發(fā)布時間：2023-06-27 16:02:05
序言：寫作是分享個人見解和探索未知領域的橋梁，我們?yōu)槟x了8篇的結構優(yōu)化方法樣本，期待這些樣本能夠為您提供豐富的參考和啟發(fā)，請盡情閱讀。
關鍵字：房屋；結構設計；優(yōu)化技術
引言
目前，隨著社會經濟水平的不斷提高，土地價格也在不斷上漲。同時，人民對住房條件的需求也在不斷上升，因此，對開發(fā)商帶來的壓力也在不斷加大。為了實現房屋建筑經濟效益的最大化，就需要采用結構優(yōu)化技術，在有限的空間內實現資源的最大利用。房屋結構優(yōu)化設計是指，采取科學合理的設計理念和技術方法來設計房屋結構，以最小的工程報價來最大化整體的建筑收益，提高房屋的質量水平，使得企業(yè)也獲得較高的利潤等。
一、我國目前房屋結構設計現狀以及實施優(yōu)化設計的原因
隨著我國經濟的飛速發(fā)展，人民生活水平的不斷提高，對住房建設要求也越來越高。同時，根據我國目前的基本國情，人口數量日益增長，住房面積需求量不斷加大。因此，我國現階段住房建設主要以高層為主。房屋的結構設計優(yōu)化不僅能夠滿足當今大眾的需求，更能為投資者減少建筑成本。
房屋建設結構優(yōu)化必須以建筑的安全性為首要原則，然后再進一步分析建筑方案，配合科學合理的設計理念，從而有效控制建筑工程造價，實現經濟效益的最大化。根據近些年的數據資料顯示，優(yōu)化建筑結構設計可以為整項建筑工程節(jié)省30%-50%的費用。但是，在實際的設計過程中，方案設計受自然因素的影響很大，很難發(fā)揮出其本身的優(yōu)越性。例如，工程設計階段，施工方過多的縮短建筑設計時間，從而使設計效果達不到理想的要求，在縮短工程工期的同時也降低了工程設計質量；建筑設計時，設計人員的經驗不足，專業(yè)知識不完備，對一些設計軟件掌握的不夠精通；一些設計者在設計建筑時過度的關注部分結構而忽視了整體方案等等，這些因素都會導致建筑結構設計的不夠優(yōu)化。因此，房屋建筑設計者必須科學合理的分析整體建筑方案，并設計出最優(yōu)的結構，才能實現經濟利益的最大化。
二、房屋結構設計優(yōu)化主要體現在哪些方面
房屋結構設計優(yōu)化主要是采取合適的方法以及科學的設計理念來最大化的達到房屋設計標準，如：房屋結構的合理布局、構件大小、結構框架等。鋼筋混凝土結構的優(yōu)化設計的基本理念是將建筑的具體部件以及整體布局進行分析，而頂柱、體形、層高以及拉力構件等等都會影響建筑物的整體布局。建筑構件的布局、強度等級以及配筋構造都是建筑物具體構件的體現。綜合以上因素，建筑方案結構需要專業(yè)知識豐富且熟知設計規(guī)范的工程技術人員設計，而且在設計時必須充分考慮各構件直接的受力特性，從而選取最優(yōu)的設計方案。
三、房屋結構優(yōu)化設計技術
（一）優(yōu)化技術的基本原則
在工程設計優(yōu)化過程中，必須以工程設計和工程價值為基本原則。優(yōu)化結構設計的最終目標是充分利用建筑材料，實現建筑構件利用的最大化。優(yōu)化結構設計不僅遵守建筑設計規(guī)范，更實現了當今建筑的審美學和價值學。通過深化改善房屋結構設計，從而實現建筑功能更加協調完善，降低建筑成本，提高經濟效益。
房屋結構的優(yōu)化必須從實際工程施工出發(fā)，結合房屋結構的具體情況，實現房屋建筑的結構的最優(yōu)化設計。在進行結構優(yōu)化時，必須依據設計意圖，采用平面設計布局，降低構件質量和剛度之間的差異，減小水平負載造成的房屋扭曲，在豎直方向上采用轉換層技術，有效地降低構件的集中用力。
（二）優(yōu)化設計的基本的要點
1.依據設計規(guī)范
工程師在設計建筑結構時必須具備豐富的建筑設計經驗以及熟知設計規(guī)范。即依據科學的設計理念，將自身的優(yōu)化方案融于整個工程項目設計中去。建筑結構設計規(guī)范更多是對于工程較大的項目，因而會造成某些規(guī)定過于保守。另外，在工程設計比較特殊或復雜時，依據某些規(guī)定將會造成建筑物的不安全。因此，這就要求設計師在建筑設計過程中必須具備良好的專業(yè)素質以及清醒的思路、正確的判斷力，爭取將建筑結構設計做到最優(yōu)。
優(yōu)化房屋結構設計過程中，應注重建筑構件的細節(jié)優(yōu)化，如：建筑構件的受力鋼筋，在滿足塑性的條件下盡可能的選擇性價比較高的產品，從而實現房屋結構的經濟、安全。
2.結構師主動參與建筑設計
在工程施工前期以及施工過程中，建筑結構師的主動參與對整個房屋結構優(yōu)化起到關鍵性作用。在實際的工程施工過程中，建筑設計師往往不能夠對整個結構體系進行很好的受力分析，即建筑結構師的設計理念以及其自身具備的經驗不能完全代替設計師的設計思想，同時，建筑與結構上專業(yè)知識的隔閡也無法彌補。建筑結構設計師其豐富的工程設計經驗以及專業(yè)設計理論，積極主動的為設計師出謀劃策，只有兩者的順利合作才能設計出更加優(yōu)秀的方案。
目前，我國的房屋建筑設計總是先從建筑的結構布局開始，根據結構承載負荷的不同分析所需的材料、參數等，往往這種分析方法是計算機所不能計算出的，它需要建筑結構設計師充分論證整個建筑設計方案之后做出的判斷。而這些判斷需依據實際工程實踐經驗以及結構設計所遵循的一般規(guī)律進行。
3.加強設計團隊之間的合作
優(yōu)化房屋結構是一項整體而系統(tǒng)的工作，它需要團隊之間的協調合作?，F代建筑主要由結構、設備、建筑三大要素組成。因此，在工程施工過程中要明細團隊內部分工，并做好團隊合作，只有這樣才能有機的結合各個構件創(chuàng)造出更加完美的作品。在建筑工程設計階段，房屋的結構設計和建筑設計是不可分割的，只有協調好兩者之間的關系，才能設計出更加美觀大方的建筑方案，同時，又降低了建筑成本，簡化施工過程，達到既美觀又實用的建筑效果。通常建筑設計師在設計建筑時，只是一味的要求設計方案的新奇，而忽略了建筑學中基本的力學關系，這樣設計出的方案往往在結構設計上造成困難。因此，團隊之間的協調合作是房屋結構優(yōu)化的重要保障。
4.優(yōu)化房屋建筑結構，解決房屋抗震問題
房屋結構的優(yōu)化不僅僅能降低建筑成本、增加建筑美觀、簡化施工過程，更能加強房屋的抗震作用。通過房屋結構優(yōu)化技術，可以增加房屋抵抗外部作用的破壞，有效地降低房屋破壞程度。因此，在房屋結構優(yōu)化設計過程中，抵抗外界各種不良因素的影響成為結構優(yōu)化設計工作的主要內容。在日常的外界不良因素中，地震是最難以預測且對房屋建筑物破壞最強的，所以在房屋計算及構造上必須加強抗震措施。如：房屋構件剛度的對稱性以及均勻性都可以有效的緩解地震對建筑物的破壞；多道防設設計理念可以有效緩沖特大地震對房屋主構件的破壞。以上這些設計思想都是房屋結構設計的重要內容。
四、總結
工程造價對整個工程項目的經濟效益起著關鍵性作用，因此優(yōu)化房屋結構設計，不僅可以降低整個工程的造價成本，更能提升整體房屋的安全級別。結構設計與建筑設計的協調配合，充分發(fā)揮其自身的優(yōu)勢，設計出最優(yōu)的房屋結構。在平面設計過程中，應遵循對稱、均勻的原則，縮小房屋構建質量與剛度之間的差異。在豎直布置上，保證上下承重件負載的上下貫通。建筑是藝術的表現，在保證房屋安全的前提下，結構師應敢于創(chuàng)新，將房屋的實用性與藝術性完美的結合在一起。
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關鍵詞：輕量化；拓撲優(yōu)化；尺寸優(yōu)化；結構優(yōu)化
中圖分類號：U462.3 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2017）19-0087-02
引言
隨著社會的快速發(fā)展，汽車保有量越來越多。汽車在帶來方便快捷的同時，其油耗排放等問題也越來越引起大家的重視。汽車車身質量約占汽車總重的40%，空載情況下油耗約占整車油耗的70%[1]。其輕量化的目標在于盡可能降低汽車的整備質量，從而提高汽車的動力性，減少燃料消耗和排放，并且提高操穩(wěn)性以及碰撞安全性。本文通過總結車身輕量化優(yōu)化方法，介紹不同的優(yōu)化步驟，并對車身輕量化優(yōu)化設計進行展望。
