结构优化方法范文

结构优化方法范文第1篇

【关键词】结构设计；结构优化；结构类型

0引言

建筑结构优化，即在一些建筑结构的设计方案中选取最优的或最适宜的设计方案，它参照数学中的模型最优化原理应用到建筑工程结构设计方案的优化比选中。研究发现，建筑结构在使用过程中是否稳定、耐久、合理等，主要决定于在建筑结构设计时选定的结构类型是否最优、是否最符合工程结构的需要。对于同一座建筑工程项目，不同的结构设计师知识储备不同，因此可能会设计出不同的结构类型、结构体系，但经过结构方案的优化、从而选取最优化的结构类型，提高建筑结构的使用寿命、稳定性能。

1建筑结构优化的主要因素

1.1荷载设计

研究发现，任何一座建筑结构都需要受到水平力和竖向荷载的作用，同时建筑还要承受较大的风荷载、地震力的作用等。当建筑结构的整体高度比较低时，由结构本身的重力引起的竖向荷载对结构的作用比较明显，而水平荷载作用在结构上，产生的内力和位移比较小，往往在计算时不考虑水平荷载的作用；若在较高层建筑设计中，虽然所受到的竖向荷载仍对结构产生较大程度的影响，但水平荷载对建筑结构本身的影响比竖向荷载产生的影响更加强烈。研究表明，随着建筑结构整体高度的逐渐增加，水平荷载对建筑结构产生的影响越将会越来越大，因此，在建筑结构高度较高时，结构所承受的水平荷载对结构的影响则不可忽视。

1.2选取结构类型较轻的

在建筑结构优化过程中，要尽量选取结构体较轻的。在现代结构优化设计中，设计人员越来越重视选用轻质高强材料，从而做大程度上减轻整体结构的自重。由于在多层建筑结构中，水平荷载对结构产生的影响处于较次要地位，结构所承受的主要荷载是竖向荷载。由于多层建筑楼层较少，整体高度相对比较低，结构自重相对来说较轻，对材料的强度要求不是特高。

但随着建筑结构高度的增加，在较多的楼层作用下，结构产生的自重荷载则会比较大，使得建筑结构对基础产生较大的竖向荷载，同时在水平荷载的作用下，结构的竖向构件（柱）中会产生较大的水平剪力和附加轴力。为了使得结构满足刚度和强度的要求，通常采取加大结构构件的截面尺寸，但是加大构件的截面尺寸会使得结构的整体自重增加。因此在高层建筑结构首先应该考虑如何减轻结构的自重。

研究表明，当在高层或超高层建筑结构优化设计时，选用结构强度高、自重较轻的钢结构、高强混凝土结构可以很大程度上减小建筑结构的自重。

1.3 侧向位移

据相关资料表明，建筑结构的侧向位移随着建筑高度的增加而逐渐增大，因此，在建筑结构的优化设计中，对层数较少、高度较低的结构，可以不考虑其侧向位移对结构的影响。但随建筑结构高度的增加，整体结构的侧移对结构产生的影响则不可忽视。

研究表明，由于水平荷载对结构作用产生的侧移随着建筑高度的增加而逐渐增大，且侧移量与结构高度成一定的关系。

在进行高层建筑结构优化设计时，既需要充分考虑建筑结构整体是否具有足够的承载能力，能否承受风荷载的冲击作用，又要求结构具有足够的抗侧移性能，当建筑结构受到较大的水平力作用下，其可以很好地控制产生过大的侧移量，确保结构整体的稳定性能。

与低层或多层建筑相比，高层建筑结构的刚度稍微差一些，在发生地震灾害时，结构的侧向变形更大。为了确保高层建筑结构在进入塑性阶段后，结构整体仍具有较强的抗侧移性能，保持结构的稳定性，则需要在高层建筑结构的构造上采取合适的措施，确保结构具有足够的延性，从而满足结构的刚度要求。

2建筑优化方法综述

2.1基本假设

（1）弹性体假设

目前，对建筑结构进行工程分析时，均采用弹性的分析方法。当结构受到风荷载或竖向荷载时，假设结构处于弹性工作状态，符合建筑结构的实际受力状态。但是当受到地震灾害或台风袭击时，结构产生较大的侧向位移，更甚出现裂缝，使得结构进入到塑性阶段，此时不可以再用弹性变形计算，应采用弹塑性理论进行分析。

（2）小变形假设

小变形假设普遍应用于结构变形分析中。但当结构顶点的水平位移与结构的高度比值大于0.002时，就不可以忽略P―Δ效应对结构的影响了。

（3）刚性楼板假设

在高层建筑结构分析时，假设楼板的自身平面内刚度无限大，而自身平面外的刚度则忽略不进行计算。采用这一假设，在很大程度上减少了高层建筑结构位移的自由度，减小了计算的难度，并为筒体结构采用空间薄壁杆的计算理论提供了保障。研究发现，刚性楼板假设一般适用于框架结构体系和剪力墙结构体系中。

2.2结构优化方法

（1）并行算法

由于高层建筑结构的主要因素是结构的抵抗水平力的性能。因此，抗侧移性能的强弱成为高层建筑结构设计的关键因素，且是衡量建筑结构安全性、稳定性能的标准。

由于在建筑结构中，单位建筑结构面积的结构材料中，用于承担重力荷载的结构材料用量与房屋的层数近似成正比例线性关系。此外，用于建筑结构楼顶的结构材料用量几乎是定值，不随结构的层数变化；但是用于墙、柱等结构构件的材料用量随楼房的层数成线性正比例增加；而对于抵抗侧向移动的结构材料用量，与楼房结构层数的二次方的关系增长。图3-1表示在风荷载作用下的5跨钢框架结构，不同的结构层数结构材料各个构件用量。

研究表明，楼房结构所采用的结构体系是否具有较好的抗侧力性能，在很大程度上影响结构材料的用量，综合考虑各方面的条件，通过精心设计确定结构的最优化设计方案，使结构体系的材料用量降低到最小程度。从上图中的虚线以上阴影部分就是结构优化设计节约的钢材用量，因此高层建筑结构方案的优化设计可以在很大程度上节约工程的总造价。

（2可靠度优化法

在建筑结构的优化设计时，必须进行结构的整体可靠度优化。在地质灾害发生不活跃的地区，风荷载是主要的水平荷载。因此，在非地震灾害区高层建筑结构的方案选型时，应优先选用抗风性能比较好的结构体系，也就是选用风压体型系数较小的建筑结构体系。比如结构外形呈曲线流线型变化的建筑结构圆形、椭圆形等，或是结构从下往上逐渐减小的截锥形体系的风压体形系数较小，有利于很好地抗风。此外，在对结构进行平面布置时，适合选取结构平面形状和结构刚度分布均匀对称的结构体系类型，这样可以在很大程度上减小风荷载作用下的扭转效应引起的结构变形和内力的影响。同时，还要限制高层建筑结构的高宽比，避免结构发生倾覆和失稳现象。

（3）高层体系优化法

由于建筑使用性能的不同，所以其对内部空间的要求不同。同时，高层建筑结构使用功能不同，则其平面布置也发生改变。通常，住宅和旅馆的客房等宜采用小空间平面布置方案；办公楼则适合采用大小空间均有；商场、饭店、展览厅以及工厂厂房等则适宜采用大空间的的平面布置；宴会厅、舞厅则要求结构内部没有柱子的大空间。由于不同的结构体系可以提供的内部空间的大小不同，因此，在建筑结构设计阶段，应该首先根据建筑结构的使用功能，选用合适的结构类型。

3结束语

综上所述，在确定高层建筑结构方案时，要全面考虑结构的使用功能、场地类别、设防烈度、建筑高度、地基基础类型、结构材料和施工工艺，同时还要考虑结构的设计、技术以及经济保障等，选择最优化的结构体系。

参考文献

[1] 谢琳琳.关于高层建筑结构选型决策的研究[D]，重庆：重庆大学硕士学位论文，2001

结构优化方法范文第2篇

【关键词】工业建筑；结构设计；优化方法

1工业建筑结构优化设计的探讨

1.1工业建筑优化设计的目的。目前，在工业建筑优化设计的过程之中，依据各类建筑，其优化需求目标基本上可以分成两类：（1）传统概念之上的建筑结构设计与优化，其主要就是针对成本结构来进行优化设计，在最大限度之上来充分的保障设计的质量以及结构设计的科学合理性，最终于现代社会低碳环保的各项要求相符。（2）主要就是利用建筑结构的设计优化来满足企业工业生产的各项目标，达到建筑整体而结构的布局及设备置放的部位、分析与处理施工流程之中的各项数据，来最大程度之上加大工业生产作业的效率，提升企业的市场竞争力。

1.2工业建筑结构设计优化中的常见问题。在目前建筑结构设计优化设计的施工经验之中来进行分析，一般问题都是出现在优化之中。现如今，应用钢结构的范围逐渐的加大，这对于概念性设计与空间美学产生了较大的影响。此外，大部分工业建筑结构设计优化之中，设计人员对于整个结构规划布局缺乏一个全面化的认识，最终相应的也就引发了优化效果不显著情况的出现以及大部分企业对工业建筑结构设计优化不认可。

2工业建筑设计优化

2.1建筑结构优化的注意事项。现如今，在进行建筑结构设计的时候，我们国家大多建筑师基本上都不会参前期方案的设计，针对结构可行性与合理性来进行分析，在后期工程建设与方案设计相应的也就加大了难度，当然这也就需要增加对于工程的投入及应用。在工程结构设计前期就得要及时的引入结构优化的设计理念，这样一来不仅仅可以统筹兼顾来分析出工程优化设计的各项需求，而且还可以缩减企业资金的投入量，那么就可以在工程的初期进行合理的控制。

2.2建立完善的工业建筑结构优化体系。在工业建筑结构优化设计的过程之中，因为各个工业建筑结构的设计缺失统一的指导方案，那么就会使得建筑内部结构优化无法满足工业建筑结构的各项要求。所以在进行优化设计之前，首先要做的就是得完成的管理体系建立起来，利用管理体系以及工业建筑结构优化设计之中出现的各项问题来进行分析，并及时的制定出来行之有效的措施来解决，逐渐的工作的内容完善起来，最终在最大限度之上来充分的满足工业建筑结构优化设计质量管理的目的，加大工业建筑结构优化设计质量及其后期正式应用的使用效率。

2.3建立工业建筑结构设计优化模型。为了进一步科学、合理化的实现工业建筑结构优化设计的工作可以有条不紊的进行，在真是开展优化工作之前，要将结构优化设计模型建立起来，在众多变量参数之中选择出来其中的重要参数，逐步将函数模型建立起来，最终实现最佳的优化方案。

2.4吊车水平载荷。大部分工厂的生产均要利用吊车来进行输送体积偏大的获取，吊车荷载主要可以分为水平与竖直。SAP2000在结构分析之中可以将吊车的水平荷载利用等效静载负荷的方式来加到排架桩之上，另外竖直荷载主要就是利用移动式的静载负荷来进行施加的。

2.5电厂煤斗。煤斗是一种大型设备，其主要特征表现在：高度高以及体积大，并且有水平地震的重要性。针对支承构建而产生附加的扭矩以及弯矩，那么就得要利用相应的计算来进行补偿附加的内力。其主要步骤为：首先在设备的重心位置加设相应的支承结构，将附加的内力进行缩减；其次则是在与支承梁杆的轴心位置垂直的部位加设梁结构，使得支承梁的扭矩转变成为作用在梁上的弯矩；再者就是这个时候梁的抗弯能力十分的强，最终转移危险；最后则是支承结构抗扭配筋在不断的强化，楼板强度也随即加强。

