结构设计的优化范文

前言：我们精心挑选了数篇优质结构设计的优化文章，供您阅读参考。期待这些文章能为您带来启发，助您在写作的道路上更上一层楼。

第1篇

关键词： 建筑 结构设计 设计优化

随着我国改革开发的进一步发展，全国人民的生活都步入了小康时代。越来越多的人对物质生活要求也越来越高了，许多人都住进了高楼大厦。人口的继续增长，使得建筑物越来越多，而土地资源有限，这样导致土地价格越来越高，从而导致了建筑商的建筑成本也越来越高。降低建筑成本是建筑商首先考虑的方法，那么如何控制建筑成本呢？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，这具有适用、经济、实用的价值。

1优化的结构设计方法

社会上的建筑物都很令人赏心悦目给人以美的享受，这是结构设计与建筑实施技术相互协调、密切配合，从而达到美观效果的结果

建筑结构设计我们都追求安全、适用、经济、美观、施工简单等五种目标。文中的结构设计优化，能实现建筑设计技术优化的目的，能应用于实践，它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。结构设计优化方法从建筑上来分析，它主要体现在优化设计的建筑工程结构和建筑工程结构的总体优化设计两个方面。

第一个方面：建筑模型的优化结构设计方法。

一项大的建筑工程，先设计建筑模型，那么建筑模型的优化是十分必要的。建筑工程的结构优化设计主要包括：基础结构方案的优化

设计、围护结构方案的优化设计、屋盖系统方案的优化设计和结构细部设计的优化设计。除此之外，还需要做选型、布置、受力分析、造价分析等内容的优化设计。所有这些设计，都按照一切从实际出发的原则来进行，根据工程的具体实际情况，围绕房屋建筑的综合经济效益的目标进行结构优化设计。在进行结构设计时，首先要满足设计意图后，尽量使平面布置规则，缩小刚度和质量中心的差异，这样可以避免水平荷载与建筑物中太大的扭转作用力。在竖直方向上应避开使用转换层，减少应力集中现象。

房屋结构可靠度优化设计的约束条件，包括了应力约束、裂缝宽度约束、结构强度约束、尺寸约束、从正常时的极限状态下弹性约束到终极状态的弹塑性约束、从可靠指标约束到确定性约束条件等。在设计中，我们要保证各约束条件必须符合现行规范的要求。

第二个方面：建筑模型的优化结构设计的 计算方案。

完成计算方案的设定后只需编制相应适用的运算程序即可得到我们的最终优化结果。然而，结构设计的优化涉及到多个变量、多个约束条件，这是属于一个非线性的优化问题，在设定计算方案时，需要将有约束条件转变为无约束条件来进行计算。建筑工程设计中常用

的方法有Powell算法、拉氏乘子法和符合型等方法。利用这些方法来计算建筑模型的优化结构设计方案。

2优化的结构设计技术在实践中的应用

在设计好了优化的结构设计方案后，就可以将该理论方法应用于实践之中。结构设计的优化，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。结构设计优化设计应用于项目的整体设计、前期设计，旧房改造，抗震设计等设计的各分部环节，发挥着巨大的效益。

在按照结构设计优化的方法及模型进行实践的过程中，要注意下面的三个方面的问题：参与结构设计优化的前期工作，将概念设计和细部结构设计进行优化，优化下部的地基基础结构设计。下面就这三个方面进行详细描述。

2.1参与结构设计优化的前期工作

因为前期方案的确定直接影响建筑的总投资，而现在存在的普遍问题就是前期方案阶段结构设计并不进行参与，建筑师进行建筑设计时大多并不考虑结构的合理性以及它的可行性，但是建筑设计的结果却直接对结构设计造成影响，某些方案可能会增加结构设计的难度，并使得建筑的总投资提高。如果在方案的初期，结构优化设计就能参与进来，那么我们就能针对不同的建筑类别，选择合理的结构形式，合理的设计方案，获得一个良好的开端。

