结构优化和经济性思路流程及案例
2022工程项目双优化典型案例
一、地基与基础分部1、<土石方工程>案例1：将原设计的打桩-开挖-回填碎石优化为开挖-换填-打桩1.案例背景某项目拟建场区原有地貌形态属滨海浅滩，后经人工改造形成的虾池养殖区，长期海洋养殖，池内淤泥层厚而软稀，现场进行了土方回填作为拟建场地。
工程基础设计做法为预应力方桩，根据现场情况及桩基设计，如何确保软土地基沉桩质量，是现场需要解决的重大难题。
原设计方案为在回填土上后直接进行沉桩施工，沉桩完成后进行桩间土开挖，超挖50cm后回填碎石土作为基础的褥垫层。
2.案例策划如果按照原设计方案组织施工，现场将面临以下问题：原来的场区回填只是满足了运输车辆的通行，而桩基作业时打桩机械需要的地基承载力远高于普通运输车辆，而且沉桩作业时桩机局部对基底有很强的冲击作用，如果直接在回填土上打桩，很可能无法确保安全施工；而且沉桩后再行挖土，挖掘机和运输车辆行走会对桩体产生侧向推力，而本工程回填土厚度约2m，回填土下方有厚达8m的淤泥层，工程桩上部都位于淤泥层，无法承受水平荷载，如果按此方案施工，桩身质量恐受影响。
3.案例实施项目部将上述情况向建设单位进行汇报，并提出先进行土方开挖，并对设计基底标高进行超挖后回填2m级配砂石（回填标高考虑一定的桩基隆起效应，避免打桩后再开挖），经过碾压密实后进行桩基施工。
有关领导听取建议后，组织勘察、设计和参建单位的相关专家召开多次现场会议，经过现场试验和会议论证，最终采纳了对已回填场地进行开挖换填后进行桩基施工的方案。
4.案例效果施工现场如果发生安全事故就是最大的成本，该方案将原设计的打桩-开挖-基底回填碎石优化为开挖-换填-打桩，而且将原设计的50cm碎石回填调整为2m 换填，确保了桩基施工安全、减少了我方施工难度同时还扩大了我方施工的工程量和施工效益。
该做法扩大回填工程量约13万立方（虚方），增加产值约600万。
5.心得体会无论建设方还是施工方，安全都是第一要保障的要素，在确保安全的基础上才能采取相应的做法和施工措施。
优化结构设计降低成本
2008－07－17
“鸟巢” 及结构优化
2004年7月，“鸟巢” 没有通过全国超限高层建筑工程 抗震设防审查专家委员会组织的“抗震设防”审查。专家 认为：可开启、滑动式的“鸟巢”屋顶不但耗费大量钢材， 而且会使场馆承重大大增加，给场馆带来可能的安全隐 患。 “鸟巢”每平方米的用钢量达到500公斤，总的用钢量接 近5万吨。这是一个非常超标的用钢量，2000年悉尼奥运 会的平均用钢量仅为30公斤／平方米 。 “鸟巢”的初始 方案将直接造成造价高、施工难度大等不良后果。因此， 降低“鸟巢”的结构自重势在必行。 “鸟巢”经过相关 论证及结构优化调整，用钢量从约 5万吨降到约3.5万吨， 总投资预算从最初设计阶段的38亿元减少到31.3亿元， 为奥运场馆建设省下了6.7亿元。 主要进行了三方面优化：一是去掉原来的可开启屋顶；二 是扩大中间可开启屋顶的开口，降低用钢量；第三是减少 了9000个临时坐席。 优化之后‘鸟巢’仍是“鸟巢”，因为设计修改中最重要 的原则就是保持鸟巢基本的设计理念不变 。
如何在保证质量、不增加成本的前 提下缩短设计周期？
――决策的导向及措施； ――工序的前置及搭接； ――标准化设计的推广。
设计费的合理取值的思考
――设计费本身及其对总成本、进度、质 量的影响（如下图） ――设计费取值 ――设计费支付
设计费本身及其对总成本、进度、 质量的影响
设计合同中设计公司应承担的风险 有哪些？
成本管理理论的发展
传统成本管理理论是：着重工程建设阶段成本管 理；对项目操作成本进行约束。 现代成本管理理论：从范围上讲，全方位成本管 理，从成本管理最优化配置、价值分析、风险分 析等领域，以系统的观点全面分析项目的投入产 出比；从时间上讲，项目全生命成本管理，即把 成本管理的链条向前扩大到决策阶段，向后延伸 到项目的使用阶段，使项目的成本在其整个生命 周期中达到最优化。
产业结构、收入结构、需求结构与宏观经济的结构优化
产业结构、收入结构、需求结构与宏观经济的结构优化一、引言中国经济经历多年的高速发展(年均增长速度近10%) ，当前的经济总量位列全球第二，取得得成就令世界瞩目。
然而经济发展面临的国际环境恶化以及长期的“粗放型”增长所积累的矛盾日益突显，资源消耗高、生态环境承载力下降、收入差距拉大、贸易摩擦不断、金融风险加剧等都已成为中国经济持续健康发展的障碍。
