第一章 研究目的和意義
本論文成文思想來源於建設單位對結構設計經濟性的最大追求及工程建設本身經濟合理性與技術先進性之間的矛盾。研究的目的是在滿足結構長遠效益(結構使用的時間長短或遇災的損失期望)的情況下，儘量減少結構的近期投資(造價)和提高結構的可靠度和合理性。結構設計優化技術使得設計人員從被動的分析、校核轉變為主動的設計，與傳統設計相比，採用設計優化技術可以使土建工程降低造價5%-30%。優化技術能合理的利用材料的性能，使結構內部各單元得到最好的協調，並具有規範所規定的安全度。同時，它還可為整體性方案設計進行合理的決策，優化技術是實現設計的最終目標一適用、安全和經濟的有效途徑。
第二章 結構設計對工程造價影響的分析
2.1 造價的影響因素
影響工程造價的主要因素是主體結構，水、電、通風、環境等配套設施的價格一般是由設施的市場價格而定，一般都較為固定。而在主體結構中，主要的材料就是鋼材和混凝土，所以一般情況下降低造價的主要途徑就是減少鋼材和混凝土的用量。
2.1.1 造價的宏觀影響因素
1)建築總長度:根據我國規範，當建築物的長度較長的時候需要設置伸縮縫（框架結構長度超過 55mm，剪力牆結構長度超過 45mm），因為超長的結構混凝土內部的收縮應力和溫度應力都比較大，這樣鋼筋的用量自然會增加，同時對結構的抗震也是不利的。在不設伸縮縫的情況下一般都會設膨脹後澆帶，帶寬為2 mm，帶內設置附加鋼筋，這樣也會使用鋼量增加。
2）平面長寬比：平面長寬比較大的建築物，由於兩個主軸方向上的動力特性相差較大，在水平地震作用下，兩個方向上的構件受力不均勻，結構扭轉係數較大，導致構件配筋的增大。
3）豎向高寬比：對於高層建築，高寬比較大的結構傾覆力矩較大，從而導致結構整體穩定性較差，為了保證結構的整體穩定並控制結構的側向位移，必須要增加抗側力構件或者提高抗側力構件的剛度，這些都會增加混凝土和鋼筋的用量從而增加造價。
4)立面形狀:豎向體型規則均勻的建築，剛度沒有突變，其受力均勻，用鋼量就小，如果出現豎向不規則，例如懸挑結構，在受力上會增加計算配筋，在抗震構造上要求也更高，從而增加造價。
5）平面形狀：建築平面形狀越簡單，受力越好，用鋼量就越少。平面形狀不規則不僅增加用鋼量，對結構的抗震性能也有很大影響。
6) 柱網尺寸：柱網的合理布 置可使構件受力減少從而減少用鋼量。
7)抗側力構件位置: 剛度中心與質量中心重合或靠近可以減少結構的扭轉效應，通過合理的布置抗側力構件可以有效的調節扭轉，從而減少用鋼量。
2.1.2 造價的微觀影響因素
1)在布置梁、板、柱、牆等構件時，首先要考慮的就是使其受力合理、傳力直接，盡 量使樓面荷載的傳遞路 徑簡單，避免出現多級次梁傳力不明確，其次是滿足正常使用要求 。對於一般的現澆混凝土板，經濟板跨為3m~4m，板厚 100mm~120mm。考慮到撓度及裂縫，板厚一般不小於 90mm。對於板上有隔牆的情況，可把隔牆的荷載化為樓面均布荷載，採用在板底附加鋼筋的辦法，而不需要設置梁，增加造價。
2) 結構設計時要合理確定牆 、柱的截面尺寸。牆、柱為壓彎構件，其實際配筋量一般按照構造要求，所以在滿足規範的前提下，柱的軸壓比不宜過小，使得柱子的截面尺寸偏大，不但影響室內空間的使用，還會增加基礎尺寸增加造價。
第三章 結構設計優化方法……………………………17
3.1 結構設計優化技術概述…………………………………17
3.2 概念優化設計…………………………………17
3.2.1 結構布置概念設計 …………………………………18
3.2.2 截面概念設計…………………………………19
3.2.3 基礎概念設計…………………………………20
3.2.4 構造措施概念設計…………………………………20
第四章 房屋工程結構優化設…………………………………22
4.1 鋼筋混凝土框架優化設計…………………………………22
4.1.1 框架布置方式經濟性比較…………………………………22
4.1.2 梁的截面經濟高度 …………………………………23