2.2将概念设计和细部结构设计进行优化

概念设计应用于没有具体数值量化的情况，例如地震设防烈度，因为它的不确定性，计算式难免与现实有较大的差异，在进行设计的时候就要采用概念设计的方法，把数值作为辅助和参考的依据。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，达到最佳的效

果。

2.3优化下部的地基基础结构设计

地基基础的结构设计优化首先要选择合适的方案，如果为桩基础，那么要根据现场地质条件选择桩基类型，尽量节省造价。桩端持力层对灌注桩桩长的选择影响很大，应多进行比较以确定最合适的方案。

3优化的结构设计实际价值

结构设计优化在建筑设计中具有很重要的地位，首先使用结构优化的设计能降低建筑，其次进行优化结构的设计能提高建筑结构的经济性。这些都具有实际价值。

3.1 通过结构优化设计来降低总造价

进行结构优化设计中，多层住宅和高层住宅相比较，层数越多总建筑面积增大，单位建 筑面积占用的土地面积就越小，节约了用地成本，但建筑层数的增多，建筑总高度也会加大，楼与楼之间的间距也要加大，这时占用的土地节约量就不与建筑层数增加比例相同了。另如屋盖部分，一栋楼只有一个屋盖，并不会因为层数的增加而有所改变，它的成本下降会比较明显。对于基础部分而言，虽然也是各层共用的，但是层数增加，传给基础的荷载将会增大，我们需要增大基础，这样单位面积的造价有所降低，但是却没有屋盖的效果那样明显。

3.2 通过进行结构设计优化来提高建筑结构的经济性

建筑的层高增加，由于墙体面积和柱体积增加，结构的自重会增加，基础和柱的承载力相应增加，水卫和电气的管线会加长；相反降低层高，可节省材料，有利用抗震，同时建筑的总高度减小，两建筑之间的日照距离就会减小，间接的节约了用地。建筑面积相同，建筑使用不同的平面形状时，它的外墙周长也就会不同，这样当选择圆形或是越接近于方形时，外墙周长系数就越小，基础、外墙砌体、内外表面装修都随之减少，同时其受力性能也得到提高，增强了建筑的经济性能。

4 结论

利用结构设计优化的技术方法，能提高有限的空间、有限的资源，让其最大化的效果发挥，实现了经济化、实用性和适用性的良好目标。满足了建筑产品的品质要求不断提高的目的，实现了人们对于居住条件及生活环境的要求不断提高的需求，同时，这也实现了建筑商不断寻求新的手段来满足顾客的需求，达到降低建筑工程造价成本的目标。

5 参考文献

[1]谈建筑结构的优化设计[J].建筑科学，2009

[2]张红友.优化结构设计减少建筑投资成本[J]，陕西建筑，2008（1 1）.

第2篇

【关键词】结构设计；优化

结构设计的目标是“安全、适用、经济”，对结构设计进行优化的目的就是使有限的空间、资源效果最大化，结构设计的优化工作就显得非常的重要。结构设计优化的方法就是合理的利用材料的性能，合理的利用结构体系的受力特性，合理的结构布置，使结构内部各单元得到最好的协调，达到规范所规定的安全度，并使其使用功能得到最大的满足。下面将通过几个方面对结构设计的优化进行探讨，以期与广大结构设计人员共勉。

1　结构整体分析

在承载各种作用的时候，建（构）筑物总是以整个结构体系协同工作的，结构体系的优劣是这个建（构）筑物的先天基础。合理的结构体系可以在安全、经济、适用等方面做到更好的协调。

1.1　结构形式的选择及结构布置

同一建筑方案，可以采用多种结构体系进行设计。建筑工程常用的结构体系有框架结构、框架剪力墙结构、剪力墙结构、筒体结构等。每一种结构形式的经济性都有所差别，且都有其相应的适应性、抗震性能。因此，设计人员在建筑结构体系的优化选择过程中，要根据建筑物使用功能的要求、建筑高度的不同、场地条件等因素，按照经济合理、安全可靠的设计原则，保证结构整体具有良好的抗震性能、足够的承载力和刚度的前提下，选择最合适的结构体系。