鉴于国际环境的变化及中国“高增长”暴露出来的种种问题，我国提出加快转变经济发展方式的重大战略，这为中国经济未来发展指明了方向。
加快转变经济发展方式从本质上来说不可避免地涉及到经济结构的调整，经济结构的优化水平很大程度上能反映出经济发展方式转变的进展和成效。
在世界经济结构再次调整之际，紧紧围绕我国经济结构的优化是提升我国经济增长质量、实现经济可持续健康发展的战略之举。
二、我国宏观经济的结构现状2.1产业结构的现状随着经济发展，产业结构的演进可以用各次产业的增加值占GDP 的比重进行分析。
根据“配第—克拉克定理”，其演进规律是GDP 布局由一、二、三产业向三、二、一产业转变。
国家统计局的数据显示，1980 年我国GDP 在一、二、三产业的分布分别是30.2%、48.2%和21.6%。
在此之后第一产业所占比重明显下降，第二产业所占比重在曲线波动稍有提高，第三产业所占比重呈持续上升的趋势。
世界银行世界发展指标数据库的数据显示，2010 年我国GDP 在一、二、三产业的分布演变为9.5%、44.6%和45.9%，产业结构中第三产业占GDP 的比重跃居第一位。
对于当前我国产业结构高度化的判断，表4 同时列出了2010 年国际上其他国家的产业结构状况，2010 年，我国第二、三产业增加值占GDP 比重为90.5% (其中第三产业增加值占GDP比重为45.9%) ，产业结构高度化水平显著低于发达国家水平(其中美国第二、三产业增加值占GDP 比重为98.8%，第三产业增加值占GDP 比重为77.4%) ，与发展中国家的收入水平大体相当(第二、三产业增加值占GDP 比重90.3%) ，但我国第三产业发展显著落后，“金砖四国之一的巴西其产业结构高度化水平显著高于我国。
建筑结构设计中的材料选择与性能优化
建筑结构设计中的材料选择与性能优化材料在建筑结构设计中起着至关重要的作用，不仅决定了建筑物的耐久性和安全性，还直接影响着建筑物的外观和功能。
因此，在建筑结构设计的过程中，材料的选择和性能优化是一个不可忽视的关键环节。
本文将探讨建筑结构设计中材料选择的一些重要因素，并介绍一些常用的优化方法。
一、材料选择的重要因素在进行建筑结构设计时，材料选择应考虑以下几个重要因素：1.强度和稳定性：材料的强度和稳定性直接关系到建筑物的安全性。
因此，在选择材料时，应优先考虑其强度和稳定性指标。
2.耐久性：建筑物需要经受各种环境和气候条件的考验，因此材料的耐久性至关重要。
耐久性包括抗风化、抗腐蚀、抗紫外线等指标。
3.施工性：材料的施工性直接关系到施工工期和质量。
选择施工性良好的材料可以提高施工效率并降低施工风险。
4.美观性：材料的美观性是建筑物的外观形象的重要组成部分。
选择外观精美、颜色和纹理丰富的材料可以提升建筑物的整体形象。
二、常用的材料选择优化方法为了在建筑结构设计中选择最合适的材料，可以采用以下优化方法：1.性能对比：将不同材料的性能指标进行对比，评估其适用性和优劣势。
例如，对于承重墙的选择，可以对比砖墙和钢筋混凝土墙的强度、稳定性和施工性能。
2.经济性评估：在材料选择时，经济性也是一个重要的考虑因素。
通过比较不同材料的成本和维护费用，选择经济性最佳的材料。
3.环境友好性评估：在当今的绿色建筑潮流中，材料的环境友好性也是一个重要的考虑因素。
选择能够降低能耗和环境污染的材料可以提高建筑物的可持续性。
4.结构优化：对于已选定的材料，可以通过结构优化方法改进建筑物的性能。
例如，通过优化柱的截面形状和尺寸，可以提高建筑物的抗震性能。
5.仿真模拟：借助现代计算机仿真技术，可以对不同材料进行力学性能模拟，预测其在实际应力环境下的性能表现。
这有助于辅助材料选择和结构优化。
三、案例分析为了更好地理解材料选择与性能优化方法的实际应用，我们以一座高层建筑的结构设计为例进行分析。
结构优化案例
结构优化案例在工程设计和建设过程中，结构优化是一个非常重要的环节。
通过对结构进行合理的优化，可以提高建筑物的稳定性、安全性和经济性。
下面，我们将以一个实际的案例来介绍结构优化的过程和方法。
某高层建筑的结构设计初步完成后，工程师们发现在考虑了建筑物的整体稳定性和承载能力后，还存在一些可以进一步优化的地方。
首先，他们对建筑物的结构进行了全面的分析和评估，发现了一些存在的问题和改进的空间。
首先，他们发现建筑物的某些结构部位存在冗余设计，造成了不必要的材料浪费和成本增加。
