结构优化设计是指在给定的约束条件下，以重量最轻、成本最低、刚性最大等为目标，寻求最好的设计方案，称为结构最佳设计或结构最佳设计，与结构分析相比，也称为结构综合的结构重量最小目前，许多建筑项目投资大，建设周期长，有效进行结构优化设计，相应减少投资金额，建筑结构优化设计是实现建筑本体功能和建筑投资成本的重要手段。

现阶段，伴随着市场经济的持续完善，建筑物的经济性能愈来愈高度重视。因此，用最少的材料和最低的成本建造符合规范和使用要求的建筑物是我们不懈的追求。但同时，如何保障建筑物的安全性能？因此，结构了结构优化设计的作用！结构优化设计不是简单地减少混凝土和钢筋的使用量，而是通过调整各部件刚性之间的比例关系，充分利用各部件的受力特征，发挥各自的优点，使整体结构最佳化。

一、建筑结构优化设计的基本原则是什么？

1、功能原则

建筑工程作为人类的基础物质生存环境，建筑结构优化的最终目标是满足人类对物质生存环境的最大化需求，其结构设计效果大大决定工程建设的综合效率。优化建筑结构设计，不仅要满足基础功能，还要从美观、协调性、舒适性等角度完善，从更大的方面满足用户对工程的综合要求。

2、安全性原则

建筑作为人类生存的基础生存环境，与人们密切相关。因此，迄今为止人们对建设的要求很高。在社会经济快速发展的背景下，必须优化传统建筑结构设计理念和方式。其中需要注意的是，建筑工程结构设计除了要满足基本的使用需外，还需要满足安全的使用要求，即为正常的生产生活提供安全的居住环境，提高工程结构建设的综合要求。盲目追求建筑结构的优化设计，忽视决策阶段、设计阶段、建筑阶段的安全性，作为建筑不仅没有实际意义，还给人类的正常生产和生活带来致命的危害。

3、环境保护原则

建筑工程建设所需资源较多，在持续发展理由下，在进行结构设计时，不仅要保证功能要求，还要优化资源利用。也就是说，选择环境保护的施工材料，提高结构整体布局的环境保护性，贯彻到最后。在建筑资源材料的选择上，要保证结构安全性、功能性和环境保护性的综合要求，在实现主体内部结构环境保护的基础上，进行各废弃材料的处理和应用，提高工程结构的综合设计效果，降低对环境的影响[3]。

4、经济原则

经济是指通过建筑结构的优化设计，最大限度地节约各种材料资源，达到降低建筑成本的目标。优化建筑结构设计时，还应从设计成本上分析，控制结构设计成本，在满足市场经济条件的基础上提高各资源的合理配置。综合分析经济原则和环境保护原则，选择能源消耗低的材料，最大限度地减少各材料的利用，降低材料投入成本。此外，通过合理设计结构内部，提高空间利用效率，在有限的成本范围内，获得更有效的设计方案。

5、提高建筑舒适度的原则

好的建筑物应该是从建筑、结构、装饰到给排水、暖通、空调、煤气、电气设置等各个专业的优化设计组合，整体的优化设计，如果只有某个专业的设计好的话，就不能被称为好的建筑，结构设计也不例外的建筑结构设计最大限度地满足建筑平面的配置、内部空间的高度和建筑立面等的使用功能和外观的要求因此，建筑结构的优化设计应包括结构体系的优化、传输途径的科学性、部件配置的合理性、部件和材料选择的正确性等内容，尽量提高建筑投入使用后的舒适性，作为建筑结构优化设计的重要基本原则。

6、不一样构件采用不一样的安全系数原则

现浇钢筋混凝土楼板的约束作用，能够极大地提升楼盖梁的承载能力，最高能够提升约1.5倍。目前国内结构计算软件无法正确反映现浇地板的约束作用。因此，根据力学的计算结果进行结构设计，对于现浇楼梁来说，安全系数相当高。

另一方面，通过对发生坍塌事故的工程进行事故原因的调查和分析，可以盖和大楼梁的问题，结构破坏的工程实例极少，除非结构计算本身有错误，否则从众多振动调查的工程实例中也可以看出，在地震力的作用下建筑物倒塌的主要原因是墙壁、柱子等纵向部件首先被破坏。

在实际结构设计中，如果不考虑部件的实际承载能力，对所有部件采用相同的安全系数，建筑结构在安全性和经济性方面就不合理。因此，在构造设计时，独立构件、静态构造和垂直部件应采用较大的安全系数，适当降低地板和地板梁的安全系数，降低工程成本，提高结构的综合安全度。

二、建筑结构优化设计有什么作用？

1、降低总成本

在结构优化设计中，多层住宅与高层住宅相比，层数越多，总建筑面积越大，单位建筑面积占有的土地面积越小，节约了用地成本，但建筑层数越多，建筑总高度也越大，大楼与大楼之间的间隔对于基础部分，各层共有，但层数增加，传递给基础的负荷增加，需要增加基础，单位面积成本下降，但屋顶效果不明显。

2、提高建筑结构经济性

高层建筑的建设成本成为必须考虑的重要因素，对应的结构成本更加严格控制。一个设计人员在保证建筑质量的基础上，采用合理的计算模型、计算参数、设计负荷、结构措施和合理的计算指标是实现经济合理钢含量的重要途径，必须认真结合规范和具体工程情况进行选择，根据规范和结构概念合理使用计算结果进行设计，必要时采用手工计算复核。目前，笔者在某高层建筑工程的两种状态下比较了结构计算结果。

