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摘要：结构优化设计，是指工程结构在满足约束条件下按预定目标求合理内容，消除安全隐患，出最优方案的设计方法。目前建筑结构优化设计是一个亟待解决而又非常复杂的工程难题，特别是建筑结构的优化设计具有显著的经济效益。本文就此对建筑结构设计的优化应用及其几点看法进行了探讨。
关键词：建筑结构设计；优化设计；应用；看法
Abstract: the structure optimization design, it is to point to engineering structure in meet the constraints in the intended target for rational content, eliminate hidden dangers, the optimal plan design method. At present building structure optimization design is an urgent and very complex engineering problem, especially the optimization design of the structure of the building has remarkable economic benefits. The paper on the structure design of the optimization of the views and its application are discussed in this paper.
Keywords: building structure design; Optimization design; Application; view
中图分类号：TU318 文献标识码：A文章编号：
1建筑结构设计优化方法的应用及实践价值
1.1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总体的优化设计和房屋工程分部结构的优化设计两方面。其中房屋工程分部结构的优化设计包括：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。对以上几个方面的优化设计还包含选型、布置、受力分析、造价分析等内容，并应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，围绕其综合经济效益的目标进行结构优化设计。
1.2结构设计优化方法的实践价值笔者认为，在满足建筑结构长远效益的前提下，应尽量减少建筑结构的近期投资并提高建筑结构的可靠度和合理性。与传统设计相比，采用设计优化技术可以使建筑工程造价降低5%～30%。优化技术的实现，可以最合理的利用材料的性能，使建筑结构内部各单元得到最好的协调，并具有建筑规范所规定的安全度。同时，它还可为建筑整体性方案设计进行合理的决策，优化技术是实现建筑设计的“适用、安全和经济”目标的有效途径。
2关于结构设计优化的几点看法
2.1结构的设计优化并不是单纯的挑毛病
结构的设计优化并不是单纯的挑毛病，而是通过交流、沟通，找到更为合理、经济的设计，从而在满足各种规范的使用要求的前提下，杜绝不必要的浪费，做好成本控制。结构设计的优化是在充分尊重原设计基础上进行的，通过优化的过程，互相学习，也有利于提高设计院结构设计人员的设计水平。某项目2栋13层与23层相连建筑、2栋30-33层建筑、5栋9-13层建筑，共9栋。场地附近有一条河流，地下水位较高。场地土质较软，表层4米深度内有部分淤泥质土，地下室底板下土的承载力为160kPa，在17米至22米处有密实的粉沙层，在37-55米处有密实的沙层。基岩埋藏很深。6度抗震、基本风压0.45。本项目对回款的周期要求较高。
本项目地下室的布置思路：采用一层大地下室 9栋高度和层数相差较大的建筑连为为一体，形成一个整体的大型地下車库。优点：交通及停车，小区的物业管理，地下室外墙的数量。但缺点也是明显的，一是导致地下室结构的超长，再就是各栋建筑单位的不均匀的沉降。
为此，对结构进行了优化设计：首先，地下室结构超长的解决办法是：⑴结构后浇带的设置——费用、间距、封闭时间、施工便利性；⑵混凝土膨胀外加剂的使用——数量、费用、位置；⑶构造配筋的适当增加—— 数量、费用、位置。其次，各栋建筑物的沉降差以及主体建筑物与地库间的沉降差解决方式是：依照当地的基础设计经验，⑴9-15层建筑通常采用预制方桩基础，以粉砂层作为持力层，桩长约17米，摩擦型桩；⑵18层以上建筑通常采用钻孔桩基础，以砂层作为持力层，桩长约45-50米，摩擦型桩；⑶12层建筑物采用无桩筏板基础有过成功的案例，按程序计算沉降有15CM，实际观测仅4CM在无锡观测到的建筑物最大沉降不超过 6CM。
2.2优化结构设计是对结构设计进行深化、调整、改善与提高
优化结构设计是对结构设计进行深化、调整、改善与提高就是对结构设计进行再加工的过程。结构设计的优化，不是以牺牲结构安全度和抗震性能来求得经济效益的，相反经过设计优化的工程，结构布置更为合理、差错更少、用料更省、结构更安全。某高层写字楼，结构高度90.30米，地上24层，地下二层，抗震设防类别丙类，七度抗震设防，结构形式为框架核心筒体系，基础形式为平板式筏基，建筑面积约2万平米。结构设计优化的主要内容是以下三个方面：一是楼层楼盖体系的结构设计，二是核心筒的尺寸及墙厚，三是平板式筏基的板厚和有关构造。设计优化时对其它一些结构设计细节也给与了一定关注。经优化结构设计后，仅前述三个主要方面，可比原设计节约混凝土在2000m3以上，钢筋约70吨。通过结构设计优化，在节约结构造价的同时，使结构自重减小了约40000KN，相当于40KN/m2，约为两层半楼房的重量。从而大大增加了竖向结构构件和基础的安全度，减小了地震力，提高了整个结构的抗震性能。结构设计优化达到了提高项目技术和经济双重效益的目的。
又如：某工程9栋住宅，其中3栋18层、3栋22层、3栋28层、采用大地下室连接为一，土质情况：25M深度内，土层较松，桩侧摩阻力为15-30kPa，越向下土层越密实，桩侧摩阻力逐渐增加为50-70KPa，38米以下各层桩端阻力均较小，为1500-2500kPa。
原基础方案按当地的习惯做法及地勘报告建议：18及22层建筑选8-1层作持力层，桩长为40米，28层建筑选8-2层作持力层，桩长为50米。
选择方案：一是全部选用50米长的Ф500及Ф600 的预应力管桩！二是节省工程造价 （桩的性价比、承台的尺寸）；三是进一步降低建筑物的沉降差及沉降值；四是方便施工管理，提高桩基检测的效率，降低检测成本。
对于Ф500管桩，当桩长由40米增加到50米时（增长25%），其单桩承载力由1435KN增加至2080KN（增大45%），单位桩长的性价比大幅提高80%！
2.3施工图审查与结构设计优化并不矛盾
施工图审查与结构设计优化的着眼点不同、侧重面不同，施工图审查并没有义务审查设计的经济性，而结构设计优化的目的之一是控制成本、并使设计更加合理。当然，结构设计优化的结果也必须通过施工图审查。某3+1层建筑，4层住宅，半地下室，淤泥质土，厚度约为18米，承载力为70KPa。在32-40米处有较好的沙层，可做桩基持力层，此时Ф300 的预应力管桩承载力为600KN。
原基础方案：筏板基础；8米长的水泥搅拌桩加连接梁形成复合地基 + 止水筏板；长度为35米的Ф300 预应力管桩，一柱一桩 + 止水筏板；预应力管桩方案最经济（便宜16%）！最安全！较搅拌桩施工周期短！
优化设计后，方案调整为：±0.00 标高的取值，地下室的埋深：——对支护、土方、水浮力、抗拔桩的影响；覆土厚度的控制：——地下室布局、景观的要求、管线的要求；地下水位高度的取值和应用：——抗浮设计水位和最低设计水位；
地下室底板的布置方案：
——承台间设基础梁加大板式结构
——桩承台兼柱帽的无梁筏板板结构
2.4结构设计的优化工作不会影响设计、施工进度
施工进度可与设计同步进行。设计优化工作也可以按工程进度要求分阶段进行。某工程由共六幢高层建筑组成，建筑面积13万平方米。结构设计优化的主要内容是：桩基、剪力墙的布置和墙厚、楼层现浇板、地下车库的底板与顶板、地下室外墙、框架柱梁等。
工程结构设计优化后的经济效益：省去人工挖孔扩底灌注桩计 360棵。基础筏板厚度减少，共计节约混凝土用量570m3，钢筋用量减少约220吨。地下室外墙、基础抗水板、顶板共节省混凝土用量约计2000m3，节约钢筋70吨。主楼现浇板节约混凝土超过1000m3。1#住宅楼减少剪力墙布置后，节约混凝土约400m3，钢筋约45吨。6#酒店经结构优化布置后，每层增加净高约150，减少了梁混凝土用量，梁柱钢筋用量减少约20吨。
3结束语
近年来，由于土地价格市场的变化，不断上涨的土地价格给开发商的建筑总成本控制带来了极大的压力，同时，人们对于居住条件及生活的要求不断提高，相应建筑产品的品质要求也就不断提高，这就让开发商不断寻求新的手段满足顾客需求，而降低工程造价就成为开发商追求的直接目标，因此需要我们利用结构设计优化设计技术方法，也相信随着市场的变化发展，建筑结构设计的优化会越来越得到重视，提高有限空间、有限资源的最大化效果发挥，实现化、实用性和适用性的良好目标。
关键词：建筑结构设计；优化设计；应用；看法
Abstract: the structure optimization design, it is to point to engineering structure in meet the constraints in the intended target for rational content, eliminate hidden dangers, the optimal plan design method. At present building structure optimization design is an urgent and very complex engineering problem, especially the optimization design of the structure of the building has remarkable economic benefits. The paper on the structure design of the optimization of the views and its application are discussed in this paper.
Keywords: building structure design; Optimization design; Application; view
中图分类号：TU318 文献标识码：A文章编号：
1建筑结构设计优化方法的应用及实践价值
1.1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总体的优化设计和房屋工程分部结构的优化设计两方面。其中房屋工程分部结构的优化设计包括：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。对以上几个方面的优化设计还包含选型、布置、受力分析、造价分析等内容，并应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，围绕其综合经济效益的目标进行结构优化设计。
1.2结构设计优化方法的实践价值笔者认为，在满足建筑结构长远效益的前提下，应尽量减少建筑结构的近期投资并提高建筑结构的可靠度和合理性。与传统设计相比，采用设计优化技术可以使建筑工程造价降低5%～30%。优化技术的实现，可以最合理的利用材料的性能，使建筑结构内部各单元得到最好的协调，并具有建筑规范所规定的安全度。同时，它还可为建筑整体性方案设计进行合理的决策，优化技术是实现建筑设计的“适用、安全和经济”目标的有效途径。
2关于结构设计优化的几点看法
2.1结构的设计优化并不是单纯的挑毛病
结构的设计优化并不是单纯的挑毛病，而是通过交流、沟通，找到更为合理、经济的设计，从而在满足各种规范的使用要求的前提下，杜绝不必要的浪费，做好成本控制。结构设计的优化是在充分尊重原设计基础上进行的，通过优化的过程，互相学习，也有利于提高设计院结构设计人员的设计水平。某项目2栋13层与23层相连建筑、2栋30-33层建筑、5栋9-13层建筑，共9栋。场地附近有一条河流，地下水位较高。场地土质较软，表层4米深度内有部分淤泥质土，地下室底板下土的承载力为160kPa，在17米至22米处有密实的粉沙层，在37-55米处有密实的沙层。基岩埋藏很深。6度抗震、基本风压0.45。本项目对回款的周期要求较高。
本项目地下室的布置思路：采用一层大地下室 9栋高度和层数相差较大的建筑连为为一体，形成一个整体的大型地下車库。优点：交通及停车，小区的物业管理，地下室外墙的数量。但缺点也是明显的，一是导致地下室结构的超长，再就是各栋建筑单位的不均匀的沉降。
为此，对结构进行了优化设计：首先，地下室结构超长的解决办法是：⑴结构后浇带的设置——费用、间距、封闭时间、施工便利性；⑵混凝土膨胀外加剂的使用——数量、费用、位置；⑶构造配筋的适当增加—— 数量、费用、位置。其次，各栋建筑物的沉降差以及主体建筑物与地库间的沉降差解决方式是：依照当地的基础设计经验，⑴9-15层建筑通常采用预制方桩基础，以粉砂层作为持力层，桩长约17米，摩擦型桩；⑵18层以上建筑通常采用钻孔桩基础，以砂层作为持力层，桩长约45-50米，摩擦型桩；⑶12层建筑物采用无桩筏板基础有过成功的案例，按程序计算沉降有15CM，实际观测仅4CM在无锡观测到的建筑物最大沉降不超过 6CM。
2.2优化结构设计是对结构设计进行深化、调整、改善与提高
优化结构设计是对结构设计进行深化、调整、改善与提高就是对结构设计进行再加工的过程。结构设计的优化，不是以牺牲结构安全度和抗震性能来求得经济效益的，相反经过设计优化的工程，结构布置更为合理、差错更少、用料更省、结构更安全。某高层写字楼，结构高度90.30米，地上24层，地下二层，抗震设防类别丙类，七度抗震设防，结构形式为框架核心筒体系，基础形式为平板式筏基，建筑面积约2万平米。结构设计优化的主要内容是以下三个方面：一是楼层楼盖体系的结构设计，二是核心筒的尺寸及墙厚，三是平板式筏基的板厚和有关构造。设计优化时对其它一些结构设计细节也给与了一定关注。经优化结构设计后，仅前述三个主要方面，可比原设计节约混凝土在2000m3以上，钢筋约70吨。通过结构设计优化，在节约结构造价的同时，使结构自重减小了约40000KN，相当于40KN/m2，约为两层半楼房的重量。从而大大增加了竖向结构构件和基础的安全度，减小了地震力，提高了整个结构的抗震性能。结构设计优化达到了提高项目技术和经济双重效益的目的。
