結構設計的優化精選(五篇)

序言：作為思想的載體和知識的探索者，寫作是一種獨特的藝術，我們為您準備了不同風格的5篇結構設計的優化，期待它們能激發您的靈感。

篇1

關鍵詞：建筑結構 剪力墻結構 設計 方案 優化

前言

近年來，建筑結構設計的水平得到不斷的提升，在建筑的結構設計上不僅需要滿足銷售及居住的質量要求，同時還要求具有較好的經濟適用性。剪力墻結構由于側移較小，抗側剛度較大，而且具有較強的抗震性能，所以在現代建筑中得到廣泛的應用。但在當前建筑剪力墻結構的應用和設計過程中，還存在著一些問題，所以還需要加強對其設計方法進行優化，從而確保建筑的安全性、經濟性和實用性。

一、剪力墻結構的基本定義

剪力墻作為建筑結構中的重要組成部分，其可以承擔較強的風荷載及地震作用，所以通常也將剪力墻稱為抗風墻或抗震墻。目前高層建筑較多，但在高層建筑結構設計時，則不宜將所有墻體都采用剪力墻結構進行設計，對于需要應用較多剪力墻時，則需要布置一定的筒體，這樣利用剪力墻和筒體可以對水平力來進行抵抗。

二、剪力墻結構設計的基本樣式

（一）壁式框架。這種樣式的剪力墻更多的在聯肢墻中進行應用，由于其洞口較大，所以墻肢的剛度往往較弱，而連梁的風度則較強，這種情況下的剪力墻在受力上表現的與框架結構更過于接近。但其與框架結構的梁柱還具有較大的不同，厚度上較小。通常上框剪結構中，壁式框架剪力墻可以進行單獨設置，同時也可以利用其他一些墻體來進行設置，所以在目前的房屋建筑中壁式框架剪力墻應用的更為廣泛。

（二）整體剪力墻。整體剪力墻由于沒有洞口或是只有少量的洞口，其作為建筑的主體結構存在，所以在設計時往往可以忽視洞口的存在，在現代建筑結構中作為極其重要部分，對建筑起著支撐的作用。

（三）聯肢墻。聯肢墻上往往是有一列或是多列洞口存在，而且洞口的尺寸也較大，各連梁承擔著主要的受力，其可以說是由于多組連梁連接起來的特殊剪力墻，而且各墻肢具有比連梁更強的剛度，所以每一個墻肢的作用都不可忽視。

三、剪力墻結構方案的選擇

在建筑結構設計時，剪力墻的設計方案具有多樣化的特點，但在確保建筑結構安全的情況下，需要選擇經濟性較好的方案，可以有效的降低工程的成本。特別是在設計的初期階段，對于剪力墻結構體系、材料及構件截面尺寸的選擇，都會直接影響到建筑工程的造價。

目前高層建筑結構中，利用框支剪力墻較多，這樣就可以在上部結構中可以采用短肢剪力墻結構，同時為了盡量的減少上下層在剛度上的變化，則可以適當的減少上層短肢剪力墻來減少剪力墻的剛度，而加大下層剛度，這種結構方案可以在保證整體結構安全的基礎上，具有良好的經濟性。

因建筑的層數過大，對于結構的剛度要求增加，也需要結構底部具有良好的抗剪系數，控制好層部位移和頂點位移值，確保結構的安全性，所以如果利用短肢剪力墻結構則無法滿足各方面的要求，使Y構的安全性無法得到保證。

對于層數在20層以下的住宅建筑若采用傳統的現澆剪力墻結構，由于墻體多為構造配筋，各墻肢的實際軸壓又一般會比計算值偏小，就會導致墻體的承載力不能充分發揮出來，而采用短肢剪力墻結構，就可以很好地解決這些問題，既加大了結構的延性，提高結構的抗震性也使得工程費用隨之降低。

四、剪力墻結構的優化設計措施

（一）基礎方案與承重構件的優化設計。剪力墻結構的基礎設計方案應根據工程項目地質與水文條件，各項工藝、技術指標與相鄰建筑的分布狀態要進行科學、合理的規劃，以最大限度發揮基礎方案的實際作用，設計人員應盡量在原基礎上進行相應的修訂與整改。設計人員在進行實地考察后，應按照相關標準與規范進行承重構件的設計和選擇，其根本目的是確保建筑主體結構的安全性、可靠性。例如：在剪力墻承重構件的設計中，必須考慮到墻體配筋率的問題，在國內現階段執行的相關標準中明確指出：抗震等級為一、二、三級的剪力墻中，豎向與水平分布筋的最小配筋率應≥0.25%，而部分框支剪力墻的底部加強部位實際配筋率則要≥0.3%。與上世紀80年代相比，現在規定的配筋率已經明顯提高，而且基本實現了與國外建筑行業要求的配筋率接軌，所以，在剪力墻結構設計工作中，設計人員在基礎方案與承重構件的優化設計中，必須注重相關標準與工藝參數的合理選用，特別是要符合國家建筑主管部門出臺的最新設計標準，以保證設計方案通過審核。

（二）有效提升建筑整體結構性能。在剪力墻設計優化過程中要對其抗震性能進行強調，所以在設計時力求簡單、規則，明確結構各部位受力情況，避免在災難發手時出現局部結構受力不均衡的情況，實現對危害的有效控制。設計時要盡量避免出現結構薄弱部位，所以在設計時需要充分利用相關經驗及技術參數，及時對可能產生薄弱的部位進行分析，并對方案進行修訂，從而有效的提升整體結構的抗震性能。

（三）合理應用剪力墻結構設計理念與計算方法。在剪力墻結構設計中，必須選擇合理的設計方案，這是保證建筑主體結構質量的重要環節。剪力墻結構處于受彎工作狀態時才能有展現良好的延性，所以，剪力墻的形式應以高細為主，如果剪力墻過長，可能形成低寬剪力墻，由于剪力墻呈現為脆性，難以滿足抗震要求。因此，在剪力墻結構設計中，必須經過精確的計算，雖然國內在設計工作中已經基本實現了計算機代替人工操作，但是在部分環節的計算中仍需依靠設計人員豐富的工作經驗予以解決。

篇2

【關鍵詞】結構設計；優化

結構設計的目標是“安全、適用、經濟”，對結構設計進行優化的目的就是使有限的空間、資源效果最大化，結構設計的優化工作就顯得非常的重要。結構設計優化的方法就是合理的利用材料的性能，合理的利用結構體系的受力特性，合理的結構布置，使結構內部各單元得到最好的協調，達到規范所規定的安全度，并使其使用功能得到最大的滿足。下面將通過幾個方面對結構設計的優化進行探討，以期與廣大結構設計人員共勉。

1　結構整體分析

在承載各種作用的時候，建（構）筑物總是以整個結構體系協同工作的，結構體系的優劣是這個建（構）筑物的先天基礎。合理的結構體系可以在安全、經濟、適用等方面做到更好的協調。

1.1　結構形式的選擇及結構布置

同一建筑方案，可以采用多種結構體系進行設計。建筑工程常用的結構體系有框架結構、框架剪力墻結構、剪力墻結構、筒體結構等。每一種結構形式的經濟性都有所差別，且都有其相應的適應性、抗震性能。因此，設計人員在建筑結構體系的優化選擇過程中，要根據建筑物使用功能的要求、建筑高度的不同、場地條件等因素，按照經濟合理、安全可靠的設計原則，保證結構整體具有良好的抗震性能、足夠的承載力和剛度的前提下，選擇最合適的結構體系。

結構布置要求結構設計者具有化繁為簡、了解各種結構特性并對其出現的各種狀況采取相應措施的能力。在建筑結構設計的過程中，在基本滿足建筑師設計意圖的基礎上，平面布置應盡量規則、對稱，盡量縮小質心和剛心的距離；使建筑物在水平荷載作用下不致產生太大的扭轉效應。豎向布置應在滿足功能要求的前提下，盡量使豎向承重構件上下貫通且豎向剛度最好不要突變，否則突變處在水平荷載作用下會出現嚴重的應力集中現象，這對結構抵抗水平動力荷載是十分不利的。

筆者設計的某值班宿舍樓，平面尺寸為7×38m，平面雖然很規則，但很狹長，結構布置的時候，做到了結構剛心與質心非常的接近，但計算后的結果卻不能令人滿意，第一周期是扭轉周期，對于結構的抗震是非常不利的。究其原因就是結構平面過于狹長，平面剛度不足，造成兩端振動不同步引起了扭轉效應。在增大了兩端柱截面之后，雖然第一、二周期變成了平動周期，但第一扭轉周期與第一平動周期的比值大于0.9。雖然抗震規范對多層建筑的周期比并不做要求，但參考高層規范的規定，比值過大的情況下結構的抗震性能并不是很好。于是筆者在兩端墻體交接處各增加了一根柱子，使得兩端的剛度進一步增強，且柱的布置不影響使用，結構的周期比小于了0.9，而且由于結構布置的時候剛心和質心是非常接近的，因此結構的抗震性能是非常好的。

1.2　功能要求

每一個建（構）筑物都有其預定的功能要求，設計者甚至不能滿足其無限擴大的功能要求，而功能要求往往也會與結構形式產生沖突。當為了更大滿足功能要求而不能采取更優的結構形式使造價增加，或者采取更優的結構形式使造價降低卻但限制了一些功能上的要求時，設計者應當與建設方協調，在功能要求和結構形式上互相做出讓步，以確定雙方都滿意的結構方案。比如框架結構、框剪結構、剪力墻結構、簡體結構等滿足使用者自由布置空間的能力是不同的，一般情況下按上述排序該能力是越來越弱的，但結構體系的剛度卻是越來越強的，適用的最大高度是越來越高的。當某建筑物的高度接近框架結構的適用最大高度時，其結構成本相對是比較高的，可以考慮采用框剪結構，如建設方認為框剪結構影響了其功能使用，且結構成本對其影響不大時亦可繼續采用框架結構。但通過溝通，在采用框架結構的同時，在不影響其功能要求的某些位置設置少量的剪力墻以加強結構的抗側剛度則不失為更優的結構方案。

2　改變約束條件

改變約束條件是進行結構設計優化的一種有效的手段。

某水廠水池，由于施工單位的失誤，池壁鋼筋產生嚴重的偏位，按偏位后的截面進行復核，池壁承載力已經不夠。筆者采用增加約束的辦法進行處理。將池壁上部的走道板強化設計，作為池壁的上部約束，經復核此情況下偏位后的鋼筋滿足要求。

某門式剛架廠房，筆者最初設計時對剛架的底部按固端約束進行計算，發現剛架的基礎非常大，造價很高。后經優化，減掉部分約束，改為鉸接，基礎尺寸大為減小，柱腳構造施工難度變小，且上部構件截面增大不多，取得了良好的經濟效益。

3　構件分析

每一種結構構件都有其最經濟的使用范圍，每一種截面尺寸均有其最經濟的承載狀況。通過構件分析進行結構優化的目標是使構件的截面尺寸更合理，充分發揮材料的結構性能。

筆者在設計水處理構筑物的時候，通過采用通用計算軟件分析發現控制構件配筋的最不利彎矩衰減得非常的快，這些在普通的靜力計算中是察覺不到的。根據這個特性，在大尺寸的池壁設計中，可以采取沿高度逐漸減小池壁厚度和逐漸減少配筋量的方法來更合理的發揮材料的性能，取得更好經濟效益。

犧牲某些結構構件的部分經濟性，達到更高的整體經濟效益則是另一種結構優化的方向。例如，常規梁經濟性最好，但嚴重影響建筑層高，尤其是在目前土地資源有限的情況下，其不一定能實現整體經濟效益的最大化。寬扁梁能減少梁的截面高度，增加建筑物的凈高。在建筑物總高度限制的情況下，可以增加層數，以獲得更多的建筑面積。雖然寬扁梁在經濟指標上與常規梁相比并非最優，但對比整體經濟效益和結構增加的投資，整體經濟效益大時，做寬扁梁設計是個值得考慮的結構設計優化方向。

4　材料選擇的優化

結構承載能力的載體就是材料，工程實踐證明，設計階段合理選擇建筑材料，控制材料單價或工程量，是控制工程造價的有效途徑。建筑材料應盡量選用性價比高的高強度建筑材料。例如HPB300、HRB335和HRB400這三種鋼材的價格比較接近，但它們的抗拉強度值是270：300：360=1：1.11：1.33，可見采用高強鋼筋的性價比高。采用高強度鋼筋減少了用鋼量的同時，還減少了施工量，增加施工可操作性，減少了施工難度。當柱截面由軸壓比控制導致尺寸過大時，可以采用更高等級的混凝土，以達到減小結構尺寸，增加使用空間的目的。結構設計者可以與建筑設計者協調采用輕質高效的建筑材料，如填充墻材料宜采用輕質墻體，屋面采用輕質防水材料等，這些材料的使用既可增加室內的使用空間，也能減輕結構自重，減小地震作用，進而減少結構主要受力構件的用鋼量和混凝土用量，減少了結構部分的投資。

5　計算模型的優化

實際結構是很復雜的，完全按照結構的實際情況進行力學分析是不可能的，對工程設計而言也是沒有必要的。因此結構設計時，都需要采用某個計算模型對結構實際狀況進行簡化模擬，計算出結構在各種工況下的效應。結構計算模型的準確性決定了計算結果的合理性及對工程設計的指導意義。

縱觀結構設計軟件的發展歷史，就是結構計算模型提高準確性的發展歷史。在計算機高度發達和通用計算逐漸普及的今天，結構設計者擁有了更多的選擇對結構進行更為合理的模擬計算，設計者可以得到更為準確的結果，從而更為合理有效的進行材料配置，提高經濟效益。

由于業主功能需求的變化，某已建成的建筑物空間布置發生了較大的改變，部分樓板荷載超出了原設計的規定。筆者在對此建筑物結構進行技術鑒定時，考慮到原結構設計是采用梁柱模型計算的，樓板并未直接參與計算，僅估計了對梁剛度的影響，可能實際結構承載能力還有一定的富余。筆者采用了梁柱與板殼元共同工作的計算模型進行復核，并對其局部荷載進行精確施加。最終驗算的結果表明原結構基本能滿足要求，僅需進行小的調整即可滿足結構安全。

在水處理構筑物的設計中，水池底板的設計一直都沿用傳統的倒樓蓋法，整個底板的地基反力是按均布荷載布置的，這與實際的受力狀況有很大的不同，造成了底板用鋼量過大的結果。在使用通用計算已成為可能的今天，可以考慮采用更為接近實際狀況的有限元模型進行受力分析，并以此結果指導配筋將會更為合理且更為經濟。

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關鍵詞：結構設計、設計優化、探討、應用

在房屋建筑結構設計過程中，在滿足建筑設計師設計意圖的基礎下，平面布置應當盡量保持對稱和規則，盡可能的縮小剛度中心和質量中心之間的差異，從而使建筑物在水平荷載下不至于發生太大扭轉。在豎向布置上，在滿足功能的前提下，應盡可能的使豎向承重構件上下保持貫通，可以不使用轉換層則盡量不使用，避免造成結構分析和設計上的困難。豎向剛度盡量不要突變，應采取漸變的方式，避免應水平荷載作用產生嚴重的應力集中現象。

在工程項目和結構設計時，除了考慮設計對象基本的使用功能和可靠性外，還要考慮把設計對象盡可能設計的更完善一些，這就是研究結構設計優化技術的主要目的。它用科學的計算選取更合適本項目滿意的結構方案。

一、房屋建筑結構優化設計模型與方案

房屋建筑工程分部結構優化設計包括以下幾個方面：房屋基礎結構優化設計、房屋屋蓋系統方案優化設計、圍護結構方案設計優化與結構細部設計優化。針對以上幾個方面的優化設計，還包括了選型、布置、造價、受力等內容進行分析。在實際實施中，還應該根據實際情況出發，再結合具體工程實施情況，圍繞房屋建筑綜合經濟效益目標進行結構優化設計。

（一）系統結構優化設計模型。結構設計優化是在各種影響變量中選取主要的參數建立函數模型，運用科學的計算方法得出最好的優化方案。結構優化建立模型大概分為以下幾個步驟：設計變量中主要參數的合理選擇，通常的變量選擇主要選擇對于總體結構影響較大的參數，將所有的參數按各自的影響屬性劃分分類，將影響不大的參數定為預定參數，這樣可以減少函數模型中大量的計算。目標函數一旦確定，使用函數找出符合條件的最優解。最后是約束條件的確定，房屋建筑結構可靠性優化設計的約束條件包括了應力約束、結構強度約束、裂縫寬度約束、尺寸約束。在優化設計中，確定各種約束條件務必符合現行規范要求。

（二）系統結構優化設計方案。在結構設計中應設計多個變量和多個約束條件，設定計算方案時，常常將由約束條件轉換為無約束條件計算，常用的方法包含有符合型法和拉式乘子法。在完成計算方案設定時只需要編制相適應的運算程序即可得到最優化的結果。

二、結構設計中優化技術應用所面臨的幾個問題

將結構優化設計應用到實踐中，是比較廣泛的一項措施，利用結構優化設計方法可以不改變使用性能下達到降低工程造價的目的，結構優化設計應用于整體設計、前期設計、抗震設計、舊房改造等各分部環節都能發揮巨大的效益。在時間應用中，應當注意幾個問題。

（一）前期參與。前期方案的確定將直接影響到整體建筑的總投資，前期方案階段結構設計并不參與是現在所面臨的一個問題，建筑設計師在建筑設計時對于建筑結構的合理性和可行性大多沒有考慮，但建筑設計結果會直接影響結構設計，有些方案有可能造成建筑總投資增加和結構設計的難度提升。假如我們在方案的初期，就選擇合理的結構優化設計，那么我們就可以根據不同的建筑類型，選擇合適的結構形式和合理的設計方案，打好一個良好的基礎。

（二）細部結構設計優化。概念設計運用于沒有具體化數值情況下，需要設計人員在設計過程中靈活運用結構設計優化方法，從而達到最好的效果。在細部結構設計優化中，注意各細節部分的設計，比如現澆板中異形板拐角處易出現裂縫，可把異形板劃分成矩形運用。

（三）地基基礎結構設計。地基基礎結構設計優化首先應選擇合理的方案，如果是樁基礎，則要根據現場的地質條件選擇合適的樁基類型，樁端持力層對灌注樁樁長選擇有很大影響，應多比較選擇合適方案。

三、結構設計優化的作用

（一）降低建筑總造價。在結構優化設計中，建筑層數越多，總建筑面積增大，單位建筑面積占用土地面積將越小，這樣節約了土地占用面積，但隨著建筑層數的提高，總建筑高端提升，樓與樓之間間距也在提升，傳給基礎結構的荷載也會增加，我們則要增大基礎，又會擴大土地占用面積。雖然這樣單位面積會有所降低，但是還是沒有屋蓋效果那么明顯。

（二）提高建筑結構經濟性。隨著建筑層數提高，墻體面積和柱體積也會增加，導致結構自重增加，基礎結構的承載力相應增加，水、電氣管線相應加長，如果層數降低，可節約材料、利于抗震等，當建筑高度減少，兩建筑間的日照距離也相應減少，間接節約了用地。如果建筑面積相同，選擇的不同的平面形狀，建筑外側外墻的周長也會不同，合理的平面模型使外墻周長減少，外墻砌體、基礎設施。內外表面裝修都會減少，與此同時還提高了受力性能，增強建筑經濟性。優化方法的運用，協調了建筑各部分單元，使建筑在更加美觀的同時增強了建筑的可實用性，還減少了總體建筑的工程造價，這符合了現建筑結構的效益需求。

當前，隨著我國經濟快速發展，人們對于居住條件和生活環境要求越來越高，利用結構設計優化技術對建筑房屋進行優化設計，使其結構和美觀相互協調，同時安全、經濟、適用和便利是改善人們居住環境的重要手段。房屋結構設計優化理念注重以實際情況為準則，根據工程建設的基本情況，以控制造價成本為中心來進行結構優化設計，其內容就是利用對建筑的基礎結構、屋蓋系統結構方案和圍護系統結構方案等環節，建立起一種關于結構優化設計模型，通過對各種不同的影響變量參數中的關鍵參數進行科學的計算，確立最終的建筑工程結構設計的優化方案。房屋建筑結構優化設計意義重大，一方面是大大提高建筑結構經濟性，房屋建筑進行結構設計優化可節省材料，有利用抗震，減少內外表面裝修，提高了其受力性能，增強了建筑的經濟性能。二是結構優化設計大大降低了建筑工程的成本造價。節約用地，大量資料表明，房屋建筑進行結構設計優化能夠有效降低工程成本造價25%左右，同時結構優化設計技術能夠對施工材料的性能利用更加合理化，能夠讓建筑工程結構內部各個不同單元之間更加充分互協調，提升了建筑工程結構設計的經濟性。

房屋建筑結構設計優化技術在現實的運用中，可以達到物美價廉的效果，不僅實現了房屋的美觀和實用性，而且突出的節約了工程造價。在每個投資者眼中，在保證建筑結構可靠性和科學性的前提下，同時在建筑長遠效益下，最大程度的節約工程成本，是首先考慮的因素，這樣才能實現可持續性發展，用最低的投資成本獲取最大的經濟效益。

五、結論

房屋建筑結構造價在工程中是考慮因素較大的一個方面，結構設計優化技術的運用產生了巨大的經濟效益。所以建筑部門和建筑設計人員應當遵守經濟性、適用性和合理性的設計原則，再運用現代高科技手段，選擇運用合適的建筑結構設計方案，用以實現降低建筑總工程造價并獲取更大的經濟效益。

參考文獻：

[1]饒遠文.結構設計優化技術及其在房屋結構設計中的應用[J].價值工程，2010，（09）：160.

[2]鄒俊.建筑結構設計優化方法在房屋結構設計中的現實應用[J].科技傳播，2010，（19）：139+132.

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【關鍵詞】結構設計；建筑結構；優化技術；應用

中圖分類號：TB482文獻標識碼： A

一、結構設計優化方法

依據設計的要求，把力學概念與結構優化設計進行有機結合，讓參與計算的量部分可以以變量部分出現，進而形成結構設計優化方案域，運用數學手段，在域中找到可以滿足要求的結構優化最佳設計方案。由此可見，結構優化設計不僅可以提高整體設計水量及設計質量，還可縮短設計周期，從而降低整體工程造價，提高經濟及社會效益。房屋工程分部結構優化設計包括：基礎結構方案的優化設計、屋蓋系統方案的優化設計、圍護結構方案的優化設計和結構細部設計的優化設計。對以上幾個方面的優化設計還包括選型、布置、受力分析、造價分析等內容，在實施過程中，不僅要按照一切從實際出發的原則，更應該結合具體工程的實際情況，圍繞房屋建筑的綜合經濟效益的目標進行結構優化設計。在滿足設計要求后，在進行結構設計時應該盡量縮小剛度、質量中心的差異使平面布置規則，水平荷載就不會使建筑物有太大的扭轉作用。為降低應力集中，豎直方向上應避開使用轉換層。

結構優化設計的本質以力學理論和數學規劃理論為理論基礎，以計算機技術為工具，對建筑結構涉及到的各個變量進行尋找優化決策的先進的設計方法，其本質就是求極值問題。（1）優化數學模型。建立正確合理的優化數學模型是結構優化設計的關鍵步驟，基于正確的優化數學模型是得到正確優化結果的基礎。例如，在優化模型中，數學模型中的等式約束個數應當小于設計變量的個數，這樣才能求得最優解。（2）優化數學算法和優化迭代控制。對于建立的優化數學模型，雖然可用的優化算法有多種，但是采用不同的優化算法所得到的優化效果和所花費的求解時間會有差別。所以，快速、有效的數學優化算法也是結構優化設計的一項關鍵技術。（3）結構分析方法。絕大多數的結構優化設計問題難以采用解析法求解，而是采用數值法的方法。數值解的尋優實際上是一個優化迭代過程，而每次優化迭代都需要進行結構分析。實現以上提到的關鍵技術需要經過建立可靠的優化模型，然后采用適當的優化算法進行求解。這其中選擇計算簡便且正確率高的優化算法顯得尤為重要。

二、民用建筑結構設計和經濟性的關系

第一點，結構設計和用地之間的關系。在多層或者高層的民用建筑中，我們常說的總建筑的面積具體講是每層的建筑面積之和，如果層數越多，那么單位建筑的面積分攤的占地面積相應的就會越小。然而隨著層數日益變多，總體住宅高度也會不斷上升，隨之屋子間的距離也相應的變大。通過這一闡述我們了解到，用地節約的多少并不會根據建筑樓層增加而按一定的約數變高。

第二點，結構設計和造價之間的關系。一般建筑的樓層會在一定程度上影響到單位建筑的面積，但對每部分的結構來講，具體的影響程度是不一樣的。在屋蓋的區域，無論有多少層，都統一使用統一相同的房屋蓋。它跟層數增加無關，所以對屋蓋的資金投入也不會加大。因此，屋蓋處的單位面積資金投入會根據層數的不斷上升而表現出很明顯的降低。在建筑的基礎處，每層都共同使用一個基礎，因此隨著層數不斷增加，相應的基礎結構承受的荷重就會增加，因此我們必須要增加基本的荷載力。基礎地區的單位開銷雖然會根據層數的增加而呈現出降低的意思，但是這種意思并不像屋蓋那樣如此明顯。一些承重體，比如墻、梁或者柱等，會隨著層數的不斷增加而不斷地增加荷載能力以及抗震能力等，相應的這些分部的單位房屋造價會有一定的提升。

第三點，高層住宅結構設計與經濟性的關系。一般而言，住宅層數高矮將本質的影響住宅開銷，其根本原因乃是伴隨層高不斷上升，墻體面積和柱體積也會慢慢上升，而且會加大結構自重，進而還會增加柱以及基礎承受荷載力，于是讓電氣以及水衛的管線同比例變長。如果將層高降低，那么可以有效地節省材料物資，而且還可以節約能源等，對于抗震非常有利，能最大程度的節約金錢輸出。另一方面，減少層高不但可以降低房屋的高矮，有效地縮小建筑和建筑間日照的距離，所以降低層高也在一定程度上對于節約土地資源有很大的作用。

三、結構設計優化技術應用實踐

結構方案的建立過程即工程結構設計。伴隨急速更新發展的計算機硬、軟件產業，憑借計算機、力學、數學一系列方法，將結構設計做到最優化技術推廣。結構優化設計及傳統結構設計其設計原則和過程是相同的，不同之處在于傳統設計缺少安全、經濟性作為衡量準則。最優設計則是在安全、經濟準則基礎之上，利用計算機作為輔助技術，非常便利地實現了分析計算、設計、出效果圖等整套程序的自動化，大大提升了設計整體效果及質量。為了達到降低工程造價之目地，在不更改使用性能的基礎之上，就要對結構進行最優化設計。由此可見結構設計優化技術的應用已經是較為寬廣的課題之一。它不僅應用于項目的前期、整體、抗震設計，在舊房改造期間的各個環境均有廣泛應用。結構設計優化技術在應用實踐中應注意的問題如下：

1前期方案設計期間將結構設計優化參與其中

建筑方案設計前期如有一個優秀的、合理的設計方案，并參與結構設計優化，就會爭取到非常優秀的開端。但目前在前期設計方案中結構設計優化參與其中的并不多，如果能對建筑類別有所針對，并進行合理選擇結構設計優化方案，將降低建筑的總投資成本，因此在建筑方案設計初期應注意建筑方案的結構優化設計，考慮結構的合理及可行性。

2概念設計結合細部結構設計優化

概念設計主要作用于無具體數值量化現象，比如無確定性的地震設防烈度，現實難免與計算式存在區別，那么設計時應采取概念設計方法，使數值成為輔助及參考根據。為達到最佳優化設計效果，設計人員應該靈活運用結構設計優化方案。與宏觀把握相對應的，設計的過程同時要注意對于細部的結構設計優化，比如現澆板中的異形板拐角方向容易出現的裂縫，可歸結為矩形板。鋼筋選擇時應注意：I級鋼和冷軋帶肋鋼市場價格差不多，但是他們的極限抗拉力相差卻相當大，所以在塑性滿足要求的情況下，現澆板的受力鋼筋就可選擇冷軋帶肋鋼筋。在做里面設計的時候，外立面上的懸挑板及配筋，應在滿足基本規范要求之上，以達到安全、經濟之目的。

3結構設計優化―――下部地基基礎

樁基礎類型的選擇，要依據現場地質條選擇最為合適的結構設計優化方案，以降低工程總造價為目的。例如對灌注樁樁長的選擇影響較大的樁端持力層的選擇，要多進行比較，最終確定最為合適的方案。

總之，建筑是凝固的藝術，好的建筑師總希望可以通過建筑來合理的表達本身設計意圖，希望擁有藝術性以及實用性能的美妙融合。建筑結構設計師們應嚴格遵“安全、經濟、合理”的設計理念，努力探索更合理的結構設計方案，保證建筑工程取得良好的經濟效益和質量效益。

參考文獻：

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【關鍵詞】房屋結構設計；優化方案；應用；優化技術

中圖分類號： TU318 文獻標識碼： A 文章編號：

近年來，由于經濟體制和市場環境的變化，土地價格也在不斷上漲，使得建筑工程在成本控制上面臨的壓力也隨之增大。同時，隨著人們生活水平的提高，人們對居住環境和居住條件的要求也較之以往有很大的提高，這就要求建筑產品要有更優秀的品質才能滿足人們的需要。為了實現開發商和居住者的共同利益，那么就要在降低建筑工程造價的同時還要優化房屋的結構，因此，設計部門和人員就要在房屋結構設計中運用結構設計優化技術方法，在有限的空間里對有限資源進行合理利用，使其能夠發揮出最優效果，實現房屋建筑安全性、經濟性和適用性的最大化。

一、房屋結構設計中的結構設計優化方法

安全、美觀、經濟、適用且便于施工是建筑結構設計的五項基本原則，將結構設計和建筑美觀密切配合起來，在各自發揮作用的同時相互協調，能夠打造出賞心悅目的建筑。在房屋結構設計中應用建設結構設計優化技術，既能夠使建筑的造型更加美觀，又能夠滿足房屋結構的安全性、經濟性和適用性原則。它是從優化設計房屋工程的分部結構和優化設計房屋工程結構的總體這兩個方面來體現的。房屋工程分部結構優化設計方案有這幾方面的內容：優化設計房屋的基礎結構、優化設計房屋的屋頂系統、優化設計房屋的圍護結構和優化設計房屋結構的細部。在這些優化設計方案中包含著多方面的內容，主要有工程的造價分析、結構選型、結構布置和結構的受力分析等方面。在具體的實施過程中，要從實際出發，結合房屋建筑工程的自身實際情況，將提高房屋建筑的綜合效益為目標，來進行房屋結構的優化設計。

二、房屋結構設計中結構設計優化方案的應用

1、房屋結構設計中的抗震性優化設計方案

在進行房屋建筑工程圖紙的設計時，按照抗震的等級來對房屋結構的設防進行分類，這是在國家《抗震規范》等相關規定的基礎上，根據房屋的高度、烈度和結構類型來確定的。具體的優化方案如下：

