结构优化设计是指在给定约束条件下，根据重量最轻、成本最低、刚度最大等目标找到最佳设计方案，曾称为最佳结构设计或最佳结构设计，与结构分析相比，也称为结构综合；如果目标是最小结构重量，则称为最小重量设计。目前，由于投资大、施工周期长，结构优化设计的有效设计可以相应减少投资金额。建筑结构优化设计是实现建筑本体功能和建筑投资成本的关键手段。

现阶段，随着市场经济的不断完善，建筑的经济性能越来越受到重视。因此，我们不懈追求用最少的材料或成本来建造符合规范和使用要求的建筑。但同时，如何保证建筑的安全性能？因此，体现了结构的优化设计功能！结构优化设计不仅仅是为了减少混凝土和钢筋的消耗，而是为了调整各部件刚度之间的比例关系，充分利用各部件的应力特性，发挥各自的优势，使整体结构达到最佳。

建筑结构优化设计的基本原则是什么？

一、功能原则

建筑工程作为人类基本物质的生活环境，优化建筑结构的最终目标是满足人类对物质生活环境的最大需求，其结构设计效果将在很大程度上决定工程建设的综合效率。优化建筑结构设计，除了满足基本功能外，还需要从美观、协调、舒适的角度进行改进，从更大的方面满足用户对项目的综合要求。

2.安全原则

建筑作为人类生存的基本生活环境，与人类密切相关。因此，人们一直对其建设有很高的要求。在社会经济快速发展的背景下，必须优化传统的建筑结构设计理念和方法。需要注意的是，除了满足基本使用需求外，建筑工程结构设计还需要满足安全使用要求，即为正常生产和生活提供安全的生活环境，提高工程结构建设的综合要求。盲目追求建筑结构的优化设计，忽视决策阶段、设计阶段和施工阶段的安全。作为一种建筑，它不仅没有实际意义，而且会给人类的正常生产和生活带来致命的危害。

3.环保原则

建筑工程建设需要大量的资源，在可持续发展理论下，除了确保功能要求外，结构设计还应优化资源利用。即选择环保施工材料，提高结构整体布局的环保，最终实施可持续发展。在选择施工资源材料时，应确保能够满足结构安全、功能和环保的综合要求，在实现主体内部结构环保的基础上，做好废料的处理和应用，提高工程结构的综合设计效果，减少对环境的影响[3]。

4.经济原则

经济是指通过建筑结构的优化设计，最大限度地节约各种材料资源，达到降低建筑成本的目的。在优化建筑结构设计时，还应从设计成本上进行分析，控制结构设计成本，在满足市场经济条件的基础上改善各种资源的合理配置。综合分析经济环保原则，选择低能耗材料，最大限度地减少各种材料的使用，降低材料投入成本。此外，通过合理设计结构内部，提高空间利用效率，在有限的成本范围内获得更有效的设计方案。

5.提高建筑舒适性的原则

一个好的建筑，应该是从建筑、结构、装饰到给排水、暖通空调、空调、气体、电气安装等专业的优化设计组合，是整体优化设计，如果只是专业设计好，就不能称之为好建筑，结构设计也不例外；建筑结构设计应能够最大限度地满足建筑平面布局、内部空间高度和建筑立面的使用功能和外观感知要求，投入使用后，让用户在工作和生活中感到非常舒适，使建筑真正成为一个好的建筑，这是建筑结构优化设计的起点和立足点。因此，建筑结构的优化设计应包括结构体系的优化、传输方式的科学性、构件布局的合理性、构件和材料选择的正确性等。；建筑结构优化设计筑投入使用后的舒适性为建筑结构优化设计的重要基本原则。

6.不同部件采用不同的安全系数原则

现浇钢筋混凝土地板的约束作用可以大大提高建筑梁的承载能力，最高可以提高约1.5倍。然而，目前国内的结构计算软件并不能准确反映现浇地板的约束作用。因此，如果根据机械计算结果进行结构设计，其安全系数对现浇建筑梁要高得多。

另一方面，从事故原因的调查和分析可以看出，除非结构计算本身错误，否则由于建筑或建筑梁问题造成结构损坏的工程实例很少；从许多地震调查的工程实例中也可以看出，地震力作用下建筑倒塌的主要原因主要是墙、柱等垂直构件的首次损坏。

在实际的结构设计中，如果不考虑构件的实际承载能力，对所有构件采用相同的安全系数，建筑结构的安全性和经济性将不合理。因此，在结构设计中，独立构件、静态结构和垂直构件应采用较大的安全系数，可适当降低地板和盖梁的安全系数，不仅可以降低工程成本，还可以提高结构的综合安全性。

二、建筑结构优化设计的作用是什么？

1.降低总成本

在结构优化设计中，与高层住宅相比，多层住宅越多，总建筑面积越大，单位建筑面积占用的土地面积越小，节省土地成本，但随着建筑层数的增加，建筑总高度也会增加，建筑与建筑之间的间距 也要增加，此时占用的土地节约量与建筑层数增加的比例不一样。对于基础部分，虽然也是每层共用，但层数增加，传递给基础的荷载会增加。我们需要增加基础，这样单位面积的成本就会降低，但没有屋顶那么明显。　

2.提高建筑结构的经济性

高层建筑的建设成本已成为必须考虑的一个重要因素，相应的结构成本得到了严格的控制。设计人员在保证建筑质量的基础上，采用合理的计算模型、计算参数、设计负荷、结构措施和合理的计算指标是实现合理钢含量的重要途径，应认真结合规范和具体工程条件，根据规范和结构概念合理使用计算结果，必要时采用手工计算审查。现在作者比较了高层建筑工程的结构计算结果。

