在建筑外形基本确定后，结构体系的选择和优化成为结构设计的首要问题。

区别于一般的优化问题，实际工程优化问题十分复杂，涉及各种因素(环境、荷载、几何特征、材料、施工、管理、造价等)，受多方面的制约，确定结构体系和优化时必须抓住问题的主要方面和主要矛盾，删繁就简，抽象为合理的数学模型。优化的效果，很大程度上取决于所采用的优化模型(定义的目标函数，考虑的约束条件和选择的设计变量)和优化方法。

概括地说，超高层结构选型和优化问题通常具有以下特点：

（1）实际工程设计问题十分复杂，涉及的目标和约束，例如建筑艺术、使用功能、施工和管理等非结构因素，往往很难用数学模型来描写，问题中的设计变量也往往很难用数值来描写。这些非结构因素对设计的影响可能比应力、变形等结构因素更为显著，采用过于简化的模型，无法反映它们对设计的影响，导致优化结果很难在实际工程中得到应用。因此建立一个能够同时考虑结构和非结构因素的恰当优化模型，对于研究工程结构优化问题十分重要。此外，要发挥工程经验的作用，这一点上，华东院具有较好的经验和技术积累。

（2）工程优化问题的目标函数和约束条件有可能不连续、不可导、多峰，甚至无法表达为设计变量的函数，设计域也可能非凸、不连通等。这使得数学规划法在处理这类问题时往往变得很困难甚至不可能。此外，工程优化问题的设计变量往往为离散的，或离散变量与连续变量并存。这导致基于连续设计变量假设的优化算法无法直接应用。常见的先把设计变量做连续化处理，然后再根据问题可用的离散取值对优化结果圆整的办法，往往导致得到的设计要么过于保守，要么不可虽然过去几十年中，研究者也提出一些以数学规划法为基础的可用于处理离散变量的优化方法，但是，对于大规模的实际工程优化问题，这些方法仍然面临很多困难。一种解决方案是采用离散的（不连续的）模型近似模拟，实现较优化模型。

（3）考虑到实际工程设计、建造、使用过程中众多不确定性因素的影响，工程优化问题更强调设计的可靠性和鲁棒性。基于可靠度的优化设计是将可靠度作为一个约束，来寻求最优的设计，这方面已经有大量的研究工作。

（4）工程优化问题考虑到制造施工的方便性，一般要求一个设计中的构件不能有太多的类型。一般的，优化所得结果中设计变量取值各异，这样的设计虽然在某些方面改善了结构性能，但过多不同形式的构件尺寸或类型，带来制作、安装以及管理费用的急剧增加，既不经济也不可行。因此，设计问题同时也要考虑施工可建性，华东院超高层设计过程中积累了大量经验，与国内大型施工单位中国建筑、上海建工等有着广泛的合作基础。

（5）实际工程问题一般包含大量的设计变量和多个约束条件，获得全局最优解需要花费巨大的计算代价，这通常是不现实的。同时，不同于理论研究侧重如何用优化方法获得一个简单优化问题的全局最优解，实际工程设计将结构优化方法作为寻找创新设计的工具，主要用来帮助工程师以比较高的效率获得一系列不同的设计，工程优化问题往往只需要近似最优解或满意解。

（6）高层建筑结构设计可分为方案设计和详细设计（扩初、施工图）两个阶段。在方案设计阶段，工程师需要选择既有创意又有可行性的结构体系，并产生一个具有粗略尺寸参数的结构骨架系统，该阶段是整个结构系统设计的最关键环节，并将直接影响详细设计阶段的构件设计。工程实践表明，高层建筑结构设计能否做到安全、经济、合理，关键在于选定的结构方案是否恰当。结构方案选择不单纯是结构问题，而是一个综合性的科学问题，是一个多目标的有着许多不确定性影响因素的综合决策问题，具有强烈的软科学色彩。但是，一个好的结构方案一定要满足建筑使用功能的要求，要保证结构安全合理和施工可行，也要考虑造价的经济性。由于高层建筑一般都是非常重要的建筑物，因此，高层建筑结构方案的选择也就具有比一般建筑结构方案选择更重大的责任。

详细设计是在方案设计的基础上，采用合适的计算方法，确定给定荷载作用下结构的内力和变形，并反复调整各构件尺寸直至获得满足规范要求的满意设计。在详细设计阶段，借助尺寸优化的办法可以得到满足设计要求的最优构件尺寸设计。以往结构优化的研究工作也大多集中在这一阶段。

随着科技的发展，高层结构抗侧力体系的发展趋势主要呈现出：空间化、巨型化、边缘化和支撑化，建筑体形的锥形化，建筑材料的轻质高强化，计算设计手段的精细化和荷载研究的专项化。

为此从工程应用的角度出发，基于现有高层建筑结构体系和高层建筑及超高层建筑的受力和发展特点，对高层建筑新型结构体系和最优结构体系进行一些探索性研究。对于一个高层结构，如何求其最优的结构形式？可以通过简化成为一平面内的悬臂连续构件在竖向力与水平力共同作用下满足一定约束条件的结构重量最小的问题，其优化结果实质是一施加竖向荷载作用的Michell桁架。

理论上，Michell桁架针对由无限细、无限密的杆件构成的连续体结构，并非工程意义上的桁架，一般不具有直接的工程应用价值。为此可通过何用遗传算法、主应力迹线等方法来寻找Michell桁架，即最优的超高层结构体系。