工民建結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的優(yōu)化分析

張 錦 容海川城鄉(xiāng)規(guī)劃設(shè)計(jì)有限公司

1 引言

工民建建筑設(shè)計(jì)的過程中，設(shè)計(jì)人員應(yīng)全面考量住戶的需要，認(rèn)真完成設(shè)計(jì)工作。在優(yōu)化建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的過程中，設(shè)計(jì)人員需統(tǒng)籌住戶對住房舒適、安全、功能和審美的要求，以期全面提升結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)水平。

2 建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化方法概述

建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化，主要是應(yīng)用更加科學(xué)的設(shè)計(jì)思想，選擇不同的設(shè)計(jì)方式落實(shí)工民建建筑設(shè)計(jì)方案，確保建筑物呈現(xiàn)最為理想的設(shè)計(jì)效果。建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化主要由整體優(yōu)化和內(nèi)部細(xì)節(jié)優(yōu)化構(gòu)成，一項(xiàng)建筑工程由多個部分組成，經(jīng)建筑設(shè)計(jì)人員優(yōu)化設(shè)計(jì)后，建筑整體優(yōu)化決定了建筑的層次和品質(zhì)。整體設(shè)計(jì)優(yōu)化的過程中，設(shè)計(jì)人員要結(jié)合建筑自身的主要特征，根據(jù)周邊的環(huán)境來調(diào)整建筑優(yōu)化設(shè)計(jì)方案，增強(qiáng)建筑物與周圍環(huán)境的協(xié)調(diào)性。整體優(yōu)化設(shè)計(jì)后，建筑物的審美價值顯著提高，可以營造更加協(xié)調(diào)與和諧的視覺效果。此外，設(shè)計(jì)人員應(yīng)始終堅(jiān)持精益求精的理念，以創(chuàng)新的視角和長期可持續(xù)發(fā)展的理念，思考和解讀問題，從而真正實(shí)現(xiàn)優(yōu)化設(shè)計(jì)，使建筑與社會發(fā)展和環(huán)境建設(shè)相適應(yīng)，增強(qiáng)建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，發(fā)揮出工民建建筑的功能。

3 建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化的原則

3.1 功能性原則

在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，高效發(fā)揮建筑的功能尤為關(guān)鍵。建筑的使用及建筑完工后所產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益全面展現(xiàn)了建筑的功能性。而優(yōu)化建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)能夠確保建筑結(jié)構(gòu)的合理應(yīng)用。如在銀行建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，需深度考量結(jié)構(gòu)的安全性和穩(wěn)定性，保證安全通道功能完善。同時，設(shè)計(jì)人員還要重視結(jié)構(gòu)的承載力。銀行建筑的要求特殊性較強(qiáng)，建筑材料需具備較大的承載力和強(qiáng)度，以增大結(jié)構(gòu)安全系數(shù)。

3.2 安全性原則

建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時，每個環(huán)節(jié)都會對結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的安全性產(chǎn)生影響，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中要與工程施工有機(jī)結(jié)合，若設(shè)計(jì)方案無法應(yīng)用于工程實(shí)踐，則設(shè)計(jì)方案也無法體現(xiàn)其作用與價值，進(jìn)而消耗大量的資金和資源，降低工程的經(jīng)濟(jì)效益。

3.3 綠色環(huán)保原則

現(xiàn)如今，人們的生活品質(zhì)明顯改善，綠色環(huán)保型建筑材料也得到了廣泛應(yīng)用。在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，合理應(yīng)用環(huán)保材料有利于提高建筑工程的品質(zhì)，減輕環(huán)境污染，降低資源消耗，而且也可保障住戶的居住安全，最大限度地規(guī)避二次污染。

4 建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中結(jié)構(gòu)域優(yōu)化設(shè)計(jì)流程