1 汽車車身輕量化研究背景
汽車自1886年誕生至今有一百多年的歷史，汽車車身的研究起步相對較晚，但是其作為汽車的重要組成部分，在整車結構中占據重要地位。研究表明，汽車車身質量每減輕1%，相應油耗降低0.7%[2]。
輕量化研究，是在滿足安全性、耐撞性、抗震性以及舒適性的前提下，盡可能降低車身質量，以實現減重、降耗、環(huán)保、安全的綜合目標[3]。輕量化的實現不僅滿足了汽車的基本性能要求，且緩解了能源危機和環(huán)境污染的壓力，也沒有提高汽車設計制造成本，故汽車車身輕量化的研究引起了越來越多的關注。
2 輕量化結構優(yōu)化方法
目前，以汽車車身輕量化為目標的優(yōu)化設計方法主要包括拓撲優(yōu)化、尺寸優(yōu)化和結構優(yōu)化。優(yōu)化設計通常由目標函數、設計變量、約束條件三個因素組成。拓撲優(yōu)化是在整體優(yōu)化之前，設計空間確定后對材料布置格局進行優(yōu)化，但是拓撲優(yōu)化是從宏觀出發(fā)，在某些細節(jié)方面可能并沒有達到最優(yōu)，因此在拓撲優(yōu)化之后需要進行尺寸和形狀優(yōu)化。
2.1 拓撲優(yōu)化
拓撲優(yōu)化是在給定的空間范圍內，通過不停地迭代，重新規(guī)劃材料的分布和連接方式；是在工程師經驗的基礎上，明確目標區(qū)域和目標函數，確定變量以及約束條件，使車身結構最終既滿足性能要求又減輕了質量[4]。拓撲優(yōu)化通常將有限元分析和數學算法結合起來。
2.1.1 拓撲優(yōu)化的數學模型
拓撲優(yōu)化通常以車身質量為目標函數，結構參數和材料厚度為變量，模態(tài)和剛度為約束條件。其數學模型為：
minf（X）=f（x1，x2…xn）；
s.t.g（X）>0；
ai
其中，x1，x2…xn為設計變量。
2.1.2 拓撲優(yōu)化的基本步E和實例
在進行拓撲優(yōu)化之前首先需要確定設計區(qū)域，設計變量和約束條件。然后通常進行有限元模態(tài)分析和靈敏度分析，使靈敏度小的部分不參與優(yōu)化。在此基礎上利用軟件進行計算，因為在每次的計算中都有參數的改變，所以需要經過較多次的迭代，最終使其分布最優(yōu)。在軟件進行拓撲優(yōu)化的過程中，用戶對于每一次的迭代均可以實時監(jiān)控。
目前拓撲優(yōu)化中用到的數學優(yōu)化算法包括優(yōu)化準則法、移動漸近線法、數學規(guī)劃法、遺傳算法、進化算法等。使用較多的是優(yōu)化準則法和移動漸近線法，優(yōu)化準則法適于求解少約束問題，后者偏重于多約束問題[5][6]。
周定陸等[7]建立參數化模型，不僅將下車體質量減少了23kg，而且模態(tài)和剛度在原有的性能上略有上升。王登峰等[8]基于拓撲優(yōu)化使大客車車身骨架質量減少約11%，且剛度強度等性能滿足設計要求。
2.2 尺寸優(yōu)化
尺寸優(yōu)化是在結構參數、材料分布確定的前提下，對各桁架結構尋找梁最合適的橫截面積、幾何尺寸，使得車身質量最小且滿足剛度等要求的優(yōu)化方法。相對來說，尺寸優(yōu)化建立數學模型較容易，計算簡單，在實際工程中可以較快取得最優(yōu)
解[9]。也可以說，尺寸優(yōu)化是拓撲優(yōu)化的進一步完善和發(fā)展。
2.2.1 尺寸優(yōu)化的數學模型
尺寸優(yōu)化以車身質量最小為目標，幾何尺寸為設計變量，剛度以及各變量尺寸限制作為約束條件。
2.2.2 尺寸優(yōu)化的基本步驟和實例
利用有限元分析劃分單元，再進行靈敏度分析，排除不參與優(yōu)化的單元。為了減少計算量，通常采用近似模型，然后對近似模型進行求解。劉開勇[10]利用超拉丁實驗設計方法，采集車身的剛度和模態(tài)數據，在此基礎上建立一階響應面模型。潘鋒[11]通過建立組合近似模型，減少優(yōu)化過程的計算量，提高效率。
常用的近似模型有響應面模型、人工神經網絡、徑向基函數模型、kriging和支持向量回歸模型等[10][12]。通過對一階近似模型進行分析，計算不同的權系數并進行加權疊加構成的組合模型在滿足模態(tài)和剛度要求的前提下，又兼顧了汽車碰撞安全性、NVH和疲勞等性能影響，且精度更高，因此組合近似模型在多目標多學科優(yōu)化方面更勝一籌。
張偉[13]等采用遺傳算法，結合拓撲優(yōu)化和車身尺寸優(yōu)化，不僅將質量降低35%，而且使剛度提高了80%以上?？翟旱萚14]采用DOE及極差分析和方差分析，確定車身骨架梁截面最優(yōu)尺寸方案，使車身骨架質量減輕了123.5kg。
2.3 形狀優(yōu)化
形狀優(yōu)化是優(yōu)化結構的幾何形狀，通常包括桁架結構梁節(jié)點位置的優(yōu)化；結構內部孔的形狀、尺寸的優(yōu)化以及連續(xù)體邊界尺寸的優(yōu)化[15]。早期，與尺寸優(yōu)化相比，形狀優(yōu)化模型建立比較困難，建立的模型質量通常比較差，影響后期模型的優(yōu)化求解，尺寸優(yōu)化的發(fā)展受到了限制。后來，網格變形技術的發(fā)展簡化了形狀優(yōu)化模型的建立[16]。形狀優(yōu)化的過程與尺寸優(yōu)化相似，通常也需要建立近似模型。
3 結束語
（1）拓撲優(yōu)化計算量大，應用受到一定限制。尺寸、形狀優(yōu)化在多數軟件中都有專門的模塊，應用較多。為了解決計算困難問題，優(yōu)化算法有待突破，算法的突破也是車身結構優(yōu)化進一步發(fā)展的重要前提。
（2）有限元分析方法在車身結構優(yōu)化中起重要作用，建模、分析軟件在車身結構優(yōu)化方面應用越來越多。
（3）本文所提優(yōu)化方法沒有充分考慮安全性、操穩(wěn)性、NVH等因素，多學科多目標優(yōu)化方法是目前車身結構優(yōu)化的熱點。
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關鍵詞：結構設計， 建筑結構 ，優(yōu)化方法
Abstract: the architecture is solidification of art, architecture, to reflect exquisite must will structural design and beautiful design reasonable collocation. Housing structure design has been seeking the safe, applicable, economic, beautiful, and construction and five effect. The need to design department or design personnel strictly abide by the five kinds of effect principle, make rational structure design, the application of the modern science and technology optimization method, realize the most effective play limited resources, finish to lower the project cost and get people to the goal of material and spiritual needs. The current, building structure design of the building structure design optimization method has been widely applied to the actual start of project, this paper the structure design optimization methods reflect of theory, the structure design optimization method of application and practice are analyzed and discussed.
