張水兵

摘要：近年來，我國的國民經(jīng)濟(jì)不斷發(fā)展，在這樣的社會(huì)經(jīng)濟(jì)背景下，建筑行業(yè)得到了快速的發(fā)展，本文主要講述了土建結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的優(yōu)化技術(shù)，并對優(yōu)化技術(shù)進(jìn)行了具體的分析研究，希望能夠提高土木建筑行業(yè)的施工技術(shù)水平。

關(guān)鍵詞：優(yōu)化技術(shù)；土建結(jié)構(gòu)；設(shè)計(jì)

隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，人們的物質(zhì)文化生活水平越來越高，同時(shí)，人們對當(dāng)下生活居住環(huán)境的要求也不斷提高，在這種環(huán)境背景下，房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作面臨的考驗(yàn)越來越嚴(yán)峻。土建結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的優(yōu)化技術(shù)需要根據(jù)項(xiàng)目工程的實(shí)際情況進(jìn)行確定，通過一系列的精確計(jì)算，對房屋的建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。土建結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中運(yùn)用優(yōu)化技術(shù)，能夠提高土建施工過程中房屋結(jié)構(gòu)的安全性、耐用性以及美觀性，根據(jù)這些情況，如何更好的將優(yōu)化技術(shù)運(yùn)用到土木建筑結(jié)構(gòu)中，逐漸成為建筑設(shè)計(jì)領(lǐng)域研究的重點(diǎn)內(nèi)容。

一、優(yōu)化技術(shù)的運(yùn)用對土木建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)帶來的現(xiàn)實(shí)意義

在房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中合理的運(yùn)用結(jié)構(gòu)優(yōu)化技術(shù)，不僅能夠節(jié)省建筑成本，還能夠使房屋具有美觀性、實(shí)用性。每一個(gè)房屋建筑開發(fā)商都希望，在滿足房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理性和可靠性的同時(shí)，盡最大的可能減少房屋建筑投資的成本，獲得最大的經(jīng)濟(jì)效益。

通過對優(yōu)化技術(shù)進(jìn)行合理利用，能夠維持建筑行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，實(shí)現(xiàn)更大的市場經(jīng)濟(jì)效益。和傳統(tǒng)的房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)相比較，運(yùn)用優(yōu)化技術(shù)能夠減少房屋的工程造價(jià)，該工程造價(jià)比原有的造價(jià)少6%～34%，土建結(jié)構(gòu)中運(yùn)用優(yōu)化技術(shù)，能夠使建筑材料得到充分的利用，實(shí)現(xiàn)建筑內(nèi)部結(jié)構(gòu)各單元之間的相互協(xié)調(diào)，并且達(dá)到國家規(guī)定的建筑物安全度。同時(shí)，能夠?qū)Ψ课萁ㄖ械恼w結(jié)構(gòu)進(jìn)行合理的優(yōu)化分析，因此，優(yōu)化技術(shù)的合理應(yīng)用，是實(shí)現(xiàn)房屋整體設(shè)計(jì)安全性、適用性的有效途徑。

優(yōu)化技術(shù)的應(yīng)用，不僅是實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目經(jīng)濟(jì)效益的關(guān)鍵點(diǎn)，也是提高房屋整體質(zhì)量的關(guān)鍵。例如在進(jìn)行房屋容積率結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，因?yàn)榉课萑莘e率的的計(jì)算方法是通過項(xiàng)目建筑面積和房屋用地面積之比進(jìn)行確定的，通常來講，房屋的占地面積固定不變，因此，容積率大小的決定因素就變成了層高以及樓棟間距，建筑面積越大，層高越高，樓棟之間的距離越小，建筑房屋帶來的經(jīng)濟(jì)效益就會(huì)越大，但是，容積率值的提高必須控制在一定的范圍以內(nèi)，否則，會(huì)給用戶的居住舒適度造成嚴(yán)重的影響，也會(huì)在一定程度上加大地基的承載力度，影響用戶對房屋的安全使用。

二、土建結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的優(yōu)化方法

因?yàn)橥两ńY(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的優(yōu)化方法比較多，目前還沒有形成統(tǒng)一的優(yōu)化方法。按照優(yōu)化方法的特點(diǎn)進(jìn)行分類，主要包括兩種，即：數(shù)學(xué)規(guī)劃法和優(yōu)化準(zhǔn)則法。

