序論：寫作是一種深度的自我表達。它要求我們深入探索自己的思想和情感，挖掘那些隱藏在內心深處的真相，好投稿為您帶來了七篇工程結構優化設計范文，愿它們成為您寫作過程中的靈感催化劑，助力您的創作。

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【關鍵詞】結構設計；建筑結構；優化技術

1 建筑結構設計優化方法的應用及實踐價值

1.1 結構設計優化方法的應用 結構設計優化方法和技術的應用具體體現在房屋工程結構總體的優化設計和房屋工程分部結構的優化設計兩方面。其中房屋工程分部結構的優化設計包括：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含選型、布置、受力分析、造價分析等內容，并應在滿足設計規范和使用要求的前提下，結合具體工程的實際情況，圍繞其綜合經濟效益的目標進行結構優化設計。

1.2 結構設計優化方法的實踐價值 筆者認為，在滿足建筑結構長遠效益的前提下，應盡量減少建筑結構的近期投資并提高建筑結構的可靠度和合理性。與傳統設計相比，采用設計優化技術可以使建筑工程造價降低5%～30%。優化技術的實現，可以最合理的利用材料的性能，使建筑結構內部各單元得到最好的協調，并具有建筑規范所規定的安全度。同時，它還可為建筑整體性方案設計進行合理的決策，優化技術是實現建筑設計的“適用、安全和經濟”目標的有效途徑。

2 民用建筑結構設計與經濟性的關系

2.1 結構設計與用地的關系 多層或高層住宅建筑中，總建筑面積是各層建筑面積的總和，層數越多，單位建筑面積所分攤的房屋占地面積就越少。但隨著建筑層數的增加，房屋的總高度也增加，房屋之間的間距也必須增大。因此，用地的節約量并不隨建筑層數的增加而按同一比例遞增。

2.2 結構設計與造價的關系 建筑層數對單位建筑面積造價有直接影響，但影響程度對各分部結構卻是不同的。屋蓋部分，不管層數多少，都共用一個屋蓋，并不因層數增加而使屋蓋的投資增加。因此，屋蓋部分的單位面積造價隨層數增加而明顯下降。基礎部分，各層共用基礎，隨著層數增加，基礎結構的荷載加大，必須加大基礎的承載力，雖然基礎部分的單位面積造價隨層數增加而有所降低，但不如屋蓋那樣顯著。承重結構，如墻、柱、梁等，隨層數增加而要增強承載能力和抗震能力，這些分部結構的單位建筑造價將有所提高。

2.3 高層住宅結構設計與經濟性的關系 住宅的層高直接影響住宅的造價，因為層高增加，墻體面積和柱體積增加，并增加結構的自重，會增加基礎和柱的承載力，并使水衛和電氣的管線加長。降低層高，可節省材料、節約能源，有利于抗震，節省造價。同時，除降低層高可以減少住宅建筑總高度，縮小建筑之間的日照距離，所以降低層高能也取得節約用地的效果。

在相同建筑面積時，住宅建筑平面形狀不同，住宅的外墻周長系數也不相同。顯然平面形狀越接近方形或圓形，外墻周長系數越小，外墻砌體、基礎、內外表面裝修等也隨之減少，并且受力性能好，造價會降低。考慮到住宅的使用功能和方便性，通常單體住宅建筑的平面形狀多為矩形。 轉貼

3 結構設計優化技術在建筑結構設計中的應用

3.1 直覺優化（概念設計優化）技術與建筑結構設計 對于同一建筑方案，可以有許多不同的結構布置設計；確定了結構布置的建筑物，即使在同種荷載情況下也存在不同的分析方法；分析過程中設計參數、材料、荷載的取值也不是惟一的：建筑物細部的處理更是不盡相同，這些問題是計算機無法完全解決的，都需要設計人員自己作出判斷。而判斷只能在結構設計的一般規律指導下，根據工程實踐經驗進行，這便是前面所說的概念設計。因此，概念設計存在于設計師對多種備選方案進行選擇的過程中。

3.2 概念設計處理的實際建筑設計問題 概念設計所要處理的問題多種多樣。但可以肯定的是希望通過概念設計，建筑結構能在各種不期而遇的外部作用下不受破壞，或將破壞程度降至最低。因此，分析如何應付建筑物可能遭遇的各種不確定因素成為概念設計的重要內容。其中，地震作用最為難以琢磨，破壞性也最大。故而，建筑設計過程中就應該未雨綢繆，從計算及構造等各個方面都要采取一些有助于提高抗震能力的措施，不利于抗震的作法則應盡量避免。剛度均勻、對稱是減小地震在結構中產生不利影響的重要手段；延性設計則能有效地防止結構在地震作用下發生脆性破壞；多道設防思想能使建筑在特大地震作用下次要的構件先破壞，消耗一部分地震能量。這些抗震設防思想在整個設計過程中都應該作為概念設計的重要指導思想。

4 結語

建筑是凝固的藝術，建筑師總是希望通過建筑物表達自己的設計意圖，力求藝術性和實用性的完美結合。結構師在保證安全性的前提下，當然應該敢于挑戰新的結構形式，使建筑師的意圖得以實現。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，盡量縮小質量中心和剛度中心的差異；使建筑物在水平荷載作用下不致產生太大的扭轉效應。豎向布置上，在滿足功能要求的前提下，盡量使豎向承重構件上下貫通；能不使用轉換層的就應避免使用，以減小結構分析和設計上的困難，另外也不經濟，還容易造成應力集中；豎向剛度最好不要突變，而要漸變，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。

參考文獻：

[1]張炳華.土建結構優化設計[M].上海：同濟大學出版社，2008：34-36.