Keywords: structure design, structure, optimization method
中圖分類號：S611文獻標識碼：A 文章編號：
1房屋結構設計中的建筑結構設計優(yōu)化方法的理論概述
1.1房屋結構設計中建筑結構設計優(yōu)化方法的理念及意義
在進行工程項目的結構設計過程中，除了要考慮設計對象的基本使用功能和兼顧其安全適用性以外，還應盡可能將設計對象設計的更加完美，這就是結構設計優(yōu)化問題。定義為工程結構在滿足約束條件下按預定目標求出最優(yōu)方案的設計方法。隨著我國社會精神文明建設的不斷發(fā)展，人們對于居住環(huán)境精神領域的追求已然形成一種時尚。對于人居環(huán)境的改善，其根本主要體現為美觀與結構之間的協調、配合，使得建筑工程滿足美觀的同時也能實現在經濟規(guī)劃方面的實際意義。
房屋結構設計中建筑結構設計優(yōu)化的內容主要是通過對基礎結構、屋蓋系統(tǒng)結構方案、維護系統(tǒng)結構方案等其他結構綜合進行設計的過程。在整個過程之中強調的是一切從實際出發(fā)，緊貼工程進度、發(fā)展的實際情況，以控制工程造價成本為中心的結構優(yōu)化設計理念。
1.2建筑結構設計優(yōu)化方法的實踐價值
與傳統(tǒng)的設計相比，在設計中采用優(yōu)化方法可以使建筑工程造價降低5%~30%，可以盡量減少建筑結構的近期投資并提高建筑結構的可靠度。結構設計優(yōu)化方法的應用能充分利用材料性能，對結構內部的各個單元進行協調，規(guī)范建筑結構安全度，為建筑整體布局提供合理決策。
2結構設計優(yōu)化方法在建筑結構設計中的步驟
(1)整體優(yōu)化模型
房屋結構設計優(yōu)化方法一般從三個方面展開。第一，選擇設計變量。在設計過程中將所要選擇的描述結構特性的參數確立為設計變量，比如目標控制參數和約束控制參數。而將那些變化范圍不是很大或者對設計要求而言局部設計考慮就能滿足設計要求的參數確立為預定參數，這樣做可以大大減少計算、編排、設計的工作量。第二，確定目標函數。尋求一組可以滿足預定條件的鋼筋截面積和截面幾何尺寸以及是小概率，已達到總費用最小。第三，確定約束條件。房屋結構設計的約束條件包括強度和穩(wěn)定約束、截面尺寸約束、結構整體約束、構建單元約束、正常使用狀態(tài)下的變量從上限到下限的約束條件等。在設計時，若要使結構設計優(yōu)化方法應用于實際房屋工程，則必須通過建筑結構設計中實際約束條件與目標約束條件相比較，保證每項約束條件都能符合規(guī)范，實現最優(yōu)。
(2)設定優(yōu)化設計計算方案
由于房屋結構設計中適用性優(yōu)化問題較為復雜，屬于多變量、多約束非線性優(yōu)化問題，所以在計算當中，通常是將有約束優(yōu)化問題轉化為無約束來求解。其中可以利用的結構優(yōu)化設計計算方法有拉式乘子法、復合形法等。
(3)進行程序設計
根據在以上整體優(yōu)化模型和選擇優(yōu)化設計計算方案的基礎上進行編制，做出功能齊全、運算快速的綜合程序。
(4)結果分析
在得出計算結果后，對結果進行分析，最終確定理想的優(yōu)化設計方案。
筆者以上敘述了結構設計優(yōu)化方法在建筑結構設計中的步驟，考慮到建筑工程投資數額巨大，涉及范圍較廣，所以在具體執(zhí)行過程中應當從多角度全方位的考慮問題。正確處理技術與經濟之間的關系，不能僅僅為了節(jié)約資金就忽視建筑結構設計優(yōu)化技術、方法。在設計中不但要保證技術上的合理要求，還應控制投資不被浪費。
3結構設計優(yōu)化方法在房屋建筑結構設計中的應用
結構設計優(yōu)化方法在實際應用中主要是在不改變房屋建筑使用性能的前提下，利用結構優(yōu)化設計技術達到降低工程成本、提高經濟性的目的。一般應用在建筑的整體設計、前期設計以及抗震設計等各個階段，在以下筆者分為三方面逐一進行論述。
3.1結構優(yōu)化設計方法應注重前期參與
房屋建筑項目屬于長期的投資計劃過程，所以說在實際當中非常容易受到影響，故而前期方案就顯得尤為重要。目前存在的主要問題就是設計人員在前期方案階段忽視結構設計優(yōu)化方法，在設計中不考慮建筑結構的合理性，這樣持續(xù)下去在后期必然會因為增加結構設計困難而加大成本投入。要知道前期方案的確定的好會會直接影響到總投資成本的高低，所以在前期方案階段使優(yōu)化設計參與其中，能夠有效避免投資過多所造成的浪費。
3.2概念設計優(yōu)化方法在建筑結構設計中的作用
對于同一建筑工程結構設計方案在結構優(yōu)化設計方法的布置上均會出現多種不同的情況，即就是幾經確定了建筑物的結構設計布置，在不同種荷載情況下也存在著不同的分析方法。而且在分析的過程中，設計的參數、材料、荷載、承載能力的取值都不是唯一的。尤其是建筑物細部結構問題的處理更是復雜多變。應對以上問題要想單純利用計算機是無法實現的，作為工程設計人員就必須根據自己的判斷展開設計，但是這種判斷只適用于一般規(guī)律指導下進行，所以說概念設計優(yōu)化方法在沒有具體數值量化的情況下作為輔依據，可以避免設計偏差，從而達到最佳效果。
3.3概念設計處理的實際建筑工程結構設計問題
在這一問題上我們所希望的是通過概念設計，能使房屋建筑工程結構在遭遇各種外力作用下不受破壞會將破壞程度降到最低，因此對可能遭遇的破壞因素進行分析就顯得尤為重要，這里必須提到的一個因素就是地震，因為地震無法預測而且破壞力極強，所以在對房屋結構的設計中就應當考慮到工程區(qū)域在歷史上的地震活動情況和自然災害發(fā)生情況，根據這些未雨綢繆，從計算及構造等各個方面入手采取一些提高抗震、抗災害的措施辦法。若要構建這樣的結構優(yōu)化設防思想，就必須把概念設計作為重點。
4結束語
綜上所述，可以說對房屋結構設計中的建筑結構設計優(yōu)化方法的研究是一項非常復雜的綜合性問題。我前邊增提到，安全、適用、經濟、美觀、便與施工等五種效果是房屋設計優(yōu)化的原則，但是這五種效果之間又相互獨立、相互矛盾。所以盡管在結構優(yōu)化技術已經廣泛應用的今天，如何使這五種因素更好的融合仍然需要我們在以后的應用實踐中多探索、多積累，達到一種用最低造價實現最佳效益，既美觀又合理，魚和熊掌兼得的設計效果。
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【關鍵詞】建筑結構；房屋結構；成本優(yōu)化；設計規(guī)劃
