土建工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的優(yōu)化技術(shù)研究

張朝

摘 要：經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，加速了城市化的進(jìn)程，對建筑工程的需求量也逐年攀升。對于現(xiàn)在的建筑來說，設(shè)計(jì)優(yōu)化也是其中的重要的部分，設(shè)計(jì)優(yōu)化不僅僅是對建筑的風(fēng)格進(jìn)行設(shè)計(jì)，還有建筑的戶型、結(jié)構(gòu)、功能等多種方面進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，同時，對于這些設(shè)計(jì)，也包含了很多的要求，設(shè)計(jì)人員在進(jìn)行設(shè)計(jì)的過程中需要將建筑物的功能與審美相結(jié)合，在保證建筑物能夠滿足客戶需求的同時，更能夠突出建筑的外觀美，增強(qiáng)客戶的美感體驗(yàn)。本文就土建工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的優(yōu)化技術(shù)展開探討。

關(guān)鍵詞：土建工程；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；技術(shù)優(yōu)化

引言

為了滿足我國城市居民日益增長的物質(zhì)文化需求，現(xiàn)階段設(shè)計(jì)優(yōu)化并不僅僅針對建筑的質(zhì)量，同時更要兼顧建筑物的戶型、功能、外形、風(fēng)格和具體結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，從而做到不但保證整體建筑質(zhì)量而且完善建筑外觀效果和功能的新型建筑物，滿足如今建筑狀的市場需求。

1 土建工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的優(yōu)化方法

（1）優(yōu)化準(zhǔn)則法。優(yōu)化準(zhǔn)則法所指的即為，從土建工程為實(shí)際出發(fā)點(diǎn)，在開展優(yōu)化設(shè)計(jì)時應(yīng)當(dāng)優(yōu)先對設(shè)計(jì)準(zhǔn)則展開研究的一種方法，具體表現(xiàn)為能量準(zhǔn)則與滿應(yīng)力準(zhǔn)則等等。優(yōu)化準(zhǔn)則法能夠運(yùn)用迭代法來針對所需要的準(zhǔn)則的解來展開更準(zhǔn)確的求解，因此需要有大量的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)來作為支撐。在設(shè)計(jì)中，應(yīng)優(yōu)先展開理論研究，以此來得到最準(zhǔn)確的判斷，確保設(shè)計(jì)結(jié)果能夠接近最優(yōu)狀態(tài)，因此可以將其解讀為是一種有效工程方法。相較于其他方法來看，優(yōu)化準(zhǔn)則法具有著收斂快的特點(diǎn)，所運(yùn)用到的工作原理也更加的簡單明了，因此實(shí)現(xiàn)成功率較高。其中，滿應(yīng)力準(zhǔn)則是最早出現(xiàn)的準(zhǔn)則之一，利用此種方式能夠?qū)⒐こ滩牧系膹?qiáng)度潛力最大化的發(fā)揮出來。除此之外，準(zhǔn)則法還能夠被應(yīng)用到對彈性穩(wěn)定、為位移以及自振頻率等問題的處理上，設(shè)計(jì)人員可根據(jù)Kuhn-Tucker條件來計(jì)算出準(zhǔn)則方程式。不得不提的是，優(yōu)化準(zhǔn)則法在應(yīng)用的過程中也存在著一些弊端，由于此種方式更加適用于已經(jīng)確定了土建結(jié)構(gòu)與幾何形式的工程設(shè)計(jì)中，因此在實(shí)踐操作中會受到諸多客觀條件的束縛，大大降低了優(yōu)化準(zhǔn)則法的作用發(fā)揮。設(shè)計(jì)人員要對實(shí)際情況和已有條件展開綜合考量，如若存在著變量關(guān)系非常負(fù)責(zé)的情況，那么應(yīng)當(dāng)慎用此種方法。（2）數(shù)學(xué)規(guī)劃法。數(shù)學(xué)規(guī)劃法所指的即為，基于結(jié)構(gòu)力學(xué)的基本原理，針對土建工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化的一種規(guī)劃方式，同時采用優(yōu)選法等來尋找出最優(yōu)解。在通常情況下，數(shù)學(xué)規(guī)劃法比較常用于對非線性規(guī)劃問題的處理，并且隨著實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的不斷增多，也衍生出了適用性更強(qiáng)的算法，不僅具有著更好的通用性，而且所參考的理論基礎(chǔ)也更為全面，通過合理化運(yùn)用能夠有效提高最優(yōu)解的準(zhǔn)確性。需要注意的是，在土建工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，針對特定結(jié)構(gòu)來展開優(yōu)化設(shè)計(jì)，仍然需要根據(jù)實(shí)際情況來展開具體分析，結(jié)合實(shí)際條件來有針對性的選擇優(yōu)化方法。