[2]汪樹玉.結構優化設計的現狀與進展[J].基建優化，2007：12-13.

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關鍵詞：優化結構設計，工程造價，關系分析

Abstract: the optimal structure design is effective control of the project cost the important means. The engineering cost control, passes through in the entire process of engineering construction. When investment project once decision-making, design is the key to the project cost. Optimization design plan needs to consider the most economic and the most reasonable, to ensure the project cost is the premise of the reasonable safeguard, also is the key. In view of the different geological conditions, to the best cost for the purpose of underground structure optimization design, select the reasonable foundation types. Can achieve the goal of economic and practical.

Keywords: optimization structure design, engineering cost, the relation analysis

中圖分類號：S611文獻標識碼：A 文章編號：

在工程建設的過程當中的三大階段，主要包括了對于項目的設計、決策以及實施。而項目關鍵的投資控制在與設計與決策者兩方面，當項目投資的決策作出之后，設計就成為整個工程的關鍵所在。對于建筑結構進行設計主要目的在于建筑設計方案的實現，而優化設計，能夠節約工程造價。

一、建筑工程造價管理的概念

建筑工程造價，就是在一個項目工程的設計、決策開始到施工結束的驗收這一整體過程當中所需要花費的資金，也可以將其看成為對于建筑項目工程的投資費用。

對于建筑工程的造價管理，實際上就是合理的、科學的調控工程當中的各個階段，從而達到節約工程成本投資，將工程造價成本降至最低的目的。

二、建筑工程造價管理的重要性

對于建筑工程項目來說，核心內容就是對于建筑工程造價的控制，這也是貫穿于整個施工過程的管理。有效的控制施工造價，不僅僅是預防工程施工所花費的資金超出了前期的施工預算，更重要的是為了在全程施工管理過程當中，讓施工方、設計方將自身的管理制度加以完善，讓項目使用資源區域合理化、科學化，并且能夠將已有資源的作用最大化，從而確保工程的經濟、社會效益，最終加快企業的發展，提高市場競爭能力。在本文中，筆者主要針對降低工程造價與工程結構優化設計之間存在的聯系進行了探討，從而在施工當中選擇嘴兒合理的施工方案確保施工造價最低化、工程質量最高化、經濟與社會效益的最大化。

三、建筑設計對工程造價的影響主要體現在以下幾方面

(一)建筑設計方案直接影響投資

相對于整個建設工程來講，設計所需費用僅僅不到1%，但是正是因為設計費用這不到1%的影響這高達65%之上的投資。在對單項工程所需花費進行計算的時候，對于建筑使用的材料以及結構方案的選擇都有著不同程度的影響。例如在建筑結構的設計當中對于基礎類型的選用以及對于建筑的結構形式選擇以及規范上都存在技術方面的經濟分析問題。

(二)設計方案對于經常性費用有著一定的影響

對于建筑項目建設一次性投資中，建筑結構設計有一定的影響，另外對于使用階段的經常的使用費用也有著影響，例如維修、照明能源、清潔等方面。而經常性使用的費用與一次性的投資費用是成反比的。但是通過設計人員的精心設計與努力，只要找尋到兩者之間最佳的結合點，才能夠確保建設使用最低的費用。

(三)設計質量對于投資有著間接的影響

在建筑工程質量事故的影響當中，設計占據的比例為例第一，大約40%。為數不少的建筑產品由于設計不夠合理，會影響到產品的正常使用；對于設計圖紙要求過低，往往設計之間存在矛盾，而導致停工、返工現象嚴重，甚至是給建筑帶來安全隱患或者是質量方面的缺陷，從而造成不必要的投資浪費，從而將工程造價提高。

四、優化建筑結構設計思考

目前在設計階段，大多數項目在設計方面都會限額，初步設計概算控制在批準投資估算的合理幅度內，這樣的方法也能夠在一定程度上控制好工程造價。

所以對于方案的優化設計，就需要在原方案設計的基礎上，投入新材料、結合設備與新型工藝的使用，對于方案進行局部的設計變更，不僅可以讓技術更加具備可行性，更重要的是能夠滿足工程對于功能的要求，這樣不僅節約了工程使用材料，而且也明顯降低了工程的造價。往往在同一個工程或者是建設項目當中會有多種設計方案，也會出現不同的工程造價，所以能夠進行方案的對比，才能夠為建筑工程選擇最經濟、最優的設計方案。

在對建筑結構設計當中，對工程造價來說，選擇不同的方案或者是不同的材料會存在著不同的影響，例如對于建筑層數與層高的確定中、對于基礎類型的選擇、對于結構形式的選擇上都存在很高的經濟分析問題。據不完全的統計，在滿足工程同樣的功能之下，合理的、經濟的設計可能降低總工程造價的10%左右，甚至能夠達到20%。對于建筑當中的基礎、墻體、柱子等組成，所占據的總造價比例不盡相同，對于工程造價的影響，結構方案優化也就不一樣，所以人們需要考慮到側重點來進行方案優化設計。

例如：對于工程項目的基礎結構的造價方面，與當地的地質條件有著密切關系，而在整個主體工程當中，基礎工期大約占了25%到30%左右，而占據總造價的15%左右，所以項目基礎工程對于整個項目的重要性就顯而易見了。因此，在對造價方案的設計當中，需要著重于地質勘察的交底，從而選擇合理的基礎形式。

