大，周期太短，导致地震效应增大，造成不必要的材料浪费；但刚度太小，结构变形太大，影响建筑物的使用。当然建议对于顶层构件可不考虑在内，否则很难满足上述指标。另外地震效应是与建筑物质量成正比,减轻房屋自重是提高结构抗震能力的有效措施.高层建筑中质量大了,不仅作用于结构上的地震剪力大,还由于地震作用倾覆力矩大,对竖向构件产生很大的附加轴力.因此,在小高层建筑房屋中,结构构件宜采用高强度材料,非结构构件和围护墙体应有用轻质材料。减轻房屋自重，既减小了竖向荷载作用下构件的内力，使构件截面变小，又可减小结构刚度与地震效应，不但能节省材料，降低造价，还能增加使用空间。
对于小高层住宅结构而言，在结构选型上应注意以下几点:
1.1结构的规则性
《抗规》、《高规》在这方面要求了相当多的限制条件，例如:平面规则性信息、竖向抗侧力、刚度变化宜均匀等，而且，《抗规》采用强制性条文明确规定“建筑不应采用严重不规则的设计方案。”因此，结构的规则性问题对整个结构设计是很重要的。
1.2上部结构嵌固端的设计
由于小高层住宅一般都带有一层或一层以上的地下室或人防，嵌固端有可能设置在地下室顶板，也有可能设置在人防顶板等位置，因此，我们在嵌固端楼板的设计、嵌固端上下层刚度比的限制、嵌固端上下层抗震等级的一致性等问题上都要认真考虑，不得忽视。
1.3短肢剪力墙的设计
由于目前的住宅内部空间以及美观的要求，以及建筑造价经济合理的要求，从而对结构体系的要求也随之提高，剪力墙结构(含部分短肢剪力墙)就是适应建筑要求而形成的特殊的剪力墙结构。剪力墙结构(含部分短肢剪力墙)能够较好地完成建筑要求，并且较为经济合理
2 性能分析
2.1 抗震性能分析
对结构体系来说足够的承载能力和变形能力是两个同时需要满足的条件。结合概念设计的理念，对上述两种结构体系进行对比分析，电算程序可以采用中国建筑科学研究院编制的结构空间有限元分析软件SATWE。在结构设计中，不仅要求结构具有足够的承载能力，还要求其有适当的刚度。高层结构的使用功能和安全与其侧移的大小密切相关，过大的侧向变形会使隔墙、维护墙及其饰面材料出现裂缝或损坏。结构分别按考虑5%的偶然偏心和双向地震力作用的不利情况计算出各结构体系层间位移角，剪力墙结构小于框剪结构，但均小于规范要求，且富裕量较大，说明两种结构体系满足刚度要求。但就使用性能方面，剪力墙结构由于墙体太多，结构自重大，导致了较大的地震作用，混凝土和钢材用量也较高;同时也增加了基础工程的投资，而且限制了建筑上的灵活使用。而框架――剪力墙结构的特点是平面使用灵活，适用性强，结构合理，能使框架、剪力墙两种有着不同变形性能的抗侧力结构很好地协同发挥作用。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。由框架构成自由灵活的使用空间，容易满足不同建筑功能的要求;同时剪力墙具有相当大的抗侧移刚度，从而使框一剪结构具有较好的抗震能力，也大大减少了结构的侧移。
2.2 经济性比较
我们通过对三种钢筋混凝土住宅结构直接费的计算，发现三种钢筋混凝土住宅结构单位面直接费相差不是很多，其中短肢剪力墙结构的单位面积直接费最大，框架――剪力墙结构的单位面积直接费最小，其中短肢剪力墙结构的单位面积直接费比框架――剪力墙结构的单位面积直接费高出12.5%，比大开间剪力墙结构的单位面积直接费高出7.3%，大开间剪力墙结构的单位面积直接费比框架――剪力墙结构的单位面积直接费高出4.9%。三种钢筋混凝土住宅结构的次要项目造价基本相同。单位面积造价框架――剪力墙结构的最小，大开间剪力墙结构的次之，短肢剪力墙结构的会稍微较大些，然而三种结构体系直接费最大相差不到45元/。
3小高层住宅钢筋混凝土结构设计的要点
3.1 水平荷载逐渐成为钢筋混凝土结构设计的控制因素
