近年来，随着对文化遗产保护的重视，以及节能意识的增强，对既有房屋的增层改建已越来越多地得到人们的关注。作为增层改建中比较常用的一种方式，外套框架结构在型式上具备跨度大、底柱高的特点，为了满足受力特性，常规设计往往采用肥梁胖柱，不仅提高了工程造价，也给使用带来不便。对框架结构进行优化设计能够合理地利用材料的性能，使得各个构件和构件中各几何参数能得到最好的协调，从而获得良好的经济效益。本文并通过建模，借助结构设计计算软件PKPM对钢筋混凝土外套框架结构的梁柱构件，在不同截面尺寸情况下进行内力分析。并根据建筑结构设计规范，采取约束变尺度法对外套钢筋混凝土外套框架进行结构优化设计。将整体结构离散为单一的梁柱构件，也就是采用分部优化的方式最终达到整体优化。对优化结果进行调整，最后结合PKPM程序再次对框架进行内力分析，计算以及复核，求出最优解。结构优化设计充分利用了计算机技术，使得结构的设计从速度和准确性上都得到较大的提高。不仅突破传统的结构设计格局，减少了大量冗繁的设计工作，而且提高了结构设计的合理性，获得较大的经济利益。此外，本文还针对外套框架结构的特殊性进行探讨，对适用于该结构型式的大直径人工挖孔桩进行了优化设计。最后结合工程实例，证明优化设计的可行性，并取得令人满意的结果。本文提出的钢筋混凝土外套框架结构的优化设计方法，不仅适用于该类结构型式，对于其它结构型式的建筑物也有一定的参考意义。