工程结构优化设计概述
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工程结构优化设计概述范文第1篇
（河北森柏源建筑工程有限公司 河北 邯郸 056003）
【摘 要】近二十年以来，我国混凝土结构高层住宅迅猛发展，结构优化设计直接影响着结构的安全性和经济性。本文从三方面对高层住宅优化设计进行概述，对设计工作有一定的指导意义。
关键词 高层住宅；优化设计；概述
1. 高层住宅的特点?
（1）近几十年来随着科学技术飞速进步，生产出多种轻质高强的建筑材料，构思出多种新型高效的结构体系，创造出许多先进的施工技术和机械设备，提供了高速电梯、空调、防火、自控等现代化设施，为兴建高层建筑提供了充分必要的技术条件。科技进步的同时导致了设计技术的革新。建筑结构力学由一维平面结构发展为二维或三维立体结构理论，为新的高效抗侧力体系的出现创造了条件。电子计算机的运用，提高了结构分析的速度和精度，为高层建筑在设计过程中进行多方案比较和优选提供了方便。上述设计技术方面的革新增加了高层建筑的使用功能和适用性，并进一步降低了高层建筑的造价。?
（2）我国改革开放以来，经济快速增长，城市进程加快，高层建筑迅速发展，全国已建成的高层建筑超过一亿平方米，尤其是近十年来，每年建成的高层建筑约一千万平方米。高层建筑正在日益成为社会主义现代化建筑领域的主流趋势，其中住宅约占其总量的一半，而在一些大城市所占的比重更高。?
（3）高层住宅是城市人多地少的产物，是高地价的产物，其兴衰受市场经济的调整。我国从二十世纪七十年代开始发展高层住宅，到二十世纪九十年代，高层建筑得到大量兴建。近几年来我国高层住宅每年以百分之十的速度增长。显然，目前仍有较大的市场需求，高层住宅在大城市比多层住宅更受较为富裕的市民青睐。高层住宅得以发展的最重要原因是节约土地，同时可一定程度的控制城市的蔓延，而且光线充足，视野开阔，上下交通方便，节约室外设施和交通费用，节省交通时间，可有较大的空地以布置绿化、活动、停车等场地。?
（4）伴随着社会经济的腾飞，城市化的快速发展以及城市土地、住宅等制度改革的逐步深化，我国城市住宅建设已进入一个快速发展的崭新阶段。城市化的飞速发展是推动大城市住宅层数增加的动力。然而，面对人口、土地资源、生态环境等背景的挑战，对于与这一背景密切相关的住宅层数发展，不难得出不断增加住宅层数是当前乃至今后相当长一段时间内，我国城市住宅持续发展的必然选择。可以预言，中国城市住宅层数发展出现持续增加的趋势将不可避免，将成为二十一世纪中国城市住宅发展的主流，将成为未来我国城市发展前景广阔的居住形式。
2. 结构分析优化的发展及现状?
2.1 设计要优化，这是长期以来工程师们的愿望。“设计”一词，本身就包含了优化的概念。随着各个历史时期科学技术、计算技术和手段的发展，“设计”的含义也一直演变，不断地得到充实。?
2.2 结构设计的发展过程分为艺术创造、分析结构和设计结构三个阶段。古代的建筑结构是艺术的创造，当然艺术中蕴藏着一定科学原理。长期以来流传的结构设计也只能认为是分析结构。只有当今的结构优化设计才能称得上设计结构。?
2.3 早在1300多年前，我国隋朝工匠李春设计并建造的安济桥（又名赵州桥）就体现了许多“结构优化设计”的思想。在近代欧洲，1869年由Maxwell及1900年由Cilley等人提出同时破坏设计，1904年米歇尔又提出最小体积桁架的设计问题，才使优化思想应用于土建结构有了一定的理论依据。但这些方法的意义只有在计算机出现后（1950年）才被认识。优化设计是用系统的、目的定向和良好标准的设计过程来取代传统的实验纠错方式。优化设计通过对问题的识别、定义、模型化、寻优求解和对解的评价形成一种概念框架和模式。?
2.4 结构优化设计是将优化技术与有限元分析技术结合起来，设计满足给定的各种要求最佳结构尺寸、形状等的设计手段。结构优化设计突破了传统的结构设计范畴，克服了传统设计经验类比或采用许多假设和简化导出的计算公式进行结构设计再校核的诸多局限。?
2.5 从广义角度看，结构优化设计包括结构尺寸优化、形状优化、拓扑优化和布局优化；从优化性能角度，结构优化设计包括结构可靠性指标的结构优化、材料性能的结构优化、动力学性能的结构优化和控制结构优化等众多分支。从优化算法方面可以将结构优化方法分为四大类，即优化准则法、数学规划法、优化准则与数学规划结合的混合法及近若干年出现的模拟自然界生物生长和进化的优化算法（如自适应生成法、遗传算法等）。?
