解析优化技术在土建结构设计中的应用

时间：2025-01-01

张水兵

摘要：近年来，我国的国民经济不断发展，在这样的社会经济背景下，建筑行业得到了快速的发展，本文主要讲述了土建结构设计中的优化技术，并对优化技术进行了具体的分析研究，希望能够提高土木建筑行业的施工技术水平。

关键词：优化技术；土建结构；设计

随着我国经济的快速发展，人们的物质文化生活水平越来越高，同时，人们对当下生活居住环境的要求也不断提高，在这种环境背景下，房屋建筑结构设计工作面临的考验越来越严峻。土建结构设计中的优化技术需要根据项目工程的实际情况进行确定，通过一系列的精确计算，对房屋的建筑结构进行优化设计。土建结构设计中运用优化技术，能够提高土建施工过程中房屋结构的安全性、耐用性以及美观性，根据这些情况，如何更好的将优化技术运用到土木建筑结构中，逐渐成为建筑设计领域研究的重点内容。

一、优化技术的运用对土木建筑结构设计带来的现实意义

在房屋建筑结构设计中合理的运用结构优化技术，不仅能够节省建筑成本，还能够使房屋具有美观性、实用性。每一个房屋建筑开发商都希望，在满足房屋建筑结构设计合理性和可靠性的同时，尽最大的可能减少房屋建筑投资的成本，获得最大的经济效益。

通过对优化技术进行合理利用，能够维持建筑行业的可持续发展，实现更大的市场经济效益。和传统的房屋建筑结构设计相比较，运用优化技术能够减少房屋的工程造价，该工程造价比原有的造价少6%～34%，土建结构中运用优化技术，能够使建筑材料得到充分的利用，实现建筑内部结构各单元之间的相互协调，并且达到国家规定的建筑物安全度。同时，能够对房屋建筑中的整体结构进行合理的优化分析，因此，优化技术的合理应用，是实现房屋整体设计安全性、适用性的有效途径。

优化技术的应用，不仅是实现项目经济效益的关键点，也是提高房屋整体质量的关键。例如在进行房屋容积率结构设计时，因为房屋容积率的的计算方法是通过项目建筑面积和房屋用地面积之比进行确定的，通常来讲，房屋的占地面积固定不变，因此，容积率大小的决定因素就变成了层高以及楼栋间距，建筑面积越大，层高越高，楼栋之间的距离越小，建筑房屋带来的经济效益就会越大，但是，容积率值的提高必须控制在一定的范围以内，否则，会给用户的居住舒适度造成严重的影响，也会在一定程度上加大地基的承载力度，影响用户对房屋的安全使用。

二、土建结构设计的优化方法

因为土建结构设计中的优化方法比较多，目前还没有形成统一的优化方法。按照优化方法的特点进行分类，主要包括两种，即：数学规划法和优化准则法。

（一）数学规划优化法

数学规划优化法运用的基本原理是结构力学，在进行结构设计时，利用数学规划法、优选法等方法寻找结构设计中的最优变量。目前，数学规划法的运用主要是为了解决非线性规划问题。数学规划法在长期的发展过程中，为了适应不同的房屋建筑结构，便形成了不同的算法，这些算法具有实用性以及通用性，并且是在严谨的理论基础上形成的，在一定程度上能够实现结构设计的最优化。目前，对于土建结构的优化设计还没有形成特定的形式，主要是根据不同建筑物结构的实际情况进行确定，具体问题具体分析。

（二）优化准则法

优化准则法主要是从工程观点出发，满足建筑结构设计优化技术中需要的某些准则，例如满足能量计算的准则、应力准则等，之后通过迭代法计算出满足这些准则的解。优化准则法的确立主要是从长期的实践经验总结中所得，并在此基础上，进行相关的理论分析、研究、判断，它的设计优化结果通常只是接近最优化。

优化准则法具有的特点主要有：收敛快、注重分析结构的次数、设计变量数目之间无直接联系、工程计算量小等。另外，优化准则法的基本原理比较简单、直观且容易实现。其中，满应力设计计算是最早提出的准则法，该方法在运用的过程中，能够使材料的强度得到充分的发挥。优化准则法也可以处理位移、弹性稳定、自振频率等方面存在的限制条件。

优化准则法的主要缺点是使用具有局限性，主要的适用范围为结构布局和几何形式已经确定的情况。在考虑多种约束、多种变量关系的时候，优化准则法在结构设计中不能起到明显的效果。

三、土木建筑结构优化设计应注意的问题

（一）优化技术在土建结构设计中应用时应注意前期的参与工作

土建结构设计中的前期设计方案能够对建筑项目的成本产生直接性的影响，但是，很多前期的设计方案当中不包含结构优化技术的相关内容，这种情况经常导致设计人员在进行房屋结构设计时，忽略结构设计的合理性以及可行性。这样不但加大了房屋建筑人员的工作难度，而且会增加房屋建筑结构设计的成本，因此，设计人员在进行前期方案设定的过程中，要融入优化设计方案，尽最大可能减少建筑投资的成本。

（二）设计人员应当注意优化技术的细节

设计人员在进行房屋整体结构设计时，应当注意局部细节的处理工作，目前，优化设计已经将计算机技术以及优化设计中的相关理论进行了结合，该设计已经从工程实践问题逐渐转化为数学问题，因此相关的工作人员要不断提高自己利用计算机进行优化技术设计的能力，促使自身的设计更加的科学合理。

四、优化技术在土建结构设计中的应用

（一）概念设计优化和土建结构设计

每一个土建结构设计的方案中，都包含许多的结构以及布局设计，概念设计的基本目标就是为了保证房屋在多种因素的影响下，仍然可以保持稳定性以及实用性。因此，在进行房屋结构设计中，要加大对房屋性能的设计，避免出现疏漏。

比如，目前的地震灾害，一旦发生，人们很难进行控制。因此，在房屋的概念结构设计中，应当把增强房屋的抗震性能列为重要的课题。为了尽最大可能减少地震灾害造成的損失，要保证房屋建筑材料的性能，采用延性设计，减缓地震灾害对房屋产生的作用。

（二）实用性和艺术性相互融合

建筑物相当于建筑师手中的艺术品，建筑设计师在进行建筑设计的过程中，始终期望能够把房屋的实用性和美观性进行完美的融合。因此，结构设计人员在保证房屋安全质量的情况下，对建筑物的结构进行适当的改善，尽最大可能的实现建筑设计师的美学意图。

在进行建筑结构设计时，应当满足设计师的基本设计意图，在进行平面布局时，要精确、对称、具有规则性，最大限度的减少质量和材料刚度之间的差异。

在进行竖向布局时，首先应满足房屋的使用功能，保证竖向承重构件能够上下贯通，再运用转换层降低结构设计的难度以及成本。

（三）房屋结构的优化措施

1、在进行房屋结构设计时，要保证承重柱的截面高度符合建筑施工的要求，进而控制横梁的线刚度比，增强房屋使用的耐用性以及安全性。