徐力

摘要：近年來，隨著我國國民經(jīng)濟的持續(xù)快速發(fā)展，建筑行業(yè)也得到了快速發(fā)展，其地位也越來越重要，這就使得對土建結(jié)構(gòu)工程設(shè)計進行研究有了意義。文章依此對優(yōu)化技術(shù)在土建結(jié)構(gòu)工程設(shè)計中的應用進行了分析，首先說明了優(yōu)化技術(shù)的現(xiàn)實意義，然后闡述了其應注意的問題，最后對其應用進行了分析。

關(guān)鍵詞：優(yōu)化技術(shù)；土建結(jié)構(gòu)；工程設(shè)計；建筑行業(yè)；建筑設(shè)計 文獻標識碼：A

中圖分類號：TU318 文章編號：1009-2374（2016）30-0119-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.30.058

1 土建結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計技術(shù)的現(xiàn)實意義

每一個建筑企業(yè)都希望可以在滿足土建結(jié)構(gòu)長遠利益的前提下付出最低的成本，最大程度地減少土建結(jié)構(gòu)的近期投資。土建結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化技術(shù)可以在保證建筑物結(jié)構(gòu)科學合理性的前提下達到降低經(jīng)濟付出的效果。土建結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計技術(shù)有利于促進實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展，可以用同樣的資金獲取更大的市場收益?，F(xiàn)代的土建結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計技術(shù)與傳統(tǒng)的設(shè)計技術(shù)相比有很大的優(yōu)越性，選擇設(shè)計優(yōu)化方法可以很好地降低工程成本。實現(xiàn)土建結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化技術(shù)有利于合理性能材料的選擇，可以最大程度上協(xié)調(diào)土建結(jié)構(gòu)內(nèi)部各個單元之間的關(guān)系，從而提高土建工程的建設(shè)效率和安全性。除此之外，優(yōu)化設(shè)計技術(shù)也能夠為土建的整體設(shè)計方案做出科學合理的決策，所以優(yōu)化技術(shù)是有效實現(xiàn)土建結(jié)構(gòu)設(shè)計的方法。

隨著建筑層數(shù)的增加，墻體面積和柱體積也會增加，這樣一來土建結(jié)構(gòu)的自重就會隨之增加，基礎(chǔ)和柱的承載力也因此而增加，這樣土建內(nèi)部裝修等都要考慮這一問題。與此相反，如果層數(shù)減少就可以很好地節(jié)約建筑材料和建筑造價，也可以達到抗震效果。從日照等因素來看降低層高可以減少建筑間的日照距離，可以有效地節(jié)約建筑用地。在建筑面積一定的情況下，土建使用不同的形狀可以改變外墻周長系數(shù)，也可以改變內(nèi)外表面裝修等，所以在土建結(jié)構(gòu)設(shè)計中要優(yōu)化設(shè)計方案，利用優(yōu)化技術(shù)來提高建筑的經(jīng)濟性能。

2 建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化技術(shù)應該注意的主要問題

2.1 設(shè)計人員要注重細部優(yōu)化

建筑設(shè)計人員必須注重整體設(shè)計，在整體設(shè)計的基礎(chǔ)上還要充分考慮細部設(shè)計，要加強對土建結(jié)構(gòu)的精細設(shè)計。例如增加現(xiàn)澆板的受力程度避免拐角裂縫的出現(xiàn)、盡量劃分矩形板塊的現(xiàn)澆板設(shè)計，一般要保證建筑的穩(wěn)定性，多采用按單筋矩形截面設(shè)計。

在計算機技術(shù)和優(yōu)化設(shè)計理論相互結(jié)合的時代，優(yōu)化技術(shù)已經(jīng)從工程實踐問題逐漸向數(shù)學問題過渡，所以土建工程設(shè)計人員必須加強自身基于計算機技術(shù)的優(yōu)化設(shè)計分析能力，從而提升自身設(shè)計的科學性。

2.2 建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化技術(shù)的應用要注意到前期的參與

土建工程建設(shè)前期的設(shè)計方案將對建筑項目的造價產(chǎn)生直接的影響，對設(shè)計進行優(yōu)化是節(jié)約成本很好的做法，但是大多數(shù)前期方案的確定中多不包括結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計技術(shù)，這樣就會導致相關(guān)的設(shè)計工作人員在進行土建結(jié)構(gòu)設(shè)計時無法很好地考慮土建結(jié)構(gòu)的可行性和合理性，這樣只會增加土建結(jié)構(gòu)設(shè)計的難度，會致使結(jié)構(gòu)設(shè)計工作成本不斷增加，所以土建結(jié)構(gòu)設(shè)計人員在前期設(shè)計時必須充分融合優(yōu)化設(shè)計方案，從而有效地節(jié)約土建成本。

3 土建結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化方法

3.1 數(shù)學規(guī)劃法

數(shù)學規(guī)劃法是從結(jié)構(gòu)的力學基本原理出發(fā)來對土建結(jié)構(gòu)設(shè)計進行規(guī)劃的一種方法。運用優(yōu)選法和數(shù)學規(guī)劃法等方法對設(shè)計變量尋找最優(yōu)的解。一般情況下，數(shù)學規(guī)劃法比較適用于處理非線性的規(guī)劃問題，在其長期的應用發(fā)展中也形成了適用于多種情況的不同算法，有一定的通用性，也有非常嚴格的理論基礎(chǔ)，合理運用可以找到局部的最優(yōu)解。當然，對一種特定的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計，還是要具體問題具體分析，依據(jù)實際情況來選取優(yōu)化方法。