在低层住宅中，往往是以重力为代表的竖向荷载控制着钢筋混凝土结构设计;而在小高层住宅中，尽管竖向荷载仍对钢筋混凝土结构设计产生着重要影响，但水平荷载将成为控制因素。对某一特定建筑来说，竖向荷载大体上是定值;而作为水平荷载的风荷载和地震作用，其数值是随动力特性的不同而有较大幅度的变化。
3.2 轴向变形不容忽视
对于采用框架――剪力墙体系的小高层住宅，框架中柱的轴压应力往往大于边柱的轴压应力，这就使得中柱的轴向压缩变形大于边柱的轴向压缩变形。当房屋很高时，此种差异轴向变形将会达到很大的数值，其后果相当于连续梁中间支座产生沉陷，使连续梁中间支座处的负弯矩值减小，跨中正弯矩值和端支座负弯矩值增大。
3.3 侧移成为钢筋混凝土结构设计的控制指标
与低层住宅不同，结构侧移己成为小高层住宅钢筋混凝土结构设计的关键因素。随着房屋高度的增加，水平荷载下结构的侧移变形迅速增大，结构的顶点侧移一般与房屋高度H 的四次方成正比。在设计小高层住宅时，不仅要求结构具有足够的强度，而且还要有足够的抗侧移刚度，使结构在水平荷载下产生的侧移控制在一定的范围内。这是因为:
a.过大的侧移会使人不舒服，影响房屋的正常使用。
b.过大的侧移会使隔墙、围护墙以及它们的高级饰面材料出现裂缝或损坏，也会使电梯轨道变形而导致不能正常运行。
c.过大的侧移会因P -效应使结构产生附加内力，甚至因侧移与附加内力的恶性循环导致建筑物的倒塌。
3.4 结构延性是钢筋混凝土结构设计的重要指标
相对于低层住宅而言，小高层住宅更柔一些，地震作用下的变形就更大一些。为了使结构在进入塑性阶段后仍具有较强的变形能力，避免倒塌，特别需要在构造上采取恰当的措施，来保证结构具有足够的延性。
4小高层住宅钢筋混凝土结构设计策略
4.1 优化设计的方法
当前，在无成熟的优化设计分析软件的情况下，主要是应用小高层住宅结构分析软件，采用人工分析进行调整，运用概念设计的方法对不同的结构选型和布置不断的进行方案分析比较，以获得比较理想的结构方案，这是在结构设计中最常用的也是最简单的优选或者说是优化方法。用概念设计的方法所得的方案是较合理、经济的，虽其费工费时、对设计人员的素质要求较高，但这种依靠设计人员经验进行人工优化的方法仍是当前所普遍采用的主要方法。对于同一小高层住宅方案，可以有许多不同的结构(包括基础)布置方案;确定了结构布置的小高层住宅物，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、荷载的取值也不是唯一的;小高层住宅物细部的处理更是不尽相同等等，这些问题目前计算机是无法完全解决的，都需要设计人员自己做出判断。
5结语
总之，高层设计时，做好概念设计，根据房屋的建造地点，平立面体形，层数多少，在满足安全性、耐久性与舒适性要求的前提下采用合理的结构体系。在构件设计中精打细算，严格执行规范构造要求对于整个建筑物，保证安全，降低造价影响巨大，这也是我们在今后设计中不断提高及改进的。
参考文献
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一、预应力优化设计的分析
（一）对预应力超静定结构的受力分析
利用锚具和预应力筋对混凝土结构产生作用，被称为调整力系；利用设计荷载对结构产生作用，这种作用由结构的功能来决定，被称作为工作力系，而所说的调整力系和工作力系也是后张预应力混凝土受力的两种形式。作为其中的工作力系，对混凝土的结构会产生破坏，但调整力系则可以对工作力系之下的结构受力进行改善，使得通过人为的施加力得到自身内力的调整。有两个方面可以影响到预应力对结构的作用效果，也就是预应力筋的布束形式和张拉力形式。如结构中的控制断面的内力要同时被调整到所需的条件状态，就要在合理的预应力筋的布束形式下进行。假使预应力筋的布束形式不够合理，预应力筋的数量就会有所增加，其对结构控制断面的内力调整的效果也是有差异的。所以，预应力筋的曲线几何位置是要在常规中进行反复调整的，除此之外，因受到梁截面面积的大小限制，梁端的锚具布置就会出现障碍，此时，就要进行粱下的直线预应力筋的布置。当设计荷载设定以后，混凝土的工作力系值就固定了下来，加之结构的设计要求，结构的设计参数都被限制在一定的程度内，通过这样的设定，预应力的设计也就拥有了一个合理的调整力系，使得结构的各项内容的检验都能够符合规定的要求。