隨著人們生活品質的不斷提高，對建筑結構設計的要求也日漸高漲。建筑結構在設計優(yōu)化時尚有不少問題需考慮，針對此，該文通過論述優(yōu)化設計的要求，介紹一些建筑結構優(yōu)化設計的改進思路和對策。
1房屋結構整體設計優(yōu)化概述
房屋建具有很強的系統(tǒng)性，各種結構的優(yōu)化設計也往往需要涉及多方面內容，從宏觀的角度來看，對于房屋建筑結構的設計優(yōu)化可以大致分為整體結構和局部結構兩種，其中，整體結構設計主要包括以下內容：（1）對房屋建筑的基本結構進行優(yōu)化；（2）對房屋建筑的頂部結構進行優(yōu)化；（3）對房屋建筑總體維護、細節(jié)架構等系列問題進行優(yōu)化；
在明確房屋建筑結構設計的優(yōu)化的目的基礎上，工作人員應充分利用有限的空間資源，有效控制資金損耗，加強提高建筑材料和器械的使用效率，讓房屋建筑更加安全可靠。根據以往的統(tǒng)計數據，通過房屋建筑設計優(yōu)化之后，工程損耗可以降低5%～30%左右，因此，在房屋結構設計當中，對建筑結構設計的優(yōu)化無疑具有非常顯著的社會與經濟效益，只有采取積極主動的優(yōu)化態(tài)度，才能讓房屋建筑可以更加的經濟、實用，使現有資源的使用效益實現最大化轉變。
2 住宅建筑結構設計優(yōu)化的作用
建筑結構設計過程中，首先需要解決的問題就是建筑結構如何滿足效益的長遠化，在這個問題得到有效解決的基礎上，再對建筑結構設計的合理性與經濟性做到盡可能的優(yōu)化。與傳統(tǒng)建筑結構設計理念相比，當前所采用的建筑結構設計方法在建筑結構設計中的有效應用，能夠有效降低工程成本，一般能達到10%到35%的效果。其次建筑結構設計優(yōu)化方法的應用，還能夠做到對建筑材料有效性與利用率的最大程度發(fā)揮，能夠讓建筑物的各個空間與整體能夠達到相互協調的效果，并能夠滿足質量安全管理規(guī)定的要求。另外，建筑結構設計優(yōu)化方案的應用，還能夠對建筑物的原先設計起到完善的作用。所以，建筑結構優(yōu)化方法對建筑結構設計起到重要的作用。
4 住宅建筑結構設計優(yōu)化的方法
住宅建筑結構設計優(yōu)化是要通過對擬建住宅進行模型的優(yōu)化、計算方法的優(yōu)化、并在計算和模擬的基礎上制定有效的結構方案，再進行驗證。
1. 結構優(yōu)化模型的建立
在進行結構優(yōu)化設計的過程中首要的問題是要根據實際的結構特性設定成為相關的結構設計參數，主要的有目標控制參數和約束控制參數。對于那些變化范圍比較小的，且在結構的局部加強就能滿足要求的部分參數，將其確定為預設參數，從而減少計算的工作量；對于目標函數，是要找到一組可以滿足預定條件的鋼筋截面積和截面的幾何尺寸，目標是要讓總造價最小。對于約束控制函數，包括前度和穩(wěn)定約束、截面尺寸約束、結構整體約束、構建單元約束、正常使用狀態(tài)的上下限約束條件等。參數的設計必須要與實際情況和規(guī)范相符。
2. 結構優(yōu)化設計的計算方法
在結構優(yōu)化設計計算方案的確定上，考慮到建筑結構的復雜性帶來的變量多、約束條件多且非線性，因此在計算過程中，一般的做法是先將有約束的優(yōu)化問題轉化為無約束條件再進行求解，可選用的計算方有拉式乘子法、復合形法等。結構選型、尺寸和參數設計完成后，在計算方案的基礎上設計優(yōu)化程序。并在得到計算結果后，對結構進行綜合分析，最后確定最合理的結構優(yōu)化設計方案。
5 住宅建筑結構設計優(yōu)化的應用分析
建筑結構的優(yōu)化設計要在保證建筑使用功能的條件下，利用結構優(yōu)化設計技術達到提高結構安全度、降低工程造價、提高經濟性的效果，也就是要貫穿建筑的整體設計、前期規(guī)劃及抗震設計等階段。
1. 結構優(yōu)化設計的前期參與
建筑是相對長期的投資，常見的建筑使用年限均在 50～100 年間，這就要求結構能夠保證在設計使用年限內，建筑能夠保持基本的使用功能、良好的空間環(huán)境。因此，要在建筑方案設計初期就加入結構優(yōu)化的考慮。這樣可以有效避免出現結構不合理、工程造價高等問題。也就是說，在建筑方案的設計初期就加入結構的優(yōu)化設計，是提高建筑利用率的有效方法。
2. 結構的概念優(yōu)化設計
一幢建筑的完成，可以有不同的結構設計方案；另外，對于同一種結構布置方案，采用不同的結構荷載、材料和分析方法，參數的取值也是有較大區(qū)別的。這些是通過計算機無法實現的，需要結構設計人員作出合理的選擇，根據工程實踐經驗來進行參數的確定。通過概念優(yōu)化設計，可以預算建筑結構在各種外力荷載的作用下的內力分布，以及將所有不利的荷載集中加載時可能出現的破壞形式等，如建筑結構在地震荷載作用下的破壞情況等，得到預算結果后，就可以作為結構設計的有利參考資料，采取有效的結構方案，選用有利的建筑材料和構造形式，從而降低剛度不均勻、結構的不對稱等對抗震不利的結構設計。因此，結構的概念優(yōu)化設計在自然災害發(fā)生時，顯得尤為的重要。
6 住宅建筑結構優(yōu)化技術的應用需注意的問題
6.1 房屋建筑機構優(yōu)化技術的應用需注意到前期的參與
房屋建筑前期的設計方案直接影響建筑項目的成本，但是很多前期方案確定中卻不包括結構優(yōu)化設計技術，以致相關的設計人員在進行房屋建筑結構設計時，常常忽略建筑結構的和理性和可行性，這樣不但增加了機構設計的難度，而且使房屋建筑結構的設計成本也相應增加。因此，設計人員在前期設計時要充分的融入優(yōu)化設計方案，節(jié)約建筑成本。
6.2 設計人員要注重細部優(yōu)化
設計人員在注重整體設計的同時，還要加強對結構基本構建的精細設計。如盡量劃分矩形板塊的現澆板設計，增加現澆板的受力程度和避免出現拐角裂縫。隨著計算機技術和優(yōu)化設計理論的相互結合，優(yōu)化設計已經從工程實踐問題逐漸向數學問題過渡，因此，工程設計人員還要加強自身基于計算機技術的優(yōu)化設計分析，使自身的設計更為合理和科學。
7 結語
結構優(yōu)化設計是一個全面、綜合的課題，需要周密的部署并且嚴格的實施結構優(yōu)化設計的首要任務是在實現建筑工程的基礎上，保證建筑的舒適度好的結構設計能夠給企業(yè)帶來可觀的經濟效益，而結構安全更是生命恢關的大事我國規(guī)范明確規(guī)定，在進行結構設計時要避免薄弱環(huán)節(jié)，確保結構設計中計算出的理論值與實際相符合，并確保建筑材料的安全可靠結構優(yōu)化設計過程非常復雜，因此要選取最優(yōu)的方案根據具體的工程結合設計經驗對工程進行合理的分析，確保工程的安全和經濟效益結構優(yōu)化設計能夠加快設計進度，節(jié)省工程造價，全面提高工程的質量與安全因此，必須加強人們對于建筑結構優(yōu)化設計的重視不斷提高建