（一）數(shù)學(xué)規(guī)劃優(yōu)化法

數(shù)學(xué)規(guī)劃優(yōu)化法運(yùn)用的基本原理是結(jié)構(gòu)力學(xué)，在進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，利用數(shù)學(xué)規(guī)劃法、優(yōu)選法等方法尋找結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的最優(yōu)變量。目前，數(shù)學(xué)規(guī)劃法的運(yùn)用主要是為了解決非線性規(guī)劃問題。數(shù)學(xué)規(guī)劃法在長期的發(fā)展過程中，為了適應(yīng)不同的房屋建筑結(jié)構(gòu)，便形成了不同的算法，這些算法具有實(shí)用性以及通用性，并且是在嚴(yán)謹(jǐn)?shù)睦碚摶A(chǔ)上形成的，在一定程度上能夠?qū)崿F(xiàn)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的最優(yōu)化。目前，對于土建結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)還沒有形成特定的形式，主要是根據(jù)不同建筑物結(jié)構(gòu)的實(shí)際情況進(jìn)行確定，具體問題具體分析。

（二）優(yōu)化準(zhǔn)則法

優(yōu)化準(zhǔn)則法主要是從工程觀點(diǎn)出發(fā)，滿足建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化技術(shù)中需要的某些準(zhǔn)則，例如滿足能量計(jì)算的準(zhǔn)則、應(yīng)力準(zhǔn)則等，之后通過迭代法計(jì)算出滿足這些準(zhǔn)則的解。優(yōu)化準(zhǔn)則法的確立主要是從長期的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)總結(jié)中所得，并在此基礎(chǔ)上，進(jìn)行相關(guān)的理論分析、研究、判斷，它的設(shè)計(jì)優(yōu)化結(jié)果通常只是接近最優(yōu)化。

優(yōu)化準(zhǔn)則法具有的特點(diǎn)主要有：收斂快、注重分析結(jié)構(gòu)的次數(shù)、設(shè)計(jì)變量數(shù)目之間無直接聯(lián)系、工程計(jì)算量小等。另外，優(yōu)化準(zhǔn)則法的基本原理比較簡單、直觀且容易實(shí)現(xiàn)。其中，滿應(yīng)力設(shè)計(jì)計(jì)算是最早提出的準(zhǔn)則法，該方法在運(yùn)用的過程中，能夠使材料的強(qiáng)度得到充分的發(fā)揮。優(yōu)化準(zhǔn)則法也可以處理位移、彈性穩(wěn)定、自振頻率等方面存在的限制條件。

優(yōu)化準(zhǔn)則法的主要缺點(diǎn)是使用具有局限性，主要的適用范圍為結(jié)構(gòu)布局和幾何形式已經(jīng)確定的情況。在考慮多種約束、多種變量關(guān)系的時(shí)候，優(yōu)化準(zhǔn)則法在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中不能起到明顯的效果。

三、土木建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)應(yīng)注意的問題

（一）優(yōu)化技術(shù)在土建結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中應(yīng)用時(shí)應(yīng)注意前期的參與工作

土建結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的前期設(shè)計(jì)方案能夠?qū)ㄖ?xiàng)目的成本產(chǎn)生直接性的影響，但是，很多前期的設(shè)計(jì)方案當(dāng)中不包含結(jié)構(gòu)優(yōu)化技術(shù)的相關(guān)內(nèi)容，這種情況經(jīng)常導(dǎo)致設(shè)計(jì)人員在進(jìn)行房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，忽略結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的合理性以及可行性。這樣不但加大了房屋建筑人員的工作難度，而且會(huì)增加房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的成本，因此，設(shè)計(jì)人員在進(jìn)行前期方案設(shè)定的過程中，要融入優(yōu)化設(shè)計(jì)方案，盡最大可能減少建筑投資的成本。

（二）設(shè)計(jì)人員應(yīng)當(dāng)注意優(yōu)化技術(shù)的細(xì)節(jié)