（二）对预应力设计变量的分析
极限状态以及承载能力的极限状态是预应力结构中配筋设计所要满足的规范和规定，并对此进行变形、抗裂、承载力、和应力的验算。在实际设计中，一般利用结构的高跨比对结构的变形进行主要的控制，预应力筋的配筋则对抗裂进行控制。如果出现承载力的要求不能被预应力筋量满足时，就要进行对非预应力钢筋的增配工作。所以，作为预应力的初步设计，预应力配筋则可受到结构抗裂性的要求进行控制。混合式的曲线与直线配筋和单独的曲线配筋是预应力设计中常用的两种布束方式，在初步设计中，预应力的沿力筋可视为不变，其损失也就不需要进行考虑。依据等效荷载法，结构所受的曲线预应力作用可以被视为调整力系的作用。
二、工程应用实例
（一）工程概况
位于杭州市的杭州大剧院是该市的一项重大工程，作为杭州市的标志性建筑，杭州大剧院的高度为46.4米，面积可达5万平方米，地上有十层，地下有四层，具备多功能厅、大厅、主舞台、左右舞台、后台、音乐厅等较多的附属结构。对于建筑结构尺寸和结构布置而言，其建筑设计的要求非常严格，杭州大剧院的结构非常复杂，直柱、剪力墙、曲柱、梁、板组成等超静定结构是它所采用的结构体系。为了满足大剧院使用功能对空间的要求，其建筑使用了预应力混凝土梁结构，并且跨度很大。其中，该建筑的大厅的预应力梁跨度为25米，设计荷载也是比较的大。上方预应力梁现浇和剪力墙是该剧院大厅所采用的结构，高位24米，侧墙长31米，厚度为500毫米。为了满足建筑管道的布置要求，沿墙长方向还设有7道竖向间隔缝，宽度为500毫米，墙体由此被分为8个薄壁墙肢。为使得结构的稳定性有所增强，其它结构体系还与前后剪力墙相连。由于设计荷载的作用，侧墙的薄壁墙肢所要承受的弯矩非常的大，使得处于受压的偏心状态。但因为剪力墙的梁高和厚度已有了规定的要求，因此预应力设计的关键则是预应力的梁体设计的抗裂性要求的满足方式，其还要能够使得剪力墙所承受的巨大弯矩有所减小，使预应力的钢束能够得到合理的配置。
（二）就大剧院的大厅预应力结构的优化设计而言，其实际结构是所建立的空间三维的计算模型的有限元软件ANSYS所建立的结构。计算表明，预应力设计被薄壁墙肢上端的弯矩所控制，为此，建筑的三个控制截面分别为薄壁墙肢上端、梁端截面以及梁的跨中截面。
结束语
总的来说，就建筑的复杂结构来说，设计方案和要求将预应力的配筋设计限制了起来，常规的简化方法并不能有效的对其问题进行解决，但在后张预应力的设计中，因为预应力能够得到良好的调整，因此，建筑的设计目标就更加的明确起来。作为预应力的初步设计，梁、墙刚度比会影响到预应力筋的布束，而布束位置在确定以后，又受到了设计荷载的影响，为此，通过优化设计与有限元计算的结合，才可以创建一个合理的预应力设计的方案来。
篇11
某水库是以发电、农业灌溉和城镇供水为主，兼有农村人畜饮水等功能的一项综合性水利工程，坝址以上集雨面积101.65km2，水库正常蓄水位1416.00m，死水位1376.50，设计洪水位1416.36，校核洪水位1418.32m，总库容1995×104m3，兴利库容1345×104m3，死库容425×104m3，最大坝高95m，坝顶高程1419.80m。工程等别Ⅲ等，工程规模为中等，其永久性建筑物大坝按2级设计，坝型为砼面板堆石坝，建设工期29个月。
