工業(yè)廠房建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化的探究

劉曉軍

中機國能電力工程有限公司邯鄲分公司

工業(yè)廠房建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化的探究

劉曉軍

中機國能電力工程有限公司邯鄲分公司

對于工業(yè)廠房建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計優(yōu)化工作而言，其重要性不言而喻，尤其是對于后期工業(yè)廠房建筑使用的安全性來說，這種設(shè)計優(yōu)化工作更為必要，而具體到設(shè)計優(yōu)化過程中來看，其必須要嚴(yán)格遵循相應(yīng)的原則進(jìn)行優(yōu)化，比如安全性、經(jīng)濟(jì)性等都是需要重點關(guān)注的一些指標(biāo)和基本原則，基于這些設(shè)計優(yōu)化指標(biāo)和原則，在具體的結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化中，更應(yīng)該著重針對其設(shè)計的各個方面進(jìn)行有效地完善和處理，最終提升其設(shè)計的可靠性。鑒于此，本文主要分析工業(yè)廠房建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化。

工業(yè)廠房；建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計；優(yōu)化

引言

隨著工業(yè)現(xiàn)代化的不斷發(fā)展，工業(yè)生產(chǎn)對廠房的功能和性能都提出了更高的要求，為了滿足現(xiàn)代工業(yè)的廠房建設(shè)需要，我們必須要不斷的改進(jìn)設(shè)計理念，優(yōu)化廠房結(jié)構(gòu)的設(shè)計方案。對于工業(yè)廠房建筑結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計主要從廠房的用途來出發(fā)，最大限度的提升廠房的使用空間、抗震性、耐熱性并不斷的縮減成本。同時，目前對于廠房建筑結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計主要還停留在主觀判斷的基礎(chǔ)之上，需要進(jìn)一步的完善理論，將廠房建筑結(jié)構(gòu)的優(yōu)化落實到客觀的數(shù)據(jù)之上，希望越來越多的設(shè)計人員參與到工業(yè)廠房結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化的研究中，共同為我們國家的工業(yè)發(fā)展添磚加瓦。

1、工業(yè)廠房建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化的基本方法

直覺優(yōu)化和概念優(yōu)化是現(xiàn)階段工業(yè)廠房建筑結(jié)構(gòu)的兩種優(yōu)化方式。其中，直覺優(yōu)化指的是，設(shè)計師憑借自身扎實的設(shè)計理論基礎(chǔ)和豐富的設(shè)計經(jīng)驗，選擇出工業(yè)廠房不同區(qū)域的最優(yōu)設(shè)計方案。也就是說，在選擇最優(yōu)設(shè)計方案時，設(shè)計師完全是根據(jù)自己的相關(guān)經(jīng)驗進(jìn)行的一個主觀判斷，這種設(shè)計方案沒有經(jīng)過科學(xué)的計算和檢驗，一旦廠房的實際情況不在設(shè)計師熟悉的領(lǐng)域之內(nèi)，那么極有可能會存在諸多的不合理之處，進(jìn)而直接影響到廠房的使用效果，所以這種優(yōu)化方式具有一定的風(fēng)險性。概念設(shè)計指的是設(shè)計師憑借豐富的設(shè)計經(jīng)驗，并且采用科學(xué)的計算方法和檢驗手段對設(shè)計方案進(jìn)行不斷改進(jìn)優(yōu)化，直至得到最佳的設(shè)計方案。在實際的工作中往往是直覺優(yōu)化和概念優(yōu)化這兩種優(yōu)化方式有機結(jié)合使用，這樣能夠使建筑結(jié)構(gòu)的整體布局更加科學(xué)。

2、工業(yè)廠房建筑結(jié)構(gòu)形式選擇

2.1 單層工業(yè)廠房結(jié)構(gòu)形式選擇

單層工業(yè)廠房的結(jié)構(gòu)形式主要有排架結(jié)構(gòu)和門式剛架結(jié)構(gòu)兩種。排架結(jié)構(gòu)由于其構(gòu)造簡單，施工方便易行，是最基本、最常用的結(jié)構(gòu)形式，這種結(jié)構(gòu)由屋蓋系統(tǒng)、柱和基礎(chǔ)組成，柱與屋架為鉸接，柱與基礎(chǔ)為剛接。因為廠房的生產(chǎn)工藝和使用要求不一樣，排架結(jié)構(gòu)可以有等高、不等高和鋸齒形等多種形式。單層廠房中的門式剛架結(jié)構(gòu)是柱與橫梁剛性連接，柱與基礎(chǔ)一般采用鉸接，當(dāng)廠房有5t以上橋式吊車時，宜將柱腳設(shè)計成剛接。根據(jù)建筑結(jié)構(gòu)材料的不同，單層廠房分為鋼筋混凝土廠房、鋼結(jié)構(gòu)廠房、磚混廠房等。單層廠房主要的結(jié)構(gòu)特點是構(gòu)成空間大，中間不設(shè)承重柱或少設(shè)承重柱。為提高建筑工業(yè)化的水平，降低綜合造價、提高結(jié)構(gòu)質(zhì)量，上部結(jié)構(gòu)應(yīng)盡量選擇定型設(shè)計和標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)。