为了解决这一问题，他们采用了有限元分析等先进的计算方法，对结构进行了详细的受力分析和优化计算，确定了最优的结构形式和材料使用方案，从而实现了结构的合理优化和材料的最佳利用。
其次，他们还发现建筑物的某些结构部位存在设计不合理，造成了局部的应力集中和安全隐患。
为了解决这一问题，他们进行了结构参数的调整和优化，采用了新型的连接件和加固措施，从而提高了结构的整体稳定性和安全性。
最后，他们还对建筑物的整体结构进行了综合优化，通过对结构形式、材料选用、受力分析等方面的综合考虑，最大限度地提高了建筑物的整体性能和经济性。
通过上述的结构优化过程，工程师们最终实现了建筑物结构的合理优化和整体性能的提升，为建筑物的安全运行和长期使用提供了有力的保障。
结构优化是一个复杂而又关键的工程环节，需要工程师们具备扎实的理论基础和丰富的实践经验，同时还需要运用先进的计算方法和工程技术手段。
只有通过不断的探索和实践，才能不断提高结构优化的水平和能力，为建筑物的安全可靠运行提供更加坚实的保障。
在今后的工程设计和建设中，我们将继续加强对结构优化的研究和实践，不断提高工程质量和水平，为建设更加安全、稳定、高效的建筑物而努力奋斗。
结构优化，让建筑更加安全可靠，让工程更加精益求精！。
建筑结构优化设计方法及案例
单位面积总钢筋
单位面积梁钢筋
本工程板计算采用壳单元，梁钢筋用量节省了1.5 kg/㎡ 。
3）次梁的抗震等级
与墙相连的梁建模时都按主梁输入, 次梁是否判定为非 抗震, 影响梁的最小配筋率和其它构造, 次梁判据全国有如 下5种选择, 次梁数目从少到多：
1）与墙垂直相连的梁为框架梁：除连梁外，所有与墙 相 连 的 梁 为 框 架 梁 ； 2）一端与墙
2、过程优化
根据设计优化介入设计阶段的时间点，设计优 化可分为设计过程优化和设计结果优化。
➢ 设计结果优化
在施工图设计完成后进行的设计优化，通过对原设 计图纸进行专业化和精细化的复核，提出优化意见 。
优化空间小、增加设计人工作量、影响工期
➢ 设计过程优化
在项目方案设计阶段就介入，在设计过程中通过精细化 和专业化的工作模式开展设计优化工作，并与设计同步进行 。过程优化，成本控制最为有效、与设计人沟通更容易、技 术论证更充分。 1 )建筑方案设计阶段
对可选建筑方案进行结构可行性评价；对确定的建筑方 案进行结构方案分析，并进行相应的结构比选； 2 )扩初设计阶段
对项目各部分进行结构经济技术分析，并形成结构经济 技术分析报告供业主审批后在设计中采用，如基础选型分析 报告、地下室底板顶板技术经济分析报告、结构转换层技术 经济分析报告等
审查设计单位完成的超限审查报告过程文件，并提出超 限审查报告优化意见与设计单位沟通落实，协助设计单位通 过超限审查。
钢筋（kg）
梁
板
194967
132087
12.7
8.5
35.2%
23.8%
184470
132087
12.0
产品结构优化案例
产品结构优化案例产品结构优化是指通过对产品的组织和设计进行调整，以提高产品的性能、降低成本、增强竞争力等方面的目标。
下面是十个产品结构优化的案例：1. 汽车发动机结构优化：通过调整发动机的排列方式、材料选择、零部件组合等，提高发动机的功率输出、燃油效率和可靠性，降低噪音和排放。
2. 电脑主板设计优化：通过改进电路布局、增加散热装置、优化电源供应等，提高主板的稳定性和散热性能，降低故障率和功耗。
3. 建筑结构优化：通过调整结构的形状、材料的选择、支撑方式等，提高建筑的抗震能力、承载能力和安全性，降低建造成本和材料消耗。
4. 食品包装设计优化：通过改进包装材料的选择、设计结构的合理性、密封性能等，延长食品的保质期、增强产品的吸引力，减少包装成本和资源浪费。
5. 电池结构优化：通过调整电池内部材料的组合、电极设计、电解质选择等，提高电池的能量密度、循环寿命和安全性，降低成本和环境影响。
6. 机械设备的传动系统优化：通过改进传动方式、减少能量损失、提高传动效率等，降低设备的噪音、振动和能耗，提高生产效率和可靠性。
7. 医疗器械结构优化：通过优化器械的设计、材料的选择、操作方式等，提高医疗器械的安全性、舒适性和便携性，减少使用成本和医疗风险。
8. 电子产品的外壳设计优化：通过改进外壳材料的选择、结构的合理性、外观的美观性等，提高产品的耐用性、防水性和易用性，增强品牌形象和竞争力。
9. 交通工具座椅结构优化：通过调整座椅的形状、材料的选择、人体工程学设计等，提高座椅的舒适性、支撑性和安全性，减少疲劳和伤害风险。
