摘要：建筑结构设计的优化设计对建设单位具有可观的经济价值，对于设计企业能提高企业的竞争力。在目前设计市场竞争激烈的环境下，不少建设单位在签订的设计合同中明确限额设计，这无疑对结构设计人员提出了更高的要求。结构设计人员应在确保建筑结构安全的基础上，对建筑进行结构概念、方案、计算分析和设计等各环节进行优化设计，使整个建筑结构既满足安全性、可靠性，又能满足建设单位对经济性的要求。使建筑结构做到安全可靠、经济合理、技术可行，以最经济的手段实现建筑物的预期效果。
　　关键词： 建筑结构设计； 优化设计；
　　中图分类号： TU3 文献标识码： A
　　一、建筑结构优化设计综述
　　建筑结构的优化设计主要体现在建筑工程的方案决策阶段、施工图设计阶段。在建筑工程的决策阶段，确定结构优化设计所要达到的总体目标，满足建筑功能，最大程度保障结构安全性，缩减投资成本；在建筑工程的施工图设计阶段，确定整体结构和每一个子系统的优化布局。方案决策阶段结构优化选择是关键，施工图设计阶段优化设计是核心，两个阶段缺一不可。
　　二、建筑结构优化设计两个阶段
　　1、方案决策阶段
　　方案决策阶段主要是对建筑方案的概念设计，从大的体系方面进行分析比较并优化。
　　首先是结构体系的选择。 一个建筑如多层办公楼，可以选择砌体结构，也可以选择框架结构，还可以选择框剪结构，这就需要设计人员在满足建筑功能的要求下进行结构体系的比較，并进行经济分析比较。另一栋高层写字楼，可以选择钢筋混凝土框架-剪力墙结构，也可以选择钢框架或型钢混凝土框架与混凝土核心筒组成的混合结构。每个体系各有优缺点，需要从甲方的经济利益、结构的安全可靠、使用阶段方便舒适以及绿色环保等方面综合分析，选择最优的结构体系。
　　其次是结构形体的控制。在我国，大部分地区的建筑都有不同设防烈度的要求。建筑抗震至关重要的一环就是抗震概念设计，在这一阶段如果做得不好，结构设计阶段即使再优化，再精细设计都不会有好的效果，况且还会对建筑的抗震带来不利影响，结构的安全存在隐患。抗震概念设计应该在建筑的方案阶段，建筑方案设计人员在方案设计阶段应与结构工程师多沟通、征求意见。建筑方案的敲定和报送甲方必须得到结构工程师的认可。由于目前建筑方案设计人对建筑结构了解不多或很少，追求漂亮、美观甚至奇特，以博得建设单位的青睐，但没有可靠地结构安全作为保障。这样一旦建筑方案被建设单位选定，进入初设和施工图设计阶段，结构工程师再提出修改方案，为时晚矣，导致拿到手里像是烫手的山芋，这样是不可能取得较好的经济效益。
　　结构抗震概念优化设计主要从建筑形体及构件布置的规则性考虑。建筑形体指建筑平面形状和立面、竖向剖面的变化。结构设计应重视建筑形体的规则性对抗震性能及经济合理性的影响。应尽量选择规则的形体，抗侧力构件的平面布置规则对称、侧向刚度竖向均匀变化、竖向抗侧力构件的截面尺寸和材料强度宜自下而上逐渐变小，避免侧向刚度和承载力的突变。结构布置的每一项不规则都会带来经济利益的损失。工程案例：一栋住宅楼，抗震设防烈度为八度，剪力墙结构，一层地下室，地上8层，共10个单元，每两个单元设一道抗震缝兼温度缝。因为建筑很长，需要在建筑中间留一个消防通道，消防通道上方原来有混凝土墙。此时如果选择结构转换，要设比较大的转换柱、转换梁，可能不太经济。我们可以把上面的横向混凝土墙改为填充墙，采用大板，这样就避免了结构转换所带来的竖向抗侧力构件的不连续及竖向抗侧刚度的突变等不利影响，使结构形体保证它的规则性，又能带来经济效益。
　　2、施工图阶段的优化设计
　　施工图阶段的优化主要体现在结构工程师对竖向构件和水平构件的优化设计。
　　（1） 竖向构件
　　①框架结构
　　有关柱网大小和疏密，基本上在建筑方案阶段已经确定，抗震墙的合理数量及合适
　　位置一般也在结构工种介入方案设计过程中得到确定。结构设计的具体操作就是合理地确定墙柱截面， 墙柱一般是压弯构件，其配筋量在多数情况下至少是多数部位都采用构造配筋，因此在其混凝土强度等级合理取值且满足轴压比要求的前提下，墙柱截面不宜过大，否则用钢量将随其截面增大而增加。柱截面种类不宜太多是设计中应注意的一个原则，在柱网疏密不均的建筑中，某根柱或为数不多的若干根柱由于轴力大而需较大截面，而建筑考虑便于装修则希望柱截面相同，此时如将所有柱截面放大以求其统一，势必增加用钢量。合理经济的做法应是对个别柱位的配筋采用加芯柱，加大配箍率甚至加大主筋配筋率或配以劲性钢筋以提高其轴压比，从而达到控制其截面尺寸的目的。这里运用的是个别处理总比大面积增加用钢量更科学经济的道理和做法.