2坝址地形地质条件
河流总体为向左岸（NW）凸出，流向为N60°E转E，下游侧转至N45°E；坝址段河谷为不对称或基本对称“V”字型谷，河床高程1322―1330m，坝址坝段长约480m。设计正常蓄水位1416.0m时，谷口宽约210m，宽高比约3；左、右岸山脊高程大于1515.00m。左岸坡地形零乱，为一约凸出的山脊地形，冲沟较发育；右岸地形相对单一，总体为一凸出的山脊地形。坝址区主要出露（P3l+d）砂岩、粉砂质页岩、砂质粘土岩及煤层；（T1f1）粉砂质、钙质泥岩、泥质粉砂岩及粘土岩；（T1f2-1）粉砂质泥岩、紫红色泥质粉砂岩、粉砂岩及砂岩、紫红色泥岩等；第四系残坡积层（Qel+dl）；冲洪积层（Qal+pl）；崩塌堆积（Qcol）。坝址区岩体较完整，岩层产状为N75°―85°W/SW∠60°―70°，坝址区未见较大的褶皱及断层等通过，区内主要发育4组裂隙。坝址区物理地质现象主要为崩塌堆积、采空塌陷及岩体风化：①崩塌体：主要分布于坝轴线上游侧两岸坡，左岸（3#崩塌体）估计方量约3万m3；右岸（4#崩塌体）估计方量约4.5万m3，成份主要为粘土夹块石，未见架空现象，堆积较密实；②采空塌陷：主要分布于下坝址下游左岸，地表已形成多个塌坑，房屋大部分已经开裂，局部已塌陷。③岩体风化：左岸强风化深9.00―20.00m；河床强风化深3.00―9.00m；右岸强风化深13.00―18.00m。坝址区为碎屑岩地层，地下水主要为基岩溶隙水，岩体透水性弱，属相对隔水层。两岸地下水补给河水。坝址区为三叠系下统飞仙关组第二段第一亚段（T1f2-1）粉砂质泥岩、泥岩、泥质粉砂岩、砂岩等，岩体呈互层状结构，岩层倾右岸略偏上游。根据试验物理力学指标：砂岩强度较高，岩块饱和抗压强度大于40MPa；泥质粉砂岩强度一般，岩块饱和抗压强度小于20―30MPa；粉砂质泥岩、泥岩强度较低，岩块饱和抗压强度小于20MPa，经过综合分析及工程类比法，坝基岩体承载力建议值：砂岩为2500―3500kPa；泥质粉砂岩为2000―2500kPa；粉砂质泥岩、泥岩为1000―1500kPa。由于坝基以软质岩及较软岩为主，刚性坝建基面应置于弱风化中下部岩体，但岩体物理力学指标较低，需重视坝基岩体压缩变形问题；柔性坝建基面可置于强风化岩体上，但上游侧趾板处在崩塌体上，开挖难度及开挖量较大[1，2]。根据地形地质条件分析，由于坝基以软质岩及较软岩为主，不宜于修建刚性坝，所以以面板堆石坝为代表坝型进行枢纽布置。
3混凝土面板堆石坝方案优化设计
面板堆石坝方案枢纽布置为：面板堆石坝+右岸溢洪道+右岸取水兼放空隧洞等。首部枢纽布置如图1所示。3.1面板堆石坝（1）坝体结构参数坝轴线方位NW51.290，坝顶长272.7m，宽6.5m，坝顶高程1419.8m，防浪墙高程1421.0m，建基面高程1321.00m，最大坝高98.6m。上游坝坡1：1.4，下游坝坡1：1.3，下游坝坡分别在1357m、1387m高程设置2m宽的马道。大坝坝体结构为：上游防渗面板+垫层区+过度区+主堆石区+下游堆石区+下游块石护坡+大块石护脚。砼面板堆石坝标准断面剖面，如图2所示。（2）坝顶设计根据《混凝土面板堆石坝设计规范》（SL228-2013），综合考虑坝高、交通及坝顶布置等要求[3]，并参照一般工程经验取坝顶宽度9.00m。坝顶上游设防浪墙，下游设栏杆，坝顶面做成单侧排水坡，坡度为1%。防浪墙采用L型钢筋混凝土结构，墙底高程1417.0m，高出正常蓄水位1.0m，墙高4.0m，与面板相接处设伸缩缝及相应止水。（3）混凝土面板面板厚度：按控制水力梯度小于200，便于钢筋及止水布置时的较小厚度设计，采用由顶部向底部逐渐增厚的形式，顶部厚度0.30m。