2.6 现代结构优化设计的全过程一般可概括为：建立优化设计的数学模型，选择适合的优化方法；确定目标函数、约束函数、设计变量；确定必要的数据和设计初始点，编写计算机语言程序；通过计算机求解并输出计算结果；最后对数据进行必要的分析。简单概括为两方面：一是如何将设计问题确切的转化为反映问题实质并适合于优化计算的数学模型；二是如何选择适用的优化方法，求得该数学模型的最优解。?
2.7 目前结构优化的应用落后于理论发展，特别是土木建筑结构的优化设计应用不普遍，其主要原因有：?
（1）现行规范和规程还没有明确要求采用优化设计。?
（2）优化的目标还不能完全符合工程需要。由于实际结构问题往往十分复杂，多因素甚至不确定因素使得目标函数在建立后只能得到相对合理的解答。?
（3）土木工程界的管理体制和设计取费标准（按造价或面积取费）使人们缺乏追求优化设计的动力。?
（4）〖JP3离散变量优化问题。建筑尺寸以及钢筋，型钢的规格、型号等都不是连续变化的，因此传统的优化方法如各种梯度算法、对偶算法等解析算法均无法胜任。由于问题规模较大，随之带来计算量急剧增加的“组合爆炸”问题也会使计算量急剧增加。
（5）工程结构问题要综合考虑使用、设计、构造、施工、美观等各方面的要求，因此，工程结构的优化设计所追求的是适合工程上应用的较为合理的设计方案，而不是数学上单纯的理论极值点，这就要求必须结合工程实际进行优化设计。
3. 研究的目的和意义?
（1）近几年来，“低碳经济”，“绿色建筑”日益成为公众耳熟能详的热门词汇，提出的大背景是全球气候变暖对人类生存和发展的严峻挑战。随着全球人口规模的不断增长，能源使用带来的环境问题及其诱因不断为人们所认识。“绿色建筑”是指在建筑的全寿命时期，最大限度的节约能源，保护环境和减少污染，为人们提供健康，适用和高效的使用空间，与自然和谐共生的建筑。它代表一种概念或象征，指建筑对环境无害，能充分利用环境自然资源，并且在不破坏环境基本生态平衡条件下建造的一种建筑，又可称为可持续发展建筑、生态建筑、回归大自然建筑、节能环保建筑等。结构设计优化同样在这方面能有所作为，经过优化的建筑结构，降低了钢筋和混凝土等高耗能产品和不可再生资源的用量。保护环境也就是保护我们自己的生存家园，也是结构设计师义不容辞的责任。?
（2）在没有一个明确的优化设计方法的情况下，工程师出于结构安全、方便设计、缩短设计周期等原因考虑，常常把结构设计的偏于保守，没有充分发挥材料的性能，造成了一定的浪费，这样处理既不经济也不一定真正保证安全。所以，深入开展结构的优化设计研究具有重要的工程意义。?
（3）随着全球资源日益短缺，环境污染日趋严重、以及对生活质量要求的提高，人们在社会经济活动、工程建设、企业生产等方面，既要求安全可靠、效益显著，有要求降低能源材料等消耗和保护环境。优化设计与技术成为人们改进工作、提高效率的必不可少的手段，必将会得到更多关注和广泛的应用。
参考文献
［1］ 高层建筑混凝土结构技术规程（JGJ3-2010）［S］.中国建筑工业出版社.2011.
［2］ 建筑抗震设计规范（GB50011-2010）［S］.中国建筑工业出版社.2010.
工程结构优化设计概述范文第2篇
关键词：房屋建筑；建筑结构；优化设计；设计研究
中图分类号： TU3 文献标识码： A
引言
随着我国社会经济的发展，人们的生活水平不断提高，对于自身的生活和居住环境也提出了更高的要求。房屋建筑的结构设计中，不仅需要考虑结构的合理性、可行性和安全性，还必须充分满足舒适性、经济性的要求。在市场经济环境下，市场竞争的日益激烈，使得建筑企业为了保证自身的利益，在保证建筑使用质量的前提下尽可能的降低成本，展开了对于结构优化设计方法的有益探索，从而推动了建筑结构设计优化技术的发展，不仅可以使得房屋建筑的设计效果更佳，而且能够取得最大的经济效益，具有十分重要的现实意义。
一、建筑结构优化设计综述
建筑工程包含的方面很多，所以建筑结构在设计过程中优化所涉及的内容也很丰富。从大的方面可以简单分为两大内容，即房屋总体结构优化和分部结构优化。细化可以进一步分为:房屋内部基本结构优化;房屋的维护方面、细节和总体结构的优化设计;屋顶结构优化设计;房屋造价优化控制设计等。建筑结构设计优化的目的是能够对有限的空间和固定的资源进行合理分配，将建筑材料和设备达到最大使用率，还能使所要建成的房屋安全、舒适、美观。经过优化设计的房屋比一般房屋在造价方面能够节省很多，从长远利益上看，建筑优化设计的理念对建筑工程是一种可持续发展的理论观念，对资源实现充分利用起到了关键作用。
二、结构设计优化技术的作用
（一）提升建筑的安全性
通过对房屋建筑结构的优化设计，可以对原有设计方案中的不足和缺陷进行弥补，从而提升建筑结构的合理性和安全性，在保证建筑整体质量的基础上，节省建筑材料，提升建筑的稳定性和相应的受力性能，确保建筑的使用安全。
（二）减低工程造价
相关数据显示，运用结构优化设计后，与原设计方案相比，建筑工程的成本可以节约10%－30%左右，成本大大降低。同时，通过结构优化设计，还可以充分发挥原材料的性能，确保建筑结构各个单元之间的紧密联系，提升建筑工程的经济性。