筑的使用價值，最大限度的增加結構優(yōu)化設計的時效性。
參考文獻
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【關鍵詞】建筑結構;設計;優(yōu)化設計;方法
1、建筑結構優(yōu)化設計的基本理論
結構設計優(yōu)化方法的理論是指在從事結構的設計師時，除了考慮設計對象的基本使用功能及安全可靠性，還應該把它的設計對象設計得盡可能的完美。這就是我們所說的結構設計的最優(yōu)化問題。用科學的語言表述出來就是，利用確定的數學方法，在所有可能的設計方案的集合中，找到能夠滿足預定目標的最滿意的答案。建筑結構的優(yōu)化設計體現在建設工程的各個階段，包括決策階段、設計階段、建設階段。在決策階段，我們要確定建筑結構優(yōu)化設計所要達到的整體目標，滿足其本體功能，最大程度的保障安全性，降低投資成本;在設計階段，我們要確定每個字系統(tǒng)的優(yōu)化方案;在建設階段，應以結構的設計優(yōu)化為基本原則，組建好沒一個子系統(tǒng)，從而實現整體結構的優(yōu)化布局。在決策階段的優(yōu)化選擇是關鍵，設計階段的優(yōu)化設計是核心，建設階段的結構優(yōu)化建設是基礎，只有三個階段緊密配合，才能實現建筑結構優(yōu)化設計的總體目標。
2、建筑設計優(yōu)化的意義
2.1通過結構優(yōu)化設計來降低總造價
進行結構優(yōu)化設計過程中，我們知道多層住宅和高層住宅相比較，層數越其總建筑面積就越大，單位建筑面積占用的土地面積就越小，節(jié)約了用地資源。但與此同時，隨著建筑層數的增多，建筑總高度也會增加，樓間距就得加大，這是占用的土地節(jié)約量就與建筑曾數的增加比例不相同了。此外，一棟樓不管有多少層只有一個屋蓋，它的成本下降會比較的明顯。就基礎部分而言，雖然也只是各層公用的，當層數增加時會加大基礎部分的負荷量，為此要加大基礎部分的建設，這樣造價雖有降低，但并不如屋蓋的效果那樣明顯。
2.2通過建筑結構優(yōu)化來提高建筑結構的經濟性
隨著建筑層數的增加，墻體的面積和主體的體積會隨之增加，結構的自重也會增加，基礎合住的承受力相應也會增加，水衛(wèi)和電器管線會增長;相反降低層高，可以節(jié)省材料，有利于抗震，同時建筑的總高度減小，兩建筑之間的日照距離會減少，間接的節(jié)約了用地，建筑面積相同的情況下，如果選用不同的樓形時，它的外墻的周長會減少。基于此，當選用越接近圓形或方形的的平面形狀時，外墻周長的系數就會越小，基礎，外墻砌體以及內外表面的裝修都會隨之減少，同時，受利性能也能得到加強，增加了建筑的經濟性能。
3、建筑結構設計中優(yōu)化設計的技術方法
把結構優(yōu)化設計應用于項目的建筑的前期設計、整體設計、抗震設計以及舊房改造等設計的各分部環(huán)節(jié)，從而創(chuàng)造較大的社會效益和經濟效益。因此，在按照結構設計優(yōu)化的方法和結構優(yōu)化技術模型進行實踐應用的過程中，要注意以下幾個方面：
3.1要注意前期參與
在進行設計過程中，前期方案的確定在很大程度上決定著建筑的總投資。如果在進行前期方案結構設計過程存在的普遍問題沒有得到及時的處理和解決，就會在一定程度上影響建筑師設計的合理性、可行性以及科學性。在實際中，建筑布局的不規(guī)則性往往會給結構設計造成不同程度的影響，這不僅會增大結構設計的難度，同時還有可能會增加建筑設計的總投資。在方案的初期就要采用科學的結構優(yōu)化設計，配合建筑功能對明顯不合理的方案予以否決。同時，可以確定一些結構設計基本參數，不需要等到施工圖階段再研究。參數包括：建筑物所在地、風雪荷載取值、層數、抗震設防烈度和抗震等級、有無不良地質、磚墻材料、當地能施工的最高混凝土強度等級等。
3.2概念設計與細部結構設計優(yōu)化
概念設計就是工程抗震問題不完全依賴“計算設計”解決，而立足于工程抗震基本理論及長期工程抗震經驗總結。在進行概念設計過程中，應把握好能量輸入、房屋體形、結構體系、剛度分配、構件延性等幾個主要方面。
體現概念設計需要從以下幾個方面入手：第一，選擇工程場址時，應該進行詳細勘察，搞清地形、地質情況，挑選對建筑抗震有利的地段，盡可能避開對建筑抗震不利的地段，不得選擇抗震危險地段。第二建筑的動力性能基本上取決于它的建筑布局和結構布置。建筑布局簡單合理，結構布置符合抗震原則，就能從根本上保證建筑具有良好的耐震性能。第三，在建筑的方案設計階段，研究建筑形式的同時，需要考慮選用哪一種結構材料，以及采用什么樣的結構體系。因為不同的結構體系，其抗震性能、使用效果和經濟指標亦不同。在選擇結構體系的同時，也要考慮建筑物剛度與場地條件的關系，這樣才能選擇更為合理的基礎形式，從體系上完成優(yōu)化設計。第四，合理選擇多道抗震防線。一個抗震結構體系，應由若干個延性較好的分體系組成，并由延性較好的結構構件連接起來協同工作。在體系內外部設置較多的贅余度，有意識地建立起一系列分布的屈服區(qū)，以使結構能夠吸收和耗散大量的地震能量。第五，建筑剛度、承載力和延性需要合理協調。結構剛度越大，可以減小結構側移，減輕地震災害的損失。但結構剛度大，要求結構具有與較大地震反應對應的較高水平力，同時，提高結構的抗側移剛度，往往是以提供工程造價及降低結構延性指標為代價的。因此，在確定建筑結構體系時，需要在結構剛度、承載力及延性之間尋求一種較好的匹配關系。第六，處理好結構體系中的非結構部件。比如說高層建筑應盡可能地選擇輕質填充材料，不僅是為了減輕整個建筑的重量，還是為了減輕填充墻體對整個結構體系的影響。因此需要妥善處理那些非結構部件，以提高建筑的抗震可靠度。
在設計過程中，還要注意對建筑結構細部進行優(yōu)化。如現澆板結構中的異形板拐角處，這是應力比較集中位置，需要進行加強處理;如果不引起重視，此處就會很容易出現裂縫?！捌H”字形、“井”字形等外伸長度較大的建筑，當中央部分樓板有較大削弱時，應加強樓板以及連接部位墻體的構造措施，必要時可在外伸段凹槽處設置連接梁或連接板。樓板開大洞的情況越來越多，樓板開洞削弱后，根據建筑布局情況，可以采取加厚洞口附近樓板，提高樓板的配筋率，采用雙層雙向配筋;也可以在洞口邊緣設置邊梁、暗梁;還可以在樓板洞口角部集中配置斜向鋼筋。還要注意選擇適當的鋼筋，根據當地的建筑材料供應情況，做到就地取材。同時在做設計時，外立面上的懸挑板配筋，既要做到安全要求，又要滿足施工要求，實現較好的效果。
