土建工程結構設計的優化技術研究

張朝

摘 要：經濟的不斷發展，加速了城市化的進程，對建筑工程的需求量也逐年攀升。對于現在的建筑來說，設計優化也是其中的重要的部分，設計優化不僅僅是對建筑的風格進行設計，還有建筑的戶型、結構、功能等多種方面進行優化設計，同時，對于這些設計，也包含了很多的要求，設計人員在進行設計的過程中需要將建筑物的功能與審美相結合，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，增強客戶的美感體驗。本文就土建工程結構設計的優化技術展開探討。

關鍵詞：土建工程；結構設計；技術優化

引言

為了滿足我國城市居民日益增長的物質文化需求，現階段設計優化并不僅僅針對建筑的質量，同時更要兼顧建筑物的戶型、功能、外形、風格和具體結構進行優化設計，從而做到不但保證整體建筑質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 土建工程結構設計的優化方法

（1）優化準則法。優化準則法所指的即為，從土建工程為實際出發點，在開展優化設計時應當優先對設計準則展開研究的一種方法，具體表現為能量準則與滿應力準則等等。優化準則法能夠運用迭代法來針對所需要的準則的解來展開更準確的求解，因此需要有大量的實踐經驗來作為支撐。在設計中，應優先展開理論研究，以此來得到最準確的判斷，確保設計結果能夠接近最優狀態，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，優化準則法具有著收斂快的特點，所運用到的工作原理也更加的簡單明了，因此實現成功率較高。其中，滿應力準則是最早出現的準則之一，利用此種方式能夠將工程材料的強度潛力最大化的發揮出來。除此之外，準則法還能夠被應用到對彈性穩定、為位移以及自振頻率等問題的處理上，設計人員可根據Kuhn-Tucker條件來計算出準則方程式。不得不提的是，優化準則法在應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確定了土建結構與幾何形式的工程設計中，因此在實踐操作中會受到諸多客觀條件的束縛，大大降低了優化準則法的作用發揮。設計人員要對實際情況和已有條件展開綜合考量，如若存在著變量關系非常負責的情況，那么應當慎用此種方法。（2）數學規劃法。數學規劃法所指的即為，基于結構力學的基本原理，針對土建工程結構設計進行優化的一種規劃方式，同時采用優選法等來尋找出最優解。在通常情況下，數學規劃法比較常用于對非線性規劃問題的處理，并且隨著實踐經驗的不斷增多，也衍生出了適用性更強的算法，不僅具有著更好的通用性，而且所參考的理論基礎也更為全面，通過合理化運用能夠有效提高最優解的準確性。需要注意的是，在土建工程結構設計中，針對特定結構來展開優化設計，仍然需要根據實際情況來展開具體分析，結合實際條件來有針對性的選擇優化方法。

2 結構優化設計現狀分析

在進行建筑物工程工作開展之前，要進行相關的建筑物優化設計，在這之中結構優化就是極為重要的一部分，首先結構優化要根據建筑工程的施工特點和具體工程要求，然后再根據各項要求抉擇該工程建筑當中的結構和建筑體系，并運用相關工程設計中的高精度計算儀器進行核算和應力分析，從而為整體建筑工程結構做出詳細并且專業的結構設計方案，而這一設計方案必須建立在建筑工程相關的法律法規和相關制度之上進行。不斷優化結構設計為后續工程工作開展奠定基礎，從結構上降低成本并提升建筑的整體質量。現階段，我國建筑工程在進行結構設計優化過程中根據實際情況往往細分為尺寸優化、形狀優化、拓撲優化、布局優化以及類型優化這五種優化方式。但是由于我國優化設計工作起步較晚，仍存在許多并不完善的方面，這些不完善因素阻礙著設計優化工作順利開展，具體因素在實際建筑工程工作中體現在如下幾個方面。第一，由于我國建筑工程優化設計工作起步偏晚，導致我國關于建筑工程的法律法規設立并不完善，導致相關設計人員在實際設計工作過程中缺少相關制度參考，從而降低了設計內容的實際使用效果。第二，由于我國相關設計人才缺失，實際設計工作經驗不足，導致設計內容往往符合結構設計理論但并不完全運用在實際建筑工作當中。第三，我國相關結構設計工作經驗不足，可供設計人員參考的資料相對匱乏，導致設計工作運用在實際工程當中往往存在非常多的變數和約束條件，最終導致實際建筑工程偏離設計軌道，為后續施工工作提高難度。

3 土建工程建筑設計優化的措施分析

3.1 土建結構設計與概念設計優化

土建工程結構的設計方案需要有多重結構與布局設計選擇，在實踐中，即使建筑物的結構布局已經確定好，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用到的材料、參數以及荷載取值等均不是一成不變的，因此在對一些細節問題進行處理時也要做到隨機應變，尤其是對于那些無法運用計算機軟件來解決的問題，則需要由設計人員根據實際情況來展開全方位的分析，最終給出準確的判斷。概念設計的核心之處就在于，根據房屋結構設計的規律和原則，同時按照土建工程項目的以往經驗來展開更進一步的研究設計，從而提供出多種不同的備選方案。

3.2 土建工程建筑結構功能優化

3.2.1 土建工程空間結構優化

對于人來說，在每個空間內的活動尺度都是存在一定的比例的，并且，隨著現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，在進行建筑的設計時，要對每個建筑的每個房間的尺寸進行合理地規劃。因此，設計者在進行設計時，必須要遵從這種比例規定，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，現代人雖與建筑的要求在不斷地提升，設計者應當對用戶的需求進行了解，從而在進行建筑的設計時，能夠更加有效地滿足用戶的需求。

3.2.2 土建工程舒適度優化

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

3.3 結構設計的實用性和藝術性優化

對于建筑師而言，建筑物本身就是他們最值得驕傲的藝術品，因此在進行建筑物設計時，建筑設計師會盡可能的將自己的想法與意圖淋漓盡致的表現出來，以期能夠呈現出更具實用性和藝術性的優秀作品。為此，建筑結構設計師需要優先考慮到建筑的安全性與實用性，在此基礎之上來盡可能的去改善建筑結構的呈現形式，結合客觀條件來展現出自己的美學意圖。在實際的結構設計過程中，設計師要保證平面布局的準確性、對稱性以及規則性等，同時還要盡可能的減少建筑質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生扭轉情況。在結構設計的豎向布局設計中，需要優先考慮到房屋建筑的功能性，應當保證房屋建筑的豎向承重構件處于上下貫通的狀態，同時運用轉換層來將設計難度與成本控制在合理的范圍內。

4 結語

綜上所述，對于我國的土建工程的結構優化設計來說，意義是非常重大的，對于我國建筑行業未來的發展也是十分重要的，因此，對于土建工程結構優化設計必須給予更多的關注。與此同時，在給予更多關注的時候，還需要堅強土建工程對于工作的落實情況，從而保證土建工程的結構設計都能夠更加合理的運用到實際的施工過程中。

參考文獻

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