2 結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)現(xiàn)狀分析

在進(jìn)行建筑物工程工作開展之前，要進(jìn)行相關(guān)的建筑物優(yōu)化設(shè)計(jì)，在這之中結(jié)構(gòu)優(yōu)化就是極為重要的一部分，首先結(jié)構(gòu)優(yōu)化要根據(jù)建筑工程的施工特點(diǎn)和具體工程要求，然后再根據(jù)各項(xiàng)要求抉擇該工程建筑當(dāng)中的結(jié)構(gòu)和建筑體系，并運(yùn)用相關(guān)工程設(shè)計(jì)中的高精度計(jì)算儀器進(jìn)行核算和應(yīng)力分析，從而為整體建筑工程結(jié)構(gòu)做出詳細(xì)并且專業(yè)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案，而這一設(shè)計(jì)方案必須建立在建筑工程相關(guān)的法律法規(guī)和相關(guān)制度之上進(jìn)行。不斷優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為后續(xù)工程工作開展奠定基礎(chǔ)，從結(jié)構(gòu)上降低成本并提升建筑的整體質(zhì)量。現(xiàn)階段，我國建筑工程在進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化過程中根據(jù)實(shí)際情況往往細(xì)分為尺寸優(yōu)化、形狀優(yōu)化、拓?fù)鋬?yōu)化、布局優(yōu)化以及類型優(yōu)化這五種優(yōu)化方式。但是由于我國優(yōu)化設(shè)計(jì)工作起步較晚，仍存在許多并不完善的方面，這些不完善因素阻礙著設(shè)計(jì)優(yōu)化工作順利開展，具體因素在實(shí)際建筑工程工作中體現(xiàn)在如下幾個方面。第一，由于我國建筑工程優(yōu)化設(shè)計(jì)工作起步偏晚，導(dǎo)致我國關(guān)于建筑工程的法律法規(guī)設(shè)立并不完善，導(dǎo)致相關(guān)設(shè)計(jì)人員在實(shí)際設(shè)計(jì)工作過程中缺少相關(guān)制度參考，從而降低了設(shè)計(jì)內(nèi)容的實(shí)際使用效果。第二，由于我國相關(guān)設(shè)計(jì)人才缺失，實(shí)際設(shè)計(jì)工作經(jīng)驗(yàn)不足，導(dǎo)致設(shè)計(jì)內(nèi)容往往符合結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理論但并不完全運(yùn)用在實(shí)際建筑工作當(dāng)中。第三，我國相關(guān)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作經(jīng)驗(yàn)不足，可供設(shè)計(jì)人員參考的資料相對匱乏，導(dǎo)致設(shè)計(jì)工作運(yùn)用在實(shí)際工程當(dāng)中往往存在非常多的變數(shù)和約束條件，最終導(dǎo)致實(shí)際建筑工程偏離設(shè)計(jì)軌道，為后續(xù)施工工作提高難度。

3 土建工程建筑設(shè)計(jì)優(yōu)化的措施分析

3.1 土建結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與概念設(shè)計(jì)優(yōu)化

土建工程結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方案需要有多重結(jié)構(gòu)與布局設(shè)計(jì)選擇，在實(shí)踐中，即使建筑物的結(jié)構(gòu)布局已經(jīng)確定好，所處的荷載狀況也完全一致，那么同樣也是有很多不同的分析方法可供選擇。由于在分析中所能夠運(yùn)用到的材料、參數(shù)以及荷載取值等均不是一成不變的，因此在對一些細(xì)節(jié)問題進(jìn)行處理時也要做到隨機(jī)應(yīng)變，尤其是對于那些無法運(yùn)用計(jì)算機(jī)軟件來解決的問題，則需要由設(shè)計(jì)人員根據(jù)實(shí)際情況來展開全方位的分析，最終給出準(zhǔn)確的判斷。概念設(shè)計(jì)的核心之處就在于，根據(jù)房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的規(guī)律和原則，同時按照土建工程項(xiàng)目的以往經(jīng)驗(yàn)來展開更進(jìn)一步的研究設(shè)計(jì)，從而提供出多種不同的備選方案。