　　如某宿舍楼，抗震设防烈度为八度，采用框架结构，地上5层，地下一层为厨房。首层为底商，层高需要4.2米，上部为宿舍楼，层高2.9米。初步计算时首层柱没有超筋，位移和周期等都满足规范要求，但首层为薄弱层，首层及地下的柱配筋都很大，把首层柱加大100后，薄弱层就没有了，配筋量也下降20%。既能保证结构合理，又比较经济。
　　② 框架-剪力墙结构
　　利用竖向交通井道（楼、电梯间）而形成的剪力墙筒体，其外围墙体对结构刚度的贡献最大，而内部墙体则贡献甚微。在满足结构整体刚度的前提下，筒体内部的剪力墙过多过厚会增加该部位墙体用钢量且对结构无大作用。布置剪力墙的数量应进行优化，尽量使框架部分各层承担的剪力在20%结构底部总剪力左右，这个时候最为经济，框架部分也能充分发挥作用，不会造成浪费。
　　有时4~5层的商场或办公楼，长宽比比较大，要满足规范对弹性层间位移角的要求，柱做得会比较大，可能会造成一定程度的浪费。这时可以布置少量的剪力墙，形成少墙框架结构，比较容易满足位移的要求，框架柱、框架梁的配筋也可以减小，同时又避免了框架-剪力墙结构由于刚度增大很多地震力也增大较多，这样可能最为经济。
　　③剪力墙结构
　　对于高层建筑，墙柱截面还有一个收级问题。从节省用钢量的角度出发，墙
　　柱截面应尽量小，只要符合50MM模数，几乎可以每层都收级，但从结构整体特别是从施工角度考虑，一幢高层建筑的墙柱截面变化过于频繁、截面种类过多却不科学，这种只看局部不顾整体、因小失大的做法是不妥当的。正因如此，一幢高100米的高层建筑，其柱截面变化在正常情况下应为3－4次即每5－8层变化一次，表面上虽然有悖于节省用钢量的基本原则，但从混凝土结构的施工效益来看，却是必要和合理的。
　　同时剪力墙结构应尽量避免形成短肢剪力墙，规范对短肢墙的配筋率要求较高，如对于抗震等级为二级的剪力墙，底部加强区竖筋配筋率不小于1.2%，其他部位不小于1.0%；而普通剪力墙只要满足不小于0.25%。两者相比短肢墙配筋会增大很多。短肢墙的增多必然会带来经济效益的下降。
　　（2）水平构件
　　①通常指的是楼层梁板构件， 其布置原则首先是受力传力合理，其次是使用效果
　　（包括视觉效果）良好，最后才是用钢量的节省，设计中不能本末倒置。对于公共建筑的楼层，如结构单元两向主轴尺寸相近，则以两向井字次梁布置；如两向主轴尺寸相差甚大，则区分主、次框架，以典型的交梁楼盖布置，其中板跨控制在约3米左右，板厚取100MM,对于住宅建筑，在3－4.5米正常开间情况下，楼板厚度为100－120MM,应尽量增大板跨，而没必要遇隔墙就设梁。当板跨小、布梁多时肯定用钢量会增多，而且可能使楼面荷载多次传递，造成受力不合理。对于裂缝不太敏感的建筑如办公楼、商场等建筑，楼板也可以采用塑性计算，比弹性计算能节约含钢量。
　　② 地下车库顶板
　　工程经验表明，采用无梁楼盖比采用梁板结具有更好的经济性。采用无梁楼盖不仅能降低车库层高，减少开挖土方，配筋量也可以节约15%左右。经过多个工程总结分析，地下车库层高每减少100mm，综合成本就能节约18元/m2。
　　三、结语   
　　综上所述，通过结构优化设计来降低工程造价是控制工程投资的一个有效途径,而正确处理技术与经济的对立统一是控制投资的关键。对建筑工程进行优化设计一直是结构师们共同的目标，建筑结构的优化设计是一个比较科学系统的设计过程，不能片面强调节约投资,而降低技术和质量标准,又要反对重技术、轻经济,设计保守浪费的现象。 因为影响工程造价和建筑质量的因素有很多，所以在实际的建筑结构设计中，一定要充分考虑各方面的因素，在每个细节上力求优化， 只有这样才能实现结构优化设计的最终目的，促进我国建筑业的发展。