优化技术在土建结构工程设计的应用

摘要：近年来，随着我国国民经济的持续快速发展，建筑行业也得到了快速发展，其地位也越来越重要，这就使得对土建结构工程设计进行研究有了意义。文章依此对优化技术在土建结构工程设计中的应用进行了分析，首先说明了优化技术的现实意义，然后阐述了其应注意的问题，最后对其应用进行了分析。

关键词：优化技术；土建结构；工程设计；建筑行业；建筑设计

1土建结构优化设计技术的现实意义

每一个建筑企业都希望可以在满足土建结构长远利益的前提下付出最低的成本，最大程度地减少土建结构的近期投资。土建结构设计优化技术可以在保证建筑物结构科学合理性的前提下达到降低经济付出的效果。土建结构优化设计技术有利于促进实现可持续发展，可以用同样的资金获取更大的市场收益。现代的土建结构优化设计技术与传统的设计技术相比有很大的优越性，选择设计优化方法可以很好地降低工程成本。实现土建结构设计优化技术有利于合理性能材料的选择，可以最大程度上协调土建结构内部各个单元之间的关系，从而提高土建工程的建设效率和安全性。除此之外，优化设计技术也能够为土建的整体设计方案做出科学合理的决策，所以优化技术是有效实现土建结构设计的方法。随着建筑层数的增加，墙体面积和柱体积也会增加，这样一来土建结构的自重就会随之增加，基础和柱的承载力也因此而增加，这样土建内部装修等都要考虑这一问题。与此相反，如果层数减少就可以很好地节约建筑材料和建筑造价，也可以达到抗震效果。从日照等因素来看降低层高可以减少建筑间的日照距离，可以有效地节约建筑用地。在建筑面积一定的情况下，土建使用不同的形状可以改变外墙周长系数，也可以改变内外表面装修等，所以在土建结构设计中要优化设计方案，利用优化技术来提高建筑的经济性能。

2建筑结构优化技术应该注意的主要问题

2.1设计人员要注重细部优化

图1按单筋矩形截面设计建筑设计人员必须注重整体设计，在整体设计的基础上还要充分考虑细部设计，要加强对土建结构的精细设计。例如增加现浇板的受力程度避免拐角裂缝的出现、尽量划分矩形板块的现浇板设计，一般要保证建筑的稳定性，多采用按单筋矩形截面设计。在计算机技术和优化设计理论相互结合的时代，优化技术已经从工程实践问题逐渐向数学问题过渡，所以土建工程设计人员必须加强自身基于计算机技术的优化设计分析能力，从而提升自身设计的科学性。

2.2建筑结构优化技术的应用要注意到前期的参与

土建工程建设前期的设计方案将对建筑项目的造价产生直接的影响，对设计进行优化是节约成本很好的做法，但是大多数前期方案的确定中多不包括结构优化设计技术，这样就会导致相关的设计工作人员在进行土建结构设计时无法很好地考虑土建结构的可行性和合理性，这样只会增加土建结构设计的难度，会致使结构设计工作成本不断增加，所以土建结构设计人员在前期设计时必须充分融合优化设计方案，从而有效地节约土建成本。

3土建结构设计优化方法

3.1数学规划法

数学规划法是从结构的力学基本原理出发来对土建结构设计进行规划的一种方法。运用优选法和数学规划法等方法对设计变量寻找最优的解。一般情况下，数学规划法比较适用于处理非线性的规划问题，在其长期的应用发展中也形成了适用于多种情况的不同算法，有一定的通用性，也有非常严格的理论基础，合理运用可以找到局部的最优解。当然，对一种特定的结构优化设计，还是要具体问题具体分析，依据实际情况来选取优化方法。