4、結語
總之，不斷優(yōu)化建筑結構設計，不僅可以有效提高建筑的功能性、安全性、穩(wěn)定性，還可以充分的滿足人們的審美要求。所以，我們作為新時展下的建筑結構設計工作人員，在設計工作開展過程中不斷創(chuàng)新設計理念、創(chuàng)新設計方法、設計技術，實現建筑結構的優(yōu)化設計。
參考文獻：
建筑結構設計優(yōu)化在房屋設計中的應用是一種必然的發(fā)展趨勢，隨著人們生活水平的越來越高，人們對生活環(huán)境質量要求也越來越高，所以，對房屋結構優(yōu)化設計是一種必然的社會發(fā)展結果。對房屋結構設計很多人都是把適用、安全、經濟、美觀等因素作為設計的要求，也是設計者設計出來建筑物要達到的效果，不僅僅要對空間的使用大大的提高，對有限資源的使用進行最大化，從而達到房屋建筑設計要求的目標。建筑結構優(yōu)化設計相對于傳統(tǒng)的設計方案，在建筑程成本上能夠降低10%———30%的工程造價。優(yōu)化方法的技術性實現，能夠使得材料的利用率達到最高，從而使得建筑結構內部各個單元的設計得到最好的協調，并且能夠完整的達到建筑工程規(guī)范的安全性程度［3］。同時，還能夠對建筑整體性方案設計進行合理的決策有著非常重要的作用，優(yōu)化設計是對適用、安全、經濟、美觀等條件的實現最好有效的途徑。
2結構設計優(yōu)化技術應用
以X地區(qū)住宅建筑設計結構優(yōu)化設計為主要研究對象，對其結構設計優(yōu)化技術的應用展開分析如下。
2．1X地區(qū)住宅建筑工程情況
這棟住宅整體高度為32層，整體上使用的是鋼結構框架剪力墻的形式。結合實際情況和現場建筑的情況進行分析，這棟建筑使用了結構優(yōu)化的設計方案，對傳統(tǒng)的建筑結構設計模式進行了改進和創(chuàng)新，在建造的時候主要以人力施工為主，以計算機設計為輔助方式，對各個施工時間段的設計進行了合理的優(yōu)化，而且對建筑的整體建筑工程實行了全局優(yōu)化的設計。這棟建筑設計方案與優(yōu)化之前相比，不單在建筑設計方面更加的合理，而且大量的節(jié)省了建筑成本，建筑成本和優(yōu)化之前相比較，工程造價降低了30%。
2．2X地區(qū)住宅建筑優(yōu)化設計的前期參與
在對住宅建筑結構設計要想做到最優(yōu)的設計，最主要應該要有一個最好的設計優(yōu)化的方案，在工程前期的規(guī)劃中工作人員應該積極的對其進行參與，對工程設計的實際情況展開充分的了解，有針對性的對建筑結構形式進行合理的選擇和規(guī)劃，從而達到客觀上的需求，這樣能夠更進一步的形成合理、科學的結構優(yōu)化方案，同時也能夠為建筑工程施工做出有效的指導。只有一個比較好的結構設計方案，才能夠對優(yōu)化設計的效果和質量進行有效的保障。相反，如果設計人員在工程施工的前期沒有投入到實際情況的設計中去，盲目的更具自身的經驗對其進行優(yōu)化設計，就會因為各個方面的原因使得建筑結構體系荷載能力不恰當，使得建筑成本增加和建筑的安全性得不到保障。
2．3設計優(yōu)化的范圍
在對這棟建筑進行結構優(yōu)化設計的過程當中，要求相關的設計人員應該嚴格的遵守相應的結構設計規(guī)范，不僅僅能夠對設計規(guī)范中的條例進行充分的了解，還要借個工程周邊環(huán)境的實際對建筑進行合理的結構設計優(yōu)化。與此同時還應該對結構設計規(guī)范中的不足之處做出有效的改變，比如:安全性比較差、要求過于寬松等等，設計人員應該對當地的實際情況適當的相結合，從而在實際的情況下保證建筑設計優(yōu)化的效果。
3結束語
【關鍵詞】建筑結構設計；優(yōu)化方法；現實應用
一 建筑結構設計的優(yōu)化方法與現實應用的背景分析
隨著我們國家經濟技術的不斷進步和發(fā)展，全國人民的生活也逐步的走入了相對良好和穩(wěn)定的小康時代，相應的對于生活質量和環(huán)境要求也就越來越高，絕大多數的人都住進了高層建筑當中。在這樣一種實際的背景狀況下，人口持續(xù)增長，土地資源卻是極其有限，建筑的建設與規(guī)格也在持續(xù)見長，這使得土地、建筑物以及建筑物的建設成本都在不停的提升。由此，降低建筑建設成本就成為了建筑商在進行建設的過程當中最需要注意和考慮的。那在實際的建設過程的當中應當以什么樣的方式來進行建筑成本的控制呢？本文實際上也是針對于這樣一個問題展開的討論和分析。
結構優(yōu)化設計目前在國外是非常有價值的一種理論系統(tǒng)，其核心就在于能夠通過對居住環(huán)境以及生活環(huán)境的改善來實現建筑產品質量以及品位的提高，以這樣一種定性的思維和方式來實現工程建筑質量最大化和成本最小化，因此具有適用、經濟和適用的價值，是值得在實際的工程建設中予以廣泛的應用和實施的。
二 優(yōu)化結構設計方法
現代社會環(huán)境下很多建筑物的造型都相當的優(yōu)美和獨特，能夠給人以很好的精神享受，這樣一種良好的建筑效果從本質上來看就正是結構設計與建筑實施技術的良好協調和配合，以這樣一種方式來實現建筑美觀效果的完成。建筑結構設計所追求的五種最為基本的目標就是：安全、經濟、適用、美觀以及施工簡便，因此我們在文中所討論的結構優(yōu)化設計方案就要保證能夠切實的實現這些點，將其良好的應用于實踐，這樣不斷能夠滿足人們對于美的追求，還能夠保證整個房屋建筑的結構設計合理以及性能上的安全保障，成為名符其實的經濟實用型建筑。我們在對其進行深入的探討和分析時則往往需要通過兩個具體的方面來進行：
第一方面：主要是建筑模型的優(yōu)化結構設計方案，在進行一項大型的建筑工程方案之前，首先必然是需要進行建筑模型的設計的，而在這樣一個過程當中對于建筑模型的優(yōu)化設計就是非常關鍵和有必要的。在進行建筑模型的優(yōu)化設計時，主要的工作就是以下幾個部分：基礎結構方案的優(yōu)化設計、屋蓋系統(tǒng)的優(yōu)化設計、圍護結構方案的優(yōu)化設計以及結構細部的優(yōu)化設計等。除此之外，還需要采取進一步的處理措施，主要就是進行必要的選型、布置以及準確的受力分析，最終實現對于造價本身的良好優(yōu)化。上述一系列的優(yōu)化過程都需要按照一切以實際出發(fā)的原則來進行，也就是圍繞工程的實際狀況和需要來進行，將房屋建筑的綜合經濟效益以及房屋質量的保證作為設計的最終目標和要求。在進行結構的設計和規(guī)劃時，首要的就是要把握和設計的真實意圖，這樣才能夠盡可能的保證整個布置狀況的規(guī)則，并較大程度的降低剛度以及質量中心之間的差異，以此來避免較大扭轉作用力的產生。