五、優化設計降低建筑工程造價，提高投資效益

（一）對于建筑設計來說，需要最大程度的滿足到建筑的空間高度、內部平面、里面等等的使用功能以及對于建筑外觀的審美要求。例如：一幢好的建筑物從它的設計之初到真正的施工完成，需要考慮的因素多種多樣。有構件的布置、有結構體系的選擇、也有材料的選取等等，都會不同程度的影響工程造價。

（二）隨著時代的發展，當代建筑的不規則性、復雜化已經越來越明顯，因此在結構設計應當盡量的做到使建筑體型產生規則的結構效應。使傳力、剛度中心盡量接近或重合，結構就基本具備了規則的條件。結構傳力途徑需要直接而簡單，否則在空間關系的復雜部位就會有多次轉換的結構構件出現，但是如此工程造價就會提高，在安全方面也容易出現問題。多種多樣的結構傳力，支撐構件也可以考慮到傳力途徑是否合理進行相應的變換。對于傳力途徑的選擇最直接、最簡單，不但可以將中間傳力的結構構件省去，更多的是能夠將結構的安全風險降至最低，最終使得結構受力更加明確，而且工程造價也相對經濟。

（三）應充分理解和靈活運用規范條文。現在地下結構的設計越來越重要，更要講究合理與經濟。例如：對于建筑方案中，涉及到了不同的抗震區域的時候，也需要針對實際情況，采用抗震最合適的等級來調整建筑結構方案。

（四）對于建筑物的造價來講，地面之上的結構形式也有一定程度的影響。考慮到建筑物各種各樣的類型、建成之后的功能、使用途徑等等，不同的優化結構方案解決措施的提出，再通過各種優化方案之間的比較、擇優，才能確保即能夠確保建筑物結構的安全，又能夠以工程造價為準則。

六、結語

對于建筑工程造價的控制上，結構設計的優化是最重要的手段之一，也是為了整個工程經濟與技術之間平衡的實現過程。在建筑優化設計當中，評審、比較分析以及計算各種設計方案；優化方案技術上的經濟性、先進性是造價合理的前提，也是控制的關鍵之一。所以，在本文當中，針對建筑工程造價方面的結構優化設計進行了一定的探討，也希望各位設計人員在設計方案上進一步的研究、考慮，多做實地研究，才能夠真正的實現工程造價的最終優化。

【參考文獻】

[1]黃鵬程.論建筑設計對工程造價的有效控制[J].梧州學院學報, 2009,19(3).

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在建筑結構設計過程中，其結構材料的選擇對結構整體性能也有重大影響，表1列出了結構材料性能對比。當前，設計人員在對房屋建筑進行設計時，應重視鋼結構的應用，其與傳統的結構相比，具有相當大的優勢:①相比于混凝土以及磚石結構，鋼結構的力學性能更好，其能夠把建筑結構受力體系由平面發展至空間，增強建筑安全性能;②鋼結構更加輕盈，具有明顯的技術美、藝術美以及自然美;③鋼材料類型多樣，建筑手段與方法層出不窮，此兩者相結合來，有利于提高建筑施工進度，降低施工成本。綜上所述，鋼結構應用于房屋建筑中，不但能夠滿足人們對于建筑物耐用性、功能性以及安全性的要求，還能夠提高其經濟性與美觀性，符合建筑結構優化的目標，十分值得推廣。

2房屋建筑結構優化技術應用中需要注意的問題

2.1前期的參與

對于建筑施工項目而言，其前期的設計方案很大程度上直接決定了建筑施工質量和施工成本，但是不少建筑項目的前期方案確定時，并未進行結構設計的優化，忽略了建筑結構的合理性以及經濟性，從而使得結構設計難度及成本在一定程度上被提高了。因此，對于設計人員而言，在建筑的前期設計中一定要重視優化設計方案的融入，從而達到節約成本、提高質量的目的。

2.2細部優化

當設計人員對建筑的結構進行優化設計時，其不僅要關注整體設計，更要關注到基本構件的精細設計。例如:在對現澆板進行設計時，應重視其受力程度，避免產生拐角裂縫。當前，隨著科學技術的不斷發展，優化設計的理論同計算機技術相結合，優化設計也從工程實踐向著數學問題發展。因此，對于工程設計人員而言，其應全面掌握計算機技術的優化設計，提高建筑設計的合理性和準確性。

3工程實例

3.1工程概況

下文主要分析了某住宅建筑的結構優化設計，該住宅建筑地上32層，地下1層，結構形式為鋼結構框架剪力墻。根據該建筑項目的實際需求以及現場情況綜合分析之后，決定應用結構優化設計，實現對傳統的結構設計模式的改進與創新。在優化設計中，以計算機為輔助，實現了對整個工程的全局優化。

3.2優化設計規范

在對該建筑工程項目進行結構優化設計時，設計人員嚴格地遵循有關結構設計的規范，針對結構設計中所存在的不足，如:安全性較差、要求過寬等，結合實際施工條件對其進行了優化處理。

3.3前期參與

在本工程中，設計人員在工程的前期規劃中即結合了結構優化設計，根據工程項目的實際需求與施工條件，對建筑結構形式進行了科學取舍，保證其施工可行性與經濟性。值得注意的是，在建筑前期規劃中，設計人員不應僅憑自身的經驗進行結構的優化設計，否則容易出現對建筑結構體系受力情況把握不當的現象，直接導致建筑質量不過關，不利于后期的施工，容易造成建筑建設成本的大幅度增加。