2.6磨煤机隔振。对于火电厂而言，其发电过程之中始终无法离开煤炭，那么其中的关键工具就是磨煤机。振动的程度也会在很大程度之上影响到其他设备，特别是配电装置以及发电机组所处的控室。为了可以有效的避免这些问题的出现，那么弹性支承系统也因此而出现。（1）应用了弹簧振系统之后，磨煤机基础台座的重量约为一般基础快的二分之一。由于将之前的占地空间缩减，这对于工艺布置而言十分的有利。（2）应用了弹簧隔振系统之后，降低了磨煤机振动的频率，另外最为关键的就是有效的降低了磨煤机对于周边厂房及人员的影响。（3）因为磨煤机基础台座和锅炉厂房结构之间出现分离的现象，磨煤机基础施工的灵活性偏大。磨煤机基础施工的进行交叉是的施工，可以有效的缩减施工周期。（4）调平磨煤机，基础沉降可以通过弹性弹簧隔振器来进行相应的调整。（5）应用弹簧隔振系统之后，磨煤机自身受到荷载影响偏小，减小了磨煤机磨损的程度，使得磨煤机的运行可靠性进一步的提升。另外还可以有效的延长磨煤机的使用寿命，加大磨煤机大修的周期。（6）和一般基础相比之下，在应用弹簧隔振系统之后，磨煤机基础的振动具备可控制性，最为关键的就是传递到基础下荷载量减小了，所以可以适当的缩减地基基础处理的资金。综上所述，工业建筑结构设计是一项较为繁杂的工作，那么需要考虑各个方面的因素，从选择原材料到工程设计以及设计优化等等各个部分，依据工业建筑结构的特征来来具体的进行操作。逐渐的优化设计方案，在最大限度之上设计出来经济合理的方案。

参考文献

结构优化方法范文第3篇

1.1基于拉格朗日方程的刚柔耦合动力学建模在对硅片传输机器人动力学模型过程中，需要对实际机器人进行如下合理的假设：①将硅片传输机器人手臂等效为均质杆，将关节质量等效为集中质量；②将同步带以及谐波减速器等效为无质量线性弹簧，系统阻尼采用比例阻尼进行简化。经过上述假设后，硅片传输机器人手臂可由如图2所示的简化模型表示。硅片传输机器人手臂简化模型中各物理量参数定义及其数值见表1。1.2硅片传输机器人动态特性分析柔性系统一般有多阶固有频率以及模态，但并非所有阶固有频率和模态会对末端轨迹精度造成影响。为了有效地选取优化变量，首先应先对柔性系统进行固有频率及模态等动态特性分析，从中寻找对末端轨迹精度有影响的模态以及对应的固有频率阶数，从而将优化重点放在为对末端轨迹精度影响较大的固有频率阶数上。由于固有频率为系统的固有属性，因此将硅片传输机器人手臂的刚柔耦合动力学模型写为式(2)的形式进行模态分析根据模态分析理论，柔性系统固有频率以及模态振型可由式(3)求得，其中ω为固有频率，A为模态振型矢量硅片传输机器人手臂柔性关节系统的质量阵为时变矩阵，因此其固有频率会随着末端的位置变化而变化。采用表1的系统参数进行仿真得到硅片传输机器人手臂固有频率特性如图3所示。由图3中可以看出机械臂的固有频率随末端点位置变化而变化。选取末端点位置最远点进行模态分析，分析结果如图4所示。由模态分析结果可以看出，系统的第三阶模态各个关节角的振幅比例约为1:–2:1。根据硅片传输机器人手臂的结构原理，大臂、小臂以及末端手的关节角度按照1:–2:1运动时，末端点的运动轨迹为一条直线，故三阶振动状态对末端轨迹的直线度并不造成影响。因此，对于硅片传输机器人手臂进行优化设计时，只需要重点考虑一阶与二阶的振动，以提高系统一阶与二阶固有频率为主要目标。

2手臂结构优化变量确定

如何在可优化变量中找到对固有频率影响最大的设计变量通常需要进行灵敏度分析。当优化参数以一很小值变化时，将此时固有频率的变化量作为该结构参数对固有频率的灵敏度。通常固有频率对结构设计参数的灵敏度可由式(4)表示式(4)的前提条件为设计变量bj的修改量必须很小。而在实际应用中，对不同设计变量改变同样数值时的难易程度并不相同，而对优化变量改变同样百分比的数值的难易程度基本一致。例如硅片传输机器人柔性关节刚度数值相对较大，而手臂质量较小，如果同样采取0.1为改变量时，刚度修改比质量修改更容易。因此，本文提出固有频率权值的概念，并以权值作为优化参数的选择依据。2.1权值概念在结构优化设计中，固有频率一般为多个优化设计变量的隐函数，可将固有频率按式(6)进行展开，其中偏导数项即为固有频率的灵敏度，而权值向量则表示所有变量对固有频率数值“贡献”的比例。优化变量的权值越大说明该变量对固有频率的影响越大。2.2优化参数确定根据上述理论，分别对硅片传输机器人手臂的优化参数进行灵敏度分析与权值分析。结构参数对一阶固有频率的灵敏度分析结果如图5所示，结构参数对一阶固有频率的权值分析结果如图6所示；结构参数对二阶固有频率的灵敏度分析结果如图7所示，结构参数对二阶固有频率的权值分析结果如图8所示。从仿真结果中可以看出：当采用灵敏度作为选择依据时，关节处的等效惯量灵敏度最高，而其余参数均较小，当采用权值作为选择依据时，手臂质量、杆长以及柔性环节刚度对固有频率影响较大，显然采取权值作为判断依据更符合实际情况。其中权值为正表示参数增大时固有频率提升，权值为负表示参数减小时固有频率提升。分析结果表明：对一阶固有频率的权值较大的变量为：腕关节集中质量、末端手臂质量、小臂与末端手长度以及同步带的刚度；对二阶固有频率的权值较大的变量为：腕关节质量、小臂质量、末端手臂质量、小臂与末端手长度以及同步带刚度。本文只重点考虑质量的优化，且腕关节集中质量主要为轴承等标准件，无法进行优化。因此，最终的优化变量确定为：小臂质量与末端手臂质量。同时注意到大臂的质量对一阶与二阶固有频率均无影响，必要时可以考虑增加大臂的质量来增加竖直方向上的刚度。

3手臂结构优化设计

根据上述分析结果，最终选取硅片传输机器人小臂质量与末端手臂的质量作为优化参数，减小质量参数有助于固有频率的提高。然而大幅度的减小手臂的质量必然造成手臂在竖直方向上的刚度降低，从而使悬臂结构在竖直方向上的静态变形增大以及在竖直方向上的振动的加剧。因此在减小手臂质量的同时，需要考虑对竖直方向上变形的影响。3.1优化方法及约束方程推导将硅片传输机器人小臂与末端臂简化为图9所示的等截面空心梁。其中H与W为空间尺寸约束条件，通常为常数；h1、h2、h3为手臂厚度变量；L为手臂长度。OYZ为截面坐标系，YC为截面弯曲中性轴。硅片传输机器人小臂与末端臂的受力均可等效为图10所示的形式。图10中p为手臂自身重力引起的均布载荷，Fe为等效力，Me为等效转矩。则手臂末端的挠度、由于硅片传输机器人手臂为串联结构，故式(8)中的等效力与等效力矩均参数均与该手臂所承载的后端的手臂的质量以及长度参数有关。因此，在进行硅片传输机器人手臂结构优化设计时需要从末端手臂开始设计，随后再设计小臂。3.2末端手臂优化设计在硅片传输机器人末端手臂设计时，末端手臂所承受的等效力与等效转矩由末端手与负载的参数决定。通常末端手与负载的参数为常数，且末端手等效载荷以及尺寸约束参数数值如表2所示。仿真结果表明：末端总变形随末端手臂上壁厚度的增加而增加，但当上壁厚度大于2mm后末端总变形基本不变；侧壁的厚度对末端总变形的影响较小，基本可以忽略；末端总变形随着末端手臂下盖厚度增加而增加，但当下盖厚度大于1mm之后，总变形增加的较为缓慢。因此，末端手臂厚度尺寸最终确定为：上壁厚度2mm、侧壁厚度1.5mm、下盖厚度1.5mm。3.3小臂结构优化设计末端手臂优化完成后，小臂的等效力与等效转矩参数即可以确定。小臂受力及约束尺寸参数数值如表3所示。仿真结果表明：末端总变形随小臂上壁厚度的增加而增加，但当上壁厚度大于2mm后末端总变形基本不变；侧壁的厚度对末端总变形的影响较小，基本可以忽略；末端总变形随着小臂下盖厚度增加而增加，但当下盖厚度大于1mm之后，总变形增加的较为缓慢。因此，小臂厚度尺寸最终确定为：上壁厚度2.5mm、侧壁厚度2mm、下盖厚度1.5mm。

4优化前后性能及参数对比

优化前后的小臂与末端手臂的三维模型如图17所示(手臂的下端盖未显示)。优化前后手臂质量以及硅片传输机器人手臂系统的固有频率数值对比关系如表4所示优化前后硅片传输机器人手臂系统由悬臂引起的竖直方向上的静变形、静应力以及竖直方向上的振动频率如图18～23所示。由表5与表6可以看出：优化前后末端手臂质量降低了50%，小臂质量降低了18.8%；一阶固有频率平均值与二阶固有频率平均值均提高了10%；竖直方向上最大静态变形量降低了52.3%；系统最大应力降低了58.3%；竖直方向上的振动频率提高了45.2%。

5结论

结构优化方法范文第4篇

关键词：房屋结构设计；设计师；建筑结构设计优化方法；房屋质量与环境；经济

DOI：10.16640/ki.37-1222/t.2017.13.096

0 引言

房屋结构设计，是当下房屋出售过程中，销量的最重要的影响因素之一。为了迎合顾客的要求，建筑结构设计优化人才紧缺。建筑结构设计优化在房屋结构设计中有着重要的作用，它涉及到房屋的安全性方面、实用性方面、美观性方面等，使房屋除却使用价值外，更具有其他的价值，让人们的生活更加丰富，更有质量。

1 建筑结构优化方式简述

建筑结构优化方式，是我们专业人员在长期的时间、实践中总结出来的一种带有科学化的、合理化的房屋结构设计的方式。它包含着很多的方面，比如房屋建设前期调查考研。这需要建筑设计师有长远的目光，立足于整体，综合多方面的联系等做出基础的决定；在设计时，还要考虑到建筑的难度，周围环境的合理利用，消费者需求需要等。因此基于这些综合条件下，设计师们的建筑结构设计优化才能为房屋结构设计做到最好的效果。

总体而言，我们可以总结以下几点：设计理念基于多个学科的知识，是跨领域的智慧集结体；建筑结构优化，更注重房屋的质量，无论是怎么优化，质量是基础，切勿中看不中用；建筑结构设计向“外表”侧重，即多侧重于房屋建筑的外表设计，多注重房屋外部美观性；建筑结构优化方式紧跟社会主流，倡导卫生环保理念 ；房屋建筑结构要求有特色，多利用环境的特色进行创意建造，且考虑施工便易度。

2 建筑结构优化方式在房屋结构设计中的重要性

无论是怎样的房屋建筑设计，首要所考虑的就是房屋的质量。并且在实践中我们不难发现，我们传统地房屋建筑设计，质量保证是绝对主要的，因此在一定程度上忽略了一些“加分项”。当然除此之外，建筑结构优化方式在房屋结构设计中还发挥着重大的作用。

随着经济的发展，房屋占地面积越来越多，为了节省土地，房屋的层数不断增加。这样的高层次叠起，导致工程量增加，经济等的投入增加，房屋卖价也随之增长，循环下来，最终导致消费者需要高价买房。

建筑结构优化方式，是在多方面影响因素的基础上做出的科学化房屋建造方式。它不仅提倡房屋建筑的质量，并且秉承着外表美观的理念。从整体出发，具体问题具体分析的设计，多方面考虑房屋建筑的造价问题，以最少的、最好的建造成本打造最优的房屋，带动经济的发展，为人们谋利益，当然这也是促进企业快速发展的重要保障。