三、建筑结构优化设计应注意哪些问题？

结构设计优化设计应用于新项目的早期设计、施工图设计和旧房改造，各种效益都相当可观。在模型实践和结构设计优化方法的过程中，应注意以下方面：

（1）早期设计参与。施工总投资直接受到早期方案的影响，因此存在的问题大多是早期方案阶段不参与结构设计。大多数建筑师在设计方案时不考虑结构的可行性和合理性，但建筑设计的最终结果直接影响结构设计，有些方案可能会增加结构设计的难度，增加建筑总投资。如果能够参与方案初期的结构优化设计，就可以根据不同的建筑类别选择合理的结构形式和设计方案，取得良好的开端。

（2）基础结构设计。基础的结构设计优化首先是选择最合适的方案。如果是桩基础，必须根据施工现场的具体情况选择桩基础类型，节约成本，减少不必要的浪费。对灌注桩的选择影响较大的是桩端的支撑层，应进行更多的比较，以确定最合适的方案。

(3)细节结构设计优化。概念设计应用于没有具体数值量化的情况下。在设计过程中，设计师需要灵活运用结构设计优化方法，达到最佳效果。与宏观把握相对应，在设计过程中，要注意细节结构的设计优化。比如现浇板中异形板的拐角处容易出现裂缝，应加放射筋或分为矩形板。立面设计时，立面上的悬臂板和钢筋可以满足标准化的结构要求，达到安全经济的目的。

四、建筑结构优化设计方法有哪些？

1、并行算法

高层建筑结构的主要因素是结构的抗水平力。因此，抗侧移性能已成为高层建筑结构设计的关键因素，是衡量建筑结构安全性和稳定性的标准。

在建筑结构中，单位建筑结构面积的结构材料中，承受重力荷载的结构材料用量与建筑层数成正比线性关系。此外，建筑结构屋顶的结构材料用量几乎是固定值，不随结构层数而变化；但墙、柱等结构构件的材料用量随建筑层数成线性成正比增加；抵抗侧向移动的结构材料用量与建筑结构层数的二次方关系增加。

2.可靠性优化法

在选择非地震灾害区高层建筑结构方案时，应优先选择抗风性能好的结构体系，即风压体系系数小的建筑结构体系。例如，建筑结构的圆形和椭圆形结构形状发生曲线流线变化，或截锥体系的风压系数从下到上逐渐减小，有利于良好的抗风性。此外，在平面布置结构时，适合选择结构平面形状和结构刚度分布均匀对称的结构体系类型，可以大大降低风荷载下扭转效应引起的结构变形和内力的影响。

3.高层系统优化法

建筑的使用性能不同，因此对内部空间的要求也不同。同时，高层建筑结构的使用功能不同，其平面布局也发生了变化。一般来说，住宅和酒店房间应采用小空间布局方案；办公楼适合大小空间；购物中心、酒店、展酒店、展览厅、工厂、宴会厅、舞厅要求结构内无柱大空间。由于不同的结构系统可以提供不同的内部空间，在建筑结构设计阶段，应首先根据建筑结构的使用功能选择合适的结构类型。

五、建筑结构优化设计措施有哪些？

1.加强剪力墙的设计

剪力墙肢体的试验研究还表明，轴压比超过一定值，难以成为延性剪力墙。影响弯曲构件延性或屈服后变形能力的因素有：截面尺寸、混凝土强度等级、纵向钢筋、轴压比、箍筋量等。主要因素是轴压比和箍的特征值。四肢墙是由连接梁的四肢组成的，从而增加了四肢的约束条件。连梁刚度的增加必然会增加结构的地震效应，从而增加连梁和四肢的分配力。此时，必须增加构件的钢筋量。显然，这种设计结果将不可避免地导致材料的浪费。　

注重细节优化

（1）在注重整体设计的同时，还应加强结构局部部件的精细设计。例如，在现浇板的设计中，尽量将异形板分为矩形板，既达到了合理应力的目的，又避免了拐角裂缝的出现。

(2)底框抗震墙底框梁箍筋配箍量一般较大。此时，如果采用冷轧带肋钢筋作为箍筋，可以减少箍筋的肢数或直径，降低成本，方便施工。此外，为了减少底部截面，使用高强度混凝土是柱构件的好选择，但水平构件混凝土可以适当降低混凝土的标签，满足应力要求，节约成本

（3）结合计算机技术和结构优化设计理论，利用计算机分析软件建立优化设计的分析模型，采用高效的计算机优化计算方法，建立结构设计的目标要求，最终实现结构设计的优化目标。在具体的优化设计过程中，优化设计实际上已经从工程问题转变为数学问题。

3.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体现在房屋工程结构的整体优化设计和房屋工程分支结构的优化设计上。房屋工程分支结构的优化设计包括：基础结构方案的优化设计、屋顶系统方案的优化设计、围护结构方案的优化设计和结构细节设计的优化设计。上述方面的优化设计还包括选择、布局、应力分析、成本分析等内容，在满足设计规范和使用要求的前提下，结合具体项目的实际情况，围绕综合经济效益的目标进行结构优化设计。

4.结构设计优化方法的实用价值

在满足建筑结构长期效益的前提下，应尽量减少近期对建筑结构的投资，提高建筑结构的可靠性和合理性。与传统设计相比，设计优化技术可以降低建筑工程成本5%-30%。优化技术的实现可以最合理地利用材料的性能，最好地协调建筑结构中的每个单元，并具有建筑规范规定的安全性。同时，也可以对建筑的整体方案设计做出合理的决策。优化技术是实现建筑设计适用、安全、经济目标的有效途径。