4.1 創(chuàng)建結(jié)構(gòu)優(yōu)化模型

所謂建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化模型，主要是選取關(guān)鍵參數(shù)，并以此為基礎(chǔ)建立函數(shù)模型，最終得出最優(yōu)解。建立模型時，先要合理選擇設(shè)計(jì)變量，其不僅關(guān)系到結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化模型的建立，還影響著所選的參數(shù)。科學(xué)選擇參數(shù)變量可適度減少計(jì)算,使得設(shè)計(jì)更接近實(shí)際受力情況，以增加結(jié)構(gòu)可靠性。再者，要明確滿足目標(biāo)函數(shù)要求的最優(yōu)解，之后確定約束條件（尺寸、強(qiáng)度、應(yīng)力和彈塑性等）。建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化中，務(wù)必合理確定約束條件，使其高度滿足工程設(shè)計(jì)的基本要求。

4.2 編制優(yōu)化設(shè)計(jì)方案

結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)中，約束條件和變量參數(shù)均為結(jié)構(gòu)優(yōu)化的重要影響因素。因此，在優(yōu)化設(shè)計(jì)中需全面考量變量因素，根據(jù)實(shí)際選擇計(jì)算方法完成結(jié)構(gòu)優(yōu)化。在參數(shù)計(jì)算的過程中，根據(jù)計(jì)算結(jié)果，采取措施合理調(diào)整結(jié)構(gòu)方案實(shí)現(xiàn)優(yōu)化設(shè)計(jì)目標(biāo)，促進(jìn)優(yōu)化設(shè)計(jì)的有效開展。

4.3 結(jié)果分析

結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)中，結(jié)果分析尤為關(guān)鍵，認(rèn)真分析計(jì)算結(jié)果并依據(jù)數(shù)據(jù)信息，制定完善的優(yōu)化設(shè)計(jì)方案。結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)時，需考量存在的不利因素，從而改進(jìn)結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)質(zhì)量。工程的實(shí)施會消耗大量的資金和資源，而降低資金和資源消耗量是工程結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的主要目的，與此同時，還需注重結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和安全性，以期為業(yè)主提供更加優(yōu)質(zhì)的居住空間。為此，設(shè)計(jì)人員應(yīng)采取有效措施平衡經(jīng)濟(jì)和技術(shù)元素，解決經(jīng)濟(jì)與技術(shù)之間的矛盾。在優(yōu)化技術(shù)的同時，減少資金消耗，正確解讀應(yīng)用先進(jìn)技術(shù)所帶來的經(jīng)濟(jì)效益。

5 建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的應(yīng)用分析

5.1 整體及結(jié)構(gòu)優(yōu)化

建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)中，整體優(yōu)化主要由工民建建筑設(shè)計(jì)體系、結(jié)構(gòu)體系和安全體系的優(yōu)化組成。結(jié)構(gòu)優(yōu)化主要是實(shí)現(xiàn)分系統(tǒng)和子系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)，以期充分滿足業(yè)主的個性化需求。另外，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中采用多種的構(gòu)件及材料，設(shè)計(jì)人員還需要做好結(jié)構(gòu)選型工作。若要更加有效地應(yīng)用設(shè)計(jì)方案，就必須立足整體，統(tǒng)籌整體和局部優(yōu)化設(shè)計(jì)。

5.2 壽命及分段優(yōu)化

采用建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)可延長建筑的使用壽命，增大建筑的經(jīng)濟(jì)效益。建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的時效性較強(qiáng)，建筑物的結(jié)構(gòu)形式、材料結(jié)構(gòu)和技術(shù)應(yīng)用也隨著時間的推移發(fā)生了較大的變化，且不同的階段對建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化的需求也有所不同。所以，在結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)中應(yīng)注重分段優(yōu)化，以期高度滿足不同階段的結(jié)構(gòu)優(yōu)化需求。

