基于復(fù)雜性和安全性的工業(yè)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計研究

陳野平

摘 要 工業(yè)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計需兼顧安全性、復(fù)雜性、經(jīng)濟性，這使得設(shè)計天然存在較高難度?；诖?，本文研究將簡單總結(jié)基于復(fù)雜性和安全性的工業(yè)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計要點，并結(jié)合某大跨度廠房實例，深入探討工業(yè)建筑結(jié)構(gòu)的具體設(shè)計。

關(guān)鍵詞 工業(yè)建筑;結(jié)構(gòu)設(shè)計;安全性;復(fù)雜性

前言

作為較為復(fù)雜的綜合體，執(zhí)著單一化設(shè)計理念的工業(yè)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計很容易出現(xiàn)問題，如無法適應(yīng)智能化發(fā)展需要、導(dǎo)致工業(yè)生產(chǎn)實際成本上升、引發(fā)安全性問題。為提升工業(yè)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計水平，安全性和復(fù)雜性的把握極為關(guān)鍵[1]。

1基于復(fù)雜性和安全性的工業(yè)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計要點

1.1 科學(xué)開展結(jié)構(gòu)設(shè)計計算

受較為復(fù)雜的布置影響，工業(yè)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計需在結(jié)構(gòu)布置方式優(yōu)選方面投入精力，以此充分考慮各種可能性，并科學(xué)選用結(jié)構(gòu)設(shè)計軟件，以此開展針對性計算。對于工業(yè)建筑結(jié)構(gòu)中常見的樓面設(shè)備大開洞，需做好樓板的有限元計算，水平傳力計算準確性也不容忽視，如設(shè)備震動較大，則需要充分考慮建筑自震周期與設(shè)備震動周期的關(guān)系，避免共振威脅工業(yè)建筑結(jié)構(gòu)安全。

1.2 保證設(shè)計圖紙的精確性

在繪制施工圖紙的過程中，受經(jīng)驗不足等因素影響，一些設(shè)計人員很容易出現(xiàn)表達不清晰、疏漏、錯誤等問題，工業(yè)建筑結(jié)構(gòu)很容易因此出現(xiàn)安全隱患，后期施工也可能因此多次返工，如忽視預(yù)埋管線和預(yù)留孔洞、工藝與結(jié)構(gòu)構(gòu)件存在沖突。為保證設(shè)計圖紙的精確性，可引入BIM技術(shù)，以此開展可視化的建筑信息圖紙打造，精準分析科學(xué)規(guī)劃及相關(guān)關(guān)系，滿足復(fù)雜性設(shè)計要求。對于工業(yè)建筑底部承重結(jié)構(gòu)，以及相關(guān)的室內(nèi)管道穿插，基礎(chǔ)梁標高的優(yōu)化調(diào)整極為關(guān)鍵，基于BIM技術(shù)管線碰撞功能開展碰撞分析，孔洞預(yù)設(shè)的科學(xué)性也可更好得到保障。此外，還可以采用施工模擬方式，結(jié)合各專業(yè)圖紙，更好規(guī)避相關(guān)問題。

1.3 提高地基設(shè)計的穩(wěn)定性

工業(yè)建筑往往擁有較大的占地面積，這也使得工程的前期投資較大，由此開展的結(jié)構(gòu)設(shè)計需充分考慮地質(zhì)因素影響，包括地下土壤因素、地下水因素、地下巖層變動因素、天氣氣候等條件。設(shè)計過程需綜合分析建筑的承重結(jié)構(gòu)，地基設(shè)計面臨的各類不確定因素必須得到重視，以此輔以詳細的勘察，充分了解地貌變化情況、地層相關(guān)情況、周圍施工環(huán)境，同時應(yīng)用GIS系統(tǒng)與BIM技術(shù)，即可實現(xiàn)相關(guān)結(jié)果的可視化展現(xiàn)，設(shè)計優(yōu)化可由此獲得支持。此外，建筑地基部分設(shè)計還需要考慮地形地勢影響，以此結(jié)合工業(yè)建筑的抗震能力需要，并考慮使用年限，引入全生命周期設(shè)計理念，全面分析工業(yè)建筑的報廢分析和使用維修。

1.4 針對性開展安全性設(shè)計

為保證工業(yè)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的安全性，需從技術(shù)角度入手，同時綜合考慮財力資源、物力資源、人力資源的綜合調(diào)度，以此在保證工業(yè)建筑結(jié)構(gòu)安全性的同時，規(guī)避施工成本、施工人員、工期等方面問題。具體實踐需從設(shè)計標準入手，保證所有人員均基于一個設(shè)計標準開展研究，保證相關(guān)問題能夠及時得到校正。設(shè)計人員的培訓(xùn)、企業(yè)文化建設(shè)和績效管理、全方面地總結(jié)開展同樣需要得到重視，以此提高員工的工作責(zé)任感和工作水平，打造多層次的復(fù)雜架構(gòu)管理體系，更好滿足工業(yè)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的安全化、復(fù)雜化發(fā)展要求。

