土建設計中優(yōu)化技術的應用解析

【摘 要】本文概述了土建優(yōu)化設計的方法、應用及價值，提出了概念設計和全局優(yōu)化對工程優(yōu)化設計的重要性，最后對優(yōu)化設計的使用提出建議，以供大家參考。

【關鍵詞】土建優(yōu)化；智能計算；全局優(yōu)化

一、前言

近年來土建設計的優(yōu)化及應用取得了非常顯著的成績，但仍然存在著一些不足之處需要我們改進。對土建設計中優(yōu)化技術的應用做進一步的理解具有非常重要的作用。

二、優(yōu)化技術的運用對土建設計帶來的現(xiàn)實意義

在土建設計中合理的運用優(yōu)化技術，不僅能夠節(jié)省工程造價，還能夠使建筑更具合理性、美觀性和實用性。在滿足建筑結構設計合理性和可靠性的同時，盡最大的可能減少建筑投資的成本，獲得最大的經(jīng)濟效益。

通過對優(yōu)化技術進行合理利用，能夠維持建筑行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，實現(xiàn)更大的市場經(jīng)濟效益。和傳統(tǒng)的土建設計相比較，運用優(yōu)化技術能夠減少土建的工程造價，該工程造價可比原有的造價少10%～30%，土建設計中運用優(yōu)化技術，能夠使建筑場地、建筑材料等得到充分的利用，實現(xiàn)建筑內部結構各單元之間的相互協(xié)調，并且滿足國家規(guī)范規(guī)定的建筑物安全度的要求。因此，優(yōu)化技術的合理應用，是實現(xiàn)項目設計安全性、適用性的有效途徑。優(yōu)化技術的應用，不僅是實現(xiàn)項目經(jīng)濟效益的關鍵點，也是保證工程整體質量的關鍵。例如在進行建筑間距設計時，因為建筑間距的的計算方法是根據(jù)容積率、日照間距和防火間距等因素，結合項目布置形式等因素進行確定，通常來講，各建筑之間的間距越小，帶來的經(jīng)濟效益就會越大，但容積率、日照間距和防火間距必須控制在一定的范圍以內，否則會給用戶的舒適度和人生安全造成嚴重的影響，因此優(yōu)化設計間距，對保證工程整體質量極為重要。

三、土建優(yōu)化設計方法

土建設計中的優(yōu)化方法比較多，按照優(yōu)化方法的特征進行分類，主要包括三種，即：優(yōu)化準則法、數(shù)學規(guī)劃法和智能計算法。

（一）優(yōu)化準則法

優(yōu)化準則法主要是從工程觀點出發(fā)，滿足建筑結構設計優(yōu)化技術中需要的某些準則，例如滿應力設計準則、齒形法、滿應變能準則等，之后通過迭代法計算出滿足這些準則的解。優(yōu)化準則法的優(yōu)點是收斂速度快，計算量小，缺點是只適用于布置確定的結構，且它的設計優(yōu)化結果通常只是接近最優(yōu)化。

（二）數(shù)學規(guī)劃優(yōu)化法

數(shù)學規(guī)劃優(yōu)化法運用的基本原理是結構力學，在進行結構設計時，利用數(shù)學規(guī)劃法、優(yōu)選法等方法尋找結構設計中的最優(yōu)變量。這種方法是在給定的限制條件下，求出使某一指標函數(shù)達到極大值或極小值的一組參數(shù)。此方法在一定程度上能夠實現(xiàn)土建設計的最優(yōu)化。目前，對于土建的優(yōu)化設計還沒有形成特定的形式，主要是根據(jù)不同建筑物的實際情況進行確定，具體問題具體分析。

（三）智能計算法

隨著計算機技術的發(fā)展，近年來智能計算法在優(yōu)化設計中得到了極大的推廣。智能計算是人們受自然（生物界）規(guī)律的啟發(fā)，根據(jù)其原理模仿求解問題的算法。主要包括神經(jīng)網(wǎng)絡、遺傳算法、模擬退火網(wǎng)絡等。其中遺傳算法近年來已在橋梁、房屋、工業(yè)建筑的優(yōu)化設計中得到了大量的使用。智能計算的應用前景極為廣泛，但是也存在一定的局限性，其計算只能得到近似最優(yōu)解。