垂直缝间距为12m面板混凝土强度等级采用C25、二级配；抗渗等级W12；抗冻等级F100；水泥为525#普通硅酸盐水泥；掺用符合标准的粉煤灰[4]。根据规范要求，面板为单层双向配筋，纵向配筋率0.4%，横向配筋率0.4%，周边缝及受压伸缩缝附近面板内，布置加强筋。（4）趾板趾板建基面宜置于坚硬的基岩上，厚度0.8m。趾板建基面为弱风化上部或强风化下部，弱风化岩体允许水力梯度为10―20，强风化岩体允许水力梯度为5―10。（5）坝体分区坝体自上游至下游依次分为石碴盖重区（1B）、粘土铺盖区（1A），混凝土面板（F）、垫层区（2A）、周边缝下特殊垫层区（2B）、过渡层区（3A）、主堆石区（3B）、次堆石区（3C）、大块石护脚（3F）及下游块石护坡区（3D）。垫层区采用上、下等宽布置，其水平宽度取3.00m。过渡区上、下等宽布置，其水平宽度采用3.00m。主、次堆石区在上、下游方向以坝轴线下游3.00m处高程1407.00m的点为起点、1:0.4倾向下游坡线为分界线，上游为主堆石区3B，下游为次堆石区3C；下游最高水位为1331.17m，留有余地，以1332.00m高程作为湿润和干燥区的分界线。在竖直方向1332.00m高程以上为次堆石区3C，以下为堆石排水区3F。下游坡面设水平宽度为0.6m的大块石护坡。在1355.00m高程以下的面板上游，设顶部宽度为2.00m，坡度为1:1.6的铺盖区；铺盖区上游设顶宽4.00m、坡度为1:2的土石盖重区。（5）分缝及止水周边缝为面板与趾板间的分缝，采用三道止水。顶部止水由缝口Φ70mm橡胶棒、柔性填料和橡胶波形止水带覆盖组成；中部止水为“Ω”型紫铜片，布置在周边缝中央偏表部；底部止水采用“F”型紫铜片。由于面板垂直缝的张、压特性事先不能准确预计，从保证止水系统完整性出发，止水结构设计均按张性缝处理[5]。面板垂直缝采用两道止水，底部设“W”型紫铜片止水；顶部止水由Φ40mm橡胶棒、柔性填料和橡胶波形止水带覆盖组成。防浪墙与面板间水平缝，设顶、底两道止水，底部采用“W”型紫铜片止水，顶部与面板顶部止水相同。每12.0m设一条沉降缝。缝内设一道紫铜片止水，止水带与防浪墙底部的止水铜片相接。3.2溢洪道溢洪道采用岸坡式开敞式溢洪道，紧邻右坝肩布置，由引渠段、控制段、泄槽段和消力池段组成。引渠段主要是将库水平顺地引入控制闸，引渠底板高程1407.00m，轴线长98.848m，引渠底板厚200mm。闸室控制段基础置于新鲜的砂质泥岩上，闸室采用3孔布置，溢流净宽16.00m，中墩厚2m，边墩厚度2.0m，总宽24.00m；闸室沿水流向长18.249m（桩号溢0+000.000―溢0+018.249），闸室顶高程与大坝坝顶齐平，上部设启闭机室及交通桥；闸室底部及两侧灌浆帷幕与坝肩及右岸山体连接。泄槽底坡根据泄槽内水流平稳、水面线平顺的原则，并结合地形尽可能减少开挖和回填工程量等要求研究形成缓坡、陡坡结合的型式。桩号溢0+018.249―溢0+032.520段为侧收缩段，坡降i=0.0167，收缩段首端宽22m，尾端宽16m，侧墙采用C20钢筋砼厚2m，底板采用C30钢筋砼厚0.5m；收缩段后接缓坡段（桩号溢0+032.520―溢0+046.792），底坡i=0.0167，长14.274m；缓坡后接一北盘江段抛物线（桩号溢0+046.792―溢0+075.843），抛物线方程为：y=0.017x+0.012x?，长31.414m；抛物线后接陡坡段（桩号溢0+075.843―溢0+124.450），底坡i=0.714，长约59.733m；陡坡段后接圆弧段（桩号溢0+124.450―溢0+136.380），圆弧半径R=10m，长14m，圆弧段后再接陡槽段（桩号溢0+136.380―溢0+199.610），底坡i=0.714，长约71.310m。泄槽段为矩形横断面，宽度16米，混凝土底板衬砌厚0.5m，侧墙高3.34m，厚1m。