3.4概念設計

在建筑項目的建設過程中，若是其結構布局方式不同，設計效果也大不相同。因此，在對房屋結構進行優化設計時，應實現細部結構優化和概念設計的有機結合，從而切實有效提高結構優化設計效果。在本工程中，將建筑的概念設計作為了設計工作中的一大重點，貫穿于整個的設計過程之中。概念設計主要是對缺乏相應數值的細節進行處理，例如:地震設防烈度量化等情況，若是僅僅依靠相應的公式進行設計計算，得出的結果必然會和實際情況存在較大差異，而使用概念設計，則可將數值當作一種參考依據，實現對結構設計中細節的合理把握，提高結構優化設計的質量。

3.5結構優化設計的效益分析

在本工程中，優化后方案同優化前方案相比，更加科學合理;同時，其有效降低了施工成本，工程結束后，對整個工程造價進行計算，發現工程造價降低了26%。

4結語

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關鍵詞：鋼筋混凝土建筑；結構；優化設計

中圖分類號：TU37 文獻標識碼：A 文章編號：

結構優化設計是在滿足設計規范要求及保證結構安全和建筑使用功能的前提下，通過合理的結構布置，科學的計算論證，采取一定的措施來達到合理節約工程造價的一種設計方法。文章主要以優化結構方案及其構造措施入手，結合某鋼筋混凝土框架剪力墻結構優化工程，對鋼筋混凝土框架-剪力墻結構優化設計相關要點進行了闡述。

1 優化結構方案

結構方案是結構設計的關鍵，在設計中貫徹國家的技術經濟政策，采取正確的結構方案，是保證工程質量，提高工程效益的有力保障。

1) 結構工程師與建筑師商討，共同確定最優建筑方案。首先在建筑工程的設計階段，結構工程師憑借自身的專業知識，擁有的對結構體系功能及其受力、變形特性的整體概念和判斷力，用概念設計的方法明確結構總體系同分體系之間的最佳受力特征分析，達到使建筑平面結構抗側剛度中心、建筑平面形心、建筑物質量中心重合，可以有效減少建筑扭轉的影響，此外建筑立面要盡可能避免剛度突變和結構不連續，體型要規則、均勻，建筑物總高度滿足適用最大高度的規范要求。

2) 力使結構受力與傳力途徑簡潔、明確，傳力途徑過于復雜會出現多次轉換的結構構件，這不僅會增加造價，還容易引起計算錯誤而埋下安全隱患。而簡單、直接的傳力途徑，可以減少中間傳遞的結構構件，減少結構的安全風險，結構受力明確，經濟實惠。

3) 結構工程師在建筑設計中要尤其注意規范，規程中有關結構概念設計的各項規定，雖然正確的結構計算是設計的重要基礎，但設計中不能僅僅依賴于計算，還必須非常重視概念設計。

2 合理的構造措施

構造措施作為計算假定的保證或作為計算中忽略某個因素或某項內容的補充，與結構計算相似。按構造要求設計時，一般只需滿足規范的最低要求。如梁箍筋加密的問題，梁的一側是框架柱，另一側是梁及梁的一側垂直搭在剪力墻上，而另一側搭在梁上，這種梁僅僅是作為支撐樓板用的普通梁，不像框架梁那樣耗能，因此不需要箍筋加密，應在位于梁下部或梁截面高度范圍內的集中荷載區域設置附加橫向鋼筋，并優先設置附加箍筋，此外當次梁放在主梁上面及梁上起柱時，主梁不必設置附加橫向鋼筋。當剪力墻結構中存在部分短肢剪力墻時，只需對短肢剪力墻的抗震等級提高一級而不需提高整體的抗震等級，分布筋、拉結筋、架立筋等起輔助作用的鋼筋等級為一級或二級。

3 結構優化實例

某鋼筋混凝土框架-剪力墻結構建筑由四層裙樓和A、B兩棟高層建筑組成，A樓高74.2m，20層，B樓高88.3m，30層，地下兩層為停車庫和設備用房，房屋平面布置為不規則形狀，總建筑面積約5.4萬m2。

3.1設計優化的原則

通過大量計算和經驗分析，在滿足現行結構設計規范及規定的前提下，遵循保證結構的安全性及合理的剛度，對通過對可減小的結構構件進行有效的核減等措施來進行設計優化。

3.2結構優化設計

高層框架剪力墻結構體系中，重點是是水平荷載作用下，框架和剪力墻內力分配設計問題，其中剪力墻的數量及設計位置是關鍵。

3.3鋼筋混凝土框架結構的優化設計

結構優化是一個漸進的尋優過程。首先對結構整體內力進行分析，然后根據梁柱各構件的控制內力進行截面的優化設計，計算出滿足荷載效應要求的各結構構件的幾何特征的配筋量的優化結果，在此基礎上導致原結構的幾何特征和荷載特征的變化，優化結構在現荷載作用下內力分布特征發生變化，各控制截面的控制內力也發生相應變化，根據這些變化進行下一步的優化設計。