4.2 高層框—剪結構優化設…………………………………24
4.2.1 剪力牆合理數量確定…………………………………25
4.2.2 工程實例…………………………………27
4.3 高層剪力牆結構優化設計…………………………………29
4.3.1 合理的剪力牆結構布置方案…………………………………30
4.3.2 工程實例…………………………………31
4.4 混凝土-鋼結構方案設計…………………………………34
第五章 基礎及屋蓋結構優化設計…………………………………36
5.1 多高層建築中的基礎選型…………………………………36
5.2 基礎工程優化設計…………………………………36
5.2.1 人工挖孔樁基礎優化設計…………………………………36
5.2.2 柱下條形基礎的優化設計…………………………………37
5.3 預製短樁基礎優化實例…………………………………38
5.4 樓蓋體系的優化設計…………………………………39
結論
結構設計優化技術能使設計者從被動的分析、校核而進入主動的設計。優化設計能最大限度地發揮材料的性能，在最大程度上協調結構內部各單元，並使結構達到規範所規定的安全度。同時，它還為整體性方案設計進行合理的決策，優化技術是實現設計的最終目標——適用性、安全性和經濟性的有效途徑。結構優化要綜合多方方面的因素，如文中所提到的宏觀和微觀因素，需要對結構概念有深入的了解，對構件的受力原理有全面的掌握，以及對規範條文的靈活運用。
在選擇和設計高層建築樓蓋結構方案時，往往要考慮多方面的因素影響。建築高度較高，結構自重必然較大，工程造價也會提高。當三者產生衝突的時候，應綜合考慮高度變化對結構總造價、裝修費用、設備採購安裝費用以及項目運行費用等因素影響，以取得最佳的經濟效益和社會效益。最後分析了影響用鋼量的宏觀和微觀因素，根據多年設計的實際經驗總結了一些降低工程造價的經驗方法可作為設計工作的參考。
本論文成文思想來源於建設單位對結構設計經濟性的最大追求及工程建設本身經濟合理性與技術先進性之間的矛盾。研究的目的是在滿足結構長遠效益(結構使用的時間長短或遇災的損失期望)的情況下，儘量減少結構的近期投資(造價)和提高結構的可靠度和合理性。結構設計優化技術使得設計人員從被動的分析、校核轉變為主動的設計，與傳統設計相比，採用設計優化技術可以使土建工程降低造價5%-30%。優化技術能合理的利用材料的性能，使結構內部各單元得到最好的協調，並具有規範所規定的安全度。同時，它還可為整體性方案設計進行合理的決策，優化技術是實現設計的最終目標一適用、安全和經濟的有效途徑。
第二章 結構設計對工程造價影響的分析
2.1 造價的影響因素
影響工程造價的主要因素是主體結構，水、電、通風、環境等配套設施的價格一般是由設施的市場價格而定，一般都較為固定。而在主體結構中，主要的材料就是鋼材和混凝土，所以一般情況下降低造價的主要途徑就是減少鋼材和混凝土的用量。
2.1.1 造價的宏觀影響因素
1)建築總長度:根據我國規範，當建築物的長度較長的時候需要設置伸縮縫（框架結構長度超過 55mm，剪力牆結構長度超過 45mm），因為超長的結構混凝土內部的收縮應力和溫度應力都比較大，這樣鋼筋的用量自然會增加，同時對結構的抗震也是不利的。在不設伸縮縫的情況下一般都會設膨脹後澆帶，帶寬為2 mm，帶內設置附加鋼筋，這樣也會使用鋼量增加。
2）平面長寬比：平面長寬比較大的建築物，由於兩個主軸方向上的動力特性相差較大，在水平地震作用下，兩個方向上的構件受力不均勻，結構扭轉係數較大，導致構件配筋的增大。
3）豎向高寬比：對於高層建築，高寬比較大的結構傾覆力矩較大，從而導致結構整體穩定性較差，為了保證結構的整體穩定並控制結構的側向位移，必須要增加抗側力構件或者提高抗側力構件的剛度，這些都會增加混凝土和鋼筋的用量從而增加造價。
4)立面形狀:豎向體型規則均勻的建築，剛度沒有突變，其受力均勻，用鋼量就小，如果出現豎向不規則，例如懸挑結構，在受力上會增加計算配筋，在抗震構造上要求也更高，從而增加造價。