2.2 多層工業(yè)廠房結(jié)構(gòu)形式選擇

多層工業(yè)廠房的結(jié)構(gòu)形式主要有框架結(jié)構(gòu)、框架一支撐結(jié)構(gòu)和框架一剪力墻結(jié)構(gòu)等。多層廠房一般是輕工業(yè)廠房，為了保證工業(yè)廠房的空間足夠大，通常采用框架結(jié)構(gòu)，把廠房縱橫兩個方向都設(shè)計成剛接框架，不設(shè)置柱間支撐，其優(yōu)點是使用空間不受影響，缺點是柱要采用兩個方向慣性矩差別不大的矩形截面，使用鋼量增加。框架一支撐結(jié)構(gòu)一般是在層數(shù)比較多、工藝條件允許的條件下使用，橫向設(shè)計成剛接框架，縱向設(shè)計成柱一支撐體系，用柱間支撐抵抗水平荷載。這種體系經(jīng)濟(jì)節(jié)約，但柱問支撐可能會影響使用。這種形式特別適用于縱向較長，橫向較短的廠房?？蚣芤恢误w系對樓面的剛度要求較大，否則將出現(xiàn)柱子間的變形，致使柱間支撐的作用無法充分發(fā)揮?？蚣芤患袅Y(jié)構(gòu)，具有較高的抗側(cè)向承載力，一般適用于層數(shù)較多，高度和荷載較大的廠房。

多層工業(yè)廠房柱網(wǎng)布置時應(yīng)盡可能地均勻、對稱，使房屋的剛度中心與質(zhì)量中心盡量靠近，結(jié)構(gòu)布置盡量簡潔、規(guī)則，傳力明確。要求設(shè)計人員對橫向框架和縱向框架的周期嚴(yán)格控制把握，合理科學(xué)地布置電梯間的位置，同時對處于地震區(qū)的多層廠房應(yīng)少設(shè)或不設(shè)防震縫。

3、工業(yè)廠房建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化要點分析

3.1 工業(yè)廠房建筑結(jié)構(gòu)計算工作要點

隨著計算機技術(shù)的不斷發(fā)展，工業(yè)廠房建筑結(jié)構(gòu)計算可以通過相應(yīng)的軟件進(jìn)行計算，但是并不意味著可以直接照搬軟件程序的計算結(jié)果，設(shè)計人員還需對計算結(jié)果進(jìn)行進(jìn)一步的研究和分析，并結(jié)合自己多年的設(shè)計經(jīng)驗對其進(jìn)行評估，確保計算結(jié)果的科學(xué)性和準(zhǔn)確性。比如，我國大部分地區(qū)在冬季的時候常常會出現(xiàn)強降雪的情況，為了避免因強降雪而造成的房屋坍塌，設(shè)計人員在進(jìn)行設(shè)計時，需要取最大數(shù)值，以確保廠房建筑在比較極端條件下還能夠完好無損。

3.2 防火設(shè)計的優(yōu)化

防火設(shè)計也是工業(yè)廠房建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的一個重要方面，因此，這種防火設(shè)計也應(yīng)該作為一個重要的優(yōu)化手段存在，尤其是對于鋼結(jié)構(gòu)廠房來說，因為其耐火等級相對于混凝土結(jié)構(gòu)的建筑物來說存在著明顯的差距，所以更應(yīng)該重點針對這一缺點進(jìn)行優(yōu)化和完善。一般來說，其主要的防火設(shè)計優(yōu)化措施就是采用較為合理的防火涂料在鋼結(jié)構(gòu)的表面進(jìn)行噴涂，進(jìn)而提升其耐火性能，避免因為高溫導(dǎo)致工業(yè)廠房建筑結(jié)構(gòu)的損壞，確保其后期使用的安全性。

3.3 抗震性設(shè)計的優(yōu)化

抗震性也是工業(yè)廠房建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的一個要點內(nèi)容，確保工業(yè)廠房建筑結(jié)構(gòu)具備較為理想的抗震性是極為必要的一個方面，尤其是對于鋼結(jié)構(gòu)的使用來說，這種抗震性的設(shè)計顯得更為突出，所以在進(jìn)行抗震性設(shè)計時，更應(yīng)該突出其整體性設(shè)計，著重針對鋼結(jié)構(gòu)的連接進(jìn)行嚴(yán)格的控制，保障其連接的穩(wěn)定性，進(jìn)而提升其在震動中的抵抗效果，避免因為震動而出現(xiàn)倒塌等問題。