又如：某工程9栋住宅，其中3栋18层、3栋22层、3栋28层、采用大地下室连接为一，土质情况：25M深度内，土层较松，桩侧摩阻力为15-30kPa，越向下土层越密实，桩侧摩阻力逐渐增加为50-70KPa，38米以下各层桩端阻力均较小，为1500-2500kPa。
原基础方案按当地的习惯做法及地勘报告建议：18及22层建筑选8-1层作持力层，桩长为40米，28层建筑选8-2层作持力层，桩长为50米。
选择方案：一是全部选用50米长的Ф500及Ф600 的预应力管桩！二是节省工程造价 （桩的性价比、承台的尺寸）；三是进一步降低建筑物的沉降差及沉降值；四是方便施工管理，提高桩基检测的效率，降低检测成本。
对于Ф500管桩，当桩长由40米增加到50米时（增长25%），其单桩承载力由1435KN增加至2080KN（增大45%），单位桩长的性价比大幅提高80%！
2.3施工图审查与结构设计优化并不矛盾
施工图审查与结构设计优化的着眼点不同、侧重面不同，施工图审查并没有义务审查设计的经济性，而结构设计优化的目的之一是控制成本、并使设计更加合理。当然，结构设计优化的结果也必须通过施工图审查。某3+1层建筑，4层住宅，半地下室，淤泥质土，厚度约为18米，承载力为70KPa。在32-40米处有较好的沙层，可做桩基持力层，此时Ф300 的预应力管桩承载力为600KN。
原基础方案：筏板基础；8米长的水泥搅拌桩加连接梁形成复合地基 + 止水筏板；长度为35米的Ф300 预应力管桩，一柱一桩 + 止水筏板；预应力管桩方案最经济（便宜16%）！最安全！较搅拌桩施工周期短！
优化设计后，方案调整为：±0.00 标高的取值，地下室的埋深：——对支护、土方、水浮力、抗拔桩的影响；覆土厚度的控制：——地下室布局、景观的要求、管线的要求；地下水位高度的取值和应用：——抗浮设计水位和最低设计水位；
地下室底板的布置方案：
——承台间设基础梁加大板式结构
——桩承台兼柱帽的无梁筏板板结构
2.4结构设计的优化工作不会影响设计、施工进度
施工进度可与设计同步进行。设计优化工作也可以按工程进度要求分阶段进行。某工程由共六幢高层建筑组成，建筑面积13万平方米。结构设计优化的主要内容是：桩基、剪力墙的布置和墙厚、楼层现浇板、地下车库的底板与顶板、地下室外墙、框架柱梁等。
工程结构设计优化后的经济效益：省去人工挖孔扩底灌注桩计 360棵。基础筏板厚度减少，共计节约混凝土用量570m3，钢筋用量减少约220吨。地下室外墙、基础抗水板、顶板共节省混凝土用量约计2000m3，节约钢筋70吨。主楼现浇板节约混凝土超过1000m3。1#住宅楼减少剪力墙布置后，节约混凝土约400m3，钢筋约45吨。6#酒店经结构优化布置后，每层增加净高约150，减少了梁混凝土用量，梁柱钢筋用量减少约20吨。
3结束语
近年来，由于土地价格市场的变化，不断上涨的土地价格给开发商的建筑总成本控制带来了极大的压力，同时，人们对于居住条件及生活的要求不断提高，相应建筑产品的品质要求也就不断提高，这就让开发商不断寻求新的手段满足顾客需求，而降低工程造价就成为开发商追求的直接目标，因此需要我们利用结构设计优化设计技术方法，也相信随着市场的变化发展，建筑结构设计的优化会越来越得到重视，提高有限空间、有限资源的最大化效果发挥，实现化、实用性和适用性的良好目标。