优化技术在土建结构设计中的应用

摘要：近些年来我国的国民经济持续发展，在这样的背景之下，建筑业也得到了长足的发展。本文主要论述了在当前的土建结构设计中应用优化技术的作用。希望可以有效的提高土建的施工技术。

关键词：优化技术；土建结构；设计

中图分类号：S611文献标识码： A

引言

使用结构设计优化的技术方法可以使得建筑产品的品质得到满足不断提高的目的，使得人们对于居住条件以及生活环境的要求得到满足。并且，这样就使得建筑商可以寻求新的手段可以不断满足顾客的需求，这样就可以实现不断降低建筑工程造价成本的目标。

土建结构优化设计技术的现实意义

土建结构设计优化技术的应用，如此就可以收到“物美价廉”的效果，每一个建筑商都希望，在满足建筑结构长远效益的前提下，最大程度地减少建筑结构的近期投资，并且确保建筑物结构的科学性以及合理性。可以实现可持续发展，获得更大的市场收益。和传统土建结构设计相比较而言，选择设计优化方法可以有效降低建筑工程的造价。

优化方法技术性的实现，就可以选择较为合理的材料的性能，也可以使得建筑结构之内的各个单元获得较好的协调，并且达到建筑规范所规定的安全度。同时它也可给建筑整体性方案设计作出比较合理的决策，优化技术这是有效实现建筑设计的“适用、经济和安全”目标比较有效的途径。

建筑层高的增加，墙体面积以及柱体积也会随之而增加，结构的自重也会增加，基础以及柱的承载力一样在增加，水管以及电气的管线则会加长；反之如果降低层高的话，就可以节省材料，便于抗震，并且建筑的总高度降低的话，建筑之间的日照距离也会随之而减小，并且在一定的程度上也就使得用地得到节约。因为建筑面积是相同的，当建筑使用相异的平面形状的时候，它的外墙周长同样也会表现出不同，这样当选择圆形或是在接近方形之时，其外墙周长的系数也就越小，基础、外墙砌体、内外表面装修都在减少，并且它受力的性质也会得到提高，同时提高建筑的经济性能。

２、建筑结构优化技术应该注意的问题

２.１、建筑结构优化技术的应用需注意到前期的参与

房屋建筑前期的设计方案直接影响建筑项目的成本，但是很多前期方案确定中却不包括结构优化设计技术，以致相关的设计人员在进行房屋建筑结构设计时，常常忽略建筑结构的合理性和可行性，这样不但增加了结构设计的难度，而且使房屋建筑结构的设计成本也相应增加。因此，设计人员在前期设计时要充分的融入优化设计方案，节约建筑成本。

2.2、设计人员要注重细部优化

设计人员在注重整体设计的同时，还要加强对结构的精细设计。如尽量划分矩形板块的现浇板设计，增加现浇板的受力程度和避免出现拐角裂缝。随着计算机技术和优化设计理论的相互结合，优化设计已经从工程实践问题逐渐向数学问题过渡，因此，工程设计人员还要加强自身基于计算机技术的优化设计分析，使自身的设计更为合理和科学。

3、结构设计优化技术在建筑结构设计中的步骤

3.1、使其结构模型得到优化

房屋结构整体优化设计方法一般是按照3个步骤来进行。主要包括有：

选择设计变量。通常是对于设计要求起主要影响作用的参数作为设计变量，如目标控制参数对设计要求来讲，它的变化的范围不大或者主要是根据结构的要求或者是局部性的设计来考虑。就可以能满足设计要求的参数，极大的减少设计、计算以及编制程序上的工作量。

确保目标函数。找到一组可以满足预定条件的截面几何尺寸、钢筋截面积和失效的概率，这样的话就使得总费用变的最小。

保证约束的条件。建筑结构是在可靠度优化设计的约束条件之上，主要包括有尺寸约束、变形约束、结构强度约束、裂缝宽度约束、应力约束、构件单元约束、结构体系约束、可以正常使用极限状态之下的弹性约束达到最后极限状态的弹塑性约束、可以从可靠指标约束直到确定约束条件等等。