总的来看，房屋结构设计中的建筑结构优化方式是当前房地产相关企业重点发展的部分，收益利益的同时，也打造良好的品牌，长久发展。

3 建筑结构优化方式在房屋结构设计中要求

建筑结构优化方式在房屋结构设计的实践过程中，无论是设计人员，还是施工人员，都面临着巨大的压力，想要达到房屋建造的最好状态，只有双方共同协作才是最好的方式。

首先是设计人员。前面我们也提及到，设计是跨越了多个学科知识的智慧结晶，尤其是在艺术修为上，必须要有较深的造诣，才能够拥有设计的灵感。除此之外，设计人员的整体性观念必须要强。建筑结构优化方式是基于多方面的影响因素。设计人员把握整体的设计，也要考虑当下房屋建造技术的程度，最大化的设计出既美观又实用的房屋建筑。

其次是施工人员。施工人员并不是机械的按照设计师所设计出的房屋结构进行施工，其中也是含有灵活灵用的成分。当然，施工人员必须要遵守：质量第一、安全第一。为了提高自身的能力，施工人员应该多学习相关的理论知识，并将其应用到实践中，在实践中锻炼自己、提高自己。

最后就是设计人员与施工人员双方的巧妙配合。双方应该积极沟通，为对方提供更好的理解，达到最优的房屋结构设计效果，实现双赢，促进经济的发展。

4 建筑结构优化方式在房屋结构设计中的实践

实践出真知，只有经过实践的检验才能真正成为大众所需要的。房屋结构设计也不例外。建筑结构优化方式在房屋结构设计中的实践，我们可以得出以下几点：

（1）综合理念的考虑。无论是哪种房屋建筑，在建造的过程中都有着层次性和多方性的特征。针对于房屋建筑的层次性，它包括着房屋建造的设计理念方面、构造方面、建造施工方面等。综合理念的考虑，是极其重要的。

（2）施工期的规划。当房屋建造时，施工时间是有规定的。但是建构结构优化方式考虑到了多方面的因素，因此施工期间，房屋建造需要进行规划，要考虑到房屋建造的阶段性。

（3）房屋基本结构。对于一个房屋建筑而言，基础打造是必修课。首先是房屋的桩，既要选好桩的材料、桩的位置，又要考虑好环境对桩的影响。其次是对于房屋上部结构[5]的考虑。房屋不倒，要考虑好受力的重心。在建造结构上优化这些短处而且房屋的排水系统也是一个重点。在选择排水管的时候一定要结合实际，适当选择。

（4）房屋内线路铺设。当房屋建造好之后，电路也是一个问题。首先要考虑好电路之间的关系问题，合理安排。其次要注意电线的铺设，不能杂乱的在外，要注意安全。

5 结束语

综合以上来看，建筑结构优化方式牵扯到了方方面面，其中不变的理念就是房屋建筑的质量和外在美观度的结合。无论是设计者还是施工者，又或是企业本身，都是在积极的探寻建筑结构优化方式，期望能达到房屋建造结构的最优。并且随着时代的发展，我们相信，建筑结构优化方式会更优化，人们的住房环境会越来越美。

参考文献：

结构优化方法范文第5篇

关健词 船舶结构；优化；设计方法

中图分类号 U66 文献标识码A 文章编号 1674-6708（2013）103-0100-02

进行船舶结构优化设计的目的就是寻求合适的结构形式和最佳的构件尺寸，既保证船体结构的强度、稳定性、频率和刚度等一般条件，又保证其具有很好的力学性能、经济性能、使用性能和工艺性能。随着计算机信息技术的发展，在计算机分析与模拟基础上建立的船舶结构的优化设计，借鉴了相关的工程学科的基本规律， 而且取得了卓越的成效；基于可靠性的优化设计方法也取得了较大的进步；建立在人工智能原理与专家系统技术基础上的智能型结构设计方法也取得了突破性进展。

1经典优化设计的数学规划方法

结构优化设计数学规划方法于1960年由L.A.Schmit率先提出。他认为在进行结构设计时应当把给定条件的结构尺寸的优化设计问题转变成目标函数求极值的数学问题。这一方法很快得到了其他专家的认可。1966年，D.Kavlie与J.Moe 等首次将数学规划法应用于船舶的结构设计，翻开了船舶结构设计的新篇章。我国的船舶结构的设计方法研究工作始于70 年代末，已研究出水面船舶和潜艇在中剖面、框架、板架和圆柱形耐压壳等基本结构的优化设计方法。

由于船舶结构是非常复杂的板梁组合结构，在受力和使用的要求上也很高，所以在进行船舶结构的优化设计时，会涉及到许多设计变量与约束条件，工作内容很多，十分困难。船舶结构的分级优化设计法就是在这个基础上产生的，其基本思路是最优配置第一级的整个材料，优选第二级的具体结构的尺寸。每一级又可以根据具体情况划分成若干个子级。两级最后通过协调变量迭代，将整个优化问题回归到原问题。分级优化方法成功地解决了进行船舶优化设计中的剖面结构、船舶框架和板架、潜艇耐压壳体等一系列基本问题。

2 多目标的模糊优化设计法

经典优化设计的数学规划方法是在确定性条件下进行的， 也就是说目标函数与约束条件是人为的或者按某种规定提出的，是个确定的值。但是在实际上， 在船舶结构的优化设计过程、约束条件、评价指标等各方面都包含着许多的模糊因素，想要实现模糊因素优化问题， 就必须依赖于模糊数学来实现多目标的优化设计。模糊优化设计问题的主要形式是：

式中j 和j分别是第j性能或者几何尺寸约束里的上下限。

模糊优化设计方法大大的增加了设计者在选择优化方案时的可能性， 让设计者对设计方案的形态有了更深入的了解。目前，模糊优化设计法发展很快， 但是，还未实现完全实用化。多目标的模糊优化设计法的难点主要在于如何针对具体设计对象， 正确描述目标函数的满意度与约束函数满足度隶属函数的问题。

3 基于可靠性的优化设计方法

概率论与数理统计方法首先在40 年代后期由原苏联引入到结构设计中， 产生了安全度理论。这种理论以材料匀质系数、超载系数、工作条件系数来分析考虑材料、载荷及环境等随机性因素。早在50年代，人们就在船舶结构的优化设计中指出了可靠性概念，随后，船舶设计的可靠性受到人们的重视，开始研究可靠性设计方法在船舶结构建造中的应用。

船舶结构可靠性的理论和方法根据设计目标的不同要求， 可以得出不同的结构可靠性的优化设计准则。大体分为以下3种：

1）根据结构的可靠性R·，要求结构的重量W最轻，即：

MinW（X），s.t.R ≧R·

2）根据结构的最大承重量W·， 要求结构的可靠性最大或者破损概率最小，即：

Min Pf（X ） ， s.t.W （X ） ≦ W·

3）兼顾结构重量和可靠性或破损概率， 实现某种组合的满意度达到最大，即：

Max[a1uw（X）+a2upf（X）]

式中， a1，a2分别代表结构重量和破损概率的重要度程度， 而且满足a1+a2≥1.0，a1，a2≥0；uw，upf分别为代表相应的满意度。

关于船舶结构的可靠性优化设计方法的研究越来越多， 逐渐成为船舶的结构优化设计中的重要方向。但是，可靠性的优化设计方法除了在大规模的随机性非线性规划求解中存在困难外， 还有一个重要的难点在于评估船舶结构可靠性的过程很复杂， 而且计算量大。

4 智能型的优化设计方法

随着人工智能技术（Al）和计算机信息技术的发展， 给船舶结构的优化设计提供了一个新的途径，也就是智能型优化设计法。

智能型的优化设计法的基本做法为：搜索优秀的相关产品资料，通过整理，概括成典型模式，再进行关联分析、类比分析和敏度分析寻找设计对象和样本模式间的相似度、差异性与设计变量敏度等，按某种准则实施的样本模式进行变换， 进而产生若干符合设计要求的新模式， 经过综合评估与经典优化方法的调参和优选， 最终取得最优方案。

智能型的优化设计法法的优点是创造性较强，缺点是可靠性较弱。所以在分析计算其产生的各种性能指标时，应当进行多目标的模糊评估， 必要时还应当使用经典优化方法对某些参数进行调整。

5 结论

通过本文对船舶结构优化设计方法的研究，我们得出在进行船舶结构优化设计的时候， 往往会涉及到很多相互制约和互相影响的因素， 这就需要设计人员权衡利弊， 进行综合考察， 不但要进行结构参数与结构型式的优选，而且还要针对具体情况对做出的方案进行评估、优选和排序。通过什么准则对不同的方案进行综合评估，得出最优方案， 成为专家和设计人员需要继续研究的问题。

参考文献

[1]郭军，肖熙.基于可靠性的船体结构多目标优化设计[J].上海交通大学学报，2010（1）.

结构优化方法范文第6篇

关键词：强度设计； 优化设计； 敏度分析； 稳定性

中图分类号：V244文献标志码：B

0引言

飞机强度设计是飞机总体设计阶段极为重要的环节.要实现强度设计的目标，需要反复迭代以及运用优化设计等方法，再结合实际工程经验实现.

优化设计是一门新的学科，是运用数学规划方法驱动有限元计算技术进行设计，按照所设定的目标反复迭代，寻求最优化设计方案的过程.近年来，运用大型通用有限元软件MSC Nastran进行优化设计越来越多，主要有以下2种方式：直接运用优化模块和运用其二次开发自行编写优化算法，然后再驱动所需有限元模块进行求解.

程鹏[1]对MSC Nastran软件的优化方法进行论述；范志强等[2]运用Nastran软件对航空发动机整体叶盘进行优化，使质量减轻45.66%，并使局部应力得到改善；黄国宁等[3]等对简单机翼梁进行优化，得到令人满意的结果；隋允康等[4]和李善坡等[5]运用PCL二次开发自行编写优化程序驱动MSC Nastran软件，进行一些有意义的尝试和应用.

MSC Nastran在航空业的运用已非常的广泛，但优化模块应用却不多见，现有文献只是对飞机局部零件或者某一受力构件进行优化设计的描述，尚无对飞机全机或部件进行优化的研究.本文利用MSC Nastran的优化算法，结合多年的飞机结构强度设计经验，对MA700飞机全机结构强度刚度优化进行初步讨论，并以机翼为例进行优化设计计算，为今后优化设计的应用积累经验.

MA700飞机要求长寿命、轻质量和高可靠性的结构，并且将取得CAAC，FAA和EASA适航证.为实现结构设计的高标准和严要求，必须开展全机结构优化设计研究.

1基本理论

在工程应用中，绝大多数优化问题属于带约束的设计优化，对于约束优化，一般有间接法和直接法等2种处理方法.直接法对优化变量按照一定方向进行搜索，逐步逼近最优点.直接法理论简单，并利用敏度分析替代搜索方向，易于利用当前的有限元方法数值求解，且经常能得到较为满意的结果.本文采用直接法中的可行方向法进行结构优化设计计算.

1.1优化描述

优化设计可归结为求解一组设计变量，且满足约束条件，其目标函数最小.在飞机强度设计中，即为找到一个结构设计方案，该方案满足规定的结构设计准则，并且使飞机结构质量最轻.

优化问题可以归纳为以下数学模型设计变量：

2优化设计模型

2.1优化模型

由于全机结构优化规模很大，设计变量和约束响应很多，必须按照部件分层次进行.根据各部件之间的传力关系，分为机翼、尾翼和机身等3大部分进行优化.考虑机翼传力受机身影响较小，当机翼优化时，机身只起提供边界条件的作用，并不参与优化计算.当尾翼优化时，先进行平尾优化设计（平尾优化方法类似于机翼），取得较为满意的结果后再对垂尾进行优化.当机身优化计算时，只需将前面优化完的尾翼用作传力结构，将机身结构设定设计变量进行优化.

对全机结构进行逐步分层，可以得到所有的设计变量，飞机结构层次分解示意见图3.根据图3，又可以分解为蒙皮、长桁、梁、框、肋和墙等构件，对这些构件进行整理，便可得到必要的设计变量.全机结构优化目标函数、设计变量和约束条件汇总见表1.

