工民建結構設計的優(yōu)化分析

張 錦 容海川城鄉(xiāng)規(guī)劃設計有限公司

1 引言

工民建建筑設計的過程中，設計人員應全面考量住戶的需要，認真完成設計工作。在優(yōu)化建筑結構設計的過程中，設計人員需統(tǒng)籌住戶對住房舒適、安全、功能和審美的要求，以期全面提升結構設計水平。

2 建筑結構設計優(yōu)化方法概述

建筑結構設計優(yōu)化，主要是應用更加科學的設計思想，選擇不同的設計方式落實工民建建筑設計方案，確保建筑物呈現(xiàn)最為理想的設計效果。建筑結構設計優(yōu)化主要由整體優(yōu)化和內(nèi)部細節(jié)優(yōu)化構成，一項建筑工程由多個部分組成，經(jīng)建筑設計人員優(yōu)化設計后，建筑整體優(yōu)化決定了建筑的層次和品質。整體設計優(yōu)化的過程中，設計人員要結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)化設計方案，增強建筑物與周圍環(huán)境的協(xié)調(diào)性。整體優(yōu)化設計后，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，設計人員應始終堅持精益求精的理念，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，從而真正實現(xiàn)優(yōu)化設計，使建筑與社會發(fā)展和環(huán)境建設相適應，增強建筑結構的穩(wěn)定性，發(fā)揮出工民建建筑的功能。

3 建筑結構設計優(yōu)化的原則

3.1 功能性原則

在建筑結構設計中，高效發(fā)揮建筑的功能尤為關鍵。建筑的使用及建筑完工后所產(chǎn)生的經(jīng)濟效益全面展現(xiàn)了建筑的功能性。而優(yōu)化建筑結構設計能夠確保建筑結構的合理應用。如在銀行建筑的結構設計中，需深度考量結構的安全性和穩(wěn)定性，保證安全通道功能完善。同時，設計人員還要重視結構的承載力。銀行建筑的要求特殊性較強，建筑材料需具備較大的承載力和強度，以增大結構安全系數(shù)。

3.2 安全性原則

建筑結構設計時，每個環(huán)節(jié)都會對結構設計的安全性產(chǎn)生影響，結構設計中要與工程施工有機結合，若設計方案無法應用于工程實踐，則設計方案也無法體現(xiàn)其作用與價值，進而消耗大量的資金和資源，降低工程的經(jīng)濟效益。

3.3 綠色環(huán)保原則

現(xiàn)如今，人們的生活品質明顯改善，綠色環(huán)保型建筑材料也得到了廣泛應用。在建筑結構設計中，合理應用環(huán)保材料有利于提高建筑工程的品質，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 建筑結構設計中結構域優(yōu)化設計流程

4.1 創(chuàng)建結構優(yōu)化模型

所謂建筑結構優(yōu)化模型，主要是選取關鍵參數(shù)，并以此為基礎建立函數(shù)模型，最終得出最優(yōu)解。建立模型時，先要合理選擇設計變量，其不僅關系到結構設計優(yōu)化模型的建立，還影響著所選的參數(shù)?？茖W選擇參數(shù)變量可適度減少計算,使得設計更接近實際受力情況，以增加結構可靠性。再者，要明確滿足目標函數(shù)要求的最優(yōu)解，之后確定約束條件（尺寸、強度、應力和彈塑性等）。建筑結構設計優(yōu)化中，務必合理確定約束條件，使其高度滿足工程設計的基本要求。

4.2 編制優(yōu)化設計方案

結構優(yōu)化設計中，約束條件和變量參數(shù)均為結構優(yōu)化的重要影響因素。因此，在優(yōu)化設計中需全面考量變量因素，根據(jù)實際選擇計算方法完成結構優(yōu)化。在參數(shù)計算的過程中，根據(jù)計算結果，采取措施合理調(diào)整結構方案實現(xiàn)優(yōu)化設計目標，促進優(yōu)化設計的有效開展。