3.4框架-剪力墻結構的優化設計

框架結構優化設計的原則究其根本就是結構優化的原則，利用一次完成的結構件，優化各個構件，可以節約投資并使結構受力更加合理。

3.5基礎優化設計

(1) 依據地質勘查資料，分別設計主樓和裙樓的基礎，主樓采用筏板基礎，裙樓采用獨立基礎，基礎底板要按照經驗和計算結果設置。例如在地下室基礎的設計工作中，初步設計中地下室基礎計劃全部采用筏板基礎，經審核計算，為達到節約鋼筋、混凝土的目的提出純地下室基礎部分采用獨立基礎加抗浮底板及抗浮錨桿的做法，這種方案可以有效保證結構的安全，施工簡便。因此對純地下室基礎采用獨立基礎加抗浮錨桿、底板方式設計施工圖（圖1）。

圖1獨立柱基礎剖面

(2) 對地下室有防水要求的基礎底板，裂縫寬度控制在0.2mm左右；地下室頂板及外墻，荷載取值要準確、可根據實際情況選用荷載。

(3) 作為塔樓的嵌固端，地下室的頂板不宜太薄，根據覆土薄厚情況，采用十字梁井字梁。

3.4.7樓板優化設計

根據樓板要預埋管道的要求，樓板較薄時施工容易造成裂縫，因此樓板設計時采用彈性假定而非塑性假定來計算樓板厚度及配筋的折減，最小配筋率取0.2和0.45ft/fy中較大值相同板厚時混凝土強度等級低、鋼筋強度大時，最小配筋率低，故優先采用三級筋，板中抗裂鋼筋最小配筋率為0.1%，不用或少用大跨厚板。

1.5優化設計效果

高層建筑的結構優化問題是一個非常復雜的工程難題，同時結構優化具有巨大的經濟效益，因此研究和開發應用鋼筋混凝土結構優化技術對節約工程投資具有重大意義。為驗證設計優化的有效性，分析結構設計的初步方案，根據工程所在地的市場價格推算本工程的優化節約了鋼筋65t，節約資金約32萬元。

3結語

文章從鋼筋混凝土結構優化設計應用出發，總結出了鋼筋混凝土框架-剪力墻結構建筑優化設計方法，符合當前建筑結構設計發展的需要，具有一定的現實應用意義。建筑結構的優化設計是一個科學系統的設計過程，針對每一項工程設計，應當根據其建筑特點，使結構各個構件受力均衡，同時要求技術應用合理、結構整體安全可靠，充分發揮每個構件的最大作用。只有這樣才能實現建筑結構優化設計的最終目的，以便更好地服務于我國建筑業的發展。

參考文獻

[1]張民.鋼筋混凝土框架-剪力墻結構設計的優化研究.上海：同濟大學土木工程學院，2008.

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關鍵詞：深基坑支護；細部結構優化；問題分析

為了解決日益短缺的地下空間和城市人口膨脹之間的矛盾，保持城市建設可持續發展態勢，城市建設中的深基坑工程已經成為城市化建設的重要內容。在深基坑工程建設中，由于設計不當導致的工期延誤、影響周邊居民生活的問題屢屢發生，而造成這些問題的主要原因就是在整體滿足深基坑設計標準的情況下而忽略了細部結構優化調整的問題。因此，采用深基坑支護優化設計是對傳統設計的一種補充，能夠避免設計原因造成的深基坑工程事故的發生，并且能夠保證深基坑工程建設做到經濟和安全。

1深基坑支護細部結構優化分析

支護細部結構優化主要是對具體方案進行細部優化和計算，優選支護樁的樁徑、樁距，以及支撐點和錨桿的層數、位置。通過優化計算解決約束極小化的問題，降低深基坑工程的總體造價。計算出深基坑支撐位置的限定、樁頂端以及坑壁坡的坡頂位置的要求等[1]。深基坑支護細部結構優化的基本要求和主要內容，前者包含了基本設計方法和理念，按照基坑工程規范，深入分析研究細部結構設計的過程。同時對施工現場，如現場的布置情況進行詳細了解，如基坑支護的高度、位置等。另外還要深入分析深基坑工程所在場地的工程地質和周邊荷載狀況，對深基坑支護進行參數調整，由專業的技術人員負責組織設計，發現問題或者隱患及時解決。

2細部結構設計存在的問題

2.1設計組合爆炸

深基坑工程的細部優化設計一般采用數學描述，選取合適的設計變量，確立和建立目標函數、約束條件。但是細部設計變量大多是離散性質的，由于空間的龐大性，因此存在優化設計組合爆炸的問題，需要尋求一種對優化結果進行篩選的方法，將約束條件中各類基坑支護設計規范的條文、規則和設計準則進行分析，得到最優的設計變量和綜合造價目標函數。

2.2傳統方法得到結果與實際不符

要獲得支護細化設計模型中的約束條件，需要采用不同的深基坑支護模式，進行相應的結構計算和分析。例如對土釘墻側向土壓力進行計算，傳統的方法是朗肯土壓力和庫侖土壓力的計算方法，這些方法往往對墻背和土之間的相互摩擦剪切作用和土釘墻的放坡角度不加以考慮，產生與實際工程不符合的情況，需要建立能夠直接用在墻背和土之間摩擦力計算的土壓力計算公式，分析土拱效應下的土壓力，得到土壓力合力、壓力強度等的解析公式[2]。

2.3難以提供準確的計算參數

深基坑支護結構中的安全性分析，主要采用極限平衡分析、工程有限元分析等方法。但是上述方法對于土釘墻截面模型等信息難以提供準確的計算參數，產生憑借經驗給定臨界破壞面的位置進行定性分析等缺點，導致最終的計算參數與實際情況不符。因此，需要假設合理、計算簡單的土釘墻穩定分析模型，為優化設計提供關鍵性數據[2]。