3.2优化准则法

优化准则法是以工程本身为出发点在结构达到优化设计时要满足那些准则进行研究的一种方法，例如能量的准则和满应力的准则等。这种方法可以用迭代法来对这些准则的解进行准确的求解，所以这些优化的准则大部分都要依据现有的实践经验，通过一定的理论研究来分析并判断所得到的，其设计可以接近最优，所以说是一种工程方法。优化准则法有收敛较快的特点，其工作原理也比较简单、直观，一般是比较容易实现的。满应力设计准则是最早提出的准则，这个方法可以最大程度地发挥材料强度的潜力。另外，准则法也可以处理弹性稳定、位移、自振频率等方面的问题，一般是从Kuhn-Tucker条件出发来设计准则方程。但是准则法也有其缺陷，其主要适于土建结构布局和几何形式已确定的情况，所以其适应范围有一定的局限性。如果要同时考虑多种的约束，优化准则法就很难发挥其作用，在变量之间关系较为复杂的情况下就不适宜用优化准则法。

4优化技术在土建结构设计中的应用

4.1常见问题的优化措施

要实现土建结构的优化设计就必须在实际的工作中充分重视每一个环节的实用性和安全性，对于一些常见问题的优化措施可以归于以下六点：（1）设计要尽量加大抗震缝的宽度，以防止地震发生时抗震缝两侧碰撞问题的出现；（2）要合理地设计悬挑梁，保证其符合标准，将其设置为截面可以有效地降低悬挑梁截面的应力，从而达到防止梁体变形的效果；（3）科学地设计连续梁，要严格避免其按照单梁设计，另外要合理地对连续梁支座上部的负筋配置进行设计；（4）构造柱的刚性一般要比承重柱差很多，而对于一部分位于承重梁下的构造柱应该按照承重柱的刚性标准来进行设计，以满足其支撑作用；（5）筏、箱基础底板挑板的阳角应该呈斜角或直角，若地下水位较高就应用基础底板来增加建筑的抗浮性能；（6）在进行土建结构设计时要保证承重柱有充足的截面高度，要合理控制梁柱的线刚度比，从而增强建筑的耐久性和安全性，提高承重柱的抗震性能。

4.2实用性与艺术性相互融合

在土建结构设计工程中，将实用性和艺术性进行有机的结合可以达到土建结构优化设计的效果。在具体的实际工作中，土建结构设计人员要保证建筑的安全性及经济性，并在此基础上来实现土建工程的美学性，设计方案要尽量融合美学性、安全性和经济性。例如：土建结构的平面布局应具有一定的对称性和规律性，这样就可以有效地防止建筑物在巨大荷载作用下发生扭转，同时也可以提高土建结构的美观性。

4.3概念设计

保证土建工程在各种因素的影响下能够保持实用性和安全性是所谓概念设计的根本目标，要全面增强建筑的使用性能就必须重视概念设计，如果设计出现问题，就很有可能会造成严重的后果。例如：从地震对土建工程的影响来看，一般来说在地震发生之前我们是很难预见的，而且地震一旦发生凭借人的力量是根本无法控制的，所以在土建结构的概念设计过程中要把地震当作重要课题来进行研究。事后要尽量去降低地震带来的经济、社会损失，在土建结构设计中就要保证建筑材料的使用高性能，确保材料质量，要避免建筑物在受到地震作用后发生脆性破坏。除此之外，土建结构设计还可以采用延性设计，在地震发生时可以有效地降低地震对建筑物所产生的危害，可以起一定的防御作用。

5结语

运用结构设计优化方法与传统的结构设计相比较可以看出，优化技术能使土建工程造价降低约6%～34%，所以结构设计优化技术可以更好地实现土建工程的安全性，它可以使土建结构内部各个单元得到最好的协调，可以同时满足土建的美观性、经济性和安全性，是符合建筑行业的未来发展趋势的，但是其应用情况还不容乐观，所以要对其进行应用和研究。

参考文献

[1]饶远文．结构设计优化技术及其在土建工程结构设计中的应用[J]．价值工程，2010，（9）.

[2]任招宾．浅谈建筑结构设计的优化设计和现实意义[J]．城市建设理论研究（电子版），2012，（2）.

[3]蓝倜恩．优化技术在土建结构设计中的应用[J]．建筑结构学报，1981，（6）.

作者：徐力 单位：广州宝贤华瀚建筑工程设计有限公司南昌分公司