泄槽段总长度约205m。泄槽后设置消力池，消力池长34.983m，宽16m，底板高程1319.60m，泄槽与消力池采用反弧段连接，反弧半径R1=6m。3.3取水兼放空工程根据大坝枢纽布置情况，结合地形地质条件及面板堆石坝相关特性，从方便施工，节约工程投资等多方面考虑，取水方式采用取水放空工程与施工导流工程三洞合一，进口段采用龙抬头方式。取水兼放空隧洞进口底板高程为1360.25m，高于淤沙高程1359.00m。进口塔架段长8.85m，宽6.5m，顶部高程与大坝坝顶高程相同，为1419.8m。进口塔架上布置启闭机室及交通桥。根据进口段的地形条件，在1419.8m高程布置交通道路，与右岸坡公路相连接。取水口进口为三面收缩的喇叭型，并设置固定式拦污栅，孔口尺寸为2.0×1.5m（宽×高）；拦污栅后设置1扇检修闸门，孔口尺寸为1.5×1.5m；闸门后为渐变段，长3.0m，后接φ1500厚度为14mm的压力钢管，引水至大坝下游。取水兼放空管龙抬头段（管0+000.000―0+051.773）采用埋管型式，管外回填C20砼厚0.6m，龙抬头段与导流洞交接段采用C15砼回填，回填段长20m；钢管与防渗帷幕线交接段采用31m长的C20砼堵头封堵。取水兼放空隧洞出口依次设置闸阀和六声道超声波流量计，闸阀内径1.5m，用于控制流量。钢管在导流洞出口分岔，支管管径均为1.0m，分别用于输水和放空。
4基础处理优化设计
4.1坝基开挖坝址河段河谷狭窄，河谷两岸及河床出露地层为T1yn1-3，上部岩性以灰色薄至厚层灰岩为主，夹灰至灰绿色薄至中厚层泥质灰岩、薄层泥灰岩，下部为极薄层泥灰岩夹薄至中厚层灰岩条带，岩石强度较高，属中硬岩-硬质岩类。岩体呈层状结构，弱风化至新鲜岩体结构面中等发育（多闭合），无贯穿性结构面，岩体较完整，强度较高，抗滑、抗变形性能力较强；强风化岩体卸荷带较发育，岩体完整性相对较差，抗滑、抗变形性能力受结构面和岩块间嵌合能力控制。坝址岩层产状为N70°―85°W/SW∠55°―∠60°，总体倾向上游偏右岸，坝址区未见大的地质构造形迹，主要以小规模层间错动带、挤压破碎带为主，局部有小规模绕曲现象。根据坝址地质情况，河床段大坝建基面置于弱风化下部，接近坝顶高程的拱圈建基面置于弱风化中、上部，接近河床的拱圈建基面至于弱风化底部或微风化上部。由于左坝肩下游有崩塌堆积体（已清除），因此，适当加深了左拱圈的嵌深。大坝开挖深度除考虑地质因素外，还需满足坝基（肩）抗滑稳定要求，平均法向嵌深16.0―24.0m。开挖边坡基岩按1：0.3边坡开挖，河床沙砾石按1：1边坡开挖。由于两岸坡地形较陡，为防止沿基础接触面渗漏，并增强表层固结灌浆效果，大坝左右两岸建基面作接触灌浆处理[6]。坝基（肩）开挖后，由于左岸岸坡较陡，在大坝左、右坝肩形成10.0―15.0m高的开挖边坡，为保证施工期及运行期边坡稳定，对该边坡采取的主要措施是“Φ25系统锚杆+C20喷混凝土+Φ8钢筋网（双层）”支护，锚杆间距3.0m，深入岩层长度3―5.0m，呈梅花型布置。4.2固结灌浆大坝基础开挖过程中，爆破震动可能使岩体松动，并存在部分裂隙向坝基岩体内延伸发展的可能性，从而降低其承载力。因此，为保证坝基岩体的完整性，提高基础承载能力，需对大坝基础作固结灌浆处理。固结灌浆孔布置于整个坝基面，沿坝底宽度方向按7排呈梅花形布置，排距3.0m，沿坝基面纵向孔距3.0m，除上游面三排孔深15m外，其余孔深8m，灌浆压力0.3―0.5MPa。4.3防渗帷幕坝址区为T1yn1-3地层，岩层总体倾向上游偏右岸，两岸坡岩体为弱岩溶含水层，主要为基岩裂隙水。岸坡及河床强至弱风化岩体裂隙较发育，渗漏型式主要为库首绕坝裂隙性渗漏和岸坡层间渗漏，拟采用帷幕灌浆解决渗漏问题，降低坝基渗透压力，保证坝肩稳定。