结构布置要求结构设计者具有化繁为简、了解各种结构特性并对其出现的各种状况采取相应措施的能力。在建筑结构设计的过程中，在基本满足建筑师设计意图的基础上，平面布置应尽量规则、对称，尽量缩小质心和刚心的距离；使建筑物在水平荷载作用下不致产生太大的扭转效应。竖向布置应在满足功能要求的前提下，尽量使竖向承重构件上下贯通且竖向刚度最好不要突变，否则突变处在水平荷载作用下会出现严重的应力集中现象，这对结构抵抗水平动力荷载是十分不利的。

笔者设计的某值班宿舍楼，平面尺寸为7×38m，平面虽然很规则，但很狭长，结构布置的时候，做到了结构刚心与质心非常的接近，但计算后的结果却不能令人满意，第一周期是扭转周期，对于结构的抗震是非常不利的。究其原因就是结构平面过于狭长，平面刚度不足，造成两端振动不同步引起了扭转效应。在增大了两端柱截面之后，虽然第一、二周期变成了平动周期，但第一扭转周期与第一平动周期的比值大于0.9。虽然抗震规范对多层建筑的周期比并不做要求，但参考高层规范的规定，比值过大的情况下结构的抗震性能并不是很好。于是笔者在两端墙体交接处各增加了一根柱子，使得两端的刚度进一步增强，且柱的布置不影响使用，结构的周期比小于了0.9，而且由于结构布置的时候刚心和质心是非常接近的，因此结构的抗震性能是非常好的。

1.2　功能要求

每一个建（构）筑物都有其预定的功能要求，设计者甚至不能满足其无限扩大的功能要求，而功能要求往往也会与结构形式产生冲突。当为了更大满足功能要求而不能采取更优的结构形式使造价增加，或者采取更优的结构形式使造价降低却但限制了一些功能上的要求时，设计者应当与建设方协调，在功能要求和结构形式上互相做出让步，以确定双方都满意的结构方案。比如框架结构、框剪结构、剪力墙结构、简体结构等满足使用者自由布置空间的能力是不同的，一般情况下按上述排序该能力是越来越弱的，但结构体系的刚度却是越来越强的，适用的最大高度是越来越高的。当某建筑物的高度接近框架结构的适用最大高度时，其结构成本相对是比较高的，可以考虑采用框剪结构，如建设方认为框剪结构影响了其功能使用，且结构成本对其影响不大时亦可继续采用框架结构。但通过沟通，在采用框架结构的同时，在不影响其功能要求的某些位置设置少量的剪力墙以加强结构的抗侧刚度则不失为更优的结构方案。

2　改变约束条件

改变约束条件是进行结构设计优化的一种有效的手段。

某水厂水池，由于施工单位的失误，池壁钢筋产生严重的偏位，按偏位后的截面进行复核，池壁承载力已经不够。笔者采用增加约束的办法进行处理。将池壁上部的走道板强化设计，作为池壁的上部约束，经复核此情况下偏位后的钢筋满足要求。

某门式刚架厂房，笔者最初设计时对刚架的底部按固端约束进行计算，发现刚架的基础非常大，造价很高。后经优化，减掉部分约束，改为铰接，基础尺寸大为减小，柱脚构造施工难度变小，且上部构件截面增大不多，取得了良好的经济效益。

3　构件分析

每一种结构构件都有其最经济的使用范围，每一种截面尺寸均有其最经济的承载状况。通过构件分析进行结构优化的目标是使构件的截面尺寸更合理，充分发挥材料的结构性能。

笔者在设计水处理构筑物的时候，通过采用通用计算软件分析发现控制构件配筋的最不利弯矩衰减得非常的快，这些在普通的静力计算中是察觉不到的。根据这个特性，在大尺寸的池壁设计中，可以采取沿高度逐渐减小池壁厚度和逐渐减少配筋量的方法来更合理的发挥材料的性能，取得更好经济效益。