3.2、结果分析

对于计算结果来进行分析，来确定出较好的设计方案。在做之上的步骤的过程之中，应该做到进行全方位、多角度考虑方方面面的问题。这主要是因为建设投资是一项耗资巨大的工程，涉及到的方面比较复杂，所以，应该使用总法规，就可以使得资金得到节约。处理好技术和经济上的对立统一。这样则是有效控制投资比较重要的环节。

在设计之中应该反对片面强调节约，这样就忽视了技术上的合理要求，也会是项目不能实现功能上的倾向，同时应该反对重视技术，轻经济以及设计保守浪费这样的现象。综上所述，建筑结构优化设计方法的研究这是一个比较复杂的综合决策问题。

4、房屋结构优化设计措施

4.1、常见问题的优化措施

通过上文阐述的问题可见，要实现房屋结构的优化设计，在实际工作中必须要充分重视各个环节的安全性和实用性，针对上述问题，笔者提出以下几方面措施可供参考:

4.1.1、在房屋结构设计中，要确保承重柱具有充足的截面高度，进而控制梁柱的线刚度比，增强房屋的安全性和耐久性，并且在房屋受到地震作用时，承重柱能够提高房屋的抗震性能。

4.1.2、要保证悬挑梁的梁高符合标准，悬挑梁应做成等截面，这样可以降低悬挑梁截面受到的应力，防止梁体变形，同时也能够有效避免梁板以及梁支座周围的墙体产生裂缝。

4.1.3、构造柱刚度通常要比承重柱刚度差很多，但是对于一些位于承重梁下部的构造柱，在设计时应该按照承重柱的刚度标准来设计，并且在设计承重梁下部墙体的抗弯、抗压强度时，不能将构造柱考虑在内。

4.1.4、要科学设计连续梁，严格避免将连续梁按照单梁设计，同时要合理设计连续梁支座上部的负筋配置。

4.1.5、箱、筏基础底板挑板的阳角应该呈直角或者斜角，如果地下水位较高，应该出基础挑板，进而增强房屋的抗浮性能。

4.1.6、要加大抗震缝宽度，防止在地震的作用下抗震缝两侧房体发生碰撞。

4.2、概念设计

概念设计的根本目标就是确保房屋在各种因素的影响下可以保持安全性、实用性。全面增强房屋的使用性能，如果出现疏漏，很可能会造成严重后果。

例如，地震是常见的自然灾害，就目前来看，在地震发生之前很难预见，并且地震一旦发生，人为力量无法控制。因此在房屋结构的概念设计中，应该将地震列为重要课题。为了减轻地震造成的损失，在房屋设计过程中要保证建筑材料的使用性能，并且要确保材料刚度均匀，避免房屋在受到地震作用后发生脆性破坏。此外，房屋结构应该采用延性设计，当地震发生时可以减缓地震对房屋产生的作用。

4.3、实用性与艺术性相互融合

在土建结构的设计中，应该将实用性与艺术性充分结合。在实际工作中，设计人员应该在确保房屋安全性的基础上实现房屋的美学性。比如，房屋结构的平面布局应该具有一定的规律性和对称性，这样一来，既能防止房屋在巨大荷载作用下发生扭转，也可以使房屋结构更加美观。

5、结语

同传统的结构设计性比较而言，使用结构设计优化方法可以使建筑工程造价降低 6%～34%。优化方法的技术性实现，可以最合理的利用材料性能，使建筑结构内部各单元得到最好的协调，不仅可以实现建筑美观、实用，而且在造价方面也有较大的节省，达到了建筑工程设计对适用、安全、经济、美观和便于施工的一般要求。通过使用优化设计手段，达到这 5 个方面的最佳结合，符合现今建筑商对于建筑结构的效益的需求，也符合市场可持续发展的需求。

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