三、结构设计优化技术的方法
之前也提到，建筑结构设计所追求的最终效果，是实现结构的安全性、经济性、美观性、实用性以及施工的便利性。在房屋建筑中应用结构设计优化技术，主要体现在建筑结构总体的优化设计以及建筑的分部结构优化设计。在房屋结构设计中的结构优化设计，主要包括基础结构、屋盖系统、围护结构、结构细部等多个方面，需要从结构受力情况、整体布局、结构造型以及成本造价等方面进行综合分析。结构设计优化技术需要从房屋建筑的实际情况出发，以确保优化设计作用的充分发挥。
（一）建立相应的结构优化模型
结构优化设计的实质，是利用相应的数学知识，对就爱你住结构中的各种参数进行整理和分析，然后依据结构整体，构建相应的数学模型，寻求最优设计的过程实际上就是对最优解的求解过程。因此，在对房屋结构进行优化设计时，需要建立相应的优化模型。首先，对设计变量进行合理选择，设计变量对于房屋结构设计的影响是十分巨大的，设计人员需要按照变量的重要性，对其设计的参数进行分类，将影响较小的变量作为预定参数，从而简化计算流程。其次，要对目标函数进行确定。在这里的目标函数，就是满足建筑实际需求的最优解。然后，明确约束条件。对于房屋结构优化设计而言，其约束条件主要包括强度约束、尺寸约束、应力约束、弹塑性约束时，可以按照现行的房屋建筑设计规范，对优化设计的约束条件进行明确。
（二）确定结构设计优化方案
对于房屋建筑而言，结构设计的优化方案，主要是指结构的布局以及细部的优化。结构布局的合理性直接影响着房屋结构的造价，因此要求其结构尽量简单，传力直接，避免多次传力的情况。而细部优化是一个较为广泛的概念，包含的内容相对较多，根据其对于房屋结构的影响程度分析，最为关键的部分，是对构件截面的合理选择。例如，竖向构件应该在满足实际需求的前提下适当选择轴压比，轴压比过大或过小都会影响配筋的设置。梁的截面设置同样如此，如果截面过大，会影响建筑内部的有效空间，而截面过小，则会导致配筋相对较大，影响造价。
四、探讨房屋结构优化技术的实践应用方式
（一）框剪设计的整体思路
框剪结构集框架结构布局灵活、剪力墙结构刚度较大的优点于一身，使得该种结构体系具有较好的延性和整体性。目前框剪结构已被广泛的应用于公用建筑、住宅等高层建筑中。在这个结构的剪力墙可以单独设置，也可以利用一些其他的墙体，比如电梯井、楼梯间等，此外，这个结构还可以有效的提高侧向刚度。在实际的建筑施工中，主要有刚性、刚柔、柔性等不同的价值计算方法，一般来说选用哪种计算方法会根据抗震质量的不同来进行合理的选择，比如为了改善结构的抗震性能，应该注意场地的土质类别，对不同土质采取不同的加剪力墙等。
（二）复合地基形成法的技术提升
通过对被加固土体填充相应的材料，改变土体的结构，使土体被增强或被置换形成一定的增强体，由增强体和周围地基同承载荷载，形成复合地基的一些地基处理方法。在建筑施工中，根据特殊地质条件对地基承载力的要求，而选用不同的处理方法达到相应要求。比如通过填充砂和石料深入土体，被置换或挤密，从而达到提高承载力的目的等。
（三）多层钢筋混凝土框剪结构设计
在多层钢筋混凝土框剪结构的设计上，全面把握设计的主要点，分析梁柱以及刚接或者铰接相连促成的承载重量体系，在依据设计图纸和文件的前提下，全面把握设计图纸的客观需要，同时加强规范性施工和管理，读懂并理解设计图纸中的每一项内容，达到按图纸施工、依据图纸设计的目的，作好技术交底。根据建筑结构的实际需求，可以采用现浇式框剪设计，就是通过梁、柱、楼盖的现浇钢筋水泥混凝土结构，增强建筑结构的整体性能，提升抗震能力，在实际建筑设计中可以广泛应用；同时，还可以采用预制装配式设计，就是指梁、柱、楼板均为预制，这样可以减少工程的难度，提高工程的速度，但是，整体建筑质量的性能不是很强，抗震效果、漏水系统等会有一定的偏差，可以结合地质条件进行考虑。
（四）框架梁、柱箍筋间距的优化
对不同抗震等级的框架梁，柱箍筋加密区的最小箍筋直径和最大箍筋间距做了明确的规定。侧重点就是关于质量，比如抗震等级、人防等级、地基处理、承载能力、材料使用等一些相关因素，同时还包括对设计图纸的详细了解和掌握，在钢筋水泥的质量要求、地基基础设计等级、砌体结构施工质量控制等级,基本雪压和基本风压,地面粗糙度等等一些基本建筑结构的类型需要，如混凝土的含碱量不得超过3kg/m3、地下水类型及标高、防水设计水位和抗浮设计水位，地基液化，湿陷及其他不良地质作用，地基土冻结深度、设计活荷载值、混凝土结构的环境类别、材料等级、强度等级、材料性能、施工质量的特别要求等，是在建筑结构设计中要考虑的要素。
结束语
总之，在我国建筑行业飞速发展的带动下，人们对于建筑工程提出了更高的要求，也使得结构设计优化技术在建筑工程领域发挥着日益重要的作用。对于设计人员而言，需要对房屋结构优化设计的复杂性和系统性有一个清晰而明确的认识，不断提升自身的专业能力和设计水平，推动结构设计优化技术的发展，进而促进我国建筑行业的持续稳定发展。
参考文献
[1]段佳琦.浅谈对建筑结构设计的认识[J].中小企业管理与科技（下旬刊），2010（11）.