三、建筑结构优化设计应注意哪些问题？

结构设计优化设计应用于新项目前期设计、施工图设计和旧房改造等设计的各个部分，多种利益非常大。在模型实践和结构设计优化过程中，应注意以下几点:

(1)参与前期设计。建筑总投资受前期方案的直接影响，目前存在的问题大多不参与前期方案阶段的结构设计，建筑师在设计方案时多不考虑结构的可行性和合理性，但建筑设计的最终结果直接影响结构设计，有些方案可能增加结构设计的难易度，提高建筑总投资。如果在方案初期，可以参与结构优化设计，我们可以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，获得良好的开端。

(2)基础结构设计。基础结构设计的优化首先是选择最合适的方案，如果是桩基，必须根据施工现场的具体情况选择桩基类型，节约成本，减少不必要的浪费。对灌注桩的选择影响较大的是桩端的持力层，为了确定最佳方案，必须进行更多的比较。

(3)优化细节结构设计。概念设计应用有具体数值量化的情况下应用，在设计过程中要设计者灵活运用结构设计优化方法，达到最佳效果。与宏观把握相对应，在设计过程中，要注意细节结构设计的优化。例如，现浇板中异形板的拐角容易出现裂缝，必须设置放射线筋分为矩形板。立面设计时，外立面悬挂板和配筋只要满足规范的结构要求，就能达到安全经济的目的。

四、建筑结构优化设计方法是什么？

1、并行算法

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重要因素，是衡量建筑结构安全性、稳定性能的标准。

在建筑结构中，单位建筑结构面积的结构材料中，承担重力负荷的结构材料的使用量与房屋层数近似成正比线性关系。另外，用于建筑结构屋顶的结构材料的使用量几乎是定值，不会随结构的层数而变化，但是用于墙壁、柱子等结构部件的材料的使用量根据大楼的层数成线性的正比增加，对于抵抗侧向移动的结构材料的使用量，与大楼结构层数的二次方的关系增加了。

2、可靠性优化法

选择非地震灾区高层建筑结构时，应优先选择抗风性能好的结构体系，即风压体型系数小的建筑结构体系。例如，构造外形曲线型变化的建筑构造圆形、椭圆形等，构造由下向上逐渐减少的锥形系统的风压体系数小，有助于抵抗风。另外，在对结构进行平面布置时，适用于选择结构平面形状和结构刚分布均匀对称的结构系统类型，大大降低风荷作用下扭转效果引起的结构变形和内力影响。

3、高层系统优化法

建筑使用性能的差异，对内部空间的要求不同。同时，如果高层建筑结构的使用功能不同，平面配置也会发生变化。通常，住宅和酒店的客房等应该采用小空间的平面配置方案的办公大楼适合采用大小空间的百货商店、酒店、展览室、工厂现场等，适合采用大空间的平面配置的宴会厅、舞厅要求结构内没有柱子的大空间。由于不一样的构造体系能够出示的內部空间尺寸不一样，因此在建筑构造设计阶段，最先要依据建筑构造的使用功能，挑选合适的构造类型。

五、建筑结构优化设计措施是什么？

1、加强剪力墙的设计

剪力墙壁肢体的试验研究也表明，轴压比超过一定值，难以成为延性剪力墙。影响压弯部件延展性或屈服后变形能力的因素有截面尺寸、混凝土强度等级、纵向配筋、轴压比、带量等，其主要因素是轴压比和带特征值。连肢壁由连梁连接的各壁肢连接而成，增加了壁肢的制约条件。梁的刚性增大会增大结构的地震作用，梁和墙壁的分配内力也会相应增大，此时必须增大部件的筋量，这个设计结果必然会浪费材料。

2、注重细节优化

(1)在注重整体设计的同时，还要加强结构部件的细致设计。例如，在现浇板的设计中，尽量将异形板分成矩形板，达到合理受力的目的，避免角落裂缝。

(2)底部框架抗震墙底部框架梁带带带带带带带带带带带带带带带带带带带带带带带带带带带带另外，为了减少底部截面，采用高强度混凝土是柱构件的好选择，但水平构件混凝土适当减少混凝土标志，满足力量要求，节约成本

(3)随着计算机技术和结构优化设计理论的结合，利用计算机分析软件构筑优化设计的分析模型，采用高效的计算机优化计算方法，构造设计达到的目标要求在具体的优化设计过程中，优化设计实际上从工程问题转变为数学问题。

3、结构设计优化方法的应用

结构设计优化方法和技术的应用具体体现在房屋工程结构整体的优化设计和房屋工程分部结构的优化设计两个方面。其中住宅工程分部结构优化设计包括基础结构方案优化设计、屋顶系统方案优化设计、围护结构方案优化设计和结构细节设计优化设计。以上几个方面的优化设计还包括选择、配置、受力分析、成本分析等内容，在满足设计规范和使用要求的前提下，结合具体工程的实际情况，以综合经济效益为中心进行结构优化设计。

4、结构设计优化方法的实践价值

在满足建筑结构长期利益的前提下，应尽量减少建筑结构近期投资，提高建筑结构的可靠性和合理性。与传统设计相比，采用设计优化技术可降低建筑工程成本5%-30%。优化技术的实现可以最合理地利用材料的性能，最好地协调建筑结构内部各单元，具有建筑规范规定的安全性。同时，它还可以为建筑整体方案设计做出合理，优化技术是实现建筑设计适用、安全、经济目标的有效途径。