4.3 結果分析

結構優(yōu)化設計中，結果分析尤為關鍵，認真分析計算結果并依據(jù)數(shù)據(jù)信息，制定完善的優(yōu)化設計方案。結構優(yōu)化設計時，需考量存在的不利因素，從而改進結構優(yōu)化設計質量。工程的實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構優(yōu)化設計的主要目的，與此同時，還需注重結構的穩(wěn)定性和安全性，以期為業(yè)主提供更加優(yōu)質的居住空間。為此，設計人員應采取有效措施平衡經(jīng)濟和技術元素，解決經(jīng)濟與技術之間的矛盾。在優(yōu)化技術的同時，減少資金消耗，正確解讀應用先進技術所帶來的經(jīng)濟效益。

5 建筑結構優(yōu)化設計的應用分析

5.1 整體及結構優(yōu)化

建筑結構優(yōu)化設計中，整體優(yōu)化主要由工民建建筑設計體系、結構體系和安全體系的優(yōu)化組成。結構優(yōu)化主要是實現(xiàn)分系統(tǒng)和子系統(tǒng)的優(yōu)化設計，以期充分滿足業(yè)主的個性化需求。另外，建筑結構設計中采用多種的構件及材料，設計人員還需要做好結構選型工作。若要更加有效地應用設計方案，就必須立足整體，統(tǒng)籌整體和局部優(yōu)化設計。

5.2 壽命及分段優(yōu)化

采用建筑結構優(yōu)化設計可延長建筑的使用壽命，增大建筑的經(jīng)濟效益。建筑結構設計的時效性較強，建筑物的結構形式、材料結構和技術應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構優(yōu)化的需求也有所不同。所以，在結構優(yōu)化設計中應注重分段優(yōu)化，以期高度滿足不同階段的結構優(yōu)化需求。

5.3 上部結構優(yōu)化

對于高層來說，上部結構優(yōu)化通常是指優(yōu)化剪力墻設置。工作人員要科學設置剪力墻，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、大風等外力因素的影響，其可發(fā)揮減弱和保護的作用。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構設計的要求，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格的部分，必須謹慎使用大開間剪力墻結構。

5.4 結構與建筑協(xié)調(diào)優(yōu)化

應用建筑結構優(yōu)化設計方案時，結構和建筑平面應當保持高度協(xié)調(diào)的關系。如在墻、柱設計的過程中，設計人員不僅要充分保障建筑平面使用的功能，而且要與建筑設計的開間和進深統(tǒng)一，避免發(fā)生墻柱錯位問題。設計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協(xié)調(diào)的關系。電梯和樓梯設計階段，工作人員需在轉角區(qū)域使用高強度承重構件，上述區(qū)域應力相對集中，所以，射擊人員可采取相應的減輕自重措施，針對不具備承重功能的構件，可選擇輕型材料代替。

5.5 分解優(yōu)化步驟

建筑結構設計模型中需要考慮多個參數(shù)和約束條件。模型優(yōu)化設計中，如果模型整體無法滿足最優(yōu)解的基本要求。對此，應結合實際采取分步優(yōu)化的模式。設計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，進而獲得更為準確的子問題，穩(wěn)定最優(yōu)解，隨后就子問題開展循環(huán)優(yōu)化調(diào)整，以此獲得結構模型的最優(yōu)解。

5.6 優(yōu)化設計建筑地基結構

在結構設計中，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，因此要充分結合建筑結構周邊的地質、地形和建筑及管道布置概況，完成地基結構設計。這樣以實地勘察為基礎不斷優(yōu)化和完善設計方案，一方面加強結構的安全性和穩(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)化設計

在結構設計優(yōu)化中，一方面要優(yōu)化模型、參數(shù)、約束條件方案和技術，另一方面也應在實際應用的過程中，結合施工流程設計。以合理指導施工，使施工的有序進行，徹底優(yōu)化工程建設的綜合水平。

6 結語

總之，設計人員在工程結構設計優(yōu)化的過程中，必須結合實際不斷優(yōu)化和調(diào)整施工設計方案，注重工民建工程建設的合理性，以期實現(xiàn)理想的工程建設效果，促進建筑行業(yè)的穩(wěn)定發(fā)展，最終增大建筑工程企業(yè)的經(jīng)濟效益，推動企業(yè)的可持續(xù)前行。