10. 电子设备散热结构优化：通过改进散热器的设计、散热材料的选择、通风系统的布局等，提高设备的散热效果、稳定性和可靠性，延长使用寿命和降低维修成本。
这些案例展示了产品结构优化在不同领域的应用，通过调整设计、材料和组织方式等方面，可以提高产品的性能、降低成本、增强竞争力，从而满足市场需求和用户期望。
产品结构优化是一个持续改进的过程，需要综合考虑技术、经济、环境和用户等多方面的因素，以实现最佳的产品性能和价值。
结构拓扑优化设计综述
结构拓扑优化设计综述一、本文概述随着科技的不断进步和工程领域的深入发展，结构拓扑优化设计作为现代设计理论的重要分支，其在航空航天、汽车制造、建筑工程等诸多领域的应用日益广泛。
结构拓扑优化设计旨在通过改变结构的内部布局和连接方式，实现结构在承受外部载荷时的最优性能，包括强度、刚度、稳定性、轻量化等多个方面。
本文旨在对结构拓扑优化设计的理论、方法及其在各领域的应用进行系统的综述，以期为该领域的进一步研究和发展提供参考和借鉴。
本文将回顾结构拓扑优化设计的发展历程，介绍其从最初的试错法到现代数学规划法、智能优化算法等的发展历程，并分析各种方法的优缺点和适用范围。
本文将重点介绍目前结构拓扑优化设计中的主流方法，包括基于梯度的方法、启发式算法、元胞自动机方法、水平集方法等，并详细阐述这些方法的原理、实现步骤和应用案例。
本文还将探讨结构拓扑优化设计中的关键问题，如多目标优化、约束处理、计算效率等，并提出相应的解决方案。
本文将结合具体的工程案例，分析结构拓扑优化设计在实际工程中的应用情况，展望其未来的发展趋势和应用前景。
通过本文的综述，读者可以对结构拓扑优化设计有一个全面、深入的了解，为相关领域的研究和实践提供有益的参考。
二、拓扑优化设计的理论基础拓扑优化设计是一种高效的设计方法，它旨在优化结构的拓扑构型，以达到最佳的力学性能和经济效益。
这一设计方法的理论基础主要源于数学优化理论、有限元分析和计算力学。
数学优化理论为拓扑优化设计提供了框架和算法。
它包括了线性规划、整数规划、非线性规划等多种优化方法。
这些方法可以帮助设计者在满足一定约束条件下，寻求目标函数的最优解。
在拓扑优化设计中，目标函数通常是结构的某种性能指标，如质量、刚度、强度等，而约束条件则可能是结构的制造工艺、材料属性、边界条件等。
有限元分析是拓扑优化设计的核心工具。
它通过将连续体离散化为一系列有限大小的单元，利用单元之间的连接关系，模拟结构的整体行为。
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从结构的整体性出发，通过有效的材料分布，来实现结构优化。
2020/4/7
10
结构优化思路
上部结构的设计及荷载取值 将影响地下室及基础设计
上部塔楼
2020/4/7
±00
地下室
11
基础
案例1：合肥皖安
2020/4/7
12
合肥皖安
方案阶段结构经济性初步评估
15.5 m
42 m
七度抗震设防区 进深 = 15.5 米
34 层 户型: 140 + 90 m2
202混0/4凝/7 土量 结构自重 基础造价
13
合肥皖安
风荷载取值：
在2KM为半径的主导风向，范围内：
建筑物平均高度不大于9m时为B类， 建筑物平均高度9－18m时为C类， 平均高度大于18m时可取D类。
项目地处合肥市区，建议风荷载地面粗糙度应由 原来设计中的B类改为C类。
上海四季花城11层 49 kg/m2
6
7
8
抗震等级
钢筋用量
80
60
上海吴泾 55 kg/m2
49 kg/m2
无锡魅力四期
40
40 kg/m2
20
72 kg/m2
0
4
11
18
25
32
39
层数
80
钢筋用量
60
53 kg/m2
40
上海吴泾
45 kg/m2
20
0
2020/4/07.3
0.4
0.5
4
混凝土量 (m3/m)
21
18层一梯二单体
基础设计：
布桩系数取值较规范值高20%，桩长可减少10%左右。
2020/4/7
22
地杰项目
结构优化汇总
可见，从结构整体性上得到的经济性优化，要较纯粹的构件的优化来
2020/4/得7 更加有效且合理。
23
地杰项目
结构优化汇总 (预估)
2020/4/7
24
案例3：地杰地下车库
设计风载可以降低30%。
2020/4/7
14
合肥皖安
混凝土保护层：
2020/4/7混凝土保护层的减少,能够减少板配筋15%左右.