3.2 土建工程建筑結(jié)構(gòu)功能優(yōu)化

3.2.1 土建工程空間結(jié)構(gòu)優(yōu)化

對于人來說，在每個空間內(nèi)的活動尺度都是存在一定的比例的，并且，隨著現(xiàn)在人們生活條件的不斷提升，人們對于建筑的要求越來越高，因此，在進(jìn)行建筑的設(shè)計(jì)時，要對每個建筑的每個房間的尺寸進(jìn)行合理地規(guī)劃。因此，設(shè)計(jì)者在進(jìn)行設(shè)計(jì)時，必須要遵從這種比例規(guī)定，使得空間尺度合理，既能夠滿足客戶要求，又不會顯得空曠。另外，現(xiàn)代人雖與建筑的要求在不斷地提升，設(shè)計(jì)者應(yīng)當(dāng)對用戶的需求進(jìn)行了解，從而在進(jìn)行建筑的設(shè)計(jì)時，能夠更加有效地滿足用戶的需求。

3.2.2 土建工程舒適度優(yōu)化

隨著人們的物質(zhì)生活水平不斷提高，建筑房屋中的活動尺寸比例科學(xué)是最基本的，另外還需要注重現(xiàn)代房屋的舒適性，為居住者提供一個舒適的正常居住環(huán)境，不但要滿足身體上的還要滿足心靈上的。所以在對建筑進(jìn)行設(shè)計(jì)過程中著重滿足其舒適性，在裝修的過程進(jìn)行科學(xué)并有主格調(diào)風(fēng)格的裝修設(shè)計(jì)，讓房屋具備美觀性，在裝修材料上采用環(huán)保的裝修材質(zhì)，為房屋的舒適性打下良好基礎(chǔ)。

3.3 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的實(shí)用性和藝術(shù)性優(yōu)化

對于建筑師而言，建筑物本身就是他們最值得驕傲的藝術(shù)品，因此在進(jìn)行建筑物設(shè)計(jì)時，建筑設(shè)計(jì)師會盡可能的將自己的想法與意圖淋漓盡致的表現(xiàn)出來，以期能夠呈現(xiàn)出更具實(shí)用性和藝術(shù)性的優(yōu)秀作品。為此，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)師需要優(yōu)先考慮到建筑的安全性與實(shí)用性，在此基礎(chǔ)之上來盡可能的去改善建筑結(jié)構(gòu)的呈現(xiàn)形式，結(jié)合客觀條件來展現(xiàn)出自己的美學(xué)意圖。在實(shí)際的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中，設(shè)計(jì)師要保證平面布局的準(zhǔn)確性、對稱性以及規(guī)則性等，同時還要盡可能的減少建筑質(zhì)量與建筑剛度這兩者之間的差異性，通過此種方式來避免建筑物在使用過程中因荷載作用過大而發(fā)生扭轉(zhuǎn)情況。在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的豎向布局設(shè)計(jì)中，需要優(yōu)先考慮到房屋建筑的功能性，應(yīng)當(dāng)保證房屋建筑的豎向承重構(gòu)件處于上下貫通的狀態(tài)，同時運(yùn)用轉(zhuǎn)換層來將設(shè)計(jì)難度與成本控制在合理的范圍內(nèi)。

4 結(jié)語

綜上所述，對于我國的土建工程的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)來說，意義是非常重大的，對于我國建筑行業(yè)未來的發(fā)展也是十分重要的，因此，對于土建工程結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)必須給予更多的關(guān)注。與此同時，在給予更多關(guān)注的時候，還需要堅(jiān)強(qiáng)土建工程對于工作的落實(shí)情況，從而保證土建工程的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)都能夠更加合理的運(yùn)用到實(shí)際的施工過程中。

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