結構優化設計是指在給定約束條件下，根據重量最輕、成本最低、剛度最大等目標找到最佳設計方案，曾稱為最佳結構設計或最佳結構設計，與結構分析相比，也稱為結構綜合；如果目標是最小結構重量，則稱為最小重量設計。目前，由于投資大、施工周期長，結構優化設計的有效設計可以相應減少投資金額。建筑結構優化設計是實現建筑本體功能和建筑投資成本的關鍵手段。

現階段，隨著市場經濟的不斷完善，建筑的經濟性能越來越受到重視。因此，我們不懈追求用最少的材料或成本來建造符合規范和使用要求的建筑。但同時，如何保證建筑的安全性能？因此，體現了結構的優化設計功能！結構優化設計不僅僅是為了減少混凝土和鋼筋的消耗，而是為了調整各部件剛度之間的比例關系，充分利用各部件的應力特性，發揮各自的優勢，使整體結構達到最佳。

建筑結構優化設計的基本原則是什么？

一、功能原則

建筑工程作為人類基本物質的生活環境，優化建筑結構的最終目標是滿足人類對物質生活環境的最大需求，其結構設計效果將在很大程度上決定工程建設的綜合效率。優化建筑結構設計，除了滿足基本功能外，還需要從美觀、協調、舒適的角度進行改進，從更大的方面滿足用戶對項目的綜合要求。

2.安全原則

建筑作為人類生存的基本生活環境，與人類密切相關。因此，人們一直對其建設有很高的要求。在社會經濟快速發展的背景下，必須優化傳統的建筑結構設計理念和方法。需要注意的是，除了滿足基本使用需求外，建筑工程結構設計還需要滿足安全使用要求，即為正常生產和生活提供安全的生活環境，提高工程結構建設的綜合要求。盲目追求建筑結構的優化設計，忽視決策階段、設計階段和施工階段的安全。作為一種建筑，它不僅沒有實際意義，而且會給人類的正常生產和生活帶來致命的危害。

3.環保原則

建筑工程建設需要大量的資源，在可持續發展理論下，除了確保功能要求外，結構設計還應優化資源利用。即選擇環保施工材料，提高結構整體布局的環保，最終實施可持續發展。在選擇施工資源材料時，應確保能夠滿足結構安全、功能和環保的綜合要求，在實現主體內部結構環保的基礎上，做好廢料的處理和應用，提高工程結構的綜合設計效果，減少對環境的影響[3]。

4.經濟原則

經濟是指通過建筑結構的優化設計，最大限度地節約各種材料資源，達到降低建筑成本的目的。在優化建筑結構設計時，還應從設計成本上進行分析，控制結構設計成本，在滿足市場經濟條件的基礎上改善各種資源的合理配置。綜合分析經濟環保原則，選擇低能耗材料，最大限度地減少各種材料的使用，降低材料投入成本。此外，通過合理設計結構內部，提高空間利用效率，在有限的成本范圍內獲得更有效的設計方案。

5.提高建筑舒適性的原則

一個好的建筑，應該是從建筑、結構、裝飾到給排水、暖通空調、空調、氣體、電氣安裝等專業的優化設計組合，是整體優化設計，如果只是專業設計好，就不能稱之為好建筑，結構設計也不例外；建筑結構設計應能夠最大限度地滿足建筑平面布局、內部空間高度和建筑立面的使用功能和外觀感知要求，投入使用后，讓用戶在工作和生活中感到非常舒適，使建筑真正成為一個好的建筑，這是建筑結構優化設計的起點和立足點。因此，建筑結構的優化設計應包括結構體系的優化、傳輸方式的科學性、構件布局的合理性、構件和材料選擇的正確性等。；建筑結構優化設計筑投入使用后的舒適性為建筑結構優化設計的重要基本原則。