[2]马雪丽.浅析建筑结构设计[J].黑龙江科技信息，2011（10）.
工程结构优化设计概述范文第3篇
关键词：结构设计；设计优化；方法
中图分类号：S611文献标识码： A
引言
民用建筑结构设计和优化是一项庞大的系统工程，需要相关人员不断进行探索和改革，不断促进民用建筑结构设计的科学性和合理性，使其更符合设计要求、
更符合当今社会的环保理念。
一、房屋结构设计中建筑结构设计优化概述
根据工程建设的基本状况，以计划成本控制为中心来进行结构优化设计，其内容就是利用对建筑基础的结构、屋盖系统的结构方案以及围护系统结构方案等环节，建立起一种关于结构优化设计的模型，通过对各种不同的影响变量参数中的若干关键参数的科学的计算，确立最终的建筑工程结构设计的优化结果方案。
房屋建筑结构优化设计意义主要有两点：一是大大提高建筑结构经济性，房屋建筑进行结构设计优化可节省材料，有利于抗震，减少内外表面装修，提高了其受力性能，增强了建筑的经济性能；二是结构优化设计大大降低了建筑工程的总成本造价。节约用地，大量资料表明，房屋建筑进行结构设计优化能够有效降低工程成本造价25%左右，同时结构优化设计技术能够对施工材料的性能利用更加合理化，能够让建筑工程结构内部各个不同单元之间更加充分互协调，提升了建筑工程结构设计的经济性。
二、房屋建筑结构优化设计的原则
1、经济适用原则
在进行建筑结构设计时，要根据建筑的环境对建筑结构的施工工艺和要求进行选择，保证在施工时尽量选择难度低的施工工艺，使各项施工流程都能符合施工环境的需求。同时还要考虑到经济原则，尽量选择性价比高的建筑材料，最大程度地节省工程成本，降低施工单位的投入。
2、安全坚固原则
在进行建筑结构设计时，为了保证建筑工程质量和人员财产安全的问题，必须考虑建筑结构的安全性，在进行设计时要考虑到结构的合理性，运用各种先进的建筑结构技术，保证建筑在使用过程中的安全稳定。同时还要兼顾施工现场的安全，减少施工事故的发生。
3、美观实用原则
随着人们生活水平的提高，人们的居住观念也在一定程度上得到了相应的改变，人们对于建筑的美观舒适有了较高要求。因此在建筑结构设计时要考虑美观原则，使民用建筑的美观程度增加，符合人们的审美需求。
三、建筑结构设计方法的应用
1、钢结构设计
1.1选择合适的钢材
在钢结构建筑中，钢材的选择非常关键，直接关系到整个结构的各项性能标准，所以钢材要具有较好的延伸性，在抗拉强度、屈服强度方面符合标准。为了保证焊接的质量，要符合含碳量指标。如果在地震区的钢结构建筑，还要充分考虑抗震性的需求，要对钢材进行冲击实验，保证具有良好的韧性。为保证钢材的各项性能都符合标准，一定要进行相关的实验，检测合格后准予使用。对于有其他性能需求的，要按照建筑的规范标准操作，确保钢材的质量符合标准要求。
1.2楼面结构设计
在楼面结构设计中，比较常见的问题是裂缝，如果设计不当将直接影响楼面的施工质量。在楼面设计中，应该根据施工材料的不同设计不同的方案，因为材料的性质不同，伸缩缝的设计长度也不相同。所以在钢结构建筑中，对于楼面的设计可以使用现浇混凝土的方法，伸缩缝的长度可以按照混凝土结构预留，以避免施工中楼面出现裂缝。
1.3网架结构的计算
在实际的建筑工作中，建筑设计人员通常会将网架同下部结构分开进行计算。在计算当中，设定网架支座的刚度是无限大的，并且各个支座刚度相等，将支座反力与下部结构相加就可以得出网架结构的设计值。下部结构可能为梁，也可能是其他的形式，其刚度差异很大。
2、地基结构设计
2.1基础设计
地基是整个建筑的基础，地基的结构设计水平直接影响到上层建筑的质量。因为地基的基础不仅要承受来自上层建筑的荷载，同时还会受到地下各种应力的影响。基础的结构设计需要考虑的因素较多，在设计之前，需要对基础的地质条件、水文状况、荷载的分布情况、周围建筑的基础、抗震等级等各项要素进行详细的调查分析，然后根据建筑的整体需求，设计出高水平的结构方案。在砌体结构设计中，条形基础较为常见，基础的结构形式主要取决于地基的荷载力、防水要求等因素，有针对性的选择基础类型。
2.2桩基深度
在桩基设计方面，要选择硬岩石为桩端的持力层。在桩端进入到持力层时，应对其深度进行控制：以桩径（d）为标准，如果是粘性土，应大于2d；如果是强风化软质岩或砂土，应大于1.5d；如果是强风化硬质岩和碎石土，应大于1d，且应大于0.5m。在桩基进入到持力层时，桩断面进入到岩层的深度应大于0.5m，如果持力层为未风化的硬质岩或灰岩时，可适当减少其嵌岩深度，但也应在0.2m以上。
四、民用建筑结构优化措施
1、提升民用建筑结构设计质量
针对民用建筑结构设计中存在标注不全、设计粗糙和违反规范条文等问题，应在出施工力之前予以解决，这就要求建筑结构设计人员具有一定的专业知识和职业素养。定期对设计人员进行专业培训学习，不断提升设计人员的业务水平和责任心，端正设计人员的态度，提升建筑结构设计的水平和质量。在选择设计方时，要对设计方的相关证书和资质进行审查，保证民用建筑结构的设计质量，从源头上提升建筑结构设计的安全性和整个建筑工程的质量。
2、优化民用建筑结构模型
民用建筑涉及国计民生，是与人民群众利益联系最紧密的建筑工程，因此在设计前必须对民用建筑结构模型进行合理优化设计，对房屋的结构体系、围护结构、房屋的各个细节结构进行合理优化设计，保证建筑结构的承重、受力符合相关规范和要求。在进行建筑结构设计时还要充分考虑经济原则，保证建筑结构安全的同时还要尽可能降低建筑结构的成本，实现经济效益的最大化。
3、提高民用建筑结构设计的安全性
现阶段的民用设计普遍存在着抗震设计不足，结构设计不合理等现象。因此，为了保证建筑结构的安全性和使用寿命，必须对民用建筑结构进行合理设计。在民用建筑结构设计时，要尽可能选择合理的结构类型。比如现阶段运用广泛钢结构，钢结构与传统的钢筋混凝土结构相比，具有强度高、质量轻、工期短等特点，适应现阶段民用建筑结构的设计要求。与此同时，钢结构的大空间布置，能更好地保证了民用建筑空间设置的灵活性，为施工和业主的装修设计提供了便利。此外，使用钢结构进行设计施工时能有限地减少水泥、砂石等建筑原料的使用，能大大减少施工成本，降低工程造价。同时还能降低环境污染，实现建筑的可持续发展，提高民用建筑的社会效益。
为了更好地保障民用建筑的安全性，建筑物地基基础部分的设计不容忽视，在进行民用建筑结构设计时，要充分考虑场地条件及地基承载力特征值，根据建筑本身的结构特点选择合适的基础结构形式，保证地基基础部分受力均匀，满足整个建筑的设计要求。当施工过程中出现问题时能够及时与设计人员沟通，共同商议处理方法，保证施工进度和施工质量，使地基基础部分符合建筑设计的要求。
结束语
总而言之，只有不断提升民用建筑结构设计人员的能力和素质，使设计出的方案更加合理有效，促进我国建筑产业的可持续发展，使建筑结构设计向安全、合理、科学的方向转变。
参考文献
[1]沈蒲生.高层建筑结构设计[M].北京，中国建筑工业出版社，2006.
工程结构优化设计概述范文第4篇
关键词：建筑工程；结构设计；造价优化
中图分类号：TU198文献标识码： A
引言：
工程造价与建筑结构设计息息相关，建筑结构设计的安全与合理是工程建设进行的前提，而工程建设的造价控制及效益价评估值则是工程建设顺利进行的基本保证。另一方面，优化建筑结构能有效的降低造价成本，从这一方面来讲，优化建筑结构与工程造价控制二者又是相辅相成的。
一、结构经济优化设计的目的
结构造价优化设计的目的就是在保证结构安全的前提下，通过设计人员自身的概念、经验、悟性、判断力和创造力对结构方案进行优化，以控制工程造价，满足投资方的经济要求，或在造价基本不变的情况上，增加建筑物的使用面积、改善建筑物结构的使用功能等。确切地说，结构的经济优化设计绝不是简单的用降低结构的安全度来换取经济效益，也不仅仅是对由于设计人员的相对保守而做出的修改。真正的优化设计在节省了工程费用的同时，不仅没有降低原设计的安全度水平，反而由于结构方案趋于合理，使之更为可靠。
二、造价控制的结构优化设计概述
1、结构设计优化概述
结构优化设计理论主要由两条支脉，一是准则法设计理论，二是数学规划法设计理论。这两种理论均备有优缺点，因此在发展中，逐步通过取长补短而形成了基于逼近概念的结构化设计方法。具体到实际项目当中，一方面在设计中应结合建筑项目所要实现的功能，另一方面则应严格控制工程的造价。
2、概念优化设计概述
概念优化设计，是在信息技术的辅助下，通过设计者对项目设计的全程，对其中所有的结构问题进行方案的设定，从而得到经济适用的设计方案。下面对一些典型的概念设计进行简述。
(1)基于概念设计的工程地基设计
因为地下情况往往难以直观判定，所以地基土难以用具体的模型进行描述。在对其进行概念优化设计时，通常把地基基础视为多个互相独立的对象进行分析，同时密切测量和计算沉降变形等关键数据，最终得出地基基础的方案。该方案往往会受到地面部分建筑工程的影响，因此应引入不同的算法分析和比较，从而得出最理想的方案。
(2)基于概念设计的构件截面设计
传统的构件截面关注的是计算正截面、斜截面的配筋等。基于概念设计的构件截面设计则引入了安全的理念，包括强柱弱梁、强剪弱弯等思想。虽然这些设计流程已经有了相对成熟的公式，但是以往的人工操作仍然难以避免遗漏或者失误。在信息技术的协助下，可以通过专业的建筑设计软件详细分析和计算建筑项目的结构内力，并自动生成平面图，有利于造价控制。
(3)基于概念设计的构造措施设计
在构造措施的设计方面，大量事实说明，如果仅限于在理论上对构造措施进行计算和分析，是难以全面反映项目设计全部细节的，并且有着项目的局部在钋力作用下遭到破坏的风险。因此，必须结合实际，以抗震的构造来增强建筑物的安全性。基于概念设计的构造措施设计则引入了比传统模式更加丰富的内容，同时兼顾设计方案的安全性与经济性，并实现设计的优化，进行良好的造价控制。
三、造价控制的结构设计实施
在详细分析了工程结构优化设计理念的基础上，下面结合投资控制机制与技术经济方法，阐述具体的造价控制理念。
1、优化现有的设计管理机制
构建科学适当的设计管理机制，是对工程结构设计阶段实现造价控制的基础。其前提便是指定工程造价的具体责任人，通过引入工程项目的法人制，进行结构设计管理。项目法人责任制能够充分发挥责任人主体的监督与约束作用，从未严格控制投资风险，降低不必要的造价。项目业主在设置项目的专门管理与责任机构的基础上，也应建议项目的具体设计单位同样理顺自身的设计管理体系和造价管理体系，对自身项目经理的资质进行审核，并使其全面担负起工程质量与造价的责任。可以将一个工程的结构设计看做一个项目的子项，严格控制其缓解与流程，以项目管理的高度，优化设计管理体制，达到控制造价的目标。
2、充分引入项目招投标机制
当前的建设市场，对设计者的指定可以通过公开招标，邀请招栎和委托设计等方式来实现。以上的几种方式有着备自的特点与优势，也存在着备自的缺陷。而项目的业主在进行方式选择时，应结合项目的实际需要进行具体招标方式的确定。在选择的时候，应考虑到项目本身的安全性与造价，并督促设计者能够全面考虑工程的技术效果与经济效果，实现造价的优化。同时，在设计费用的确定方面，一方面应该考虑到工程成本，另一方面则应以合理的利润率来促进设计方的积极性和主观能动性，并鼓励其以技术经济的计算方法，在提出合格设计方案的同时，控制工程的造价。
在确定工程项目设计方时，同样应通过设计招标的方法，使设计单位公平竞争，并对其提交的具体方案综合比较，择优选择。首先，设计投标方希望在竞标中性出，则会提交造价合理并具备自身独创性优势的方案，使其设计质量得到保证。其次，招标方可以在此期间聘请经验丰富的专家对备个设计方的资质和方案进行综合的对比分析，从而择优选择最佳方案和设计单位。在设计项目的招投标过程中，应将对于造价的控制放在显著位置，防止由于对其他技术细节过于关注而忽略了造价要求。
3、以设计质量确定设计收费
