工業(yè)廠房建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的問題及對策

甘肅省建材科研設(shè)計(jì)院有限責(zé)任公司，甘肅 蘭州 730020

為滿足工業(yè)生產(chǎn)需要，工業(yè)廠房的設(shè)計(jì)既要滿足廠房安全性及耐久性要求，又要與工業(yè)生產(chǎn)工藝特點(diǎn)相匹配。多專業(yè)領(lǐng)域交叉下的工業(yè)廠房設(shè)計(jì)工作極為復(fù)雜，為建設(shè)符合現(xiàn)代化標(biāo)準(zhǔn)的工業(yè)廠房，不僅要汲取相關(guān)經(jīng)驗(yàn)，提高廠房設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)上限，還要在工業(yè)廠房設(shè)計(jì)原則的基礎(chǔ)上，注重先進(jìn)廠房設(shè)計(jì)方法及理念的創(chuàng)新，降低廠房建設(shè)材料損耗，保障廠房結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的經(jīng)濟(jì)性，并使其布局更為合理。不僅如此，抗震、防火等也要作為工業(yè)廠房的設(shè)計(jì)重點(diǎn)，這也是廠房環(huán)境建設(shè)的基本要求，需在廠房結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中加以落實(shí)，切實(shí)改善工業(yè)生產(chǎn)環(huán)境。為此，在廠房結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，需結(jié)合其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及生產(chǎn)需求，掌握好設(shè)計(jì)優(yōu)化的方向，努力改善現(xiàn)有廠房條件，下面就此展開詳述。

1 工業(yè)廠房建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)概述

為提高工業(yè)用地利用率，充分開發(fā)工業(yè)廠房建筑空間，滿足工業(yè)生產(chǎn)效率要求，需重視廠房結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作。工業(yè)廠房建筑在設(shè)計(jì)規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)、風(fēng)格、技術(shù)及功能性要求等方面與住宅建筑有明顯差異，要求廠房設(shè)計(jì)人員做好生產(chǎn)現(xiàn)場調(diào)研，了解生產(chǎn)過程、材料供應(yīng)、周圍建筑及環(huán)境特點(diǎn)，切實(shí)保障廠房設(shè)計(jì)構(gòu)造的合理性。針對工業(yè)廠房建設(shè)項(xiàng)目，需提供多元化的設(shè)計(jì)方案，通過對比分析其在抗震、防火、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性等方面的差異，獲得更為經(jīng)濟(jì)可行的工業(yè)廠房設(shè)計(jì)方案。

2 工業(yè)廠房建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)相關(guān)原則

2.1 確保結(jié)構(gòu)參數(shù)設(shè)計(jì)的準(zhǔn)確性

在工業(yè)廠房設(shè)計(jì)工作中，結(jié)構(gòu)參數(shù)準(zhǔn)確性是其必備條件，也是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的質(zhì)量基礎(chǔ)。面對繁雜的廠房結(jié)構(gòu)參數(shù)，需善于利用專業(yè)軟件系統(tǒng)，全面收集工業(yè)廠房結(jié)構(gòu)相關(guān)數(shù)據(jù)并進(jìn)行精確計(jì)算，這樣既能加快廠房結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)的處理速率，還能保障設(shè)計(jì)的精準(zhǔn)度，以免工業(yè)廠房因人為因素而加大設(shè)計(jì)誤差?？尚行匝芯恳彩菑S房結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵，在同一工業(yè)廠房項(xiàng)目下，可有多種不同的設(shè)計(jì)方案，需結(jié)合項(xiàng)目投資、工期、場地等條件，為工業(yè)廠房建設(shè)優(yōu)選經(jīng)濟(jì)且可行的設(shè)計(jì)方案。同時(shí)，在確定方案后，廠房建筑設(shè)計(jì)人員應(yīng)保證結(jié)構(gòu)參數(shù)的準(zhǔn)確計(jì)算并加以復(fù)檢，及時(shí)消除工業(yè)廠房設(shè)計(jì)隱患，提高廠房結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的合理性。

2.2 結(jié)構(gòu)布局需符合工業(yè)生產(chǎn)特點(diǎn)

在工業(yè)廠房建筑中，其結(jié)構(gòu)形式較為靈活，應(yīng)以工業(yè)生產(chǎn)需求為基本出發(fā)點(diǎn)，并且要在保障廠房質(zhì)量性能的同時(shí)，盡可能簡化廠房結(jié)構(gòu)，減少建設(shè)成本。不同生產(chǎn)工藝下，對廠房空間布局的需求不同，廠房建筑設(shè)計(jì)人員需全面了解生產(chǎn)工藝，工廠技術(shù)人員也要積極參與廠房設(shè)計(jì)工作，強(qiáng)化各專業(yè)設(shè)計(jì)溝通，優(yōu)化工業(yè)廠房結(jié)構(gòu)布局，以免生產(chǎn)工藝與布局設(shè)計(jì)產(chǎn)生沖突，提高廠房結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的合理性。此外，在廠房結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，要為廠房規(guī)模擴(kuò)張做準(zhǔn)備，結(jié)合工業(yè)發(fā)展規(guī)劃及設(shè)備更新需要，廠房建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要留有裕度，實(shí)現(xiàn)工業(yè)用地空間的充分利用。

3 工業(yè)廠房建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)存在的問題

3.1 整體布局不合理

首先，由于工業(yè)生產(chǎn)工藝的差異，廠房空間布局需求不同，而實(shí)際廠房結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中卻多存在同質(zhì)化的問題，廠房空間布局基本相似，存在空間浪費(fèi)或與工業(yè)生產(chǎn)需要不匹配的問題。其次，在實(shí)際設(shè)計(jì)中，廠房建筑設(shè)計(jì)人員對廠區(qū)空間布局缺乏考量，使同一工業(yè)生產(chǎn)工藝流程上的不同廠房相距甚遠(yuǎn)，或廠房與居住區(qū)過近，導(dǎo)致最終產(chǎn)生一系列生產(chