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摘要：结构设计优化是目前一个比较普遍的课题，要达到利用结构优化的方法在不改变适用性能的前提下达到降低工程造价的目的，将结构设计优化方法应用于实践之中，这是我们建筑工程设计人员所追求的目标。本文笔者结合工程实践对结构设计优化的方法和在建筑设计中的应用进行了探讨。
关键词：结构设计优化；方法；应用；合理
Abstract: the structure design optimization is currently a common topic, to use structure optimization method of not changing the applicable under the premise of performance to reduce project cost purpose, structure design optimization method will be used in the practice in, this is our construction engineering design personnel by the pursuit of the goal. In this paper the author combined with engineering practice to the structure design optimization method and the application in building design is discussed.
Keywords: structure optimization design; Methods; Application; reasonable
中图分类号：S611文献标识码：A 文章编号：
结构优化设计思想是目前国内外比较有价值的一套理论系统。运用该理论方法，实现人民对于居住环境和生活环境的改善，提高建筑产品的质量与品味，满足小康社会人们对新生活的需求，同时降低工程建筑的造价成本，实现建筑商利润最大化的目标。
一 、研究结构设计优化的现实意义
从目前建筑市场来看，每一个建筑商都希望在满足建筑结构长远效益的前提下，能最大程度地减少建筑结构的近期投资，同时保证建筑物结构的可靠度和科学合理性。如此，才能实现可持续发展，实现更多、更大的市场收益。与传统的结构设计相比，采用结构设计优化方法可以使建筑工程造价降低6%-34%。优化方法的技术性实现，可以最合理的利用材料性能，使建筑结构内部各单元得到最好的协调，不仅可以实现建筑美观、实用，而且在造价方面也有较大的节省，达到了建筑工程设计对适用、安全、经济、美观和便于施工的一般要求。通过使用优化设计手段，达到这5个方面的最佳结合，符合现今建筑商对于建筑结构的效益的需求，也符合市场可持续发展的需求。
二 、结构设计优化的方法
2.1 结构优化设计首先要从概念设计着手
在每一个工程项目设计的开始，结构工程师应善解建筑师的心意和业主的要求，针对所设计的结构体系功能及其受力变形特性的整体概念和判断力，并根据建筑物所在的地理环境条件、材料、施工条件和造价等等去不断地探索、比较、反馈，确定一个合理的结构方案，选择一个合理的结构形式，这样才能为设计出一个既安全又经济的建筑作品奠定基础，也为结构优化设计获得一个良好的开端。
2.2 选择结构优化计算方案
结构优化设计是在各种变量参数中选择主要的参数，并为其建立函数模型，运用合理科学的方法计算出最优解。结构优化设计是个非线性的优化问题，在设计中涉及到多个变量和多个约束条件，设定好计算方案，通常是将约束条件变为无约束条件来计算。拉式乘子法、符合刑法和POWELL等方法是常用的计算方法，在完成了相应的计算方案后再进行编程运算即可完成最终的优化设计结果。
三 、结构设计优化在建筑设计中的应用
以目前民用建筑中常见的钢筋混凝土高层建筑为例：
3.1 结构选型对结构优化设计的重要性
结构选型是结构优化设计的首要环节，必须慎重对待。选择合理的结构形式对结构优化设计有着很大的作用。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，对结构设计过程中结构所用材料、选型、各种材料荷载加以整体分析考虑，如在主体结构设计中结构选型：如砖混、框架、框架－剪力墙、筒体结构和大跨结构等都具有指导性意义。在处理协同受力方面需要做到各结构构件受力均匀，传力简捷、明确、应当避免不明确的受力状态。结构的协同工作主要体现在：基础与结构上部的协调。
建筑结构设计应符合抗震概念设计的要求，尽量不采用不规则的结构设计方案。在一个独立结构单元内，平面布置力求简单、规则、对称，尽量使结构的刚度中心和质量中心重合，以减少扭转；一般情况下宜采取调整平面形状与尺寸，减轻结构自重，最大限度的降低地震的作用。这样设计出来的结构既经济又合理，在满足结构安全性、适用性能的前提下，这样就能达到结构优化的最佳效果。
基础结构施工占整个建筑物工期的1/4左右，并且基础造价也占到总造价的10%-20%，所以基础工程结构的重要性是显而易见的。而且基础结构工程的造价还与地质条件是密切相关的，设计时应要求地质勘探报告的精确度高，与实际地质情况相符，这样就能选择一个合理的基础形式、控制好基础的截面尺寸和埋深，就能相对减少基础结构在总工程造价中的费用。
3.2 合理选择总信息中参数是能够达到结构优化设计的关键
结构计算是结构设计的基础，计算结果是结构设计的依据。设计中选择合适的计算假定、计算简图、计算方法及计算程序是得到正确计算结果的关键。对计算结果进行仔细分析，保证安全的前提下，达到节约成本，优化设计的作用。电算程序中，总信息是控制全局的参数，每个程序有所不同，应用程序时应熟读和理解程序的说明，且应在正确理解参数的物理概念的基础上，根据工程的实际情况及规范相关要求经分析后确定。如周期折减系数、框架—剪力墙结构中任一层框架部分承担的地震力影响系数、地震作用调整系数、计算振型数、梁端弯矩调幅系数、梁跨中弯矩放大系数、连梁刚度折减系数、梁扭矩折减系数等等。合理的设计参数对结构的优化起着重要的作用。
3.3 柱墙梁的优化设计
柱网布局确定着柱子的行距和间距（同行相邻的两个柱子的间的距離），柱网的尺寸一般来说在6到12米之间比较经济合理，如果柱距小那么其传力路线就短，上部结构的材料就能节省，但是这可能使基础费用高，所以说柱网布局是否合理，对工程的造价有很大的影响，另外，柱子的截面形状和大小对工程造价也有着直接的影响，所以合适的柱网布局、柱子截面的形状及大小的选择对工程造价的影响是很明显的。
剪力墙布置宜尽量对称，贯通全高。在高度较大的建筑中，剪力墙宜布置成井筒式，宜加大结构的抗侧力刚度和抗扭刚度。框架—剪力墙结构中，剪力墙宜均匀布置在建筑物端部附近，楼、电梯间、平面形状变化较大及恒载较大处，剪力墙的间距不宜过大。
结构设计时通常采用矩形截面梁当做受弯梁，采用合理的梁截面，既能减少混凝土的用量，又能达到节约钢材的目的。设计中应避免出现“短梁”、“短柱”现象，以免出现钢筋构造加强措施，造成用钢量的增加。
在构造方面，如果我们注重一些配筋细节，这样既能保证结构的安全，又能控制好含钢量。如：梁的配筋方面，因选型和选材的合理，使计算结果趋于合理，所以我们对构件的配筋可按计算结果直接配置，不再放大，梁的通长筋可采用小直径钢筋搭接；剪力墙暗柱配筋，可将墙体水平钢筋计入暗柱箍筋计算（规范规定范围），可减少暗柱箍筋量。只要我们注意构造上的一些细节，这样也能达到节省钢材的作用。
通过概念设计选择最优方案，通过柱网、剪力墙的合理布置，通过计算程序中参数的认真选择，通过构造上柱墙梁截面的恰当设计，配筋方面的优化，我们就能将整个建筑物实现既经济又合理，达到结构优化设计的目的。
总之，结构设计优化，不但满足了人们对建筑美观、造型优美的要求，又能使房屋的结构设计合理、性能安全、建筑成本经济，成为名副其实的“经济适用”建筑。企业应加强对结构设计优化管理，提高设计管理工作的系统性，使技术管理更加全面、专业、精细，从整体上增强了竞争力，减少浪费。结构设计是一门艺术，没有惟一解。只有不断地探索去寻求相对的最佳，而无绝对的最优。
参考文献：
[1]尹国强. 浅谈建筑结构设计相关问题实践[J]. 科技与企业,2012,(4).
[2]程佳. 基于住宅建筑中结构设计的应用分析[J]. 露天采矿技术,2012,(1).
关键词：结构设计优化；方法；应用；合理
Abstract: the structure design optimization is currently a common topic, to use structure optimization method of not changing the applicable under the premise of performance to reduce project cost purpose, structure design optimization method will be used in the practice in, this is our construction engineering design personnel by the pursuit of the goal. In this paper the author combined with engineering practice to the structure design optimization method and the application in building design is discussed.
Keywords: structure optimization design; Methods; Application; reasonable
中图分类号：S611文献标识码：A 文章编号：
结构优化设计思想是目前国内外比较有价值的一套理论系统。运用该理论方法，实现人民对于居住环境和生活环境的改善，提高建筑产品的质量与品味，满足小康社会人们对新生活的需求，同时降低工程建筑的造价成本，实现建筑商利润最大化的目标。
一 、研究结构设计优化的现实意义
从目前建筑市场来看，每一个建筑商都希望在满足建筑结构长远效益的前提下，能最大程度地减少建筑结构的近期投资，同时保证建筑物结构的可靠度和科学合理性。如此，才能实现可持续发展，实现更多、更大的市场收益。与传统的结构设计相比，采用结构设计优化方法可以使建筑工程造价降低6%-34%。优化方法的技术性实现，可以最合理的利用材料性能，使建筑结构内部各单元得到最好的协调，不仅可以实现建筑美观、实用，而且在造价方面也有较大的节省，达到了建筑工程设计对适用、安全、经济、美观和便于施工的一般要求。通过使用优化设计手段，达到这5个方面的最佳结合，符合现今建筑商对于建筑结构的效益的需求，也符合市场可持续发展的需求。
二 、结构设计优化的方法
2.1 结构优化设计首先要从概念设计着手
在每一个工程项目设计的开始，结构工程师应善解建筑师的心意和业主的要求，针对所设计的结构体系功能及其受力变形特性的整体概念和判断力，并根据建筑物所在的地理环境条件、材料、施工条件和造价等等去不断地探索、比较、反馈，确定一个合理的结构方案，选择一个合理的结构形式，这样才能为设计出一个既安全又经济的建筑作品奠定基础，也为结构优化设计获得一个良好的开端。
2.2 选择结构优化计算方案
结构优化设计是在各种变量参数中选择主要的参数，并为其建立函数模型，运用合理科学的方法计算出最优解。结构优化设计是个非线性的优化问题，在设计中涉及到多个变量和多个约束条件，设定好计算方案，通常是将约束条件变为无约束条件来计算。拉式乘子法、符合刑法和POWELL等方法是常用的计算方法，在完成了相应的计算方案后再进行编程运算即可完成最终的优化设计结果。
三 、结构设计优化在建筑设计中的应用
以目前民用建筑中常见的钢筋混凝土高层建筑为例：
3.1 结构选型对结构优化设计的重要性
结构选型是结构优化设计的首要环节，必须慎重对待。选择合理的结构形式对结构优化设计有着很大的作用。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，对结构设计过程中结构所用材料、选型、各种材料荷载加以整体分析考虑，如在主体结构设计中结构选型：如砖混、框架、框架－剪力墙、筒体结构和大跨结构等都具有指导性意义。在处理协同受力方面需要做到各结构构件受力均匀，传力简捷、明确、应当避免不明确的受力状态。结构的协同工作主要体现在：基础与结构上部的协调。
建筑结构设计应符合抗震概念设计的要求，尽量不采用不规则的结构设计方案。在一个独立结构单元内，平面布置力求简单、规则、对称，尽量使结构的刚度中心和质量中心重合，以减少扭转；一般情况下宜采取调整平面形状与尺寸，减轻结构自重，最大限度的降低地震的作用。这样设计出来的结构既经济又合理，在满足结构安全性、适用性能的前提下，这样就能达到结构优化的最佳效果。
基础结构施工占整个建筑物工期的1/4左右，并且基础造价也占到总造价的10%-20%，所以基础工程结构的重要性是显而易见的。而且基础结构工程的造价还与地质条件是密切相关的，设计时应要求地质勘探报告的精确度高，与实际地质情况相符，这样就能选择一个合理的基础形式、控制好基础的截面尺寸和埋深，就能相对减少基础结构在总工程造价中的费用。
3.2 合理选择总信息中参数是能够达到结构优化设计的关键
结构计算是结构设计的基础，计算结果是结构设计的依据。设计中选择合适的计算假定、计算简图、计算方法及计算程序是得到正确计算结果的关键。对计算结果进行仔细分析，保证安全的前提下，达到节约成本，优化设计的作用。电算程序中，总信息是控制全局的参数，每个程序有所不同，应用程序时应熟读和理解程序的说明，且应在正确理解参数的物理概念的基础上，根据工程的实际情况及规范相关要求经分析后确定。如周期折减系数、框架—剪力墙结构中任一层框架部分承担的地震力影响系数、地震作用调整系数、计算振型数、梁端弯矩调幅系数、梁跨中弯矩放大系数、连梁刚度折减系数、梁扭矩折减系数等等。合理的设计参数对结构的优化起着重要的作用。
3.3 柱墙梁的优化设计
柱网布局确定着柱子的行距和间距（同行相邻的两个柱子的间的距離），柱网的尺寸一般来说在6到12米之间比较经济合理，如果柱距小那么其传力路线就短，上部结构的材料就能节省，但是这可能使基础费用高，所以说柱网布局是否合理，对工程的造价有很大的影响，另外，柱子的截面形状和大小对工程造价也有着直接的影响，所以合适的柱网布局、柱子截面的形状及大小的选择对工程造价的影响是很明显的。
剪力墙布置宜尽量对称，贯通全高。在高度较大的建筑中，剪力墙宜布置成井筒式，宜加大结构的抗侧力刚度和抗扭刚度。框架—剪力墙结构中，剪力墙宜均匀布置在建筑物端部附近，楼、电梯间、平面形状变化较大及恒载较大处，剪力墙的间距不宜过大。
结构设计时通常采用矩形截面梁当做受弯梁，采用合理的梁截面，既能减少混凝土的用量，又能达到节约钢材的目的。设计中应避免出现“短梁”、“短柱”现象，以免出现钢筋构造加强措施，造成用钢量的增加。
在构造方面，如果我们注重一些配筋细节，这样既能保证结构的安全，又能控制好含钢量。如：梁的配筋方面，因选型和选材的合理，使计算结果趋于合理，所以我们对构件的配筋可按计算结果直接配置，不再放大，梁的通长筋可采用小直径钢筋搭接；剪力墙暗柱配筋，可将墙体水平钢筋计入暗柱箍筋计算（规范规定范围），可减少暗柱箍筋量。只要我们注意构造上的一些细节，这样也能达到节省钢材的作用。
通过概念设计选择最优方案，通过柱网、剪力墙的合理布置，通过计算程序中参数的认真选择，通过构造上柱墙梁截面的恰当设计，配筋方面的优化，我们就能将整个建筑物实现既经济又合理，达到结构优化设计的目的。
总之，结构设计优化，不但满足了人们对建筑美观、造型优美的要求，又能使房屋的结构设计合理、性能安全、建筑成本经济，成为名副其实的“经济适用”建筑。企业应加强对结构设计优化管理，提高设计管理工作的系统性，使技术管理更加全面、专业、精细，从整体上增强了竞争力，减少浪费。结构设计是一门艺术，没有惟一解。只有不断地探索去寻求相对的最佳，而无绝对的最优。
参考文献：
[1]尹国强. 浅谈建筑结构设计相关问题实践[J]. 科技与企业,2012,(4).
[2]程佳. 基于住宅建筑中结构设计的应用分析[J]. 露天采矿技术,2012,(1).