設(shè)計(jì)人員在進(jìn)行房屋整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)當(dāng)注意局部細(xì)節(jié)的處理工作，目前，優(yōu)化設(shè)計(jì)已經(jīng)將計(jì)算機(jī)技術(shù)以及優(yōu)化設(shè)計(jì)中的相關(guān)理論進(jìn)行了結(jié)合，該設(shè)計(jì)已經(jīng)從工程實(shí)踐問題逐漸轉(zhuǎn)化為數(shù)學(xué)問題，因此相關(guān)的工作人員要不斷提高自己利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行優(yōu)化技術(shù)設(shè)計(jì)的能力，促使自身的設(shè)計(jì)更加的科學(xué)合理。

四、優(yōu)化技術(shù)在土建結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

（一）概念設(shè)計(jì)優(yōu)化和土建結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

每一個(gè)土建結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的方案中，都包含許多的結(jié)構(gòu)以及布局設(shè)計(jì)，概念設(shè)計(jì)的基本目標(biāo)就是為了保證房屋在多種因素的影響下，仍然可以保持穩(wěn)定性以及實(shí)用性。因此，在進(jìn)行房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，要加大對房屋性能的設(shè)計(jì)，避免出現(xiàn)疏漏。

比如，目前的地震災(zāi)害，一旦發(fā)生，人們很難進(jìn)行控制。因此，在房屋的概念結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，應(yīng)當(dāng)把增強(qiáng)房屋的抗震性能列為重要的課題。為了盡最大可能減少地震災(zāi)害造成的損失，要保證房屋建筑材料的性能，采用延性設(shè)計(jì)，減緩地震災(zāi)害對房屋產(chǎn)生的作用。

（二）實(shí)用性和藝術(shù)性相互融合

建筑物相當(dāng)于建筑師手中的藝術(shù)品，建筑設(shè)計(jì)師在進(jìn)行建筑設(shè)計(jì)的過程中，始終期望能夠把房屋的實(shí)用性和美觀性進(jìn)行完美的融合。因此，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員在保證房屋安全質(zhì)量的情況下，對建筑物的結(jié)構(gòu)進(jìn)行適當(dāng)?shù)母纳?，盡最大可能的實(shí)現(xiàn)建筑設(shè)計(jì)師的美學(xué)意圖。

在進(jìn)行建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)當(dāng)滿足設(shè)計(jì)師的基本設(shè)計(jì)意圖，在進(jìn)行平面布局時(shí)，要精確、對稱、具有規(guī)則性，最大限度的減少質(zhì)量和材料剛度之間的差異。

在進(jìn)行豎向布局時(shí)，首先應(yīng)滿足房屋的使用功能，保證豎向承重構(gòu)件能夠上下貫通，再運(yùn)用轉(zhuǎn)換層降低結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的難度以及成本。

（三）房屋結(jié)構(gòu)的優(yōu)化措施

1、在進(jìn)行房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，要保證承重柱的截面高度符合建筑施工的要求，進(jìn)而控制橫梁的線剛度比，增強(qiáng)房屋使用的耐用性以及安全性。

2、確保懸挑梁的高度符合標(biāo)準(zhǔn)，懸挑梁在使用時(shí)，需要做成截面，這樣可以減小懸挑梁截面的應(yīng)力，防止梁體產(chǎn)生變形。

3、要科學(xué)設(shè)計(jì)連續(xù)梁，在設(shè)計(jì)中，應(yīng)當(dāng)避免把連續(xù)梁按照單梁的形式進(jìn)行設(shè)計(jì)，連續(xù)梁支座上部的負(fù)筋配置要根據(jù)連續(xù)梁的情況合理設(shè)計(jì)優(yōu)化。

4、在進(jìn)行施工時(shí)，要加大抗震縫之間的寬度，防止地震發(fā)生時(shí)，兩側(cè)房體之間發(fā)生碰撞。

結(jié)語

在土建結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中利用優(yōu)化技術(shù)，不僅能夠?qū)崿F(xiàn)建筑物美觀、實(shí)用性，還能夠減少建筑投資的成本，實(shí)現(xiàn)建筑工程設(shè)計(jì)對經(jīng)濟(jì)、實(shí)用、美觀和便于施工方面的要求。同時(shí)，優(yōu)化技術(shù)的運(yùn)用符合當(dāng)今建筑開發(fā)商對建筑結(jié)構(gòu)效益的需求，也符合建筑市場持續(xù)發(fā)展的需求。

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