优化前、后机翼应力计算结果见图11，可知，机翼最大应力明显降低，由初始的510 MPa降低为356 MPa，基本上满足应力约束350 MPa.蒙皮稳定性模态由优化前的0.56提高到0.97，基本满足稳定性约束条件.（a）优化前（b）优化后图 11优化后机翼应力计算结果

Fig.11The wing stress result before and after optimization analysis

4结论

对全机主传力结构优化设计进行分析和讨论，采用MSC Nastran尺寸优化设计，对机翼进行优化设计计算研究，得到以下结论.

（1）优化过程不一定就是减重过程.在某些情况下，结构质量经过优化会有所增加，因此，设计计算时必须要有较为准确的载荷工况.

（2）对飞机主传力结构进行优化时必须考虑稳定性.如果不考虑稳定性，可能致使优化出现错误的数值结果，使结构不满足传力要求.

（3）经过对优化结构的分析，证明MSC Nastran尺寸优化求解结果趋势正确.

参考文献：

[1]程鹏. MSC Nastran优化设计方法的讨论[J]. 航天器工程， 1996（5）： 90-97.

[2]范志强， 马枚， 王荣桥. 航空发动机整体叶盘优化设计[J]. 燃气涡轮试验与研究， 2000， 13（4）： 27-30.

[3]黄国宁， 陈海， 霍应元. MSC Nastran优化功能在结构强度设计中的应用[J]. 计算机辅助工程， 2006， 15（S1）： 50-52.

结构优化方法范文第7篇

【关键词】建筑;结构设计;优化方法

引言

随着我国房屋建筑工程行业的高速发展，居民对房屋建筑的功能质量的要求越来越高，房屋建筑从单层、多层朝着高层建筑发展，其结构形式也越趋多样化和复杂化。在这种形势下，通过优化建筑结构设计以提高建筑质量、降低建筑成本并满足居民对房屋建筑的品质要求，对于房地产企业保持并扩大市场份额具有重大现实意义。

据统计，建筑设计阶段决定了建筑造价的80%以上，而这其中结构设计由决定了建筑总造价的50%左右。我国大部分建筑施工过程中的水泥、钢材用量均远远多于欧美发达国家，有巨大的可优化空间。本文首先分析了结构优化设计的现状，并对基于ANSYS的框架结构优化设计方法进行了研究。

1 结构优化设计现状分析

结构优化是指在满足国家和地方相关法律法规规定的结构安全度要求的基础上，根据实际建筑物的设计特点及设计需求，通过选择合理的体系及结构，结合精确的计算机模型计算、校核与应力分析，制定出详细的配筋方法等设计内容，最终达到有效降低结构构件经济指标及整体工程造价的目的。

按照结构优化发展的难易程度，可将其分为截面或者尺寸优化、形状优化、拓扑优化、布局优化以及类型优化等5个层次，但结构优化在建筑结构设计领域的应用还比较有限，主要因为：（1）在现行国家和地方相关法律法规中，对建筑优化设计的要求不够明确，设计人员往往仅对尺寸、钢筋数目等细节进行优化，没有考虑总体设计理念，无法获得最优结果。（2）设计人员仅了解最基本的结构设计理论和设计软件，在行业内部对结构优化设计理论和方法的推广不足。（3）相关结构优化设计理论和方法缺乏实践检验，由于实际结构设计的影响因素、变量和约束条件较多，给目标函数的建立带来较大困难，因此现有的结构优化方法中界定的优化目标与实际工程需求还有较大差距。

2 基于ANSYS的框架结构优化设计方法

优化设计的基本原理：基于数学模型构建优化模型，在此基础上使用优化方法和优化工具进行迭代计算，对目标函数进行求解，得到相应的机制，并最终获得最有结果。国内外结构分析模型及其优缺点比较如表1所示。

表1 国内外结构分析模型及其优缺点

模型 平面框架 协同工作 薄壁柱 墙组元 板-梁墙元 平面应力元 壳元墙元

简图

优点 计算快

手动校核 计算较快

考虑了空间整体性 适用于所有平面、效率高 剪力墙可以多点传力，变型较协调 变形较协调，自由度较少 简单实用，充分考虑墙平面内刚度 分析精确较高，能直接与一般梁柱单元连接

缺点 模型粗糙

适应面窄 适应面窄

近似结果 剪力墙要求比较规则，单点传力 尚在实用 结果偏柔，有时失真 近似考虑墙平面外刚度 自由度太多，计算效率低，数据和程序复杂

代

表

软

件 建研院

PKPM 建研院

XTJS 建研院TBSA

TAT 建研院

TBWE 美国加州

ETABS

清华

TUS/ADBW 大连理工

DASTAB

美国加州

ETABS（95） 建研院

SATWE

北大SAP84

ANSYS软件是以有限元分析为基础的大型通用CAE软件，该软件分为前处理、分析计算和后处理三个模块。优化设计包含在分析计算模块，ANSYS提供了零阶方法和一阶方法两种优化方法来解决各类优化模拟问题。运用某工程实例说明ANSYS在框架结构优化中的方法。

（1）工程实例概况。某房屋建筑的二层梁梁长5700mm，梁截面为250mm×450mm。其梁配筋，梁端负筋为4根三级钢，直径为16mm，梁底正筋为3根三级钢，其中2根直径为20mm，一根直径为16mm。箍筋为一级钢，直径8mm，间距200mm，加密区100mm。现优化器梁截面与钢筋截面。梁的相关结构如图1所示，其中梁上的均布载荷为P=43.3kN・m。

（2）构建目标函数。目标函数是梁单位长度上的总造价最小，目标函数如式（1）所示。

（1）

式中，为单位体积混凝土的价格，初始为0.000057元/cm3;为单位质量钢筋价格，初始为0.4831元/kg;为单元面积模板的价格，初始为0.00016元/cm3;为负筋的总长度与梁全长的比值，初始值为2。

（3）优化设计。建立分离式有限元模型，混凝土采用SOLID65单元，钢筋采用LINE8单元，进行模拟优化，梁的变形模拟图如图2所示，最终框架梁的优化结果如表2所示。

（a）钢筋混凝土梁应力图 （b）钢筋应力变形

（c）钢筋混凝土梁应力变形

图2 梁的变形模拟图

表2 框架梁优化结果

3 结语

房屋建筑结构设计首先需要保证建筑物的功能性、耐久性和安全性，在此基础上，应最大限度的控制建筑成本，才能有效提高企业的市场竞争力。为实现这些目标，就需要针对建筑结构设计不同阶段的内容和特征，将结构优化设计方法应用其中，以保证设计的合理性和可行性，并达到最终的优化设计目标。

参考文献

[1]李能能，董斌.房屋建筑结构设计中优化技术应用探讨[J]. 建筑设计管理， 2013 （12）： 73-75.

[2]庹梦云.结合Ansys的框架结构优化设计[D]. 辽宁工业大学，2014

结构优化方法范文第8篇

关键词：网架结构；节点；杆件；优化

一、前言

网架结构是中国空间结构中发展最快，应用最为广泛的结构形式。网架结构的主要特点有:空间工作，传力途径简捷，重量轻，刚度大，抗震性能好，施工安装简便，网架杆件和节点便于定型化、商品化、可在工厂中成批生产，有利于提高生产效率，网架的平面布置灵活，屋盖平整，有利于吊顶，安装管道和设备，网架的建筑造型轻巧美观，便于建筑处理和装饰。

传统钢网架结构设计的基本方式为：首先设计规划、选定网架形式及其使用的材料，再根据同类结构以往经验，假设网格尺寸、网架高度以及杆件截面形状与截面面积等，并在此基础上进行结构分析，然后验算整个网架结构及其组成构件是否满足强度、刚度和稳定性设计要求等。但假若我们发现计算的截面和假定的截面有很大不不同，那就必须要重新来过。在按照传统设计方法对钢网架结构进行设计的时候，一般会经过一个很繁杂且不连续的设计过程，没有达到结构设计最优的目的。显然，为了降低网架结构的工程造价，可以采用优化设计的方法来减少结构用钢量，另外，在一定程度上也可以对结构的受力合理性进行优化分析。

二、钢网架结构设计方法

1. 网架结构杆件设计

一般工程中大多数网架结构所采用的材料均为钢材，采用Q235和Q345钢居多，这两种钢材的优势在于：钢材力学性能、焊接性能都很好，材质也相对比较稳定。杆件具有很多的截面形式，但这其中主要以空腹载面是最好的，如圆钢管，方钢管，这两种截面各向惯性矩均大，对受力有利，此外空腹截面封闭后内部不易腐蚀，表面也难以积灰和积水，具有较好的防腐性能。

2. 网架结构节点构造的设计

网架结构的节点是连接交汇杆件、传递荷载的重要环节，进行合理的节点设计对网架结构的安全性能、制作安装、工程进度和工程造价都有着极其重要且直接的影响。网架结构的节点分为内部节点和支座节点两大类，其设计和构造都应该遵循受力合理、传力明确可靠、构造简单、制作安装方便等规定，网架结构节点分为几大类，分别是焊接钢板节点、焊接空心球节点、螺栓球节点、直接相贯节点及焊接钢管节点。

支座节点是网架将荷载传递给下部结构的连接件，是支承结构上的网架节点，我们在针对网架进行内力分析的时候，都要对支座节点加设一定的约束，这些约束一般可以分为可动铰支承，不动球铰支承和不动圆柱铰支承三大类。焊接空心球节点是我国较早应用的节点之一。它可以是不加肋的空心球，也可以是加肋空心球，两个半球的焊接以及两个半球与加肋圆环焊接构造。螺栓球节点可以说是我国应用最为广泛的节点形式，它由钢球、螺栓、套筒、销子和锥头或封板组成，适用于钢管连接。

3. 网架结构设计注意事项

网架结构设计有一些注意事项需要我们认真了解。我们要注意制作工艺的可行性，力求安装的方便，还要关注网架的单位含钢量。从细节上来说，这包括支座的安装难易以及网架锥体的杆件的大小。如网架工程中如采用上弦球作支点并同时用肋板式支座，可能发生网架腹杆套筒与支座肋板空间冲突。所以，在网架设计、制作和安装的过程中，我们应注意根据实际情况，采取切实有效的措施， 既保证结构强度在求，又便于施工，保证工程进度。

三、网架结构的优化设计

对钢网架结构的优化设计，主要包括网架类型优化、网架跨度优化及网架高度优化。不同网架类型在同样跨度、厚度和网格尺寸以及约束条件下，所得到的用钢量也不相同。当采用正放四角锥网架、斜放四角锥网架、抽空四角锥网架和棋盘四角锥网架4种平板网架类型时，用钢量较低，为网架结构设计时比较理想的结构类型。网架跨度大小直接影响最优网架厚度和网格尺寸的选择。随着网架平面尺寸的增大，网架结构的最优厚度和最优网格大小呈增大趋势。遗传算法优化网架结构高度，适用于不同的边界条件、不同支撑方式以及承受不同荷载的网格结构能够进行全局寻优，避免结果陷入局部最优解能够节约用钢量，结果可靠，可用于实际工程中。

网架优化设计时，可以利用一系列的优化设计方法，如准则方法、数学规划法和系统迭代优化设计方等法。这些优化设计方法均是以网架结构的重要特征参数作为优化变量，以结构用钢量大小和受力特性的组合作为目标函数进行的优化迭代过程。具体来看，准则方法从结构力学原理出发建立一些最优准则以寻求用解析形式表示的结构设计的参数，或者通过直观的迭代运算决定结构各单元的截面参数。而数学规划方法是从解极值问题的数学原理出发，运用数学规划中的各种方法，求得一系列设计参数的最优解。系统迭代优化设计方法首先对结构进行有限元分析，获得各部分构件的内力。并依此内力作为条件分别对各部分构件进行局部优化设计，得到本轮次的构件；在下一个轮次时，将上一轮次得到的构件重新形成新的网架，对新的网架进行有限元分析，判断其最大挠度是否满足规范要求。

需要注意的是，优化设计的结果只是数值计算的结果，由于优化时优化参数、优化目标函数及计算程序能力的限制，不可能让优化设计做到完美无瑕，还必须结合网架结构的设计和构造经验对优化结果进行调整，使得设计结果更贴切经验和实际。

四、结语

总之，空间钢网架结构作为一种建筑造型美观，经济指标优良的结构形式，已被广泛应用于工业及民用建筑领域的，给网架结构的发展带来了极大的市场。随着网架优化设计方法的实施，网架的经济型和受力合理性将得到最大的体现。

参考文献：

[1]刘寅东,卞钢.基于ANSYS的结构拓扑优化及其二次开发.船舶力学学报, 2006, 10(2): 120-125.