6.不同部件采用不同的安全系數原則

現澆鋼筋混凝土地板的約束作用可以大大提高建筑梁的承載能力，最高可以提高約1.5倍。然而，目前國內的結構計算軟件并不能準確反映現澆地板的約束作用。因此，如果根據機械計算結果進行結構設計，其安全系數對現澆建筑梁要高得多。

另一方面，從事故原因的調查和分析可以看出，除非結構計算本身錯誤，否則由于建筑或建筑梁問題造成結構損壞的工程實例很少；從許多地震調查的工程實例中也可以看出，地震力作用下建筑倒塌的主要原因主要是墻、柱等垂直構件的首次損壞。

在實際的結構設計中，如果不考慮構件的實際承載能力，對所有構件采用相同的安全系數，建筑結構的安全性和經濟性將不合理。因此，在結構設計中，獨立構件、靜態結構和垂直構件應采用較大的安全系數，可適當降低地板和蓋梁的安全系數，不僅可以降低工程成本，還可以提高結構的綜合安全性。

二、建筑結構優化設計的作用是什么？

1.降低總成本

在結構優化設計中，與高層住宅相比，多層住宅越多，總建筑面積越大，單位建筑面積占用的土地面積越小，節省土地成本，但隨著建筑層數的增加，建筑總高度也會增加，建筑與建筑之間的間距 也要增加，此時占用的土地節約量與建筑層數增加的比例不一樣。對于基礎部分，雖然也是每層共用，但層數增加，傳遞給基礎的荷載會增加。我們需要增加基礎，這樣單位面積的成本就會降低，但沒有屋頂那么明顯。　

2.提高建筑結構的經濟性

高層建筑的建設成本已成為必須考慮的一個重要因素，相應的結構成本得到了嚴格的控制。設計人員在保證建筑質量的基礎上，采用合理的計算模型、計算參數、設計負荷、結構措施和合理的計算指標是實現合理鋼含量的重要途徑，應認真結合規范和具體工程條件，根據規范和結構概念合理使用計算結果，必要時采用手工計算審查。現在作者比較了高層建筑工程的結構計算結果。

三、建筑結構優化設計應注意哪些問題？

結構設計優化設計應用于新項目的早期設計、施工圖設計和舊房改造，各種效益都相當可觀。在模型實踐和結構設計優化方法的過程中，應注意以下方面：

（1）早期設計參與。施工總投資直接受到早期方案的影響，因此存在的問題大多是早期方案階段不參與結構設計。大多數建筑師在設計方案時不考慮結構的可行性和合理性，但建筑設計的最終結果直接影響結構設計，有些方案可能會增加結構設計的難度，增加建筑總投資。如果能夠參與方案初期的結構優化設計，就可以根據不同的建筑類別選擇合理的結構形式和設計方案，取得良好的開端。

（2）基礎結構設計。基礎的結構設計優化首先是選擇最合適的方案。如果是樁基礎，必須根據施工現場的具體情況選擇樁基礎類型，節約成本，減少不必要的浪費。對灌注樁的選擇影響較大的是樁端的支撐層，應進行更多的比較，以確定最合適的方案。

(3)細節結構設計優化。概念設計應用于沒有具體數值量化的情況下。在設計過程中，設計師需要靈活運用結構設計優化方法，達到最佳效果。與宏觀把握相對應，在設計過程中，要注意細節結構的設計優化。比如現澆板中異形板的拐角處容易出現裂縫，應加放射筋或分為矩形板。立面設計時，立面上的懸臂板和鋼筋可以滿足標準化的結構要求，達到安全經濟的目的。

四、建筑結構優化設計方法有哪些？

1、并行算法

高層建筑結構的主要因素是結構的抗水平力。因此，抗側移性能已成為高層建筑結構設計的關鍵因素，是衡量建筑結構安全性和穩定性的標準。

在建筑結構中，單位建筑結構面積的結構材料中，承受重力荷載的結構材料用量與建筑層數成正比線性關系。此外，建筑結構屋頂的結構材料用量幾乎是固定值，不隨結構層數而變化；但墻、柱等結構構件的材料用量隨建筑層數成線性成正比增加；抵抗側向移動的結構材料用量與建筑結構層數的二次方關系增加。

