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摘要：本文通过建筑结构优化设计的基本概念，以及建筑结构优化设计的意义，举例分析了结构设计优化的措施，为我国建筑结构优化设计提供借鉴资料。
关键词：建筑结构；优化设计；方法研究；应用
中图分类号：TU3文献标识码： A
引言：
随着我国国民经济的不断发展，建筑行业也随之发展起来。特别是在城市化建设发展下，我国建筑行业日趋兴旺。在现代城市化建筑工程中，施工设计、工程设计以及施工建筑原材料是整个建筑施工中重要的构成因素。建筑结构是否合理、美观都会对整个施工建筑实用性、安全性以及经济性将会带来一定影响。
一、建筑结构优化设计的概念与意义
（一）概念
根据优化设计理论原理，可将建筑结构优化设计定义为:对于己知的给定参数，通过相关理论、方法，找到这样一个设计变量，使其既能满足所有约束条件，又能使目标函数取得最小值。这里所谓的设计变量，指的是在设计过程中所选的描述结构特性的量，它们的量值可根据设计方案的不同取不同的值。这些设计变量所组成的维向量可用维空间的一个点来表示，称为“设计点”。在建筑结构优化设计中指的主要是：设计截面的几何参数，各个构件的截面尺寸、面积和惯性矩等。结构总体的几何参数，如柱的高度、梁的间距、拱的矢高和节点坐标等。虽然设计变量所涉及的内容可能有很多，但总体可分为连续型和离散型2种类型。
（二）意义
1、钢筋、混凝土和砌体等常用建筑材料的费用构成了结构成本的绝大部分，而这一部分成本约占结构主体造价的50%以上。通过结构优化设计，能够将建筑工程的总造价减少10%~35%。对于一个大型的工程来说，这将是很大的一笔费用，并且基本不存在风险，所需付出的工作量也并不是很大，因此，结构优化有助于减少建设方投资，增加利润和提高资金周转率，其经济价值巨大。
2、据统计，设计责任是造成建筑工程质量事故的主要原因，占据了大约40%的比例。由于现阶段各设计单位水平良莠不齐，设计质量差导致施工停工、返工的现象很普遍，另一方面，设计单位缺乏成本意识，盲目追捧算不清，配钢筋“的错误思想，设计保守，造成资源的浪费。进行合理的结构优化设计，能够帮助业主提高设计质量，消除不必要的质量缺陷和工程风险，在减少非必要投资的前提下获得高品质的建筑，也符合创建节约型社会的宗旨。
3、由于设计单位没有主动控制成本的意识和动力，加之设计师时间紧、任务重以及能力不足等原因，业主并不能奢望设计单位帮助其进行成本控制，必须另谋出路。
4、设计优化工作往往并非甲方的核心业务，与其耗费较多的人力、物力和财力去做，还不如将其委托给专业人员完成，以便将有限的资源用在更有效率的工作中，从而创造更多的价值，提高企业的核心竞争力。
5、随着国家宏观调控力度的加大和原材料价格的上涨，通过销售获得利润的空间被大大压缩，从内部挖掘潜力、节约成本成为企业赢利的重要手段。科学合理的节约成本是提高企业盈利能力、实现地产公司健康生存、长期发展的重要途径。在这方面，一些意识超前的业内知名企业，如万科、金地以及诸多国际公司做得比较好，可以作为其他企业学习的榜样。
二、举例说明结构设计优化措施
（一）工程概况
梅山苑二期住宅小区是深圳市保障性住房住宅小区，位于深圳市福田区的梅林地区，从规划阶段即开始进行生态住宅区的策划，基本做到保持原有的生态系统，充分考虑自然通风、日照、交通等因素，最大限度减少对周边环境的影响。小区内部采用了雨水回收，中水回用，太阳能热水及光伏发电等绿色技术，小区的7#住宅楼为深圳地区住宅产业化实践的第一栋钢结构住宅。该楼总建筑面积为6305.06平方米，建筑层数 13层，建筑高度40.10m，平面尺寸65.5mX13.6m，最大柱网尺寸为6.9mX7m。采用的是钢结构住宅体系，结构形式为矩形钢管混凝土框架+钢板剪力墙结构体系，楼板为钢筋桁架混凝土楼板，围护结构为水泥纤维版灌浆体系。大部分构件均在工厂内加工，现场的主要工作是组装，大大减少了现场人工用量。
（二）框架剪力墙结构施工技术
框架剪力墙结构是框架结构和剪力墙结构结合体，它同时有着两种建筑结构体系的优点。一方面，框剪结构能够为建筑物室内布置提供更大的使用空间，另一方面又有着剪力墙结构所具有的良好抗侧力性能，刚度大，能够保证建筑工程结构的稳定。如果建筑工程要采用框架剪力墙结构进行施工，那么在建设框架剪力墙结构的时候，必须要把握好以下3个关键技术:钢筋工程技术、模板工程技术和混凝上工程技术。
（三）钢筋工程施工技术
框架剪力墙结构施工中，钢筋工程的建设要注意把握好材料的选择。在实际施工操作中，钢筋工程的建设需要用到大量的钢筋材料，这些材料在形状、规格上各有不同，比如直径为6毫米或8毫米的一级钢，直径为12毫米、18毫米，或者70毫米的三级钢等等。钢筋工程施工中所遇到的主要难题有:由于钢筋节点太过密集，所以在对钢筋进行安装和浇筑时，钢筋节点容易发生位移。钢筋工程施工中容易出现的节点位移问题，通常采取以下措施加以解决:
1、对箍筋框进行固定
在进行钢筋工程施工期间，应当依据实体来进行放样，在有条件的情况下，也可以专门定制相应的模具来进行加工。例如在对柱筋框以及柱筋等环节进行放样定位的过程中。或者采用水平和竖向的墙体梯格筋控制建设过程中的钢筋位置，这样能够减少钢筋位移情况的出现。
2、明确钢筋的梁柱节点
由于大型高层建筑中的钢筋使用量较多，故而会产生密集的梁柱节点，为了保证每个节点的准确性和有序性，一般要事先在计算机中对现场的钢筋进行绘图放样，之后以1:1的比例制作模拟样板，将其放置在施工现场，这样就能够为施工中钢筋的梁柱节点建设提供指导。
3、实行样板引路制度。在施工现场，会有不同部门的工作人员，要保证钢筋工程的统一性和精确性，就需要工作人员严格遵守施工现场的实体样板，保证工程的质量和速度。
三、分析钢构的钢结构住宅体系
（一）钢框架+钢板剪力墙结构体系
钢框架+钢板剪力墙对建筑平面的适应性较强，且其侧向刚度最大，侧向位移小，舒适性好，成本较低。特别是钢框架、混凝土筒体体系，结合楼、电梯间布置的混凝土核心筒，不但能提高建筑的防火性能，而且也能最大限度降低人群行走、电梯运行噪声对住户的影响。在筒体中设置钢柱、钢梁，小仅增加结构的延性，提高建筑的抗震能力，而且还可以调整施工顺序，提高施工速度。
（二）高频焊接矩形钢管混凝土柱
高频焊接矩形钢管是将一定宽度的钢带，在常温条件下经过一组纵向排列的轧辊，逐步变形，达到适用要求的尺寸，而后通过高频焊接而成的具有闭口断面的型钢产品。相比由四块钢板焊接而成的矩形钢管，冷弯高频焊接方钢管仅有一条通长焊缝，焊接变形影响范围小，焊接质量稳定，材料损耗少。同时还具有良好的抗震性能、耐火性能及现场安装方便等特点。
（三）高频焊接H型钢梁
目前我国H型钢有热轧H型钢、焊接H型钢和高频焊接H型钢三种类型。高频焊接H型鋼除了具有传统H型钢截面模量大，承载力高等优点外，还具有自己的特点:
1、截面尺寸灵活
高频焊接H型钢生产线可方便地生产出上、下翼缘不等宽、不等厚的H型钢，使材料得到充分利用。
2、制作方便，质量有保证
高频焊接H型钢生产过程实现了自动化，其产品质量不受人为因素影响，生产效率高，焊缝质量稳定。
（四）钢筋衍架混凝土楼板
楼盖系统在整个结构的工程量中占相当大的比例，在很大程度上影响了整个结构的工程造价和施工进度。如何提高装配化程度、加快施工速度是推广钢结构住宅必须解决的难题。钢筋桁架模板是将楼板中钢筋在工厂加工成钢筋析架，并将钢筋桁架与镀锌压型钢板焊接成一体的组合模板。在钢筋桁架模板上浇注混凝土，便形成钢筋桁架混凝土现浇楼板。
与其它现有压型钢板组合楼板相比，最大的特点是用做施工阶段模板的钢模待混凝土达到规定强度后可方便的拆除，然后像普通混凝土楼板一样作饰面处理，这不仅节约了一笔数额可观的吊顶费用，而且，使房间的净空不被侵占。模板工程和钢筋绑扎工程得到了简化，从而保障了楼板与梁柱结构在施工速度上的协调一致。
（五）钢构件的防腐
据调查，在正常的大气湿度下，建筑室内的钢构件腐蚀是有限的，只有暴露于室外或处于高湿度环境的钢构件锈蚀很严重。我们对钢构件的防腐给予了足够重视，首先在钢构件表面涂防腐涂料，再在涂料外侧做防火处理，进一步使构件与空气中的水和氧气隔离，达到更为有效的防腐目的。所以，7#楼钢结构住宅体系，不但在建造过程中达到了节能节地节材的目标，同时还满足了住宅舒适性、安全性及降低运行能耗的要求。更重要的是它可以降低材料消耗、提高劳动效率及工程质量，是值得探索的住宅产业化模式。
总之，随着我国国民经济的发展和人民生活水平的日益提高，对建筑结构的优化设计也提出的更高的要求。当代城市发展和建设的前提下，结构设计不断的适应当今社会建筑行业发展的潮流，不断适应当今时代发展步伐。因此在建筑结构优化设计中，工程师应该快速了解和采用概念设计的思想，通过自身专业实施和实际实践经验，做好结构设计优化在建筑结构设计中的应用，为当代城市化建设的发展做出贡献。
参考文献：
[1]伍茜.浅谈高层建筑结构优化设计[J].珠江现代建设,2013,05:10-11+20.
[2]张健.浅析概念设计在建筑结构优化设计中的应用[J].门窗,2013；05221223.
[3]吴勇.建筑结构优化设计分析[J].建材世界,2013,03:81-83.
关键词：建筑结构；优化设计；方法研究；应用
中图分类号：TU3文献标识码： A
引言：
随着我国国民经济的不断发展，建筑行业也随之发展起来。特别是在城市化建设发展下，我国建筑行业日趋兴旺。在现代城市化建筑工程中，施工设计、工程设计以及施工建筑原材料是整个建筑施工中重要的构成因素。建筑结构是否合理、美观都会对整个施工建筑实用性、安全性以及经济性将会带来一定影响。
一、建筑结构优化设计的概念与意义
（一）概念
根据优化设计理论原理，可将建筑结构优化设计定义为:对于己知的给定参数，通过相关理论、方法，找到这样一个设计变量，使其既能满足所有约束条件，又能使目标函数取得最小值。这里所谓的设计变量，指的是在设计过程中所选的描述结构特性的量，它们的量值可根据设计方案的不同取不同的值。这些设计变量所组成的维向量可用维空间的一个点来表示，称为“设计点”。在建筑结构优化设计中指的主要是：设计截面的几何参数，各个构件的截面尺寸、面积和惯性矩等。结构总体的几何参数，如柱的高度、梁的间距、拱的矢高和节点坐标等。虽然设计变量所涉及的内容可能有很多，但总体可分为连续型和离散型2种类型。
（二）意义
1、钢筋、混凝土和砌体等常用建筑材料的费用构成了结构成本的绝大部分，而这一部分成本约占结构主体造价的50%以上。通过结构优化设计，能够将建筑工程的总造价减少10%~35%。对于一个大型的工程来说，这将是很大的一笔费用，并且基本不存在风险，所需付出的工作量也并不是很大，因此，结构优化有助于减少建设方投资，增加利润和提高资金周转率，其经济价值巨大。
2、据统计，设计责任是造成建筑工程质量事故的主要原因，占据了大约40%的比例。由于现阶段各设计单位水平良莠不齐，设计质量差导致施工停工、返工的现象很普遍，另一方面，设计单位缺乏成本意识，盲目追捧算不清，配钢筋“的错误思想，设计保守，造成资源的浪费。进行合理的结构优化设计，能够帮助业主提高设计质量，消除不必要的质量缺陷和工程风险，在减少非必要投资的前提下获得高品质的建筑，也符合创建节约型社会的宗旨。
3、由于设计单位没有主动控制成本的意识和动力，加之设计师时间紧、任务重以及能力不足等原因，业主并不能奢望设计单位帮助其进行成本控制，必须另谋出路。
4、设计优化工作往往并非甲方的核心业务，与其耗费较多的人力、物力和财力去做，还不如将其委托给专业人员完成，以便将有限的资源用在更有效率的工作中，从而创造更多的价值，提高企业的核心竞争力。
5、随着国家宏观调控力度的加大和原材料价格的上涨，通过销售获得利润的空间被大大压缩，从内部挖掘潜力、节约成本成为企业赢利的重要手段。科学合理的节约成本是提高企业盈利能力、实现地产公司健康生存、长期发展的重要途径。在这方面，一些意识超前的业内知名企业，如万科、金地以及诸多国际公司做得比较好，可以作为其他企业学习的榜样。
二、举例说明结构设计优化措施
（一）工程概况
梅山苑二期住宅小区是深圳市保障性住房住宅小区，位于深圳市福田区的梅林地区，从规划阶段即开始进行生态住宅区的策划，基本做到保持原有的生态系统，充分考虑自然通风、日照、交通等因素，最大限度减少对周边环境的影响。小区内部采用了雨水回收，中水回用，太阳能热水及光伏发电等绿色技术，小区的7#住宅楼为深圳地区住宅产业化实践的第一栋钢结构住宅。该楼总建筑面积为6305.06平方米，建筑层数 13层，建筑高度40.10m，平面尺寸65.5mX13.6m，最大柱网尺寸为6.9mX7m。采用的是钢结构住宅体系，结构形式为矩形钢管混凝土框架+钢板剪力墙结构体系，楼板为钢筋桁架混凝土楼板，围护结构为水泥纤维版灌浆体系。大部分构件均在工厂内加工，现场的主要工作是组装，大大减少了现场人工用量。
（二）框架剪力墙结构施工技术
框架剪力墙结构是框架结构和剪力墙结构结合体，它同时有着两种建筑结构体系的优点。一方面，框剪结构能够为建筑物室内布置提供更大的使用空间，另一方面又有着剪力墙结构所具有的良好抗侧力性能，刚度大，能够保证建筑工程结构的稳定。如果建筑工程要采用框架剪力墙结构进行施工，那么在建设框架剪力墙结构的时候，必须要把握好以下3个关键技术:钢筋工程技术、模板工程技术和混凝上工程技术。
（三）钢筋工程施工技术
框架剪力墙结构施工中，钢筋工程的建设要注意把握好材料的选择。在实际施工操作中，钢筋工程的建设需要用到大量的钢筋材料，这些材料在形状、规格上各有不同，比如直径为6毫米或8毫米的一级钢，直径为12毫米、18毫米，或者70毫米的三级钢等等。钢筋工程施工中所遇到的主要难题有:由于钢筋节点太过密集，所以在对钢筋进行安装和浇筑时，钢筋节点容易发生位移。钢筋工程施工中容易出现的节点位移问题，通常采取以下措施加以解决:
1、对箍筋框进行固定
在进行钢筋工程施工期间，应当依据实体来进行放样，在有条件的情况下，也可以专门定制相应的模具来进行加工。例如在对柱筋框以及柱筋等环节进行放样定位的过程中。或者采用水平和竖向的墙体梯格筋控制建设过程中的钢筋位置，这样能够减少钢筋位移情况的出现。
2、明确钢筋的梁柱节点
由于大型高层建筑中的钢筋使用量较多，故而会产生密集的梁柱节点，为了保证每个节点的准确性和有序性，一般要事先在计算机中对现场的钢筋进行绘图放样，之后以1:1的比例制作模拟样板，将其放置在施工现场，这样就能够为施工中钢筋的梁柱节点建设提供指导。