结构优化方法范文第9篇

现阶段，房屋设计需求呈现多样化的特点，房屋建筑不仅注重过硬的实用价值，而且还追求精致美观的外表，这些都对房屋的建筑结构设计提出了更高的要求。在房屋结构设计中，五个基本要素必须考虑周全，即安全性、经济适用性、施工便利性、实用性和美观性。而合理的建筑结构设计优化则既能满足建筑美观，造型优美的要求，又能使房屋结构安全、经济、合理，这便体现了建筑结构设计优化方法在房屋结构设计应用中的重要性。

关键词:

建筑结构设计；优化方法；应用；建筑

随着我国经济水平的不断提高，我们在考虑建筑的安全性和实用性的同时，对建筑的美观性和经济性方面的要求也不断提高。既要求建筑安全、实用，又要求建筑经济、美观，同时也要考虑到施工的便利性和时效性，那么对建筑结构进行必要的优化设计则显得尤为重要，而合理的建筑结构优化设计可以使得这些要求实现统一。在本文中，笔者结合自身的工作经验和所学的相关知识，对房屋建筑结构设计的相关优化方式进行介绍，并对建筑结构设计优化方法在房屋结构设计中的应用进行阐述。

1结构设计优化方式的理论体现

在建筑结构设计过程中，除了要考虑建筑结构的安全性、基本功能健全性等可靠性因素，我们还需要对其建筑本身的艺术美感进行考虑，这便是建筑结构设计优化的体现。通过对建筑结构设计优化方法进行理论分析，我们得知，在实际应用过程中，建筑结构设计优化方式主要体现在房屋工程的分层优化和总体优化两方面。对建筑结构进行设计时，在满足基本设计要求的前提下，应尽可能减小建筑物的质量中心和刚度中心之间的差异，保持平面结构的规则性以及对称性，以避免在水平荷载作用下建筑物产生较大的扭转效应。与此同时，在进行竖向设计时，应尽可能保证其同方向的承重构件上下贯通，使竖向刚度不发生突变，否则一旦发生刚度突变，建筑物会在水平荷载作用下产生严重的应力集中现象，对抵抗水平方向的动力荷载作用大大减小。此外，为了降低结构设计和分析方面的难度，我们可以尽量减少使用转换层结构。总而言之，在建筑结构设计过程中具体问题具体分析，综合多方面因素设计出最令人满意的建筑体系。

2建筑结构设计优化方法在房屋结构设计中的应用

2．1整体与局部优化每一个建筑项目的设计都包括两类特点，即复杂性和层次性。就复杂性而言，内容一般包括零部件选取、建筑原料选取以及结构类型的选取等;而层次性则主要包括建筑设计体系、建筑结构体系以及安装设计体系等内容，其中每个独立的体系又包括很多不同的下属体系，在设计房屋结构的过程中，设计人员应优化其每一个下属体系，冲破横向关联，实现工程叠加。所有的房屋建筑不仅要进行局部的优化，更应该注重整体的全面优化，这样才能够真正实现房屋结构的设计优化的意义。

2．2寿命与分阶段优化在固定的使用年限中，任何一个建筑工程项目的各个环节都有着各式各样可供挑选的设计方案，也就是说，在工程的任何一个阶段都能够开展优化工作。设计人员可以根据每个阶段的不同性质确定优化方案，进而优化工程寿命。最终的益处就是，一方面，使建筑工程的施工质量得到了保证，另一方面，使企业的经济收益得到了增加。

2．3桩基础优化建筑结构桩基础由预制桩和灌注桩两种类型组成。由于施工过程中灌注桩的质量控制较难实现，并且耗时较长、操作复杂，因此，在符合相关标准的前提下，实际施工应优先选择预制桩。另外，一般情况下，桩基越是深入，桩身与土壤之间的摩擦力和作用力就越大，因此，在选择预制桩的同时，还应尽可能选取长度较大的预制桩。

2．4上部结构优化在对房屋上部进行结构优化和建立模型的工程中，剪力墙的布置和设计是非常重要的一项因素。剪力墙的质量需要保证其均匀性，从而使得楼层结构的重心与其平面的中心点实现相互重合，实现削弱风力或是地震等外力因素的影响。在房屋类型允许的情况下，应该尽量采用剪力墙的大开间构造，增加其墙肢长度，这样一方面可以实现墙肢数量的缩减，另一方面还可以在刚度达标的前提下实现混凝土量的降低使用。另外，由于剪力墙采用钢材作为暗柱材料，所以通过剪力墙的大开间结构便能够实现钢筋使用数量的缩减，但是，如果建筑本身不具备相应的条件，并且对建筑物的抗震要求较高，则不能采用该类型的剪力墙。

2．5结构同建筑保持协调优化在进行建筑结构设计的时候，应该尽量保证建筑的整体平面和整体结构的紧密配合，最终实现结构合理和造型美观的设计效果。建筑系统应该尽量简洁，墙与柱的错位现象不可以发生，每一层的截面面积和高度都应该相通。在设计电梯或是楼梯的时候，应该尽量选择使用高强建材作为承重构件，实现降低自重，其他构件就应该尽量选择较轻质量的材质。在建筑的整体布局方面重心、质心与其刚心需要保证交叠，避免扭转现象的发生。

2．6结构同排水保持协调优化由于在整个建筑中，专门用于给排水的房间有很多机械设施，所以其相比较于普通房屋，荷载强度较大，因此，水泵房应该尽可能设在地下室区域。给排水房间里面的管道较为复杂，长度及粗细都不尽相同，因此，依照相关标准应该预留足够的尺寸和深度，同时加固其穿孔位置。除此之外，水平方向的管道如果贯穿承重墙，则应该及时对其进行维护和加固处理。尽量保证结构优化同排水优化的协调，避免管道绕梁绕柱等情况的发生。

2．7结构同电气保持协调优化电气的管线如果以导线形式安装于金属管的外部或是楼板处，则可能会造成预制结构施工难以开展。因此，导线如果贯穿结构梁体，那就需要在梁预制之前留下孔洞，与此同时需要保证墙体厚度与梁宽相同，如果做不到梁宽与墙体厚度相同，则需要确保梁的侧平面与墙体一侧相齐平，最终实现管线不在墙体外面。在房屋建设的过程中，电梯处的空洞很多、也预埋了较多的构件，因此，电梯房的强度需要单独进行计算分析，以保证合理设计，及施工的质量和安全。

3结语

综上所述，建筑结构设计方案的合理选择，不仅可以使建筑结构设计达到应有的技术要求，还可以减少不必要的经济损耗。建筑结构设计优化在房屋结构设计中是一个综合性比较强且极为复杂的系统性问题，这需要我们对其进行深入研究。本人结合自身的工作经验，阐述了建筑结构设计优化方法在房屋结构设计中的应用，希望此文对相关研究人员有所帮助。

参考文献

［1］王也．建筑结构设计优化方法在房屋结构设计中的应用［J］．中华民居(下旬刊)，2013(03):81－82．

［2］何冬霞．建筑结构设计优化方法在房屋结构设计中的实际应用［J］．中华民居(下旬刊)，2013(10):18－19．

结构优化方法范文第10篇

【关键词】建筑结构设计；优化方法；概念设计优化

一个建筑要达到精美的效果，设计师需要把其美观设计与结构设计紧密结合起来。为实现在有限的空间、有限的资源的情况下，发挥出最大效果，最终达到经济化、实用性和适用性的良好目标，在房屋结构设计中，要采取适用、经济、安全、便于施工和美观这五种效果措施。而在房屋结构设计中，应用建筑结构优化设计方法可以满足这一要求，保证建筑美观、造型优美，同时又能够便于房屋的施工，使房屋安全、经济、适用，从而真正成为“经济适用”房[1]。

一、结构设计优化方法的理论基础

在进行工程项目和结构设计的过程中，需要考虑的因素很多，最终目的是要在保证设计对象基本适用功能和安全可靠性的情况下，把设计对象设计到最好的程度。这就涉及到工程和结构最优化的问题。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[2]。

从建筑理论上分析结构设计优化方法可以得知，结构设计优化方法主要体现在两个方面，其一是房屋工程部分结构的优化设计，其二是房屋工程结构总体的优化设计。后者的优化设计包括：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。穿插其中的，还包含选型、布置、受力分析、造价分析等项目，在实施过程中，应遵循一定的原则，结合具体工程的实际情况，从实际出发，围绕房屋建筑的综合经济效益目标进行结构优化设计。

在设计安全被保证的情况下，建筑师应开拓创新，挑战新的结构形式。在建筑结构设计的过程中，建筑师的设计意图应能够得到基本满足，应设置尽量符合规则的平面布局，使其对称；同时减少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于产生太大的扭转效应。在竖直方向的布置上，应确保在满足功能要求的情况下，尽最大可能贯通竖向的承重构件；为使结构分析和设计上的难度不致于太大，减少不必要的经济浪费，使应力分散，转化层应尽可能少地使用；竖直方向的刚度要渐变，而不要突变，如若不然，在水平荷载作用下，突变处会产生严重的应力集中现象，这是非常不利于结构抵抗水平动力荷载的[3]。

二、结构设计优化技术的意义所在

在房屋结构设计中运用建筑结构设计可以起到非常好的效果，这不仅可以使房屋看起来更加美观，用起来更加实在，而且也能够节省大量的造价，起到良好的效果。采用设计优化的方法与采用传统房屋结构设计方法相比优点是十分明显的，它可以使建筑工程造价得到大幅度降低，降幅可达30%左右。要实现优化方法的技术性问题，材料的性能要合理利用起来，争取协调好建筑结构内部的各单元，达到建筑规范所规定的安全水平。同时，优化方法的技术性实现还可以合理决策建筑整体性方案设计，它可以有效实现建筑设计的经济化、实用性和适用性的良好目标。

三、结构设计优化技术在建筑结构设计中的步骤

（一）结构优化模型

房屋结构整体优化设计方法分以按3 个步骤进行。首先，选择设计变量。一般把对设计要求起主要影响作用的参数作为设计变量，如目标控制参数（结构造价C1 和损失期望C2）和约束控制参数（结构的可靠度PS）；而将那些对设计要求来讲，变化范围不大或是根据结构要求或局部性的设计考虑就能满足设计要求的参数等作为预定参数，这可以大大减少设计、计算和编制程序的工作量；其次，确定目标函数。寻求一组满足预定条件的截面几何尺寸和钢筋截面积以及失效概率，从而使总费用最小；第三，确定约束条件。房屋结构基于可靠度优化设计的约束条件，则包括尺寸约束、结构强度约束、应力约束、变形约束、裂缝宽度约束、构件单元约束、结构体系约束、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、从可靠指标约束到确定性约束条件等。在设计中，要使结构优化设计应用于实际房屋结构工程，则是路房屋结构设计中实际的约束条件与目标约束条件相比较，保证各约束条件都符合现行规范的要求，以实现最优设计。

（二）设定优化设计计算方案

房屋结构基于可靠度的优化设计问题属于比较复杂的多变量、多约束非线性优化问题，一般情况下，在计算过程中，应转化问题求解，即将有约束优化问题转化为无约束问题。可以利用起来的优化设计计算方法有复合形法、拉氏乘子法、Powell 法等。

（三）进行程序设计

根据基于可靠度的结构优化模型和选择的优化设计计算方法，编制功能齐全、运算速度快的综合程序。

（四）结果分析

对计算结果进行分析，确定最优设计方案。在上述步骤的执行过程中，涉及的问题包括多个方面，所以要全方位、多角度地考虑。这主要是因为建设投资这项工程的耗资非常大，涉及到的情况非常多，在设计中片面强调经济节约是不正确的。应满足技术上的相应要求，使项目达到相应的功能要求，与此同时，要反对重视技术，轻经济、设计保守浪费的现象。

