土建工程结构设计的优化技术探究范文

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摘要：本文针对土建工程结构设计中的优化技术一题展开了研究，同时结合结构优化设计现状与应用原则提出了几点应用建议，其中包括土建结构设计与概念设计优化、房屋结构设计与概念设计处理以及保证结构设计的实用性和艺术性等，以供参考。

关键词：土建工程；结构设计；技术优化

0前言

相较于传统类型的房屋结构设计，应用优化技术能够有效降低建筑工程项目的整体造价，从而将工程材料的性能最大化发挥出来，协调好各个环节与工程单元之间的关系，同时全面提高土建工程的安全等级。除此之外，优化技术还有利于为工程管理决策的制定提供合理建议，从而确保“经济、适用、安全”目标的顺利达成。

1结构优化设计现状分析

结构优化所指的即为，在充分满足相关政策与法律制度的基础之上，结合土建工程建筑的实际特点和具体要求，有针对性的选择工程结构与工程体系，搭配先进且精确的计算机模型、校核以及应力分析等，制定出详细且有效的设计方案，以此来达到降低工程造价、提高工程安全等级的管理目的。从结构设计优化的难易程度角度分析，大致可将其分为尺寸优化、形状优化、拓扑优化、布局优化以及类型优化这几个方面。在我国的土建工程领域中，结构设计优化的发展仍然存在着很多弊端，主要原因有如下几个方面：首先，在我国现有的法律制度中，有关于土建工程结构设计的要求尚未明确，设计人员在具体的工作中缺少标准参考，从而影响到最终结果；其次，大多设计人员只能够做到掌握最基本的结构设计理论与浅显的优化技术，实践能力较弱；最后，在此方面缺少充足经验，在具体的设计实践当中存在着非常多的变数和约束条件，从而大大增加了目标函数的建立难度，无法全方位的满足土建工程项目的实际需求。

2土建工程结构设计的优化方法

2.1数学规划法

数学规划法所指的即为，基于结构力学的基本原理，针对土建工程结构设计进行优化的一种规划方式，同时采用优选法等来寻找出最优解。在通常情况下，数学规划法比较常用于对非线性规划问题的处理，并且随着实践经验的不断增多，也衍生出了适用性更强的算法，不仅具有着更好的通用性，而且所参考的理论基础也更为全面，通过合理化运用能够有效提高最优解的准确性。需要注意的是，在土建工程结构设计中，针对特定结构来展开优化设计，仍然需要根据实际情况来展开具体分析，结合实际条件来有针对性的选择优化方法。

2.2优化准则法

优化准则法所指的即为，从土建工程为实际出发点，在开展优化设计时应当优先对设计准则展开研究的一种方法，具体表现为能量准则与满应力准则等等。优化准则法能够运用迭代法来针对所需要的准则的解来展开更准确的求解，因此需要有大量的实践经验来作为支撑。在设计中，应优先展开理论研究，以此来得到最准确的判断，确保设计结果能够接近最优状态，因此可以将其解读为是一种有效工程方法。相较于其他方法来看，优化准则法具有着收敛快的特点，所运用到的工作原理也更加的简单明了，因此实现成功率较高。其中，满应力准则是最早出现的准则之一，利用此种方式能够将工程材料的强度潜力最大化的发挥出来。除此之外，准则法还能够被应用到对弹性稳定、为位移以及自振频率等问题的处理上，设计人员可根据Kuhn-Tucker条件来计算出准则方程式。不得不提的是，优化准则法在应用的过程中也存在着一些弊端，由于此种方式更加适用于已经确定了土建结构与几何形式的工程设计中，因此在实践操作中会受到诸多客观条件的束缚，大大降低了优化准则法的作用发挥。设计人员要对实际情况和已有条件展开综合考量，如若存在着变量关系非常负责的情况，那么应当慎用此种方法。

3优化技术在土建结构设计中的应用建议

3.1土建结构设计与概念设计优化

土建工程结构的设计方案需要有多重结构与布局设计选择，在实践中，即使建筑物的结构布局已经确定好，所处的荷载状况也完全一致，那么同样也是有很多不同的分析方法可供选择。由于在分析中所能够运用到的材料、参数以及荷载取值等均不是一成不变的，因此在对一些细节问题进行处理时也要做到随机应变，尤其是对于那些无法运用计算机软件来解决的问题，则需要由设计人员根据实际情况来展开全方位的分析，最终给出准确的判断。概念设计的核心之处就在于，根据房屋结构设计的规律和原则，同时按照土建工程项目的以往经验来展开更进一步的研究设计，从而提供出多种不同的备选方案。

3.2房屋结构设计与概念设计处理

对房屋结构的概念设计问题处理同样有多种形式可供选择，但却具有着相同的目标，即为无论外界有何种不良因素的影响和干扰，建筑结构都可以达到稳固状态，并将损害降到最低。不难看出，有关于房屋结构概念设计的处理，需要优先考虑到外界环境，尽可能全面的去分析可能出现的破坏性因素，在此基础之上来制定出可行性较高的解决方案。例如，在所有不良因素中，地震是最不可控且难以预防的一项因素，地震具有着超强的破坏性，因此必须要将其设为概念设计中的一项重点课题。在进行房屋结构设计时应当提前做好相关的准备工作，以此来提高房屋建筑的抗震性能，从根本上将降低由地震对房屋结构所带来的损害。具体的措施如下：保证房屋建筑材料的刚度处于对称且均匀的状态，进一步提高房屋结构的抗震等级，同时采用延性设计来达到减缓的作用；其次，在房屋结构的设计上还可以考虑实行多道防御系统，通过这一设置能够帮助房屋分解并减少在地震中所受到的能量，大幅度降低建筑损害度。

3.3保证结构设计的实用性和艺术性

对于建筑师而言，建筑物本身就是他们最值得骄傲的艺术品，因此在进行建筑物设计时，建筑设计师会尽可能的将自己的想法与意图淋漓尽致的表现出来，以期能够呈现出更具实用性和艺术性的优秀作品。为此，建筑结构设计师需要优先考虑到建筑的安全性与实用性，在此基础之上来尽可能的去改善建筑结构的呈现形式，结合客观条件来展现出自己的美学意图。在实际的结构设计过程中，设计师要保证平面布局的准确性、对称性以及规则性等，同时还要尽可能的减少建筑质量与建筑刚度这两者之间的差异性，通过此种方式来避免建筑物在使用过程中因荷载作用过大而发生扭转情况。在结构设计的竖向布局设计中，需要优先考虑到房屋建筑的功能性，应当保证房屋建筑的竖向承重构件处于上下贯通的状态，同时运用转换层来将设计难度与成本控制在合理的范围内。除此之外，设计师还要考虑到竖向布局的刚度，通过渐变的方式来避免出现应力集中过度的情况，以此来提高房屋建筑的抗压能力。

参考文献

[1]饶元文.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，2015（9）.

[2]任兆斌.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），2015（2）.

[3]蓝筹恩.优化技术在土建结构设计中的应用[J].建筑结构学报，2015（7）.

作者：彭丽