15
合肥皖安
地库底板
基础低板均安Ø16@200设计，过于保守，应该按照不同的
板跨进行调整，使底板配钢节省30肥皖安
钢筋含量：
67 kg/m2
18层一梯二单体
结构选型：
1.5 m
2020/4/7
结构上做到双拼，并且在凹 曹处加上连接板，可以使得 结构刚度增加，从而可以减 少结构墙体，减少外墙面 PC量，增加建筑使用率。
有助于设计经济性的提高。
20
25层一梯二单体
楼板配筋：
2020/4/7
根据规范要求,断开 楼板上层配筋, 降低 钢筋含量.
5
钢筋量评估：建筑体量
28 m 15 m
35 m
塔式住宅， 30 层
2020/4/7
42 m
板式住宅，30层
6
结构方案经济性监控
建筑专业 -建筑体量
规划专业 -建筑层数
结构方案设计 结构经济性监测 评估合理钢筋用量
结构的优化方案
多202专0/4/业7 结构经济性控制
施工专业 -混凝土材料
7
扩初、施工图
2020/4/7
坡道面积：1500 ~ 1700 m2
150
典型梁尺寸：550 x 250 梁主筋：4 Ø 20 板主筋：8@200
29
结构选型：
坡道
2020/4/7
30
总结
方案设计充分 结构定义正确 结构布置合理 构件配筋细致
2020/4/7
31
2020/4/7
32
结构优化
规划、方案 扩初、施工图
2020/4/7
1
规划、方案
•结构经济性评估 •多专业控制
2020/4/7
2
结构经济性：主控参数
2020/4/7
3
主要控制参数：
钢筋用量
80 60 40 20 0
5
无锡魅力四期14层 45 kg/m2
无锡魅力四期11层 40 kg/m2
上海四季花城14层 57kg/m2
58 kg/m2
2020/4/7
17
案例2：上海地杰
2020/4/7
18
18层一梯二单体
活荷载取值：
设计中剪力墙的设计未考虑活载折减， 取值过大。
层数 1 2--3 4--5 6--8 9--18
折减系数 1.00 0.85 0.70 0.65 0.60
设计活载可以降低25%。
2020/4/7
19
钢筋量评估：
合理钢筋量 =
ke x kd x km x 50 kg /m2
ke 为地震调整系数 kd 为体量调整系数
km 为材料调整系数
说明:
•钢筋含量评估中,所采用的面积是总楼面面积(CFA)，其数值较建筑面积（GFA）高3%左右。
2020/•4根/7据成本口的数据统计，框筒结构体系与剪力墙体系的经济指数相差很小。
•结构设计优化
安全性 舒适度
2020/4/7
8
结构性能规范
安全性： •楼面荷载承载力 •结构抗侧力 •风 •常遇地震
舒适度及耐久度： •楼面变形 •楼板震动、隔音 •楼板及墙体裂缝
国家规范 强制条文
2020/4/7
9
结构优化思路
结构定义/选型 荷载取值
结构整体稳定性
构件尺寸
结构经济性 数据
构件配筋
2020/4/7
25
结构选型：
地库
700 X 500 150 8100
8100 600 X 400 600 X 400
350
2020/4/7 无梁大板方案
主次梁方案
26
结构选型：
地库
2020/4/7
27
案例4：其他基建
2020/4/7
28
坡道
方案一：大板
方案二：梁-板
500
上下主筋：18@100