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

牛清鋒　譚建平

摘要：工業(yè)一直都是我國的國民經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)的重中之重。由于工業(yè)的大部分生產(chǎn)活動均應(yīng)當(dāng)在工業(yè)廠房內(nèi)開展，所以一定要保證工業(yè)廠房建筑的施工建設(shè)質(zhì)量，就此首先需保證其結(jié)構(gòu)設(shè)計質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：工業(yè)廠房；建筑結(jié)構(gòu)；設(shè)計優(yōu)化

中圖分類號：TU318 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1674—3024（2016）11—187—02

前言

對于工業(yè)廠房的構(gòu)建來看，結(jié)構(gòu)是最為關(guān)鍵的一部分，只有保障其結(jié)構(gòu)的可靠性和安全性，才能夠使后期正常應(yīng)用效果加大。對于這種建筑結(jié)構(gòu)的保障工作來說，應(yīng)該先注意設(shè)計環(huán)節(jié)，從整體考慮，實際提升設(shè)計的水平，使優(yōu)化設(shè)計合理。

1工業(yè)廠房建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化的原則

從具體的工業(yè)廠房建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化工作來看，其具體的實際措施應(yīng)該嚴(yán)格遵循相應(yīng)的設(shè)計優(yōu)化原則進(jìn)行處理才能使優(yōu)化效果最大化，按照當(dāng)前我國現(xiàn)階段對于工業(yè)廠房建筑結(jié)構(gòu)的要求，其設(shè)計優(yōu)化的基本原則主要包括以下幾個方面：

1.1安全性原則

工業(yè)廠房建筑物主要就是供以后生產(chǎn)使用，然而在生產(chǎn)過程中，很多的廠房都關(guān)系著大量的工作人員，這也就要求該工業(yè)廠房建筑安全效果必須合格，避免出現(xiàn)危機(jī)工人生命安全的問題，因此，這種安全性就應(yīng)該作為今后工業(yè)廠房建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化的重要基本原則進(jìn)行把握。

1.2經(jīng)濟(jì)性原則

工業(yè)廠房建筑在建設(shè)過程一定會涉及到經(jīng)濟(jì)性方面的因素，也就是成本的控制和管理問題，而這種經(jīng)濟(jì)性因素也應(yīng)該在結(jié)構(gòu)的設(shè)計中得到相應(yīng)的體現(xiàn)，也就是說通過相應(yīng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化來提升其經(jīng)濟(jì)性水平，盡可能地在保障結(jié)構(gòu)安全可靠的基礎(chǔ)上降低其成本，使經(jīng)濟(jì)價值體現(xiàn)得以提高。

1.3功能性原則

任何一個工業(yè)廠房建筑的最終應(yīng)用價值的體現(xiàn)都是建立在較為適合的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)，所以在工業(yè)廠房建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計優(yōu)化中，就應(yīng)該充分考慮其后期的使用過程，融合其后期使用中的基本功能特點來構(gòu)建較為恰當(dāng)?shù)慕Y(jié)構(gòu)類型，進(jìn)而確保其后期的應(yīng)用價值能夠發(fā)揮最大值，避免后期使用受限。

1.4綠色建筑的原則

現(xiàn)在所倡導(dǎo)的綠色設(shè)計建筑的概念從根本意義上來看是一種在生產(chǎn)活動過程中的材料、工藝以及設(shè)備等的環(huán)保與穩(wěn)定。綠色設(shè)計應(yīng)遵循環(huán)保設(shè)計的原則，做到實事求是，并且立足于自身發(fā)展實際情況使綠色設(shè)計建筑系統(tǒng)達(dá)到最佳。

1.5潔凈設(shè)計的原則

潔凈設(shè)計是一種降低污染程度的設(shè)計的原則，也就是指在生產(chǎn)與應(yīng)用時的廢物排放達(dá)到零，這也是體現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)廠房建筑的現(xiàn)代化可持續(xù)發(fā)展。這種設(shè)計原則重點是可再生能源的利用，這也是未來工業(yè)生產(chǎn)發(fā)展的大勢所趨。