牺牲某些结构构件的部分经济性，达到更高的整体经济效益则是另一种结构优化的方向。例如，常规梁经济性最好，但严重影响建筑层高，尤其是在目前土地资源有限的情况下，其不一定能实现整体经济效益的最大化。宽扁梁能减少梁的截面高度，增加建筑物的净高。在建筑物总高度限制的情况下，可以增加层数，以获得更多的建筑面积。虽然宽扁梁在经济指标上与常规梁相比并非最优，但对比整体经济效益和结构增加的投资，整体经济效益大时，做宽扁梁设计是个值得考虑的结构设计优化方向。

4　材料选择的优化

结构承载能力的载体就是材料，工程实践证明，设计阶段合理选择建筑材料，控制材料单价或工程量，是控制工程造价的有效途径。建筑材料应尽量选用性价比高的高强度建筑材料。例如HPB300、HRB335和HRB400这三种钢材的价格比较接近，但它们的抗拉强度值是270：300：360=1：1.11：1.33，可见采用高强钢筋的性价比高。采用高强度钢筋减少了用钢量的同时，还减少了施工量，增加施工可操作性，减少了施工难度。当柱截面由轴压比控制导致尺寸过大时，可以采用更高等级的混凝土，以达到减小结构尺寸，增加使用空间的目的。结构设计者可以与建筑设计者协调采用轻质高效的建筑材料，如填充墙材料宜采用轻质墙体，屋面采用轻质防水材料等，这些材料的使用既可增加室内的使用空间，也能减轻结构自重，减小地震作用，进而减少结构主要受力构件的用钢量和混凝土用量，减少了结构部分的投资。

5　计算模型的优化

实际结构是很复杂的，完全按照结构的实际情况进行力学分析是不可能的，对工程设计而言也是没有必要的。因此结构设计时，都需要采用某个计算模型对结构实际状况进行简化模拟，计算出结构在各种工况下的效应。结构计算模型的准确性决定了计算结果的合理性及对工程设计的指导意义。

纵观结构设计软件的发展历史，就是结构计算模型提高准确性的发展历史。在计算机高度发达和通用计算逐渐普及的今天，结构设计者拥有了更多的选择对结构进行更为合理的模拟计算，设计者可以得到更为准确的结果，从而更为合理有效的进行材料配置，提高经济效益。

由于业主功能需求的变化，某已建成的建筑物空间布置发生了较大的改变，部分楼板荷载超出了原设计的规定。笔者在对此建筑物结构进行技术鉴定时，考虑到原结构设计是采用梁柱模型计算的，楼板并未直接参与计算，仅估计了对梁刚度的影响，可能实际结构承载能力还有一定的富余。笔者采用了梁柱与板壳元共同工作的计算模型进行复核，并对其局部荷载进行精确施加。最终验算的结果表明原结构基本能满足要求，仅需进行小的调整即可满足结构安全。

在水处理构筑物的设计中，水池底板的设计一直都沿用传统的倒楼盖法，整个底板的地基反力是按均布荷载布置的，这与实际的受力状况有很大的不同，造成了底板用钢量过大的结果。在使用通用计算已成为可能的今天，可以考虑采用更为接近实际状况的有限元模型进行受力分析，并以此结果指导配筋将会更为合理且更为经济。

第3篇

关键词：桥梁；结构；设计；措施

中图分类号：TU997文献标识码： A

1、桥梁结构设计的原则

1.1、结构安全

在桥梁设计中，最重要的一部分就是结构，结构的安全性直接关系到桥梁的正常使用、在设计结构时：要考虑结构自身的安全性，需要通过可靠的结构结算分析以及合理缜密的构造处理来保证；要将恒载、活载、自然荷载等其他荷载考虑在内；对于突然性的高强度的荷载。例如强风荷载、高强度的冻胀力、水力等因素也需要考虑在内。