3、实行样板引路制度。在施工现场，会有不同部门的工作人员，要保证钢筋工程的统一性和精确性，就需要工作人员严格遵守施工现场的实体样板，保证工程的质量和速度。
三、分析钢构的钢结构住宅体系
（一）钢框架+钢板剪力墙结构体系
钢框架+钢板剪力墙对建筑平面的适应性较强，且其侧向刚度最大，侧向位移小，舒适性好，成本较低。特别是钢框架、混凝土筒体体系，结合楼、电梯间布置的混凝土核心筒，不但能提高建筑的防火性能，而且也能最大限度降低人群行走、电梯运行噪声对住户的影响。在筒体中设置钢柱、钢梁，小仅增加结构的延性，提高建筑的抗震能力，而且还可以调整施工顺序，提高施工速度。
（二）高频焊接矩形钢管混凝土柱
高频焊接矩形钢管是将一定宽度的钢带，在常温条件下经过一组纵向排列的轧辊，逐步变形，达到适用要求的尺寸，而后通过高频焊接而成的具有闭口断面的型钢产品。相比由四块钢板焊接而成的矩形钢管，冷弯高频焊接方钢管仅有一条通长焊缝，焊接变形影响范围小，焊接质量稳定，材料损耗少。同时还具有良好的抗震性能、耐火性能及现场安装方便等特点。
（三）高频焊接H型钢梁
目前我国H型钢有热轧H型钢、焊接H型钢和高频焊接H型钢三种类型。高频焊接H型鋼除了具有传统H型钢截面模量大，承载力高等优点外，还具有自己的特点:
1、截面尺寸灵活
高频焊接H型钢生产线可方便地生产出上、下翼缘不等宽、不等厚的H型钢，使材料得到充分利用。
2、制作方便，质量有保证
高频焊接H型钢生产过程实现了自动化，其产品质量不受人为因素影响，生产效率高，焊缝质量稳定。
（四）钢筋衍架混凝土楼板
楼盖系统在整个结构的工程量中占相当大的比例，在很大程度上影响了整个结构的工程造价和施工进度。如何提高装配化程度、加快施工速度是推广钢结构住宅必须解决的难题。钢筋桁架模板是将楼板中钢筋在工厂加工成钢筋析架，并将钢筋桁架与镀锌压型钢板焊接成一体的组合模板。在钢筋桁架模板上浇注混凝土，便形成钢筋桁架混凝土现浇楼板。
与其它现有压型钢板组合楼板相比，最大的特点是用做施工阶段模板的钢模待混凝土达到规定强度后可方便的拆除，然后像普通混凝土楼板一样作饰面处理，这不仅节约了一笔数额可观的吊顶费用，而且，使房间的净空不被侵占。模板工程和钢筋绑扎工程得到了简化，从而保障了楼板与梁柱结构在施工速度上的协调一致。
（五）钢构件的防腐
据调查，在正常的大气湿度下，建筑室内的钢构件腐蚀是有限的，只有暴露于室外或处于高湿度环境的钢构件锈蚀很严重。我们对钢构件的防腐给予了足够重视，首先在钢构件表面涂防腐涂料，再在涂料外侧做防火处理，进一步使构件与空气中的水和氧气隔离，达到更为有效的防腐目的。所以，7#楼钢结构住宅体系，不但在建造过程中达到了节能节地节材的目标，同时还满足了住宅舒适性、安全性及降低运行能耗的要求。更重要的是它可以降低材料消耗、提高劳动效率及工程质量，是值得探索的住宅产业化模式。
总之，随着我国国民经济的发展和人民生活水平的日益提高，对建筑结构的优化设计也提出的更高的要求。当代城市发展和建设的前提下，结构设计不断的适应当今社会建筑行业发展的潮流，不断适应当今时代发展步伐。因此在建筑结构优化设计中，工程师应该快速了解和采用概念设计的思想，通过自身专业实施和实际实践经验，做好结构设计优化在建筑结构设计中的应用，为当代城市化建设的发展做出贡献。
参考文献：
[1]伍茜.浅谈高层建筑结构优化设计[J].珠江现代建设,2013,05:10-11+20.
[2]张健.浅析概念设计在建筑结构优化设计中的应用[J].门窗,2013；05221223.
[3]吴勇.建筑结构优化设计分析[J].建材世界,2013,03:81-83.