当前，我国建筑市场上，为设计方确定收费额度的方式往往与工程造价密切相关，这样做法的弊瑞便是：工程造价升高会带来设计方的收益增加，因此难以激励设计方从成本的角度考虑自己的设计方案，对工程造价的控制带来了阻碍。假若能够促使工程设计单位在一个额度的限定范畴之内，通过科学客观的造价控制理论，在技术经济分析的基础上以合理的方案和先进的工艺实现设计方案，则工程业主一方应对其进行奖励，反之则应进行处罚。这种方法同样被证明能够很好地控制造价，通过经济杠杆，充分调动设计方的积极性，在推动设计方案进步的同时，也很好地实现了造价控制。
4、对专业造价人员进行责任制考核
工程项目的造价目标确定以后，就应为该项目成立完善的管理体系与组织结构，在组织中制定专门的负责人对造价控制进行规划和负责。在技术控制方面，应对备个阶段的设计方案进行监督与审核，对成本控制进行探讨。在组织方面，应引入一批激动地技术又具备管理经验的合格人员，提升其业务素质与责任心。作为项目的设计方，应结合项目的实际情况推行与造价相关的责任制，为造价控制备方面分别制定责任人，并由负责人进行周期性地检查与监督，使工程的设计限额能够落到实处。
针对工程项目的限额指标，工程设计方应详细研究，并将其分解为子指标，制定专门的部门戎者任选加以执行，如果在设计中出现了造价控制与工程设计的矛盾，应通过协调加以及时解决。由设计方备专业的技术负责人结合具体的工程项目限额指标，对所设计的方案提出基于降低造价的建议，同时积极引入具备丰富经验的人员，以技术与经验相结合的方式，实现设计方案的经济性。
5、合理编制项目概算
在工程项目的设计阶段，设计文件的概算是关键之一，在明确概算的基础上，才能进一步确定建设项目投资计划，而工程项目将被批准的概算值作为该工程的限额，因此，在设计时，严禁投资额度超越这个限额。造价的影响因素很多，包括施工因素、价格因素以及材料因素等，应通过对工程量的准确计量，在调查分析的基础上，认真比较，得出客观的造价。由此可知，在选择具体的设计方案时，应以最初批准的设计概算对方案进行权衡，此处推荐通过对比不同设计方案的方式，从技术与经济两方面进行比较，并确定最终的设计方案，并合理控制投资，实现造价的优化。
6、推行设计监理制度与咨询制度
通过项目的设计来实现对工程造价的控制，设计监理是非常必要的，引入设计监理，能够有效克服传统模式中设计单位本身与政府监控的不足。通过设计监理部门，对工程项目设计的全程进行监理，以监理方酌监督与协调来使工程项目的设计更加经济合理，并严格控制工程造价。与此同时，在监理方的督促之下，也能够有效地促使设计方通过管理来要效益。
首先应充分发挥监理功能，通过全程监督工程项目的设计，来避免失误；其次集设计单位和工程建设方，通过对图纸进行研讨，来增强其合理性与可行性；此外，还应注重工程变更的管理，对于一定会发生的变更，为控制资金支出，应提前进行变更，减少损失。最后还应坚决避免不应发生的设计变更，通过明确责任，进行追究，实现造价控制。
四、结束语
建筑结构设计应当做好其节省施工成本和控制工程项目造价的重要工作内容，设计师必须要在规范设计的基础上，对工程项目结构进行合理的分析和安排，确定施工企业能够以最小的成本、最优的结构获得最好的建筑防水性、实用性以及安全稳定性，从而能够为建筑使用者带来利益的同时，也对建筑设计行业的进步发展起到一定的推动作用。
参考文献：
[1]王志涛.建筑工程设计与工程造价有效控制分析探讨[J].黑龙江科技信息,2011(15).
[2]马文涛,王利辉,翟荣兵.民用建筑结构设计与工程造价控制研究[J].现代商贸工业,2009(15).
[3]李露梅.工程建设项目设计阶段工程造价控制研究[D].天津工业大学,2008,(09).
工程结构优化设计概述范文第5篇
【关键词】建筑工程;设计方案;施工
近年来，我国建筑行业不断发展，建筑市场的管理力度也在逐步加强,现代建筑成本控制管理对投资企业的影响越来越大。建筑行业是一项大投资、高风险的行业,企业投资必须要有一定的回报率,方案优化对建筑工程造价的影响尤为重要，如何改进建筑工程设计方案,是提高建筑工程投资效果,是合理提升工程经济的重点。
一、对建筑工程设计方案现状的分析
建筑工程设计方案对工程造价和投资有非常重要的影响，建筑设计方案是一种在拟定的规划、设计方案下，最终达到预期目标的一系统活动。如何改进加强建筑工程设计方案，已经成为现代工程建设的重要工作,是影响投资收益、建筑施工工程造价控制的关键。
目前，我国的建筑工程设计方案主要是本着对投资方要求负责的理念进行,政府相关部门对图纸等进行相应简单的审核,对建筑工程设计方案缺乏必要的审核与评价，建筑方案设计并没有使投资方识到方案对投资的影响,建筑工程投资方注重投标价与标底价的差距,没有提高对优化设计的认识。因此导致在投标过程中方案审核不细、概算粗略、要求出图时间紧、刻意压低设计费用。致使建筑工程设计方案没有得到足够的重视,设计方案的优化也无从谈起,最终导致工程投资超标的现象屡屡发生。针对这样的情况,建筑工程投资企业必须认识到建筑工程设计方案优化的重要性,认真审核投标方设计方案,通过对设计方案的优化达到降低工程投资、提高工程造价管理水平的目的。