5.3 上部結(jié)構(gòu)優(yōu)化

對于高層來說，上部結(jié)構(gòu)優(yōu)化通常是指優(yōu)化剪力墻設(shè)置。工作人員要科學(xué)設(shè)置剪力墻，保證剪力墻的重心與樓層平面剛度中心處于同一位置。如受到地震、大風(fēng)等外力因素的影響，其可發(fā)揮減弱和保護(hù)的作用。若條件允許，可使用大開間剪力墻，延長墻肢的長度，這樣一方面可滿足結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的要求，另一方面也可減少墻肢的數(shù)量，降低了混凝土的使用量。又由于大開間布置會使得建筑的抗震性能降低，所以在抗震性能要求十分嚴(yán)格的部分，必須謹(jǐn)慎使用大開間剪力墻結(jié)構(gòu)。

5.4 結(jié)構(gòu)與建筑協(xié)調(diào)優(yōu)化

應(yīng)用建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)方案時，結(jié)構(gòu)和建筑平面應(yīng)當(dāng)保持高度協(xié)調(diào)的關(guān)系。如在墻、柱設(shè)計(jì)的過程中，設(shè)計(jì)人員不僅要充分保障建筑平面使用的功能，而且要與建筑設(shè)計(jì)的開間和進(jìn)深統(tǒng)一，避免發(fā)生墻柱錯位問題。設(shè)計(jì)人員需采取簡單的布置形式，不同樓層的墻柱高度和截面積要保持精準(zhǔn)協(xié)調(diào)的關(guān)系。電梯和樓梯設(shè)計(jì)階段，工作人員需在轉(zhuǎn)角區(qū)域使用高強(qiáng)度承重構(gòu)件，上述區(qū)域應(yīng)力相對集中，所以，射擊人員可采取相應(yīng)的減輕自重措施，針對不具備承重功能的構(gòu)件，可選擇輕型材料代替。

5.5 分解優(yōu)化步驟

建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)模型中需要考慮多個參數(shù)和約束條件。模型優(yōu)化設(shè)計(jì)中，如果模型整體無法滿足最優(yōu)解的基本要求。對此，應(yīng)結(jié)合實(shí)際采取分步優(yōu)化的模式。設(shè)計(jì)人員先要將模型分解為不同的問題，對其采取多種針對性優(yōu)化措施，進(jìn)而獲得更為準(zhǔn)確的子問題，穩(wěn)定最優(yōu)解，隨后就子問題開展循環(huán)優(yōu)化調(diào)整，以此獲得結(jié)構(gòu)模型的最優(yōu)解。

5.6 優(yōu)化設(shè)計(jì)建筑地基結(jié)構(gòu)

在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，尤其是高層建筑，地基直接影響了建筑整體的安全性和穩(wěn)定性，因此要充分結(jié)合建筑結(jié)構(gòu)周邊的地質(zhì)、地形和建筑及管道布置概況，完成地基結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。這樣以實(shí)地勘察為基礎(chǔ)不斷優(yōu)化和完善設(shè)計(jì)方案，一方面加強(qiáng)結(jié)構(gòu)的安全性和穩(wěn)定性，另一方面也要優(yōu)化建筑物的整體性能，以減少施工量，降低工程成本。

5.7 其他優(yōu)化設(shè)計(jì)

在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化中，一方面要優(yōu)化模型、參數(shù)、約束條件方案和技術(shù)，另一方面也應(yīng)在實(shí)際應(yīng)用的過程中，結(jié)合施工流程設(shè)計(jì)。以合理指導(dǎo)施工，使施工的有序進(jìn)行，徹底優(yōu)化工程建設(shè)的綜合水平。

6 結(jié)語

總之，設(shè)計(jì)人員在工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化的過程中，必須結(jié)合實(shí)際不斷優(yōu)化和調(diào)整施工設(shè)計(jì)方案，注重工民建工程建設(shè)的合理性，以期實(shí)現(xiàn)理想的工程建設(shè)效果，促進(jìn)建筑行業(yè)的穩(wěn)定發(fā)展，最終增大建筑工程企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益，推動企業(yè)的可持續(xù)前行。