第二方面：主要是建筑模型的優(yōu)化結構計算方案，計算方案的進行和完成實際上只需要進行相應的編制并按照相應的運算程序進行計算就能夠得到我們做需要的最終的優(yōu)化結果。但是我們需要注意和認識到的就是，在進行結構優(yōu)化的過程當中可能會涉及到多個方面的變量和約束條件，這也就意味著處理的是非線性的優(yōu)化問題，針對于此，我們在進行計算方案的確定時就需要將一些有約束的條件轉化成為沒有約束條件的問題來進行計算。在實際的建筑工程設計中較多應用的就是Powell算法和拉式乘子法以及符合性法等，利用這樣一些方法基本上就能夠實現優(yōu)化結構設計方案的良好計算。
三 優(yōu)化的結構設計技術在實踐當中的應用
我們將結構設計方案處理完成以后就可以將其應用于實踐。對結構設計進行良好的優(yōu)化在現今的時代背景下實際上是非常好的一個課題，在目前開展的也比較普遍，我們采用結構設計的優(yōu)化方法就是希望能夠在不改變建筑結構實際使用性能的前提下來保證其工程造價的大幅降低，因此將其應用到實際的工程實踐當中去就是我們工程人員不二的追求。結構設計的優(yōu)化在實際的工程環(huán)境中能夠應用和滲透到其進行的各個步驟和環(huán)節(jié)當中去，這其中就包括整體的設計階段、前期的設計階段、舊房的改造以及抗震設計當中去，并能夠在應用的過程當中發(fā)揮出巨大的效益來。我們在按照結構設計優(yōu)化的理論方法對模型進行改造實踐的過程中，需要注意以下三個方面的具體問題，下文中正是針對于這樣三個問題進行了詳盡的闡述和分析。
3.1 參與結構設計優(yōu)化的前期工作
這樣一個方面的強調主要是因為前期工作的進行直接影響到整個建筑工程的總造價，而現如今大多數工程在進行建設的過程當中最為普遍的問題往往也就是其前期方案結構結構設計上的問題，建筑師在進行設計的時候更多關注的是設計本身的問題，而極少關注結構自身的合理性和可行性，這就使得建筑結構在進行建設的過程當中面臨著較多方面的問題，更多的是會引起工程造價的提高，這就與我們進行優(yōu)化設計本身的目的有所違背。正是因為這樣，我們有必要在進行建設之前針對于不同的建筑類別來對結構形式進行選擇，為整個工作的開展和進行提供良好的開端。
3.2 將概念設計和細部結構設計進行優(yōu)化
所謂概念設計實際上也就是指一些沒有具體的數值來進行量化的指標，包括地震的防裂度以及其本身的不確定性等，因此在進行設計計算的時候難免會和現實產生較大的差別，正是在這樣一種背景下我們才需要在對這樣一種指標進行設計和確定時選擇使用概念設計的方法，將數值僅僅只是作為輔助或者是參考的依據來進行。在這樣一種設計的過程當中更為強調的就是設計人員本身的靈活性以及應用結構設計優(yōu)化方法的能力，這樣良好的結合才能夠真正實現效果上的最優(yōu)化。
3.3 優(yōu)化下部的地基基礎結構設計
地基基礎的結構設計優(yōu)化進行過程中最開始的一步就是進行方案的選擇，如果是樁基礎的話，就有必要根據現場的地質條件來選擇樁基的類型，以此來最大程度的降低造價。在建設進行的過程當中，樁端持力層對于灌注樁樁長的選擇影響也是非常大的，因此需要進行較多的對比和分析以后再來進行核實方案的確定和選擇。
結語：通過上文中詳盡的分析我們就可以看到，利用結構設計優(yōu)化的技術方法是能夠切實有效的提高空間、資源等的利用率的，除此之外，還能夠最大程度的實現經濟性和實用性的最大化，這樣一種狀況實際上就是我們在進行工程設計的過程當中最希望能夠實現的。滿足了建筑產品本身品質不斷提高的基本要求，更重要的是能夠實現人們對于生活質量以及生活水平的更高要求。最后，實際上也是實現了建筑商不斷尋求新手段吸引顧客的目的，達到降低工程建設實際造價的目的。
參考文獻
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關鍵詞：建筑結構設計；優(yōu)化；方法；應用
中圖分類號： TU2 文獻標識碼： A 文章編號：
在進行建筑整體結構設計的一系列過程中，為了實現建筑結構在空間、實用性、整體效果以及造價等方面達到最優(yōu)狀態(tài)，在完成基礎設計之后，接下來還需要對建筑結構設計進行優(yōu)化。特別是在整體結構的造價控制這一方面，建筑結構設計優(yōu)化是做好造價控制的主要途徑。傳統(tǒng)的建筑結構優(yōu)化設計大部分都是以建筑的造價為根本進行控制的，而隨著人們對建筑的實用性及整體效果要求的不斷增加，建筑使用的方便性以及整體效果如今已經成了人們關注的重點。而各種不同的設計方案對建筑材料的選用、建筑基礎類型的選擇、房屋進深的確定、建筑的層高以及總層數的確定等都是需要進行優(yōu)化的問題與對象，所以，在進行建筑結構設計優(yōu)化的整個過程中，應對上述問題予以綜合考慮、重點考慮。
建筑結構設計優(yōu)化的內容及意義
建筑結構設計優(yōu)化主要體現在兩個方面，一是對建筑工程總體結構進行優(yōu)化設計，二是對建筑工程局部結構進行優(yōu)化設計。其中，建筑工程局部結構的優(yōu)化設計的對象主要包括以下幾點：1）基礎結構方案；2）屋蓋系統(tǒng)方案；3）圍護結構方案；4）結構細部等。對上述對象進行優(yōu)化設計時，通常還會涉及選型、受力分析以及造價分析等諸多內容?？傊?，對建筑結構設計進行優(yōu)化的過程中，不僅要嚴格依據設計規(guī)范執(zhí)行，還應充分結合建筑工程的具體情況，最終提高建筑工程的綜合經濟效益[1]。
建筑結構設計優(yōu)化的意義主要在于兩點，一是提高建筑工程的安全性及可靠性，二是降低建筑工程的總造價。通過對比分析發(fā)現，建筑結構設計優(yōu)化方法應用得當的情況下，能大幅降低建筑工程的總造價，最高可達30%。通過優(yōu)化方法的有效應用，一方面能夠最大限度體現物質的性能，另一方面能夠為規(guī)劃的實際執(zhí)行提供一系列有用的參考資料。
建筑結構設計優(yōu)化方法概述