四、结构设计优化技术在建筑结构设计中的应用

（一）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[4]。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。

（二）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。

总而言之，建筑结构优化设计方法的研究涉及面广泛，具有十分复杂的特点，是一项综合决策问题。适用、经济、安全、便于施工和美观是建筑工程设计优化追求的五种效果，而这五个方面的侧重点各不相同，相互之间又存在一些矛盾的地方，一个优秀设计的出现往往

是这五个方面的最佳结合。所以，在进行建筑设计的实践过程中，应加强实践探索，降低经济成本，以达到经济效益的最大化，从而在保证经节约经济成本和达到美观要求的情况下合理进行结构设计。

参考文献

[1]王智锋，孙之如. 建筑结构概念设计的优化[J]. 河南水利与南水北调. 2010（09）

[2]李锋. 浅谈现代建筑结构优化设计[J]. 科技资讯. 2010（26）

结构优化方法范文第11篇

关键词：建筑结构设计；设计优化；方法

引言

进入21世纪以来，随着物质生活水平的不断提高，人们的生活理念发生了巨大的变化。作为人们工作生活的场所，房屋建筑的结构设计也成为人们关心的话题。在现代消费观念的影响下，房屋不再仅仅是供人居住办公，遮风挡雨的场所，同时还被赋予了满足人们审美观念的新功能。当前，除了最基本使用功能外，建筑正在被开发出越来越多的新用途，同时也是人们实现审美追求，提高生活格调重要途径。建筑设计师在设计房屋时，不仅要考虑房屋的使用功能，更要从美学角度考虑更多的内容。只有二者协调统一，完美结合，同时满足使用者在使用功能和审美要求上的双重要求，才能成为受人青睐的建筑佳品。房屋建筑的结构设计包含的内容非常广泛，其根本目标是实现功能完善、质量可靠、符合人们审美情趣的设计方案。要达到这个目标，需要持之以恒的长期学习和实践，需要汲取其它优秀设计方案的菁华，取长补短，融会贯通，不断优化设计方案，充分利用空间资源，最大程度地满足房屋使用者的实际需要。

1 建筑结构设计优化的内涵

影响一座建筑物好坏的因素非常多。一般来讲，人们对建筑物的评价来源于三个方面：外形、结构和质量。这些都和结构设计密切相关。房屋结构设计，不仅仅是整个建筑工程赖以实施的基本根据，更是一个建筑能否充分实现预定功能和目标的根本保障，是整个建筑工程的核心要素。优秀的房屋结构设计方案，应当能够在有效控制成本投入，降低施工难度的基础上，充分利用城市中的空间资源和其它资源，大幅提升建筑物的实用功能和安全质量。要取得优秀的设计方案，需要对既有设计不断进行优化改良，从而最大限度地实现使用者对房屋的功能要求、质量要求和审美需要。同时，优化后的结构设计还能够有效帮助建设者节约资金，降低建设成本。

2 实现建筑结构设计优化的一般方法

单纯从建筑角度来讲，结构设计优化主要分为房屋工程分部结构的优化设计和总体结构的优化设计两种。一所房屋的设计建造，要根据具体情况，综合考虑房屋建筑的人文要求、经济要求和周围环境要求等。合理充分利用资源，实现各种要素的和谐共存，是建筑房屋结构设计优化的基本理念。

2.1 建立结构优化的模型

实现建筑结构设计优化，首先需要建立一个数学模型，重现房屋的各项指标和影响因素间的复杂关系。可以按照以下几个步骤建立模型：

2.1.1 合理选择设计变量

设计变量通常优先选择对建筑结构影响大的参数，即和设计目标直接相关的那些内容，如损失的期望C2和结构的造价C1等，还有和限制条件相关的因素，如结构的可靠度PS等；为了减少设计量、计算量和编制程序的工作量，还可以把部分因素用预定参数来代表，这些参数通常具有影响细微、波动不明显的特点，往往通过局部调整或结构本身就能满足相关要求。

2.1.2 确定目标函数

出于建造成本的考虑，需要建立一组函数，通过这组函数可以准确描述预定条件中截面几何尺寸、钢筋的截面积和相应的失效概率之间的关系。

2.1.3 确定约束条件

房屋建筑安全可靠是房屋结构优化设计必须满足的基本条件，以此出发可以确定优化设计的约束条件。裂缝宽度、结构强度、构件的大小、结构应力、结构体系规格、可塑程度、确定程度等都是常见的约束条件。设计者要充分比较分析目标约束条件和实际约束条件，确保每个目标约束条件都有的放矢，符合实际，从而为设计优化提供根本保障。

2.2 设定计算方案

以提高安全性、耐久性和适用性为目标的建筑结构设计优化，往往具有约束条件复杂、变量众多、函数非线性的特点，为了方便分析计算，通常采用将有约束的优化问题转换成无约束的优化问题的方法求解。拉氏乘子法、复合形法、Powell 法等都是常用的优化计算方法。

2.3 程序设计

由于计算量巨大，计算过程复杂，为提高结果准确性和精度，通常利用程序来实现以提高安全性、耐久性和适用性为目标的房屋结构设计优化的计算过程。编写的综合程序要完全符合优化设计模型和计算方案，并具有功能完整、用途齐全、运转高效等特点。

2.4 结果分析

结果分析是房屋结构设计优化过程中非常重要的一步，它直接关系到优化设计方案的最终选择。程序运算的结果只是为房屋结构设计优化提供参考依据和备选方案，并非最终结果。由于上述模型函数主要体现的经济成本上的优化，在结果分析时，设计者需要把更多的因素纳入思考范畴中，在详细地比较分析基础上，选择出最佳的设计方案。前文已经提到，现代社会的建筑，不仅要满足实用功能，同时还需要满足使用者的审美需求。造价成本和工程质量不再是优化设计的唯二标准。设计者需要从安全性、耐久性、使用功能、经济效益、施工要求、美观程度，以及和周围环境的和谐统一等方面进行全方位多角度的考虑，要分析各种因素的影响，从使用者、建设方等多个角度考虑，综合各方意见进行比较。任何考虑上的偏颇和疏漏都有可能造成建筑设计上的缺陷，从而影响建筑的正常使用。必须平衡使用各种资源，才能实现结构设计的最优化。

3 结束语

房屋结构设计优化，本质上是一次综合所有影响的数据分析，对设计者的理论水平和实践经验提出了非常高的要求。房屋结构设计所需要达到的目标，绝大多数情况下不是一个单一的指标，而是一组指标的组合。这些指标往往互相影响，既是统一的，又是矛盾的，各有侧重点，又相辅相成。设计者应当综合考虑房屋的各种性能，选择最有助于实现房屋建筑综合效益的设计方案。在保障房屋安全和使用质量的前提下，设计者要用于创新，大胆实践，努力寻求更好的设计路线，应用现代化设计工具，更好地实现房屋结构设计的目标。

参考文献

[1]邹俊.建筑结构设计优化方法在房屋结构设计中的现实应用[J].科技传播，2010（10）.

结构优化方法范文第12篇

关键词:建筑结构房屋结构设计应用

当前人们的生活质量水平不断提升的基础上，人们对住房的要求也有着提高，这就使得建筑企业面临着更为严峻的市场竞争。只有在建筑施工的各个层面得以充分重视，才能将整体的建筑质量得以有效保障。建筑房屋的结构设计的合理性是保障建筑整体质量的基础，在这一环节就要能充分重视。通过对房屋结构设计中的建筑结构设计优化方法的应用理论研究，对实际就有着指导作用。

1建筑房屋结构设计优化的重要性和遵循的原则分析

1．1建筑房屋结构设计优化的重要性分析

对房屋结构设计过程中，应用建筑结构优化方法比较重要，这就要能从理论以及实践经验层面来对房屋结构的设计进行优化。我国的建筑在未来的发展过程中，将会以高层建筑为主，这就必须要能重视建筑结构的优化设计，只有在结构设计方面得到质量保障，才能有助于建筑企业在市场中的进一步发展。要在对建筑质量得以保障的基础上来加强设计方案的优化，将先进的设计理念和技术都要能在实际的设计中加以融入［1］。通过建筑房屋结构的设计优化，能将施工机械设备以及建设材料的性能得到充分有效的发挥。通过结构设计的优化，也能在成本方面得到有效降低，对房屋的经济性以及适用性等特征上都能得到充分体现。

1．2建筑房屋结构设计遵循的原则分析

房屋结构设计中对建筑结构设计优化方法的应用，就要能遵循相应的原则，这样才能有效保障结构设计的科学合理性。在实际的设计过程中，要能和大众的实际需求得到满足，也就是要能对人们日常生活的需求得以满足，在一些基本的使用功能方面要具备。结构设计过程中对安全环保要得以重视［2］。同时，也要能对开发商的经济效益能充分考虑，将项目资源得以科学合理化的分配，最大程度的节约开发商的成本。另外，房屋结构设计中要能将设计的思路以及结构等得以有效创新。只有在创新方面得到了充分重视，才能保障整体的结构设计的科学合理性，对建筑的质量也能得到有效保障。在这些相关的原则方面充分遵循，就对实际的房屋结构设计的完善性有着保障。

2建筑结构设计优化的步骤和方法分析

2．1建筑结构设计优化的步骤分析

对建筑房屋结构的实际设计过程中，要严格的按照相应步骤进行，这样才能将设计的科学性以及质量得到保障。首先要能在建筑结构的优化模型构建方面得以充分重视，将结构设计的变量要科学合理的加以解决。主要就是对目标相关的参数值以及约束控制参数值的选择要重视，而针对影响相对较小的就要实施预定式参数进行表示，这对编程工作量就能得以有效减少，将整体的工作效率水平得以提升［4］。然后就是对目标函数的确定，这就能对建筑整体工程造价情况得以了解。然后将约束条件也能科学化的确定，从而为结构的优化设计打下基础。然后，要对房屋结构设计的优化方案加以设定，在这一环节要注重对由约束优化向无约束优化。接着就要在应用程序的设计上科学化呈现，在优化模式以及设计中的计算方式的有效应用，就压能在这些内容实施基础上，将应用程序能综合性以及科学化的加以呈现，这样就能将应用程序的实施得以良好作用发挥。最后就要在综合结果的分析方面进行实施。在得到了相应计算结果后，就要对这一结果实施综合性分析，将设计的最佳方案得以确定，这样就能保障房屋结构设计的安全以及美观，才能将优化设计的结构目标得以体现。

2．2建筑结构设计优化方法的应用探究

第一，注重结构优化的层次性。将建筑结构设计方法在房屋结构设计中的应用体现在多个方面，对整体的结构优化方面就要能注重结构设计的层次性以及复杂性。对房屋建筑设计的体系以及结构体系和安装设计体系的相关内容得以重视，设计人员要能对下属体系的优化得以充分重视，将工程叠加的目标得以有效实现。在对结构设计的使用年限的保障，就要能分阶段的加以实施，通过对不同阶段和性质对结构优化的方案加以确定，最大程度的保障建筑设计企业的经济效益提高。第二，加强对结构设计中的剪力墙结构布局。对房屋结构的上部结构的优化设计中，就要能充分重视剪力墙的科学化布局，对剪力墙的质量均匀度要得以充分保障，还要能注重楼层结构中心和楼层平面刚度中心的有效结合。这样就能够对风力和地震等外部因素对其产生的影响［5］。在房屋的类型上如果允许，就可通过对大开间剪力墙构造加以应用，以及对墙肢长实施增加措施，这对剪力墙的刚度就能得到有效保障。通过这一设计方法的应用，也能对钢筋的使用数量得以有效减少，在成本上就能得到有效保障。第三，结构设计中注重设计的协调性。房屋结构设计过程中，对建筑结构设计优化方法的应用，就要能在协调性方面得以充分体现。将建筑结构和整体平面间的配合紧密度要得到有效强化，在结构设计的合理性上要能得到保障，以及在结构设计的造型美观度方面也要体现［6］。在对房屋结构设计中的墙以及柱的布置过程中，就要能和房建平面功能实际需求得到有效保障，在房建的开间以及进深等方面要得以充分保障，在整体的房屋结构的系统要体现出简洁化，在每层的截面以及高度都要能得以充分保障。第四，对结构设计的系统化要充分重视。对围护以及屋盖系统等结构进行的优化设计。这就要能够对多方面的内容进行考虑，在房屋结构的选型以及布局和造价等各个层面都要加强理论的分析。为能使得房屋结构设计和时展相同步，就要注重结构设计的创新性，能从基础上加以考虑，将刚度以及质量中心差异最大可能的缩小。在对房屋结构设计的功能上满足基础上，通过竖直方向布置来让竖直方向相应承重构件能得以贯通，在结构的设计上尽量保持对称性等。第五，加强对结构设计中电气的应用。对建筑结构设计优化方法的实际应用过程中，对电气优化方面要得以重视，这在房屋结构设计中也占有比较重要的位置。对电气设备的安装中，一些管线会通过梁体，还要能对孔洞预留得以充分重视，如果在这一设计上没有得到重视，就会造成再次的穿孔，对房屋结构的稳定性就会带来影响。