3.2 優(yōu)化準則法

優(yōu)化準則法是以工程本身為出發(fā)點在結(jié)構(gòu)達到優(yōu)化設(shè)計時要滿足那些準則進行研究的一種方法，例如能量的準則和滿應力的準則等。這種方法可以用迭代法來對這些準則的解進行準確的求解，所以這些優(yōu)化的準則大部分都要依據(jù)現(xiàn)有的實踐經(jīng)驗，通過一定的理論研究來分析并判斷所得到的，其設(shè)計可以接近最優(yōu)，所以說是一種工程方法。

優(yōu)化準則法有收斂較快的特點，其工作原理也比較簡單、直觀，一般是比較容易實現(xiàn)的。滿應力設(shè)計準則是最早提出的準則，這個方法可以最大程度地發(fā)揮材料強度的潛力。另外，準則法也可以處理彈性穩(wěn)定、位移、自振頻率等方面的問題，一般是從Kuhn-Tucker條件出發(fā)來設(shè)計準則方程。但是準則法也有其缺陷，其主要適于土建結(jié)構(gòu)布局和幾何形式已確定的情況，所以其適應范圍有一定的局限性。如果要同時考慮多種的約束，優(yōu)化準則法就很難發(fā)揮其作用，在變量之間關(guān)系較為復雜的情況下就不適宜用優(yōu)化準則法。

4 優(yōu)化技術(shù)在土建結(jié)構(gòu)設(shè)計中的應用

4.1 常見問題的優(yōu)化措施

要實現(xiàn)土建結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計就必須在實際的工作中充分重視每一個環(huán)節(jié)的實用性和安全性，對于一些常見問題的優(yōu)化措施可以歸于以下六點：（1）設(shè)計要盡量加大抗震縫的寬度，以防止地震發(fā)生時抗震縫兩側(cè)碰撞問題的出現(xiàn)；（2）要合理地設(shè)計懸挑梁，保證其符合標準，將其設(shè)置為截面可以有效地降低懸挑梁截面的應力，從而達到防止梁體變形的效果；（3）科學地設(shè)計連續(xù)梁，要嚴格避免其按照單梁設(shè)計，另外要合理地對連續(xù)梁支座上部的負筋配置進行設(shè)計；（4）構(gòu)造柱的剛性一般要比承重柱差很多，而對于一部分位于承重梁下的構(gòu)造柱應該按照承重柱的剛性標準來進行設(shè)計，以滿足其支撐作用；（5）筏、箱基礎(chǔ)底板挑板的陽角應該呈斜角或直角，若地下水位較高就應用基礎(chǔ)底板來增加建筑的抗浮性能；（6）在進行土建結(jié)構(gòu)設(shè)計時要保證承重柱有充足的截面高度，要合理控制梁柱的線剛度比，從而增強建筑的耐久性和安全性，提高承重柱的抗震性能。

4.2 實用性與藝術(shù)性相互融合

在土建結(jié)構(gòu)設(shè)計工程中，將實用性和藝術(shù)性進行有機的結(jié)合可以達到土建結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計的效果。在具體的實際工作中，土建結(jié)構(gòu)設(shè)計人員要保證建筑的安全性及經(jīng)濟性，并在此基礎(chǔ)上來實現(xiàn)土建工程的美學性，設(shè)計方案要盡量融合美學性、安全性和經(jīng)濟性。例如：土建結(jié)構(gòu)的平面布局應具有一定的對稱性和規(guī)律性，這樣就可以有效地防止建筑物在巨大荷載作用下發(fā)生扭轉(zhuǎn)，同時也可以提高土建結(jié)構(gòu)的美觀性。

4.3 概念設(shè)計

保證土建工程在各種因素的影響下能夠保持實用性和安全性是所謂概念設(shè)計的根本目標，要全面增強建筑的使用性能就必須重視概念設(shè)計，如果設(shè)計出現(xiàn)問題，就很有可能會造成嚴重的后果。例如：從地震對土建工程的影響來看，一般來說在地震發(fā)生之前我們是很難預見的，而且地震一旦發(fā)生憑借人的力量是根本無法控制的，所以在土建結(jié)構(gòu)的概念設(shè)計過程中要把地震當作重要課題來進行研究。事后要盡量去降低地震帶來的經(jīng)濟、社會損失，在土建結(jié)構(gòu)設(shè)計中就要保證建筑材料的使用高性能，確保材料質(zhì)量，要避免建筑物在受到地震作用后發(fā)生脆性破壞。除此之外，土建結(jié)構(gòu)設(shè)計還可以采用延性設(shè)計，在地震發(fā)生時可以有效地降低地震對建筑物所產(chǎn)生的危害，可以起一定的防御作用。

5 結(jié)語

運用結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化方法與傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計相比較可以看出，優(yōu)化技術(shù)能使土建工程造價降低約6%～34%，所以結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化技術(shù)可以更好地實現(xiàn)土建工程的安全性，它可以使土建結(jié)構(gòu)內(nèi)部各個單元得到最好的協(xié)調(diào)，可以同時滿足土建的美觀性、經(jīng)濟性和安全性，是符合建筑行業(yè)的未來發(fā)展趨勢的，但是其應用情況還不容樂觀，所以要對其進行應用和研究。

參考文獻

[1] 饒遠文.結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化技術(shù)及其在土建工程結(jié)構(gòu)設(shè)計中的應用[J].價值工程，2010，（9）.

[2] 任招賓.淺談建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的優(yōu)化設(shè)計和現(xiàn)實意義

[J].城市建設(shè)理論研究（電子版），2012，（2）.

[3] 藍倜恩.優(yōu)化技術(shù)在土建結(jié)構(gòu)設(shè)計中的應用[J].建筑結(jié)構(gòu)學報，1981，（6）.