對于建筑整體結構設計優(yōu)化而言，建筑結構的概念設計既是重要基礎，又是一個主要方向。運用概念設計方法，能夠有效提高建筑工程的安全性及穩(wěn)定性，將各種外力所帶來的破壞效果降至最低。建筑在實際使用環(huán)節(jié)，難免會遇到不同類型的不穩(wěn)定因素。建筑概念設計將會致力于這些不穩(wěn)定因素的解決，以提高建筑的實用性。對建筑結構的諸多可能破壞因素進行研究，發(fā)現地震這一破壞因素最難以控制，因為地震發(fā)生時，將會給建筑施加一個極大的作用力，同時地震又是難以準確預測的。所以，在優(yōu)化建筑結構設計的實際環(huán)節(jié)，應該站在整體的角度對建筑結構設計進行優(yōu)化，采取多項措施以達到提高建筑結構抗震能力的目的。另外，設計方案中如果有不利于建筑結構抗震的因素，則應對其進行適當調整，無法調整時，則應放棄。在建筑結構設計優(yōu)化的幫助下，建筑在整體剛度方面應該達到均勻、對稱的效果，如此一來，便有效保證了建筑結構在地震作用下的安全性[2]。與此同時，是實際設計環(huán)節(jié)，還應綜合其他優(yōu)化方法的應用，以提高建筑的抗震能力。如延性設計，該種設計方法能夠很好地保護地震中的建筑免受脆性破壞的危害；又如多道設防的設計方法，其設計思路是，當發(fā)生劇烈地震時，“犧牲”部分次要結構去吸收地震能量，以降低地震對建筑主體結構的破壞效果。在進行建筑整體結構設計的過程中，應注意上述優(yōu)化方法的有效運用。
建筑結構設計優(yōu)化方法的應用
3.1提高建筑結構空間利用率的方法
在衡量建筑是否人性化的諸多指標中，空間利用率是一個關鍵性指標。下文將針對如何提高空間利用率這一點展開探討，探討相關的建筑結構設計優(yōu)化方法，以滿足建筑實用性及人性化的要求。
3.1.1基本思路
在提高空間利用率的方法中，充分考慮并利用了整體與局部之間的關系。這個關系可用下列公式表示：
N=1+1+1+1+1……
兩種情況：1）當N代表建筑主體時，那么各個1則分別代表臥室、客廳、廚房以及衛(wèi)生間等；2）當N代表臥室（以臥室為例）時，那么各個1則分別代表臥室中的床鋪、梳妝臺、衣柜以及電視柜等[3]。
3.1.2提高空間利用率的目的
隨著城市人口密度的不斷增加，給城市土地資源帶來了極大的壓力，在這種背景下，提高空間利用率具有十分積極的現實意義。提高空間利用率，一方面能夠減少空間浪費，提高空間的實用性，另一方面能夠增加空間利用的人性化。
3.1.3具體的實施方法
具體的實施方法如下：1）確定建筑空間的面積；2）當確保建筑容積效率之后，再確定結構的最適宜進深；3）計算面寬；4）確定房間的具體進深，同時確定房間家具的尺寸和實用性；5）確定目標空間結構，同時確定合理的交通面積；6）增加客廳、臥室以及廚房的面積[4]。
3.2結構設計優(yōu)化方法的應用步驟
3.2.1建立結構設計優(yōu)化模型
對建筑整體結構設計進行優(yōu)化時，一般步驟如下：1）確定設計變量。所謂設計變量指的是可能會對建筑整體效果或者實用性產生影響的一系列參數，如目標控制函數（以整體建筑結構造價控制為代表），又或者約束控制參數（以整體建筑結構的可靠度控制為代表）等。在實際選取過程中，應對參數進行適當的精簡，不對那些相關性較小的參數進行研究，如此一來，能夠大幅降低模型的計算強度，同時有效減少編程的工作量；2）建立目標函數。目標函數主要包括兩大方面，一是建筑的整體效果，二是建筑的整體實用性。尋找一組有效參量。這組參量既要滿足建筑使用功能，又要符合既定的結構截面尺寸以及鋼筋截面積。從而保證求得的目標函數值達到最優(yōu)；3）定義約束條件。通常，建筑結構的約束條件涉及諸多內容，既包括建筑的可靠度約束、強度約束，又包括應力變形約束，還包括裂縫寬度約束等。在具體設計環(huán)節(jié)，應保證加入約束條件的考量之后，實際結構設計滿足現行的設計規(guī)范，符合最優(yōu)設計標準的相關要求[5]。
3.2.2 優(yōu)化設計方案的選擇
通常情況下，有多種建筑結構設計優(yōu)化方案可供選擇。進行選擇時，常常將基于可靠度的方案列為重點考慮對象。對該種方案進行實際計算時，既要面對關系錯綜復雜的多種變量，又要面對數量眾多的約束條件，再加上它們都屬于非線性問題，所以，在計算過程中，通常先要將其轉化為無約束條件的線性問題，然后求解。在上述一系列計算過程中，通?？梢圆捎萌缦聝煞N優(yōu)化計算方法：1）拉普拉斯算子法；2）復合形法。在選取具體算法的過程中，一方面要考慮算法的精度，另一方面要考慮算法的計算速率，總之，要對算法進行綜合而全面的考慮，從而選定一個最佳的算法。
3.2.3 具體的程序設計
當確定具體的建筑結構設計優(yōu)化方案之后，便會進入到具體的程序設計環(huán)節(jié)，即編制一個功能完備、運算速率良好、綜合效果優(yōu)異的計算程序。程序設計將會涉及諸多內容，其中最為主要的包括兩大方面，一是工程指標的選取，二是建筑的功能需要。由于編程涉及廣泛且內容繁復，本文不對其進行詳細論述[6]。
3.2.4 結果分析
對計算結果進行分析是一個十分關鍵的過程，關系到整個設計優(yōu)化的成與敗，所以，在分析的過程中應保證考慮的全面性，主要包括以下幾個方面：1）建筑結構的成本；2）建筑結構的實用性；3）建筑結構的整體空間效果。建筑結構是一項復雜而系統(tǒng)的工程，再加上耗資較大，所以，在設計優(yōu)化的過程中，應站在整體的角度進行分析，無論是片面追求資金的節(jié)省，還是片面追求建筑實用性的增加都是不對的?？偠灾褪菂f調好技術和經濟之間的關系，尋求二者之間的平衡，進而展開合理的優(yōu)化[7]。
4.結語
建筑結構設計優(yōu)化是一個復雜而系統(tǒng)的過程，通常被歸入綜合決策的范疇。在實際優(yōu)化環(huán)節(jié)，既要考慮實用性和安全性，又要考慮經濟性，還應考慮整體效果，總之，要平衡各方面的關系。本文對建筑結構空間利用率的優(yōu)化進行了重點探討，對建筑結構優(yōu)化的理念進行了闡釋和延伸，希望能對類似工程建設提供一些借鑒和幫助。
參考文獻：
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[4] 董燕,胡執(zhí)標. 淺談高層建筑結構關鍵設計問題[J]. 科技創(chuàng)新導報. 2011(11).
[5] 房國府. 高層建筑結構分析與設計[J]. 中國高新技術企業(yè). 2010(33).