2工業(yè)廠房建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計分析

2.1純框架結(jié)構(gòu)

工業(yè)廠房建筑中應(yīng)用比較多的一種純框架結(jié)構(gòu)的形式是將廠房在橫向和縱向兩個方向的框架都設(shè)計成剛接形式。這種結(jié)構(gòu)體其建筑空間的穩(wěn)定性比較好，但是注意柱子的形式不可以采用一般的工字型柱，應(yīng)設(shè)計為箱型截面的柱體，使柱子在兩個方向上具有比較接近的慣性矩。

2.2框架一支撐體系

一種應(yīng)用較為普遍的框架一支撐體系是將橫向上的框架結(jié)構(gòu)設(shè)計成為剛接的形式，縱向的框架是使用柱支撐系統(tǒng)，通過柱間相互支撐使水平方向上的作用力消除。這種結(jié)構(gòu)形式可以有效地使建筑物的造價水平降低，但是柱支撐則會影響到建筑空間的使用，使用范圍會有比較大的限制，通常更加適用于橫短縱長的廠房結(jié)構(gòu)形式。

2.3混合性體系

這種混合體系是將鋼架和支撐兩種形式相互結(jié)合的方式設(shè)計，是將純框架結(jié)構(gòu)的縱向改為將支撐系統(tǒng)和鋼架兩者相結(jié)合的混合形式，共同作用來承載水平荷載。混合體系能夠使柱子的縱向彎矩有效降低，而且對于露面剛度的要求也較高，使柱子相互之間的協(xié)調(diào)性得以提高，讓出柱間支撐在整個體系中所起到的作用最大化。

3工業(yè)廠房建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化的要點

3.1做好防火設(shè)計

跟混凝土結(jié)構(gòu)廠房不同的是鋼結(jié)構(gòu)廠房很容易受溫度的影響，這使鋼結(jié)構(gòu)廠房的防火能力較差。所以在開展鋼結(jié)構(gòu)廠房設(shè)計同時，一定要從科學(xué)的角度開展防火設(shè)計以及隔熱設(shè)計，使工業(yè)廠房的可靠性與其安全性得以提高，使工業(yè)生產(chǎn)能夠安全、穩(wěn)定的進(jìn)行。在開展設(shè)計工作時，要劃分以及定義廠房建筑火災(zāi)危險性類別和防火等級。與此同時，也要遵循相關(guān)規(guī)定要求以及防火規(guī)范，采用質(zhì)量達(dá)標(biāo)，同時和廠房建筑防火等級一致的鋼構(gòu)件，以此防止火災(zāi)對鋼結(jié)構(gòu)建筑帶來過大的利益損害?，F(xiàn)在可通過防火涂料的科學(xué)涂刷以及使用，達(dá)到增強(qiáng)鋼構(gòu)件的耐火強(qiáng)度的目的。在開展設(shè)計工作的同時，相關(guān)設(shè)計人員也應(yīng)該通過安全出口以及疏散樓梯的優(yōu)化設(shè)計，使得火災(zāi)在發(fā)生之后，施工人員均得到及時的疏散，減少火災(zāi)事故帶來的損失。