3结语

总而言之，对房屋结构设计中的建筑结构设计优化方法的应用，就要从多方面得以充分重视，和实际的情况紧密结合。通过结构设计的理念以及方法的优化，就能将整体的结构设计质量水平得以有效提升。通过此次的理论研究，对房屋结构的设计就有着一定指导作用。

参考文献

［1］许宗雨．探析房屋结构设计中建筑结构设计优化方法的应用［J］．江西建材，2014．

［2］马峦．结构设计优化技术及其在建筑结构设计中的应用［J］．科技创新与应用，2014．

［3］周汉杰．建筑结构设计优化方法在房屋结构设计中的应用［J］．中华民居(下旬刊)，2014．

［4］吴洪宽．关于民用建筑结构设计和优化的研究［J］．城市建筑，2013．

［5］郑龙．建筑结构设计阶段优化工程造价成本的方法及对策［J］．低碳世界，2014．

结构优化方法范文第13篇

关键词：建筑结构设计；优化方法；应用价值

中图分类号：TU318 文献标识码：A

随着我国建筑行业的飞速发展，对建筑结构设计进行优化也是设计人员的重要研究课题。为了解决建筑与用地面积的矛盾、建筑本身属性的内部矛盾和理论知识与实际情况的矛盾，我们从建筑结构上进行优化。

一、建筑结构设计优化方法的重要意义

社会文化和经济繁荣度的高速发展，使人类在追求建筑的居住舒适度、经济性、美观程度时，还追求一定的个性化，这就需要对建筑结构进行大量的设计。建筑结构的优化主要有以下几个重要意义：

（一）降低建筑的施工成本

对建筑结构的设计进行优化时，在施工前考虑到了施工过程中会出现的一些问题，并提出一些有效的应对方式，缩短了问题对工期的延误时间，提前的应对方案结合施工具体情况会使解决方案更合理高效和价格低廉；另外设计本身实施过程的花费会通过这种优化大大降低，材料的使用、人工数量的控制、工序的先后顺序，这些都会对成本造成巨大影响。例如高层的建造需要考虑地基的承受能力，需要对地基部分加大投资，如何协调底部和顶层的矛盾，加强两者的联系就需要用到建筑结构的优化。

（二）提升建筑的施工质量和经济价值

合理的结构优化不仅能减低成本，还会对建筑整体的质量有极大地提升，提升其经济价值。合理的建筑结构应该满足用户的居住或使用要求，并具有美观的特性，最重要的要符合国家标准，适应当地的具体环境。在进行设计时，就需要设计人员对这些因素进行综合考虑。例如对水电管进行优化、对建筑的上层部分进行美观化，就分别从经济价值和美观程度对建筑结构进行了优化。

二、建筑结构设计的优化方法

建筑结构设计是一个庞大的设计，在设计时我们需要将其进行细化，分部分进行设计，并注意各个部分的联系，在设计时加强各部分的交流，增强建筑的整体性。结构设计的优化过程一般分为以下部分：

（一）概念设计优化

建筑结构概念设计就是设计人员结合自身的理论知识和具体设计方案要求、施工环境对建筑结构进行设计，在设计时要考虑到很多非唯一数值和不预测、不可抵抗因素。例如在对建筑进行设计时，需要考虑它的抗震性能。地震的发生不能通过预测而进行针对性的设计，所以在设计时，对每一个建筑都要加强其抗震性能，在一些地震多发地带尤其要注意建筑的抗震性能，对这些因素进行设计优化就是概念设计优化。

（二）模型设计优化

在进行设计概念的优化后，对于模型的建造也要进行优化。第一点，在选取设计变量时，需要选取变化量较少且整体含量较少但基本的数值作为参考标准，这一优化降低了设计难度，增强了设计可靠性；第二点对于联系较大的因素建立对应函数对建筑结构进行设计分析，目的在于降低施工成本，减低设计出错概率，这一优化对于建筑的整体性进行了加强，并减少了设计工作量和施工工作量；第三点是衡量结构的工作条件，建筑的工作环境往往复杂且多变，对于具体的施工项目需要考虑建筑结构的稳定性、各部位的受力限制、整体结构的刚性以及各个单元的可塑性和规格等多个方面，这就需要设计者考虑建筑的使用环境和施工环境，对结构和约束条件进行分析，从而优化整体设计。这一优化极大地提升了建筑结构的合理性、可靠性和稳定性。

（三）数据算法、函数关系的选择

在对建筑结构进行设计时，需要选取合适的计算方法对数据进行处理分析，合理的函数关系减少设计量。这就要对计算进行精简，提升函数的科学性和实际应用价值。

三、建筑结构设计的优化内容

在对建筑结构进行设计优化时，主要从以下几方面进行综合考虑，优化设计内容：

（一）提升建筑的使用寿命

使用期限是建筑的一个重要元素，这就需要设计者对施工环节的每一个步骤进行优化，对建筑结构的科学性进行加强提升，并结合其经济性在一定限度内提升建筑的使用寿命。

（二）协调建筑结构的局部和整体的关系

对庞大的建筑结构设计进行分层、分部分设计能够提升设计效率。对于各个层和各个不同部位的关系要进行深入分析，协调好局部之间的关系才能提升整体的可靠性。对不同部分进行设计时，除了考虑其使用要求和施工难易度外，还需要与其他各个关联部分进行综合考虑。局部的简单拼凑会使整体结构不科学，只有将其有机结合才能成就一个优良的整体建筑结构。

（三）优化建筑结构的整体协调性

除了各个部分的联系需要考虑，建筑整体的协调也需要加强。例如各个部件的紧密结合要满足整体建筑的使用要求；建筑的美观和经济性有一定的矛盾，建筑的安全性能和经济性有一定的矛盾；建筑的功能多样性和结构合理有一定的矛盾，缓解或消除这些矛盾就提升了建筑整体的协调性。

（四）优化上部结构设计

建筑占地面积的减少使得人类将生存空间向上扩展，越来越多的高层建筑涌现，这就需要设计人员加强上部结构的设计优化。上层建筑的安全性能是第一考虑因素，第二是：经济因素，其次是：美观程度。在进行结构优化时，要提升结构的合理性提升安全性能，主要考虑其力学性能和化学性能，例如其抗震程度在力学性能中的考虑；经济因素如合理地降低钢筋材料的使用可以提高其性价比；美观因素则需要对用户视觉需求进行调查，并需要设计师具有一定的审美能力和美学表达能力。

四、建筑结构设计的优化应用

对建筑结构的设计优化的应用提升了建筑的经济效益，增强了其可靠性，主要在下面这两方面具有较高的应用价值：

（一）结构设计优化的前期工作

建筑的前期设计直接决定了建筑的质量和性价比。第一，前期优化工作的实施会使整个施工过程顺畅，能够缩短施工工期；第二，这些前期优化工作能够降低施工难度，从而减少施工成本；第三，科学的优化会对材料、结构进行合理选择；第四，对于用户的特殊要求、建筑需要满足的一些功能或其美观属性都需要在前期进行考虑。

（二）对概念设计和具体结构进行优化

概念设计的优化主要表现在设计人对一些不可预测、不可抵抗的因素进行考虑，进行相关的特性增强。例如地震、水灾等，地震高发地带一般采用木质结构，雨水充沛地带一般顶部的雨水处理能力较强。

（三）对地基基础结构进行优化

建筑的地基直接决定了建筑的稳固程度，对地基的设计优化能够在保证其安全性能的同时，增强其经济性（性价比），对于层数、高度不同的建筑，对地基的设计也有很大的改变，这就需要设计人员对建筑的占用面积和楼层高度进行协调，优化地基设计。

结语

通过本文的研究，我们简单了解了建筑结构的优化方法和具w应用，从优化内容、优化应用等发面研究了其经济价值、安全价值和美观价值，希望对我国的建筑行业能够有一定的借鉴价值。

参考文献

[1]张爱霞，周世忠.建筑结构设计的优化方法及应用分析[J].低碳世界，2016（7）：153-154.

[2]彭骄阳.建筑结构设计优化方法在房屋结构设计中的应用[J].江西建材，2016（11）：15+18.

[3]彭辉.房屋建筑结构设计中优化技术应用探讨[J].建材与装饰，2016（10）：115-116.

结构优化方法范文第14篇

关键词：建筑结构；优化设计；应用价值；方法

中图分类号：S611文献标识码： A

1 建筑结构设计的重要性

随着经济建设的不断变化与发展，人们对于建筑行业的逐渐重视，新的技术以及理念也在不断地被应用于其中，计算机技术的普及引起了建筑行业新的变革与发展。建筑结构设计就是采取先进的设计手段及理念，在有限的空间范围内进行完整的!合理的优化设计，将使用空间最大化，同时还要特别注意结构设计与构件之间，结构与结构之间的空间布局。这也是检验建筑结构工程师是否合格的重要标准之一。工程师建筑结构设计的重点不仅仅体现在设计理念上，而且对于其结构设计的经验总结也是极其重要的，随着计算机的发展，对于工程师的设计手段又提出了新的标准与要求，建筑工程设计师不仅仅要掌握专业的设计理念，同时还要掌握基本的计算机技能，将设计理念与计算机技术相结合使其更上升一个合理的高度，此时设计理念就尤其的重要，在整个建筑结构中必须完全的充分体现出来。

2建筑结构设计优化方法的应用实践价值

2.1结构设计优化方法的应用

结构设计优化主要体现在房屋工程总体设计以及局部设计当中，在房屋建设分布设计中，结构设计优化技术起到了至关重要的作用，对于结构基础方案的优化、房屋建设的优化、围护方案的优化!结构设计的优化等一些列优化设计都离不开结构设计优化的整体布局与设计，在整个优化过程中，还要结合具体的实际工程情况，进行合理的分析与总结，将其设计优化的整理理念可以充分体现在建筑结构优化设计中，在满足相关规定的前提下，进行经济效益的结构设计优化，进而达到节约经济的目的。

2.2结构设计优化方法的实践价值

在进行结构设计优化的过程中，必须从其长远的利益出发，将其结构设计的合理性完全的在整体建筑结构中有所体现。不能只顾眼前的建筑结构设计所产生的经济效益，这样很容易导致在使用中，随着时间的累积而将导致严重的经济失衡。在传统的设计理念里，采用其结构设计优化可以使建筑工程造价的成本降低至 5%~30%左右.然在结构优化设计中，利用材料的性能可以有效的将其建筑结构优化的各个部门得到很好的协调，在满足建筑规范的前提下，达到“适用、安全、经济”的目的。