二、提高建筑工程设计方案的重要性
建筑工程设计方案优化水平的提高不仅要提高投资方对设计方案的认识,国家主管部门也要提高监管力度、提高设计监理推广、完善相关法规、强化综合性设计方案的改进等诸多方面工作，共同提高我国建筑工程设计方案优化水平。通过建筑工程设计方案优化不能够单纯的强调节约投资,应从综合性考虑出发,注重设计的科学性、合理性、技术先进性,以提高设计价值目标为基础、总体效益为出发点,最终达到建筑工程设计方案改进效果。
三、合理设计建筑工程方案
优秀建筑是建筑的美观与结构设计相互协调密切配合的结果。建筑结构设计追求安全、适用、经济、美观和便于施工五种效果，而建筑设计优化技术方法的应用不仅满足了建筑美观、造型优美的要求，并且能使房屋结构安全、经济、合理，成为实际意义上的“以人为本、经济适用"房。从建筑上分析结构设计优化方法，主要体现在房屋工程分部结构的优化设计和房屋工程结构总体的优化设计量方面。
房屋工程分部结构优化设计包括：基础结构方案的优化设计、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。其中，以上几方面的优化设计还包括选型、布置、受力分析、造价分析等内容，在实施过程中，应该按照一切从实际出发的原则，结合具体工程的实际情况，围绕房屋建筑的综合经济效益的目标进行结构优化设计。进行结构设计时，应在满足设计意图后，尽量使平面布置规则，缩小刚度和质量中心的差异，这样水平荷载就不会使建筑物有太大的扭转作用。竖直方向上应避开使用转换层，减少应力集中现象。
（1）结构优化设计模型
结构设计优化就是在各种影响变量中选择主要参数，并建立函数模型，运用科学合理的方法得出最优解。结构总体的优化建立模型的大致步骤如下：一是设计变量的合理选择。通常的设计变量选择对设计要求影响较大的参数，将所涉及的参数按照各自的重要性区分，将对变化影响不大的参数定为预定参数，通过这种方法可减少很多计算编程的工作量。二、目标函数的确定。使用函数找出满足既定条件的最优解。最后，约束条件的确定。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。设计中，要保证各约束条件必须符合现行规范的要求。
（2）结构优化计算方案
结构设计优化设计多个变量、多个约束条件，属于一个非线性的优化问题，设定计算方案时，常将有约束条件转变为无约束条件来计算。常用的方法有拉氏乘子法、符合型法、Powell等。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。
四、建筑工程设计方案优化重点
1、对建筑工程设计方案质量管理部分的优化
建筑设计的精品需要在设计的运行等过程中通过取舍来进行优化，最终使产品达到完美。构建以法人为主的、专业技术人员与专家为主导地位的、基础质量管理人员为管理基础的全方位质量管理架构。同时建立健全的质量管理规章制度体系,结合工程实际情况对质量管理与技术管理规程进行具体化与细化,在二者的运用过程中，设计上的构思组合并产生出一个全新的事物，不可能通过固定的一些模式来进行套用，建筑设计其实具有一定的随机性和变化性。建筑设计质量的优化管理，其实就是在强调和强化设计中的全部过程的管理，这就是所谓的动态管理。以此确保质量管理体系的可靠性,做好质量管理工作有章可循。注重质量管理工作的连续性与全过程管理执行力,为确保工程质量奠定基础。
2、建筑工程设计方案的质量优化与管理
建筑工程设计方案的质量优化与管理对建筑投资企业与施工企业都有着重要的作用,为了提高工程设计质量、满足设计规范要求、达到高标准工程的关键。建筑工程设计方案的质量优化是通过人员优化、项目设计管理优化以及科学的统筹安排来完成的系统工作。
设计人员必须具有较高的专业技术基础,并对每个设计人员的专业项目进行整合,是专业人员的强项得到发挥,以此提高设计方案质量的提高。在进行定岗和定位工作人员时，要进行即时挑选，不仅要进行关于优化思想方面的教育，还需要量才而用，让所有的设计工作人员都就有积极进取的精神，时刻要把努力地进行市场竞争的思想放在心上，实现人员上的优化使用。
提高建筑设计的工作人员在整体上的水平及素质，为设计工作人员创建更多的进行学习和深造机会，让他们可以在进行设计和运行的环节中能够独自承担一方面的工作。设计过程中还要通过优化统筹安排工作、提高设计效率与各环节的交接,对交叉工作进行统筹安排。
通过设计工作的统筹安排提高设计工作效率、缩短设计时间。设计部门或企业还要加强自身设计人员综合水平与素质的优化,通过在职学习、交流等方式提高设计人员的综合水平,有针对性的对专长人员进行培训。
现代建筑工程设计方案要求的提高对建筑工程施工企业有关部门的工作人员提出了更高的要求,要求施工企业专业技术人员不断提高专业技术与管理水平,以全过程、全面性施工管理理念对就建筑工程设计方案进行审核与优化,积极与设计单位进行沟通,为提高投资效率、提高施工质量夯实基础。
参考文献