2.4遺傳算法的缺點

深基坑細部結構優化設計通常采用的是遺傳算法，這種遺傳算法存在著迭代過程中適應度值標定方式復雜，最優值附近收斂速度慢、過早的收斂到局部最優解等問題。因此在現有的遺傳算法基礎上，應加以改進，以提高計算精度和優化算法的收斂速度，建立起排樁、地下連續墻、土釘墻的優化系統。

3細部結構優化的主要措施

3.1采用先進的設計理念

為了提高深基坑支護質量，在工程建設中應采取有效的措施對細部結構進行優化，從設計步驟進行優化，采用先進的設計理念。隨著計算機網絡技術的逐漸興盛，對深基坑支護細部結構進行優化，在設計理念上已經開始綜合考慮各項因素，而不是傳統的片面性分析較為突出的特征。通過計算機網絡計算選取最優的深基坑支護模型，短時間內遴選深基坑支護方案，以較低的投入獲取最優的設計理念和方法，經濟效益自然就會提升[3]。

3.2敏感性分析

對于深基坑細部結構進行優化設計，在數學模型的建立上，應注意約束條件的確定、設計變量的選取、目標函數的建立等方面的內容，對關鍵變量應采用敏感性分析的方法進行篩選。確定設計變量時，標準是目標函數的貢獻大小。對于約束條件要指出變量的值域，規范相關的目標函數，并且采用工程綜合造價為設計目標。采用敏感性分析，針對支護結構中的主要變量，包括地下連續墻、排樁支護結構，混凝土等級以及土釘墻的設計主要變量等，敏感性分析的內容眾多，如樁身的變形、安全系數的影響、土釘孔徑等。篩選分析結果，得到深基坑支護結構中的主要約束條件，構造以綜合造價為目標的最優化結果。

3.3科學的設計步驟

包括對深基坑支護工程進行支護結構的大小、形狀以及參數的設定，對變量進行確定和優選，對支護細部結構進行優化設計。在對目標函數進行精確計算后，明確細部結構的優化設計目標。同時明確相關的約束條件，在此基礎上進行深基坑的支護細部結構優化設計，最后還要建立安全可靠的設計模型，完成深基坑支護細部結構的優化設計。例如對排樁結構和地下連續墻支護主要設計變量-樁徑或墻體嵌固深度、厚度、混凝土等級、支撐位置，土釘墻的主要設計變量-土釘入射角、土釘孔徑、土釘水平間距和垂直間距等提出主要約束條件的優化，并且以約束條件和優化設計變量為依據構造的目標函數，在充分保證支護結構安全性的前提下，能夠在最大程度上減少工程實際造價。

4結束語

深基坑工程支護技術的要求和難度越來越高，在保證安全的情況下節省工程造價，采取科學合理的措施加大深基坑支護細部結構優化設計是十分重要的。當前，此項工作面臨著方案復雜、技術難度大、缺乏設計資料等問題，因此今后的發展方向，是依托國家關于深基坑支護優化設計集成系統的研究以及工程示范的標準，研究建立深基坑支護細部結構優化模型，強化不同支護型式的結構安全性，通過優化算法，開發出更完善的深基坑細部結構設計軟件。

參考文獻：

[1]丁敏.深基坑支護細部結構優化及應用研究[D].重慶大學,2012.

[2]潘威,趙軒.深基坑支護細部結構優化及應用研究[J].建設科技,2015,(7):109-110.

篇(6)

【關鍵詞】結構設計；建筑結構；優化技術；應用

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，盡量縮小質量中心和剛度中心的差異；使建筑物在水平荷載作用下不致產生太大的扭轉效應。豎向布置上，在滿足功能要求的前提下，盡量使豎向承重構件上下貫通；能不使用轉換層的就應避免使用，以減小結構分析和設計上的困難，另外也不經濟，還容易造成應力集中；豎向剛度最好不要突變，而要漸變，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。

一、結構優化設計的模型和方案

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，還應該按照一切從實際出發的原則，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。進行結構設計時，應在滿足設計意圖后，盡量使平面布置規則，縮小剛度和質量中心的差異，這樣水平荷載就不會使建筑物有太大的扭轉作用。豎直方向上應避開使用轉換層，減少應力集中現象。

1.結構優化設計模型

結構設計優化就是在各種影響變量中選擇主要參數，并建立函數模型，運用科學合理的方法得出最優解。結構總體的優化建立模型的大致步驟是：設計變量的合理選擇。通常的設計變量選擇對設計要求影響較大的參數，將所涉及的參數按照各自的重要性區分，將對變化影響不大的參數定為預定參數，通過這種方法可減少很多計算編程的工作量。目標函數的確定。使用函數找出滿足既定條件的最優解。最后，約束條件的確定。房屋結構可靠度優化設計的約束條件，包括了應力約束、裂縫寬度約束、結構強度約束、尺寸約束、從正常時的極限狀態下彈性約束到終極狀態的彈塑性約束、從可靠指標約束到確定性約束條件等。設計中，要保證各約束條件必須符合現行規范的要求。

2.結構優化設計方案

結構設計優化設計多個變量、多個約束條件，屬于一個非線性的優化問題，設定計算方案時，常將有約束條件轉變為無約束條件來計算。常用的方法有拉氏乘子法、符合型法等。完成計算方案的設定后只需編制相應適用的運算程序即可得到我們的最終優化結果。