由于坝址区为弱岩溶发育区，可能存在岩溶管道水，防渗边界考虑接上游T1yn2及下游T1f2碎屑岩地层，根据最短布置原则，左岸边界接T1f2，右岸边界接T1yn2，同时下限满足帷幕端点进入地下水位以下10―15m为宜；河床坝段防渗帷幕下限深入建基面以下0.3―0.7倍坝高，同时保证透水率小于3Lu。防渗帷幕采用单排孔，孔距为3m，左、右岸帷幕端点为地下水位与正常蓄水位的交点，防渗下限深入地下水水位线以下15m。坝基帷幕灌浆施工按1347.0m高程以下在灌浆廊道中进行，1347.0m高程以上从坝顶钻孔进行，分层实施，帷幕灌浆最大孔深81m。两岸的防渗帷幕主要为露天灌浆，灌浆压力按孔口段1.5倍水头，孔底段2倍水头控制。
篇12
Abstract: with the development of economy, improve the people's living standard, the building structure design of building structure in the design optimization is one of the effective ways of China's construction enterprises to achieve sustainable development. The paper discussed the optimization design of building structure design of building structure.
Keywords: building structure design; structure design; optimization
1.建筑结构设计优化概述
由于建筑工程所涉及到的内容非常丰富，建筑结构设计优化所包含的内容页比较丰富，从总体上来看，建筑结构设计的优化工作包括对房屋总体结构和分部结构优化两个大的内容，其中，在房屋建筑结构设计中的建主结构优化设计主要包括以下几个方面的具体内容，第一，房屋基本结构优化内容。第二，房屋顶部结构的优化。第三，房屋的维护结构、总体结构、细节结构等内容的优化设计。第四，要以房屋建筑的基本功能要求和舒适性要求为基础，对房屋建筑结构的造价进行控制，也就是要对“房屋的造价进行最优化设计”。
之所以对建筑结构设计进行优化是因为优化设计能够实现对有限的空间和资源进行充分利用，提高各种设备和材料的使用效率，尽量使优化结构下所建筑的房屋能够实现安全、可靠、经济、美观。相关研究统计数据显示，建筑结构的优化设计与传统设计相比能够节省5%～33%的工程造价，因此，在房屋建筑结构设计中要积极应用建筑结构优化设计技术，以推动建筑工程企业的常远发展，实现资源的充分利用。
2.常用的房屋建筑结构设计优化技术
常用的建筑结构设计优化技术有很多种，不同的优化技术产生的实际建筑结构设计效果也是不同的，而由于各种优化技术都具有自身的特征，对建筑工程的要求也不同，因此，在与房屋建筑结构相结合时就需要对房屋建筑工程的实际状况进行分析，而基本优化技术的应用分为以下两种。
2.1概念设计在房屋结构设计中的应用
概念设计技术指的是“设计人员根据设计的一般规律和实践经验，对房屋建筑结构设计的多种方案进行分析并优化选择方案的过程”。概念设计技术在房屋结构中主要应用在房屋结构布置、房屋结构的细节处理、荷载量的确定、参数选择等部分的设计中，在进行概念设计过程中设计人员要对房屋施工方案进行综合分析，从中选择出最佳的施工方案。
2.2概念设计在建筑设计中的应用