3.2做好防腐設(shè)計

鋼結(jié)構(gòu)很容易出現(xiàn)氧化被腐蝕的狀況。如果鋼結(jié)構(gòu)經(jīng)常的處于潮濕的環(huán)境中，會使鋼結(jié)構(gòu)的氧化程度更加嚴(yán)重，造成腐蝕狀況也更加嚴(yán)重。一旦鋼結(jié)構(gòu)出現(xiàn)腐蝕問題，就會使構(gòu)件截面不斷縮小，同時鋼結(jié)構(gòu)的表層局部也會出現(xiàn)銹坑，使鋼結(jié)構(gòu)在受力過程中產(chǎn)生應(yīng)力集中的情況，使鋼結(jié)構(gòu)工業(yè)廠房的使用期不斷縮短。所以設(shè)計人員需要在工業(yè)廠房的實際環(huán)境基礎(chǔ)之上，使設(shè)計方案具有有效性以及合理性，最大程度的防止鋼結(jié)構(gòu)腐蝕問題出現(xiàn)?，F(xiàn)階段，為了防止鋼結(jié)構(gòu)出現(xiàn)腐蝕問題，提升抗腐蝕性能力，我國采用的技術(shù)是通過防銹防腐涂料的使用，使鋼結(jié)構(gòu)材料以及各種腐蝕因子，如氯離子、氧氣以及水蒸氣等隔離開來，使得鋼結(jié)構(gòu)獲得較大保護(hù)。另外在涂刷防腐材料的過程中，需要根據(jù)具體問題來決定材料厚度。

3.3做好抗震設(shè)計

在進(jìn)行總體布置時，廠房結(jié)構(gòu)質(zhì)量和剛度分布應(yīng)該具有均勻性，鋼廠房橫向結(jié)構(gòu)的最佳材料是鋼架，通過這種形式，可以使鋼結(jié)構(gòu)的受力性能充分發(fā)揮，并且可以降低橫向結(jié)構(gòu)變形幾率。其次，鋼結(jié)構(gòu)廠房出現(xiàn)破壞，在一般情況下，并非因為桿件沒有足夠的強(qiáng)度，在大部分情況是因為桿件沒有穩(wěn)定性而使其出現(xiàn)破壞現(xiàn)象，因此，布置支撐系統(tǒng)要具有一定的合理性。第三，因為地震影響造成低周疲勞作用有所發(fā)揮，所以在設(shè)計過程當(dāng)中，應(yīng)該注重考慮它對廠房所產(chǎn)生影響。在設(shè)計結(jié)構(gòu)連接點的時候，節(jié)點的破壞要遲于結(jié)構(gòu)構(gòu)件的全截面屈服，結(jié)構(gòu)構(gòu)件應(yīng)加入到塑性工作中，將其中地震能量充分地吸收進(jìn)來，從而發(fā)揮抗震能力。對工字型鋼的焊接截面的腹板采用加勁板加強(qiáng)，可以盡量提高局部穩(wěn)定性，減小厚度，優(yōu)化截面。柱間支撐形式的合理選擇，可有效提高廠房縱向抗震能力，減小鋼柱在縱向荷載作用下的用鋼量。

3.4屋面支撐系統(tǒng)及屋面結(jié)構(gòu)的設(shè)計優(yōu)化

屋蓋支撐系統(tǒng)的裝置要從廠房跨度、高度、屋蓋結(jié)構(gòu)形式、柱網(wǎng)布置、吊車噸位和所在地區(qū)的抗震設(shè)防烈度等條件來判斷。通常情況下無論是否有檁或無檁體系的屋蓋結(jié)構(gòu)均應(yīng)設(shè)置垂直支撐：在無檁體系當(dāng)中，大型屋面板有三點和屋架焊接，能夠起到上弦支撐作用，但是考慮施工條件的限制和安裝的需要，無論是否有無檁體系屋蓋都應(yīng)該在屋架上弦和天窗架上弦設(shè)置上弦橫向支撐。對于屋架間距應(yīng)該不小于12m的廠房或廠房內(nèi)設(shè)有特重級橋式吊車或廠房內(nèi)有較大振動設(shè)備的均應(yīng)設(shè)置縱向水平支撐。支撐系統(tǒng)的合理布置可以大幅降低支撐用鋼量：精準(zhǔn)計算支撐桿件的內(nèi)力，減小桿件的截面，對大型屋面板可以優(yōu)化成輕質(zhì)混凝土板，減少荷載。

3.5施工材料的優(yōu)化

對于工業(yè)廠房建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計工作來說，施工材料是至關(guān)重要的一環(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。

4結(jié)語

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，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。