3 在建筑中结构设计优化的方法

3.1整体优化和局部优化

任一项目建筑的设计都具备层次性及复杂性两方面的特点。以层次性看来，其一般包含建筑的设计体系、结构体系及安装设计体系等，每一个体系内又囊括了多个下属体系。进行房屋建筑设计时，设计人员应对各个下属系统进行优化，将各个布局间的横向关联冲破，叠加工程；以复杂性看来，其一般包含建筑原料选取、零部件选取、结构类型选取等内容。所以，对于任一房屋建筑来讲，就应从整体进行优化，方可真正实现设计优化。

3.2寿命优化和分阶段优化

每一个项目工程在限定的使用期限中，每一环节都有多种设计方案供以挑选，也就是每个阶段都可以进行方案优化。房屋设计人员应该依据各个阶段的性质对优化方法进行确定，从而对整体工程的寿命进行优化，保证建筑的施工质量，增加企业经济收益。

3.3桩基础优化

桩基础可以划分为灌注桩及预制桩两种桩型。因为灌注桩在施工时质量较难控制，并且操作复杂，时间较长。所以，如果在沉降符合相关标准的基础上，应利用预制桩进行施工。另外，因为在普通状况下，伴随着桩基的不断深入，土壤对桩身的作用及摩擦也随之增大，所以，应尽量选取长度较大的预制桩。

3.4对上部结构进行优化

想要对房屋建筑上部结构进行模型建立及优化，首先应合理布设剪力墙。保证剪力墙的质量均匀，使对称楼层的平面刚度中心点同楼层的结构重心相重合，从而削减地震、风力等外部荷载作用的扭转影响。假如房屋类型允许，尽可能应用大开间的剪力墙构造，同时增加剪力墙的墙肢长，这样，不但可以缩减墙肢的数量，同时还能够在保证刚度符合标准的基础上降低混凝土使用数量。另外，因为剪力墙中的暗柱一般应用钢筋建材，如果应用大开间的剪力墙构造能够缩减钢筋的使用该数量。然而，假如建筑所在地区的地质情况较差，而建筑对抗震性能的要求较高，那么，就不应采用大开间的剪力墙构造。

3.5结构同建筑的协调优化

在进行设计时，应尽可能保证建筑的结构同整体平面的配合紧密，从而实现造型美观、结构合理的效果。在进行建筑柱及墙的布设时，应同房建平面的功能需求相一致，每个房间的进深、开间都应保持统一。建筑系统尽可能简洁，墙与柱不可以出现错位情况，每一层的高度及截面面积应相同。进行楼体或电梯的设计时，其应力集中或受力方向较多的转角区域，承重构件应尽可能选取高强建材，从而降低自重，而非承重的构建应选用质量较轻的建材。整体建筑在布局方面应保证重心、刚心及质心交叠，预防出现扭转情况。

3.6结构同排水的协调优化

因为建筑中的给排水专用房间包含了大量的机械设备，其荷载强度也较普通的房屋较大。所以，尽可能将水泵房设置在地下室区域中。给排水房间中的管道较多，粗细不一，所以，应保证预留的孔径尺寸及预埋的深度符合标准，并且对楼板的穿孔位置进行加固。另外，尽可能降低水平方向的管线贯穿柱、梁等结构出现的几率。如果管道贯穿房屋建筑的承重墙，应进行加固维护。尽可能确保结构的布设同管网体系相协调，预防管道绕柱或梁的情况。

3.7结构同电气的协调优化

如果电气的管线是以导线的形式在金属管的外部或墙体、楼板处安装，那么，就可能对预制结构的施工造成困难。所以，如果管线贯穿建筑梁，则应在梁预制时事先留下孔洞，同时确保梁的宽度同墙体的厚度相同。如果不能相同，则要保证墙体的一侧平面同梁的侧平面相齐，从而保证管线不裸漏在墙体外面。房屋建筑中，电梯房包含很多的空洞，所预埋的构件也较多，所以，应单独对电梯房的强度进行计算，从而保证设计合理，确保施工质量安全。

4结束语

总而言之，利用对建筑的结构进行设计优化，可以保证建筑自身的功能，并且对工程资金投入进行控制。另外，建筑企业及开发商不应过于重视结构设计优化的经济效益，利用缩减建材、降低质量标准、削弱技术性能等方法来追求利益，并且也不可以一味的关注技术而忽视经济效益。房屋结构的设计优化其最终的目的在于保证建筑的功能、提高建筑的质量、提升环保性能，增加企业收益。为了完成这一任务，设计人员应不断提高自身水平，紧跟时代步伐，勇于开拓创新，为人民的居住及生活提供安全保障。因此，对建筑结构设计优化方法在房屋结构设计中的应用进行谈论是值得相关工作人员深入思考的事情。

参考文献：

[1]万年春．浅论建筑结构设计优化方法在房屋结构设计中的应用[J]．城市建设理论研究，2013（05）．

结构优化方法范文第15篇

关键字：房屋；结构设计；优化技术

引言

目前，随着社会经济水平的不断提高，土地价格也在不断上涨。同时，人民对住房条件的需求也在不断上升，因此，对开发商带来的压力也在不断加大。为了实现房屋建筑经济效益的最大化，就需要采用结构优化技术，在有限的空间内实现资源的最大利用。房屋结构优化设计是指，采取科学合理的设计理念和技术方法来设计房屋结构，以最小的工程报价来最大化整体的建筑收益，提高房屋的质量水平，使得企业也获得较高的利润等。

一、我国目前房屋结构设计现状以及实施优化设计的原因

随着我国经济的飞速发展，人民生活水平的不断提高，对住房建设要求也越来越高。同时，根据我国目前的基本国情，人口数量日益增长，住房面积需求量不断加大。因此，我国现阶段住房建设主要以高层为主。房屋的结构设计优化不仅能够满足当今大众的需求，更能为投资者减少建筑成本。

房屋建设结构优化必须以建筑的安全性为首要原则，然后再进一步分析建筑方案，配合科学合理的设计理念，从而有效控制建筑工程造价，实现经济效益的最大化。根据近些年的数据资料显示，优化建筑结构设计可以为整项建筑工程节省30%-50%的费用。但是，在实际的设计过程中，方案设计受自然因素的影响很大，很难发挥出其本身的优越性。例如，工程设计阶段，施工方过多的缩短建筑设计时间，从而使设计效果达不到理想的要求，在缩短工程工期的同时也降低了工程设计质量；建筑设计时，设计人员的经验不足，专业知识不完备，对一些设计软件掌握的不够精通；一些设计者在设计建筑时过度的关注部分结构而忽视了整体方案等等，这些因素都会导致建筑结构设计的不够优化。因此，房屋建筑设计者必须科学合理的分析整体建筑方案，并设计出最优的结构，才能实现经济利益的最大化。

二、房屋结构设计优化主要体现在哪些方面

房屋结构设计优化主要是采取合适的方法以及科学的设计理念来最大化的达到房屋设计标准，如：房屋结构的合理布局、构件大小、结构框架等。钢筋混凝土结构的优化设计的基本理念是将建筑的具体部件以及整体布局进行分析，而顶柱、体形、层高以及拉力构件等等都会影响建筑物的整体布局。建筑构件的布局、强度等级以及配筋构造都是建筑物具体构件的体现。综合以上因素，建筑方案结构需要专业知识丰富且熟知设计规范的工程技术人员设计，而且在设计时必须充分考虑各构件直接的受力特性，从而选取最优的设计方案。

三、房屋结构优化设计技术

（一）优化技术的基本原则

在工程设计优化过程中，必须以工程设计和工程价值为基本原则。优化结构设计的最终目标是充分利用建筑材料，实现建筑构件利用的最大化。优化结构设计不仅遵守建筑设计规范，更实现了当今建筑的审美学和价值学。通过深化改善房屋结构设计，从而实现建筑功能更加协调完善，降低建筑成本，提高经济效益。

房屋结构的优化必须从实际工程施工出发，结合房屋结构的具体情况，实现房屋建筑的结构的最优化设计。在进行结构优化时，必须依据设计意图，采用平面设计布局，降低构件质量和刚度之间的差异，减小水平负载造成的房屋扭曲，在竖直方向上采用转换层技术，有效地降低构件的集中用力。

（二）优化设计的基本的要点

1.依据设计规范

工程师在设计建筑结构时必须具备丰富的建筑设计经验以及熟知设计规范。即依据科学的设计理念，将自身的优化方案融于整个工程项目设计中去。建筑结构设计规范更多是对于工程较大的项目，因而会造成某些规定过于保守。另外，在工程设计比较特殊或复杂时，依据某些规定将会造成建筑物的不安全。因此，这就要求设计师在建筑设计过程中必须具备良好的专业素质以及清醒的思路、正确的判断力，争取将建筑结构设计做到最优。

优化房屋结构设计过程中，应注重建筑构件的细节优化，如：建筑构件的受力钢筋，在满足塑性的条件下尽可能的选择性价比较高的产品，从而实现房屋结构的经济、安全。

2.结构师主动参与建筑设计

在工程施工前期以及施工过程中，建筑结构师的主动参与对整个房屋结构优化起到关键性作用。在实际的工程施工过程中，建筑设计师往往不能够对整个结构体系进行很好的受力分析，即建筑结构师的设计理念以及其自身具备的经验不能完全代替设计师的设计思想，同时，建筑与结构上专业知识的隔阂也无法弥补。建筑结构设计师其丰富的工程设计经验以及专业设计理论，积极主动的为设计师出谋划策，只有两者的顺利合作才能设计出更加优秀的方案。

目前，我国的房屋建筑设计总是先从建筑的结构布局开始，根据结构承载负荷的不同分析所需的材料、参数等，往往这种分析方法是计算机所不能计算出的，它需要建筑结构设计师充分论证整个建筑设计方案之后做出的判断。而这些判断需依据实际工程实践经验以及结构设计所遵循的一般规律进行。

3.加强设计团队之间的合作

优化房屋结构是一项整体而系统的工作，它需要团队之间的协调合作。现代建筑主要由结构、设备、建筑三大要素组成。因此，在工程施工过程中要明细团队内部分工，并做好团队合作，只有这样才能有机的结合各个构件创造出更加完美的作品。在建筑工程设计阶段，房屋的结构设计和建筑设计是不可分割的，只有协调好两者之间的关系，才能设计出更加美观大方的建筑方案，同时，又降低了建筑成本，简化施工过程，达到既美观又实用的建筑效果。通常建筑设计师在设计建筑时，只是一味的要求设计方案的新奇，而忽略了建筑学中基本的力学关系，这样设计出的方案往往在结构设计上造成困难。因此，团队之间的协调合作是房屋结构优化的重要保障。

4.优化房屋建筑结构，解决房屋抗震问题

房屋结构的优化不仅仅能降低建筑成本、增加建筑美观、简化施工过程，更能加强房屋的抗震作用。通过房屋结构优化技术，可以增加房屋抵抗外部作用的破坏，有效地降低房屋破坏程度。因此，在房屋结构优化设计过程中，抵抗外界各种不良因素的影响成为结构优化设计工作的主要内容。在日常的外界不良因素中，地震是最难以预测且对房屋建筑物破坏最强的，所以在房屋计算及构造上必须加强抗震措施。如：房屋构件刚度的对称性以及均匀性都可以有效的缓解地震对建筑物的破坏；多道防设设计理念可以有效缓冲特大地震对房屋主构件的破坏。以上这些设计思想都是房屋结构设计的重要内容。

四、总结

工程造价对整个工程项目的经济效益起着关键性作用，因此优化房屋结构设计，不仅可以降低整个工程的造价成本，更能提升整体房屋的安全级别。结构设计与建筑设计的协调配合，充分发挥其自身的优势，设计出最优的房屋结构。在平面设计过程中，应遵循对称、均匀的原则，缩小房屋构建质量与刚度之间的差异。在竖直布置上，保证上下承重件负载的上下贯通。建筑是艺术的表现，在保证房屋安全的前提下，结构师应敢于创新，将房屋的实用性与艺术性完美的结合在一起。

参考文献：

[1]侯贯泽，刘树堂.工程结构优化设计理论与方法[J].钢结构，2009，2（8）：148-150.

[2]阳维.房屋结构优化设计方法与问题分析[J].城市建设理论研究（电子版），2012，2（12）：72-74.