3.4 施工材料的優(yōu)化

針對工業(yè)廠房建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計工作來說，施工材料也是極為關(guān)鍵的一環(huán)，采用不同的施工材料必然就會產(chǎn)生不同的結(jié)構(gòu)設(shè)計效果，因此，針對這種施工材料的使用進(jìn)行設(shè)計優(yōu)化也是意義重大的。這種施工材料的設(shè)計優(yōu)化，一般來說應(yīng)該結(jié)合工業(yè)廠房建筑的實際狀況以及基本要求進(jìn)行恰當(dāng)?shù)倪x取，最終保障其能夠較好的運用，尤其是對于鋼材料類型或者是鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)類型的選擇必須要慎重對待。

3.5 屋面結(jié)構(gòu)與支撐系統(tǒng)的設(shè)計優(yōu)化

設(shè)計人員要根據(jù)廠房的跨度、當(dāng)?shù)氐目拐鸬燃壱约暗踯嚨膰嵨坏染唧w情況，開展屋面支撐系統(tǒng)的設(shè)計。一般說來，所有的鋼結(jié)構(gòu)廠房都要具備最基礎(chǔ)的垂直支撐結(jié)構(gòu)。如果廠房需要安裝特重級橋式吊車或者配備大型振動設(shè)備，那么廠房建筑結(jié)構(gòu)需要使用縱向水平支撐結(jié)構(gòu)?？傊?，不同的廠房其需要的支撐結(jié)構(gòu)也會有所差別，這就需要設(shè)計人員具體問題具體分析。此外，要根據(jù)國家相關(guān)規(guī)范以及廠房的實際情況設(shè)計合理的排水系統(tǒng)。國家規(guī)定，鋼結(jié)構(gòu)廠房屋面的坡度不低于50，如果是南方比較多雨的地區(qū)，可以相應(yīng)的增加坡度。

3.6 工業(yè)廠房立面設(shè)計優(yōu)化

在廠房結(jié)構(gòu)的設(shè)計中，除了要對力學(xué)性能進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計以外，還需要對其立面設(shè)計進(jìn)行優(yōu)化。尤其是要對廠房結(jié)構(gòu)的規(guī)模、線條、色彩等方面進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計。由于廠房一般多用于生產(chǎn)，因此在設(shè)計其立面的規(guī)模和線條時，可以考慮設(shè)計簡單統(tǒng)一的立面。在色彩選擇上，也可以盡量考慮彩色的鋼板，避免整個廠區(qū)都處于一種單調(diào)沉重的混凝土結(jié)構(gòu)中。尤其是在廠房的出入口、外天溝已經(jīng)收邊泛水等部位進(jìn)行合理優(yōu)化設(shè)計，在保證其基本功能的基礎(chǔ)上，實現(xiàn)良好的立面效果。使廠房給人一種親切的感覺，從而調(diào)節(jié)員工的心情，提高工作積極性。另外，線條是表現(xiàn)結(jié)構(gòu)建筑風(fēng)格最獨特的特征，均勻的線條或橫或豎，使得結(jié)構(gòu)建筑富有流暢的金屬質(zhì)感，體現(xiàn)了強烈的現(xiàn)代工業(yè)氣息。很多廠房在設(shè)計上往往考慮到采光問題而在墻面上挖較多的孔洞，破壞了立面效果，筆者建議可以大量使用屋面采光板，以此來解決采光和立面效果的矛盾，同時還能解決廠房的通風(fēng)問題。

結(jié)束語

作為工業(yè)發(fā)展的重要組成部分，工業(yè)廠房建筑在經(jīng)濟(jì)飛速發(fā)展的時代背景下，取得了巨大的成就，同時也對其結(jié)構(gòu)形式選擇與結(jié)構(gòu)設(shè)計方面提出了更高的要求。目前，廠房建筑結(jié)構(gòu)形式多樣，包括排架結(jié)構(gòu)、框架結(jié)構(gòu)、門式剛架結(jié)構(gòu)、磚混結(jié)構(gòu)等多種形式，結(jié)構(gòu)設(shè)計人員合理有效地選擇結(jié)構(gòu)形式和結(jié)構(gòu)設(shè)計方法，可以在充分發(fā)揮建筑功能的基礎(chǔ)上，對建筑工程安全和造價進(jìn)行有效的控制。本文就工業(yè)廠房建筑結(jié)構(gòu)形式選擇和結(jié)構(gòu)設(shè)計作簡要分析，希望對我國的工業(yè)廠房建設(shè)提供一些有用的參考意見。

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