1.2、耐久适用

桥梁结构设计常常受到地形条件的限制。因此，对于地形条件较复杂的地区，桥梁布设往往会出现高墩大跨结构，对于这类结构形式的桥梁，在下部结构进行刚度分配时，稳定性、耐久性等因素是结构设计时的关键点。对于难以采用标准跨径结构和互通式立交中弯曲半径较小的桥梁，可以采用钢筋混凝土现浇结构及预应力混凝土现浇结构。对结构形式的选择直接关系到结构的安全和使用。

1.3、经济合理性原则

在桥梁设计时，除了要考虑施工技术、结构形式等因素外，还要考虑桥梁造价问题，这是一个现实的问题，在考虑的时候应遵循基本达标、择优而取、最少污染的原则：必须要达到桥梁的最基本要求，且经济指标是否接近最佳范围；要和其他方案反复比较，确立最佳方案；所选方案要尽量减少对自然环境的破坏，尽量和自然环境相协调、相结合。

2、桥梁结构设计的要点

2.1、桥梁结构的使用寿命

桥梁的使用寿命低需要综合性多方面因素考虑，首先，在主体结构设计标准上相对较低，设计标准应尽量向更为先进的世界级标准看齐，不应当只停留或满足于在现有的技术标准，要随着越发严苛的使用环境进而进一步制定满足当下或未来的技术规格标准。其次，在桥梁结构设计选型的合理性，也是决定桥梁使用寿命的重要问题，由于每座桥梁在建设的地点是不同的，桥梁所面临的是不同的气候，不同的地质，不同通行状况，所以综合多方面的因素考虑桥梁的结构设计适合符合当地的客观因素条件，来选择设计结构合理的桥梁。然后，在用结构设计和料选材上，设计者应当对于桥梁主体支撑部位的结构上采用坚实的用料和结构，如在保证混凝土保护层的厚度，保证钢筋。

2.2、桥梁结构设计的抗载荷能力

随着我国经济建设的大幅度提高，各个地区的运输能力也在不断发展，各种运输工具越来越多，而且在向着更大，更重，载重能力更强的方向发展，设想一下，在跨河桥梁上成群结队的车辆全部拥挤在桥面上行驶，这对于桥梁的结构坚实度是一项巨大的考验，所以在桥梁抗高负荷承载的情况下，就需要设计者对于桥梁目前和未来所要面临的载荷能力能高瞻远瞩，应用合理的结构来应对这一情况，而且可以再桥梁设计中的关键部位添加相应的减震装置，如粘滞阻尼器，可以通过气弹性部件可以有效的减少桥梁震动时产生的能量，以减少对桥梁主体的损害；铅芯橡胶支座，可以有效减少支座的硬性撞击，通过有着良好力学性能的铅芯和橡胶的配合，就可以达到这样的效果。总之，在抗重载荷情况下，桥梁的结构设计需要提前预估和计算出将要面对的负载情况，并且利用缓冲部件来直接降低重载荷所引起的桥梁压力过大。

2.3、桥梁结构的抗震性

有些桥梁会应用在经常发生地震的区域，地震会对桥梁产生严重的破坏，因为在桥梁结构设计中已经考虑到了动荷载的作用，所以要在巩固动荷载的基础上，加强桥梁结构的抗震性能，将动荷载和抗震性能合二为一的进行综合考虑。对桥梁结构的抗震性能一定要加强，保证桥梁的施工质量，每一个环节都要进行充分的考虑：在完善操作工艺的同时还要加强结构内部材料的整体连续性；强化桥梁支座的锚固，提高墩台与结构的连接强度；为了使结构具有更强的延性，可以适当的增加配筋；桥梁结构中存在不良土层时要强化或替换；桥梁结构中一些薄弱的地方要采取结构构造措施进行处理。加强桥梁结构中的抗震性能，一方面能够使桥梁的抵抗动荷载能力加强，另一方面还能够在地震发生时发挥出防护作用。