概念设计在房屋的建筑设计中进行应用主要目的在于提高房屋的抗震能力，应用在房屋的抗震性设计当中，如果房屋抗震性能差，在发生地震时则会造成重大的损失，因此，房屋建筑设计中的抗震优化设计就显得尤为重要。然而发生地震的随意性是非常大的，不同地区的地震等级、破坏能力等都是不同的，这就给房屋建筑设计中的抗震设计提出了更高的要求，相关数据的计算难度也非常大。概念设计是“综合考虑决定抗震性能的各种因素和造价因素，选择抗震性和经济性最强的方案。”因此，在房屋建筑设计中的概念设计优化技术的应用能够大大提高房屋建筑的抗震能力。概念设计优化技术在房屋结构设计中所应用的主要思想是“小震不坏、中震可修、大震不倒”，其实这种思想也是多途径设防的思想，多途径设防思想是指“在发生大地震时，先破坏房屋次要的结构，消耗地震能量，尽量保证房屋的主体结构不遭到破坏。”
3.房屋结构设计中的建筑结构设计优化策略
房屋结构设计中的建筑结构设计优化策略是需要从不同的角度和方向来进行的，比如可以从节能环保角度进行优化设计、从信息化自动化角度进行优化设计等等，具体而言房屋建筑结构设计优化策略大致有以下几点。
3.1优化选择房屋建筑结构类型
不同的形式的房屋建筑结构类型是会产生不同的造价管理模式的，而在建筑结构设计中常用的结构类型有如下几种，第一，剪力墙结构类型。该类型主要应用于高层房屋建筑中，所依托的基础为混凝土结构施工技术，该种优化结构类型同“短肢剪力墙”结构类型相比就有抗震性能强、钢筋材料使用数量较少等特征。第二，框架结构类型。这种类型主要优点在于开间大、灵活布局、造价较低等优点，但是该结构类型也具有一定的缺点，柱的截面面积比较大，抗震能力相对较薄弱。第三，“框架—剪力墙”结构类型。这种类型的结构是对剪力墙和框架两种结构的优化组合，其能够综合以上两种结构类型的优点，结构布置比较合理，实际应用能力也比较强，该结构的最突出特点就是抗侧力能力比较强。
综上所述的三种房屋结构类型，无论是哪种都会有优点和缺点，在进行结构类型选择过程中一定要从建筑质量和建筑成本两个角度出发优化选择，对于建筑质量一定要符合业主和相关标准的要求，而对于建筑成本控制来说，要对房屋建筑工程的投资水平和施工单位的实际施工能力等进行分析和选择，最好是实现利益均衡。
3.2积极应用信息优化技术
在房屋建筑结构设计中存在的变量比较多，房屋建筑结构的优化造成了一定的障碍，因此考虑到房屋建筑结构中存在的各种复杂因素，在优化设计中就应该积极应用先进的信息技术，比如应用一些参数定义软件，这样就能够有效的减少房屋建筑结构优化设计中设计者的工作量，提高工作质量和工作效率。
3.3节能结构设计的优化
节能结构设计的优化是需要以绿色建筑理念为基础，并积极应用设计学中的方法。首先，优化布局和表面形状。布局就是指建筑的主要朝向，受到我国气候条件的影响，为了保证房屋的阳光照射量的通风良好，房屋的朝向尽量要朝南。表面形状的优化就是要保证所设计的房屋建筑外表面积不要接受冷风的直接朝向，这样就能够减少热能的消耗，起到节能效果。其次，维护结构设计。维护结构主要指的就是门窗和屋顶，对于门窗而言，在房屋朝南的方向所设置的门窗要尽量要大和多，这样能够最大限度吸收阳光辐射，朝向北的就要减少门窗，防止热量的流失，材料也要选择保温效果好的。屋顶的设计可以采用架空的方式或者是铺设循环水管，夏天降温冬天保暖。
4.结语
从以上的分析中我们看到了房屋建筑中结构设计的优化是需要综合进行的，虽然本文简单的提出了三点优化策略，但是在实际应用中，不同的房屋建筑工程特征所要求的优化方式也是不同的，还需要设计人员在优化设计之前对房屋建筑工程实际状况进行深入了解。
参考文献
[1]翁维素.运用系统思想，优化工程结构设计，实现节约目标[J].河北建筑工程学院学报.2008（03）.
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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：