2.可靠性優化法

在選擇非地震災害區高層建筑結構方案時，應優先選擇抗風性能好的結構體系，即風壓體系系數小的建筑結構體系。例如，建筑結構的圓形和橢圓形結構形狀發生曲線流線變化，或截錐體系的風壓系數從下到上逐漸減小，有利于良好的抗風性。此外，在平面布置結構時，適合選擇結構平面形狀和結構剛度分布均勻對稱的結構體系類型，可以大大降低風荷載下扭轉效應引起的結構變形和內力的影響。

3.高層系統優化法

建筑的使用性能不同，因此對內部空間的要求也不同。同時，高層建筑結構的使用功能不同，其平面布局也發生了變化。一般來說，住宅和酒店房間應采用小空間布局方案；辦公樓適合大小空間；購物中心、酒店、展酒店、展覽廳、工廠、宴會廳、舞廳要求結構內無柱大空間。由于不同的結構系統可以提供不同的內部空間，在建筑結構設計階段，應首先根據建筑結構的使用功能選擇合適的結構類型。

五、建筑結構優化設計措施有哪些？

1.加強剪力墻的設計

剪力墻肢體的試驗研究還表明，軸壓比超過一定值，難以成為延性剪力墻。影響彎曲構件延性或屈服后變形能力的因素有：截面尺寸、混凝土強度等級、縱向鋼筋、軸壓比、箍筋量等。主要因素是軸壓比和箍的特征值。四肢墻是由連接梁的四肢組成的，從而增加了四肢的約束條件。連梁剛度的增加必然會增加結構的地震效應，從而增加連梁和四肢的分配力。此時，必須增加構件的鋼筋量。顯然，這種設計結果將不可避免地導致材料的浪費。　

注重細節優化

（1）在注重整體設計的同時，還應加強結構局部部件的精細設計。例如，在現澆板的設計中，盡量將異形板分為矩形板，既達到了合理應力的目的，又避免了拐角裂縫的出現。

(2)底框抗震墻底框梁箍筋配箍量一般較大。此時，如果采用冷軋帶肋鋼筋作為箍筋，可以減少箍筋的肢數或直徑，降低成本，方便施工。此外，為了減少底部截面，使用高強度混凝土是柱構件的好選擇，但水平構件混凝土可以適當降低混凝土的標簽，滿足應力要求，節約成本

（3）結合計算機技術和結構優化設計理論，利用計算機分析軟件建立優化設計的分析模型，采用高效的計算機優化計算方法，建立結構設計的目標要求，最終實現結構設計的優化目標。在具體的優化設計過程中，優化設計實際上已經從工程問題轉變為數學問題。

3.結構設計優化方法的應用

結構設計優化方法和技術的應用體現在房屋工程結構的整體優化設計和房屋工程分支結構的優化設計上。房屋工程分支結構的優化設計包括：基礎結構方案的優化設計、屋頂系統方案的優化設計、圍護結構方案的優化設計和結構細節設計的優化設計。上述方面的優化設計還包括選擇、布局、應力分析、成本分析等內容，在滿足設計規范和使用要求的前提下，結合具體項目的實際情況，圍繞綜合經濟效益的目標進行結構優化設計。

4.結構設計優化方法的實用價值

在滿足建筑結構長期效益的前提下，應盡量減少近期對建筑結構的投資，提高建筑結構的可靠性和合理性。與傳統設計相比，設計優化技術可以降低建筑工程成本5%-30%。優化技術的實現可以最合理地利用材料的性能，最好地協調建筑結構中的每個單元，并具有建筑規范規定的安全性。同時，也可以對建筑的整體方案設計做出合理的決策。優化技術是實現建筑設計適用、安全、經濟目標的有效途徑。