5）平面形狀：建築平面形狀越簡單，受力越好，用鋼量就越少。平面形狀不規則不僅增加用鋼量，對結構的抗震性能也有很大影響。
6) 柱網尺寸：柱網的合理布 置可使構件受力減少從而減少用鋼量。
7)抗側力構件位置: 剛度中心與質量中心重合或靠近可以減少結構的扭轉效應，通過合理的布置抗側力構件可以有效的調節扭轉，從而減少用鋼量。
2.1.2 造價的微觀影響因素
1)在布置梁、板、柱、牆等構件時，首先要考慮的就是使其受力合理、傳力直接，盡 量使樓面荷載的傳遞路 徑簡單，避免出現多級次梁傳力不明確，其次是滿足正常使用要求 。對於一般的現澆混凝土板，經濟板跨為3m~4m，板厚 100mm~120mm。考慮到撓度及裂縫，板厚一般不小於 90mm。對於板上有隔牆的情況，可把隔牆的荷載化為樓面均布荷載，採用在板底附加鋼筋的辦法，而不需要設置梁，增加造價。
2) 結構設計時要合理確定牆 、柱的截面尺寸。牆、柱為壓彎構件，其實際配筋量一般按照構造要求，所以在滿足規範的前提下，柱的軸壓比不宜過小，使得柱子的截面尺寸偏大，不但影響室內空間的使用，還會增加基礎尺寸增加造價。
第三章 結構設計優化方法……………………………17
3.1 結構設計優化技術概述…………………………………17
3.2 概念優化設計…………………………………17
3.2.1 結構布置概念設計 …………………………………18
3.2.2 截面概念設計…………………………………19
3.2.3 基礎概念設計…………………………………20
3.2.4 構造措施概念設計…………………………………20
第四章 房屋工程結構優化設…………………………………22
4.1 鋼筋混凝土框架優化設計…………………………………22
4.1.1 框架布置方式經濟性比較…………………………………22
4.1.2 梁的截面經濟高度 …………………………………23
4.2 高層框—剪結構優化設…………………………………24
4.2.1 剪力牆合理數量確定…………………………………25
4.2.2 工程實例…………………………………27
4.3 高層剪力牆結構優化設計…………………………………29
4.3.1 合理的剪力牆結構布置方案…………………………………30
4.3.2 工程實例…………………………………31
4.4 混凝土-鋼結構方案設計…………………………………34
第五章 基礎及屋蓋結構優化設計…………………………………36
5.1 多高層建築中的基礎選型…………………………………36
5.2 基礎工程優化設計…………………………………36
5.2.1 人工挖孔樁基礎優化設計…………………………………36
5.2.2 柱下條形基礎的優化設計…………………………………37
5.3 預製短樁基礎優化實例…………………………………38
5.4 樓蓋體系的優化設計…………………………………39
結論
結構設計優化技術能使設計者從被動的分析、校核而進入主動的設計。優化設計能最大限度地發揮材料的性能，在最大程度上協調結構內部各單元，並使結構達到規範所規定的安全度。同時，它還為整體性方案設計進行合理的決策，優化技術是實現設計的最終目標——適用性、安全性和經濟性的有效途徑。結構優化要綜合多方方面的因素，如文中所提到的宏觀和微觀因素，需要對結構概念有深入的了解，對構件的受力原理有全面的掌握，以及對規範條文的靈活運用。
在選擇和設計高層建築樓蓋結構方案時，往往要考慮多方面的因素影響。建築高度較高，結構自重必然較大，工程造價也會提高。當三者產生衝突的時候，應綜合考慮高度變化對結構總造價、裝修費用、設備採購安裝費用以及項目運行費用等因素影響，以取得最佳的經濟效益和社會效益。最後分析了影響用鋼量的宏觀和微觀因素，根據多年設計的實際經驗總結了一些降低工程造價的經驗方法可作為設計工作的參考。
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