二、結構設計優化技術在應用中的幾個問題

結構設計優化方法應用于實踐之中，是目前一個比較廣泛的課題，利用結構優化的方法在不改變適用性能的前提下達到降低工程造價的目的。結構設計優化設計應用于項目的整體設計、前期設計，舊房改造，抗震設計等設計的各分部環節，發揮著巨大的效益。在按照結構設計優化的方法及模型進行實踐的過程中，要注意下面的幾個問題。

1.前期參與

因為前期方案的確定直接影響建筑的總投資，而現在存在的普遍問題就是前期方案階段結構設計并不進行參與，建筑師進行建筑設計時大多并不考慮結構的合理性以及它的可行性，但是建筑設計的結果卻直接對結構設計造成影響，某些方案可能會增加結構設計的難度，并使得建筑的總投資提高。如果在方案的初期，結構優化設計就能參與進來，那么我們就能針對不同的建筑類別，選擇合理的結構形式，合理的設計方案，獲得一個良好的開端。

2.細部結構設計優化

概念設計應用于沒有具體數值量化的情況，設計過程中需要設計人員靈活的運用結構設計優化的方法，達到最佳的效果。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處易出現裂縫，可劃分為矩形板。注意鋼筋的選擇，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卻相差很大，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，滿足基本的規范要求即可，達到既安全又經濟的目的。

3.地基基礎結構設計

地基基礎的結構設計優化首先要選擇合適的方案，如果為樁基礎，那么要根據現場地質條件選擇樁基類型，盡量節省造價。樁端持力層對灌注樁樁長的選擇影響很大，應多進行比較以確定最合適的方案。

三、結構設計優化的的功用

1.降低總造價

進行結構優化設計中，多層住宅和高層住宅相比較，層數越多，總建筑面積增大，單位建筑面積占用的土地面積就越小，節約了用地成本，但建筑層數的增多，建筑總高度也會加大，樓與樓之間的間距也要加大，這時占用的土地節約量就不與建筑層數增加比例相同了。對于基礎部分而言，雖然也是各層共用的，但是層數增加，傳給基礎的荷載將會增大，我們需要增大基礎，這樣單位面積的造價有所降低，但是卻沒有屋蓋的效果那樣明顯。

2.提高建筑結構經濟性

建筑的層高增加，由于墻體面積和柱體積增加，結構的自重會增加，基礎和柱的承載力相應增加，水衛和電氣的管線會加長；相反降低層高，可節省材料，有利用抗震，同時建筑的總高度減小，兩建筑之間的日照距離就會減小，間接的節約了用地。建筑面積相同，建筑使用不同的平面形狀時，它的外墻周長也就會不同，這樣當選擇圓形或是越接近于方形時，外墻周長系數就越小，基礎、外墻砌體、內外表面裝修都隨之減少，同時其受力性能也得到提高，增強了建筑的經濟性能。

優化方法的技術性實現，可以最合理的利用材料性能，使建筑結構內部各單元得到最好的協調，不僅可以實現建筑美觀、實用，而且在造價方面也有較大的節省，達到了建筑工程設計對適用、安全、經濟、美觀和便于施工的一般要求。通過使用優化設計手段，達到這5個方面的最佳結合，符合現今建筑商對于建筑結構的效益的需求，也符合市場可持續發展的需求。

結束語

建筑結構的造價在建筑工程中占有較大的比例，結構設計優化技術的應用可以產生可觀的經濟效益。建筑設計部門和設計人員應嚴格遵守“經濟、適用、合理”的設計原則，精心設計，應用現代化科技手段，選擇合理的建筑結構設計方案，實現降低建筑工程造價并取得最大經濟效益的目的。

參考文獻

[1]張炳華.土建結構優化設計[M].上海:同濟大學出版社,2008:34-36.

[2]汪樹玉.結構優化設計的現狀與進展[J].基建優化,2007:12-13.

[3]王光遠.工程結構與系統抗震優化設計的實用方法[M].北京:中國建筑工業出版社,2007：35-37.

篇(7)

【關鍵詞】結構設計；優化；技術

中圖分類號：TB482.2文獻標識碼： A 文章編號：

一． 建筑結構優化設計的原則

建筑結構設計不僅僅包括建筑的結構本身，而且包括建筑的經濟效益、居住的舒適度及建筑空間的使用率等等。所以建筑結構設計需要嚴格按熙一定的基本原則。

(1)使不規則建筑平面布置產生規則結構效應的原則。在建筑結構優化設計的過程中，需要根據不同功能的需求，通過對調節墻柱的布局和墻肢長短，使建筑結構達到經濟結構和安全使用的目標。

(2)提高建筑居住舒適度的原則。建筑居住的舒適度是建筑結構優化設計的出發點和落腳點。為提高建筑居住舒適度應該從建筑結構、裝飾裝修、電氣安裝等各方面進行整體優化設計。

(3)保證建筑結構整體安全度的原則。建筑結構的安全性主要體現在建筑的抗震設計，其標準已在我國的《建筑抗震設計規范》被提出。因此需要保證結構設計涉及到的每個部件承載能力的可靠性，最終到達建筑結構安全經濟耐久的目標。

(4)針對不同構件采用不同安全系數的結構優化設計的原則。如果為了確保建筑的整體安全性而不分構件的實際承載能力，對所有構件均給予相同的安全系數，這樣反而會導致結構設計的不合理。可以根據建筑不同部位的承載能力設計其需要的安全系數，達到整體優化的目標。