對高層房屋建筑來說，在計算地震震力的振型組合數據時不必考慮耦聯扭轉的情況。如果房屋振型數大于3，那么在計算時要取3的整數倍，并且這個數據應該小于建筑物的總層數，如果房屋是1層或者是2層時，那么可以將房屋層數作為振型數。如果房屋結構并不規則，那么就應該考慮扭耦聯轉，同樣拿高層建筑來說，房屋的振型數不應該小于9而應該大于或等于9；如果該項建筑房屋結構的層數較大，或者它的剛性突變系數大的情況下，那么在選取該房屋的振型數時應該多一些，例如在房屋結構中有轉換層的情況，或者房屋頂部有小塔樓，又或者房屋內部是多塔結構，這時應該選取大于或等于12的數作為該房屋的振型數，但是需要注意的是，振型數仍然不能超過該房屋總層數的3倍。除非存在特殊情況，才可以選取更大的振型數，例如在房屋結構中含有彈性定義樓板，并且在剛性分析時采取的是總剛性分析的方法。

2、房屋結構設計中周期性折減系數的優化設計方案

在建筑房屋結構的設計中，對于房屋框架和頂蓋來說，它實際表現的剛度往往會大于設計時計算的剛度，而實際的周期又會小于設計計算的周期，這是由于存在填充墻體的原因引起的。如果計算出來的房屋結構剪力偏小時，會引起房屋某些結構的安全隱患，為了避免這種情況而使房屋結構達到更好的效果，那么在房屋結構優化設計時就要適當折減它的計算周期。但是房屋的框架結構除外，在設計時不宜折減它的計算周期，必要時就取最小的折減系數。對于房屋的框架結構來說，它通常是采用砌填充墻的方式，因此應根據砌塊和墻體的情況來決定折減系數。如果采用輕質砌塊來填充或者墻體較少的情況下，折減系數應為0.7～0.8之間；如果完全是采用輕質墻體板時，折減系數可以取為0.9。

3、房屋結構設計中框架梁、柱箍筋間距的優化設計方案

房屋柱箍筋、框架梁等的設計中，要在符合國家相關規定的前提下來設定最大箍筋和最小箍筋的直徑間距，通常將加密區的最大間距設為100mm左右，而將非加密區的最大間距設為200mm左右，然后來計算房屋結構的箍筋面積。設計人員在確定肢數和箍筋的直徑時，要依據相關規范的規定來進行。如果有其他較大載荷存在于房屋框架梁跨中部時，或者存在次梁且箍筋僅為兩肢時，而程序又為內定的條件下，就應該取200mm左右作為非加密區的箍筋間距。這樣既能夠提高間距為100mm的梁箍筋加密區的抗剪切能力，又使梁非加密區抗剪承載能力適當增強了。通過這樣的優化設計方案，更能夠充分體現出梁的強抗剪性能。

4、房屋結構設計中地下室的優化設計方案

在房屋結構設計中，如果是多層性的框架結構，一般都會設置地下室，而通常會采用板筏基礎來建造，這是因為地下室的隔墻較少。在設計時應該綜合考慮房屋的上部結構和地下室的層數，在圖紙中的計算時應以地下室的實際層數為依據，這樣可以一次性設計完成基礎

底板和地基的縱向荷載。同時，通過比較和分析側層移剛度性系數，可以對房屋的嵌固位置做出正確的判斷和調整。為了保證樓板有必要的厚度且配筋率最小，可以采取適當的加固措施來進行構造；如果房屋的縱向結構不規則時，要加強最房屋結構中最薄弱層的驗算。

三、在房屋結構設計中應用結構設計優化方案的意義

在房屋的結構設計中應用結構設計優化方案具有著重要的現實價值和實踐意義。在滿足房屋結構長遠效益的基礎上，應該盡可能的減少房屋結構的投資成本，并使房屋結構更為可靠和合理，以實現這樣的目標為目的來進行房屋結構的設計。與傳統房屋結構設計比較，運用建設結構設計的優化方案能有效降低房屋工程的造價，大約為10%～35%。運用現代化的設計理念來合理運用結構設計優化方案，可以將建筑材料的性能最大限度的發揮出來，充分協調房屋結構內部各單元之間的關系，其安全性也能達到國家的規定范圍。同時，在房屋建筑設計中應用結構設計的優化方案還能提高房屋整體方案設計的合理性，從而實現房屋整體結構的美觀、安全、經濟和適用。

四、結語

在房屋結構設計中采用建筑結構設計優化方案，能夠使房屋變得更加美觀、適用、經濟、安全。要使房屋結構優化設計在實際應用中發揮最大的功效，既要注重建設初期優化方案的制定，又要在施工過程中合理運用。在保證質量和安全的基礎上，堅持房屋結構優化設計的新理念，合理選擇結構設計優化方案并充分利用，對于建筑工程成本的控制和人們居住條件的提高都有著重要意義。

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