四、概念設計和全局優(yōu)化

建筑結構概念設計是在未做計算前，依據(jù)整體結構體系與分體系之間的力學關系、結構破壞機理、震害、試驗現(xiàn)象和工程經(jīng)驗所獲得的基本設計原則和設計思想，從整體的角度來確定建筑結構的總體布置和抗震細部措施的宏觀控制。例如，地震是常見的自然災害，并且地震一旦發(fā)生，人為力量無法控制。因此在房屋結構的概念設計中，應該將地震列為重要課題。為了減輕地震造成的損失，首先，應選擇對結構抗震有利的場地，避開不利地段。其次，適當處理構件的強弱關系，使其形成多道防線，是增加結構抗震能力的重要措施。例如單一的框架結構，框架就成為唯一的抗側力構件，那么采用“強柱弱梁”型延性框架，在水平地震作用下，梁的屈服先于柱的屈服，就可以做到利用梁的變形消耗地震能量，使框架柱退居到第二道防線的位置。第三，結構具有合理的剛度和承載力分布以及與之匹配的延性，避免結構在地震下發(fā)生扭轉破壞。此外，建筑結構應該保證各連接構件之間的連接的可靠性，避免地震中填充墻、樓梯間等的破壞而導致的人員傷亡。

優(yōu)化設計中不僅僅局限于要考慮單個構件，單個建筑的優(yōu)化，還要結合場地條件，綜合考慮各個建筑之間的內在聯(lián)系，合理規(guī)劃場地。只有綜合考慮各個建筑之間的內在聯(lián)系，合理規(guī)劃場地布置后，對整個項目進行整體優(yōu)化，通過對各個單體的調整，從而得到整個項目的最優(yōu)解，節(jié)約大量社會資源。合理的進行概念設計和全局優(yōu)化，會對整個優(yōu)化設計起到事半功倍的作用，意義重大。

五、實用性與藝術性相互融合

在土建設計中，應該將實用性與藝術性充分結合。在實際工作中，設計人員應該在確保建筑結構安全性的基礎上實現(xiàn)建筑的美學性。比如，建筑結構的平面布局應該具有一定的規(guī)律性和對稱性，這樣一來，既能防止房屋在巨大荷載作用下發(fā)生扭轉，也可以使建筑結構更加美觀。

六、土建設計優(yōu)化方法的應用及實踐價值

1、土建設計優(yōu)化方法的應用，主要包括建筑工程的全局優(yōu)化設計、建筑結構的優(yōu)化設計和建筑工程分部結構的優(yōu)化設計。其中建筑工程分部結構的優(yōu)化設計又包括基礎優(yōu)化設計、上部結構優(yōu)化設計、屋蓋優(yōu)化設計以及圍護結構方案和結構細部設計等等。這些方面又包括很多細小方面的內容，如選型、布置、受力分析、造價分析等，這些都要嚴格依據(jù)相關的設計規(guī)范和使用要求，結合工程具體情況，來進行結構的優(yōu)化設計，促使綜合經(jīng)濟效益得到顯著提升。

2、土建設計優(yōu)化方法的實踐價值：要充分考慮整個項目的長遠效益，來對土建的近期投資進行減少，并且促使整個項目的可靠性和合理性得到顯著提升。通過實踐研究表明，相較于傳統(tǒng)的設計方法，采用優(yōu)化技術，可以在較大程度上降低工程土建造價。通過優(yōu)化技術的應用，可以將社會資源、各功能單元、材料性能最合理的利用起來，有效協(xié)調土建內部各個單元。在安全性和適用性符合國家規(guī)范的同時，還可以合理決策整個項目的規(guī)劃設計。通過優(yōu)化技術的應用，在大量節(jié)約社會資源的同時，可以促使項目的各項目標得到更好的實現(xiàn)。

七、結束語

通過新時期下對土建結構優(yōu)化技術的解析，我們發(fā)現(xiàn)隨著智能計算方法的不斷推廣，優(yōu)化設計趨于智能化和計算機化，但采用這些技術的同時，設計人員還是應該不斷提高自身的專業(yè)素養(yǎng)，優(yōu)化過程中應能把握優(yōu)化設計的核心因素，適當忽略次要因素，從而提高優(yōu)化效率。與此同時，設計人員還應充分發(fā)揮創(chuàng)造力，合理的綜合使用各種優(yōu)化方法，從而更高效的完成優(yōu)化設計工作。

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