(5)降低建筑結構造價的原則。在保證建筑結構整體性能達到指標的前提下，盡量考慮建筑的經濟性。

二．建筑結構優化設計的技術方法

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。以下介紹幾種常用的優化算法。通過結構優化準則計算得到的最優結構必須滿足位移、應力、臨界力等約束的優化準則。

2．1多目標問題的優化方法

在許多實際建筑工程結構設計問題中，對于大量的設計方案要評價其優劣，往往要同時考慮多個目標，即期望同時有多項設計指標都達到最優值。這就需要運用多目標函數的優化。其中包括主要目標法、統一目標法、分層序列法及寬容分層序列法等。

2．2滿應力準則法

滿應力準則法是以滿應力為準則，本算法為了使結構的材料得到充分的利用，充分考慮各構件在最少一種工況及最不利應力的情況下達到材料的容許應力的大小，因此發揮各構件的最大使用限度。滿應力準則法包括應力比法、齒行法及能量準則法三種方法，其中，應力比法是最基本最簡單的迭代方法。齒行法是對應力比法的一種改進，主要體現在迭代的方法的優化，在迭代過程中使每次的迭代點控制在主約束曲面上。通過合理的調整迭代點，使優化目標不斷接近。能量準則法是以應變能作為準則，以盡量減少結構使用材料為目的。

2．3有限元準則法

結構的有限元優化分析主要運用數學方法、力學原理及計算機程序設計等多方面結合形成的優化分析方法。有限單元方法的主要用途之一就是計算力學問題。它是將數學物理力學中的連續問題離散化的一種近似計算方法。結構的有限元分析方法具有很好的通用性，它可以應用到各種結構分析的模型上。

目前在結構優化設計中，使用最多的結構分析方法是有限元法，因此，除了要求結構分析方法的求解效率高外，能夠滿足優化設計需要的網格自動剖分技術也是結構優化設計的關鍵技術之一。

2．4智能優化準則法

智能優化準貝q法主要體現在隨著算法發展越來越智能化，智能運算在結構優化設計中應用也越來越廣泛。其中，遺傳算法和模擬退算法在建筑結構優化設計中得到廣泛應用。遺傳算法的特點在于不依賴于具體問題，運用達爾文的進化論的基本原理，處理工程中的離散變量優化問題。模擬退火算法在隨機搜索上不僅引入了適當的隨機因素，而且可以考慮影響目標函數值的優劣因素。

三 建立結構優化設計的模型

運用合理的并且科學的方法從諸多變量參數中選出重點的參數并建立函數模型從中得出最佳方案就是結構優化設計。如何建立優化結構模型呢?筆者認為，首先要選擇合理適當的設計變量，因為各種設計變量的選擇對設計要求的影響是巨大的，起著無可取代作用。在設計的過程中將所涉及到的所有變量按照其自身重要性進行劃分歸類，一些變化不大的參數可以定為預定參數，通過此項工作能減少很多計算和編程的工作量。其次，要確定選定的函數。房屋結構可靠度優化設計的約束條件，包括了應力約束、裂縫寬度約束、結構強度約束、尺寸約束、從正常時的極限狀態下彈性約束到終極狀態的彈塑性約束、從可靠指標約束到確定性約束條件等。① 所以在建立結構優化設計的過程中，不僅要確保各種約束條件必須符合既定標準，還要找到符合條件的最佳解，并確立約束條件。

四 建筑結構優化設計的發展

隨著計算機技術、智能技術的日益發展，結構優化理論應用在建筑結構設計工程方面應用越來越廣泛，其發展主要體現在以下幾個方面：

(1)建筑結構優化設計向自動化方向發展。隨著計算機輔助設計CAD技術的發展，建筑結構優化設計的自動化程度越來越高。同時CAD的圖形功能可以更直觀、快速、自動地表達優化設計的結果，因而形成高集成化程度的自動化結構設計系統。

(2)建筑結構優化設計向智能化方向發展。智能優化是指將計算智能引入結構優化設計的過程中，求得一種具有自組織、自適應、自學習等功能的優化算法。這種算法更適合于解決建筑結構優化設計中經驗性問題和非公式化問題。這種優化算法有利于具有智能輔助決策功能的專家系統的建設。

建筑結構優化設計向系統化方向發展。系統優化是指將建筑結構設計與經濟效益、社會效益及施工涉及到的問題等各個方面綜合起來作為一個大的系統進行優化。系統的優化需要對建筑的總體布局、結構選型、工程實施規劃及施工管理等各個階段進行優化而到達最優效果。

五 結束語

總而言之，建筑結構設計是指在滿足約束條件及按預定目標下，對工程結構的設計求出最優化方案的設計方法，就是把各種技術工學的成果匯集并統一在一個建筑物上的表現。可以說，“結構設計”是結構方案的方法，是把結構應有的狀態原原本本地表現在建筑上，實現結構所創作出的美麗的空間調和、躍動感、緊張感，以及出色的居住性能。在這個結構的優化過程中，高速發展起來的各種各樣的技術工學被應用、被統一，建筑的安全性、耐久性、經濟性的結構設計在優化過程中得到充分考慮。

參考文獻

【1】江歡成．優化設計的探索和實踐【J】_建筑結構，2006，36(6)：1—24．

【2】孫國正．優化設計及應用【M】．北京：人民交通出版社，2004．