2工程分析

2.1 工程概況

為提升研究的實踐價值，本文以大跨度廠房結(jié)構(gòu)設(shè)計作為研究對象，廠房跨度、總建筑面積、屋蓋下弦標高分別為16806.5m2、138.6m、63.7m，側(cè)墻柱距、后墻柱距分別為9.8m、9.9m。受較大的跨度影響，廠房下弦設(shè)置重量較大的懸掛吊車，空間網(wǎng)架結(jié)構(gòu)方案在屋蓋方案選型中優(yōu)先考慮，以此提升整體剛度與抗震性能、減少用鋼量，同時優(yōu)先選用框架支撐體系作為下部結(jié)構(gòu)。

2.2 基本設(shè)計

在屋蓋結(jié)構(gòu)體系設(shè)計中，工程選擇了大門開口邊鋼桁架與三層斜放四角錐鋼網(wǎng)架相結(jié)合的方案，同時采用焊接空心球節(jié)點，屋蓋網(wǎng)架矢高、網(wǎng)格尺寸、下弦標高分別為9.0m、4.95m×4.90m、21.0m。采用四層鋼網(wǎng)架作為大門處反梁，總高、大門處下弦標高、節(jié)點數(shù)量、屋蓋桿件數(shù)量分別為14.0m、16.0m、2087個、8315根。采用11種圓鋼管桿件，從89mm×4.0mm到550mm×32mm，包括Q345直焊管與Q345無縫管;在下部結(jié)構(gòu)體系設(shè)計中，采用29根鋼骨混凝土柱作為大廳的三邊支承柱。包括1.3m×1.3m截面的4根方形現(xiàn)澆混凝土柱（門柱），以及1.3m×1.0m截面的23根矩形現(xiàn)澆混凝土柱（廠房側(cè)柱及后柱）、2根1.3m×1.3m截面的方形現(xiàn)澆鋼筋混凝土柱（角柱），同時設(shè)鋼柱間支撐廠房側(cè)向及后部。由于廠房單邊開口且跨度較大，存在不均勻的剛度和質(zhì)量分別，設(shè)計盡可能將剛度中心和結(jié)構(gòu)質(zhì)量中心靠近，以此對水平抗側(cè)力構(gòu)件剛度進行調(diào)整，結(jié)構(gòu)整體扭轉(zhuǎn)可由此預(yù)防，為實現(xiàn)開口邊的抗扭剛度增加，設(shè)計設(shè)置U形混凝土墻筒（400mm）于門柱外側(cè)。

2.3 設(shè)計要點

為更好貫徹安全性和復(fù)雜性要求，廠房建筑設(shè)計開展了針對性的結(jié)構(gòu)分析，主要圍繞設(shè)計荷載取值、結(jié)構(gòu)靜力分析、結(jié)構(gòu)抗風(fēng)分析、結(jié)構(gòu)模態(tài)分析、結(jié)構(gòu)抗震分析、節(jié)點分析展開。以設(shè)計荷載取值為例，廠房擁有一級的安全等級，以及重點設(shè)防類的抗震設(shè)防類別，設(shè)計使用年限為50年。在具體設(shè)計中，屋蓋荷載標準值需圍繞上弦恒荷載、下弦恒荷載、屋面活荷載入手，分別為0.80kN/m2、吊車軌道自重、0.50kN/m2，同時基本風(fēng)壓、基本雪壓分別為0.40kN/m2、0.25kN/m2，地面粗糙度、風(fēng)振系數(shù)分別為B類、1.6。屋蓋下弦共軌1臺六支點電動懸掛吊車（10t）和2臺六支點電動懸掛吊車（5t）。同時考慮±30℃的溫度作用，以及7度的抗震設(shè)防烈度、0.15g的基本地震加速度值、第二組的設(shè)計地震分組、Ⅱ類建筑場地類別，即可更好滿足工業(yè)建筑的安全性和復(fù)雜性要求。

3結(jié)束語

綜上所述，基于復(fù)雜性和安全性的工業(yè)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計需關(guān)注多方面因素影響。在此基礎(chǔ)上，本文涉及的保證設(shè)計圖紙的精確性、提高地基設(shè)計的穩(wěn)定性等內(nèi)容，則提供了可行性較高的設(shè)計路徑。為更好保證工業(yè)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計質(zhì)量，BIM等新型技術(shù)的積極應(yīng)用必須得到重視。

參考文獻

[1] 宋建.工業(yè)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計復(fù)雜性與安全性分析[J].建筑技術(shù)開發(fā)，2018，45（19）：98-99.