2.4、桥梁的疲劳损伤

桥梁结构根据使用的场所不同，能够分为风荷载和车辆负载两种因素，这两种因素统称为动荷载，动荷载会导致桥梁结构的内部产生循环应力，进而桥梁在反复的振动中产生疲劳损伤。桥梁结构会因为很多因素的影响，内部材料不能均匀的分布，这其中就会隐藏着很多微小的缺陷，而这些小缺陷在动荷载的作用下会演变成大的缺陷，当缺陷达到一定程度时就会出现裂缝，严重了就会发生结构的脆性断裂，产生的后果是非常严重的。因此为了更好的消除危险发生的可能性，一定要做好疲劳损伤的防范工作，要将这个问题重视起来，防患于未然。

2.5、桥梁的超载

桥梁的结构设计都要达到正常的使用标准，可是在实际的桥梁运行阶段，桥梁荷载并不能都达到在设计的允许范围之内，超载会导致动荷载的应力幅值增加，同时损伤出现的几率也会增加。因为超载所造成的损伤是巨大的，这些损伤是很难修复的，超载甚至会破坏桥梁的结构，导致事故的发生。设计人员要加强对桥梁超载问题的研究力度，保证桥梁结构的耐久性以及安全性。

2.6、环保问题以及可持续发展

桥梁结构设计时应该充分考虑环境保护以及可持续发展问题，主要包含生态情况、水、空气以及噪声等多方面的基本因素。另外还要从桥位选择、桥跨的布置、基础方案的制定、墩身外形等多个方面对环境要求进行考虑，这样才能针对施工期间出现的植被破坏现象、水土流失问题以及排渣污染等不良问题采取有效措施进行控制，与此同时还要建立一套完善的环境监测与保护体系，这样才便于将不利影响降到最低。

3、桥梁结构设计过程中的细节处理

3.1、要遵循实际

在桥梁设计过程中，为了避免使桥梁结构质量发生问题，相关的设计人员必须根据实际的情况来进行设计，避免桩基位置较低的现象发生，从而能够使桥梁的质量得到保证，在桥梁标高也能够准确。

3.2、地基上带基桩的钢筋混凝土

在对地基上带基桩的混凝土压力考虑过程时，要从深层方面进行考虑。但是值得我们注意的问题是，很多的普通橡胶支座都是设立在伸缩缝当中，这么做是十分危险的，而橡胶的支座是必须要设立在桥梁的结构上面，如果设立在伸缩缝中，那么在长久的车辆荷载作用之下就导致裂缝拉断的现象发生，由此可知，橡胶支座在桥梁当中的作用，将会直接影响着桥梁的结构安全以及长久性。所以，相关部门一旦发现此问题必须及时改正，保证桥梁结构不出现问题。

3.3、桥梁最好保持和与路线正交

在桥梁设计时，最好要保证桥梁的设计能够和线路形成正交的形式，这样能够有效的减少桥梁的长度，并且还要在桥梁的适当位置处设立伸缩缝，通过伸缩缝来使受拉区的长度有效的缩短，从而能够减小桥梁收缩变形现象，以此来控制桥梁的倾向裂缝发生。

总而言之，对于桥梁结构设计而言，需要设计人员有较为丰富扎实的理论知识，还需要有着一定的工程经验，在工作中不断优化技术，保证设计的准确性，以及桥梁的整体质量安全。

参考文献

[1]赵慧祥.桥梁结构设计基本原则及优化探析[J].西部交通科技，2014，08:59-61.

[2]杨舟.桥梁结构设计关键问题讨论[J].江西建材，2014，22:165.

[3]王运良.关于市政桥梁结构设计要点的探讨[J].科技传播，2014，03:56-57.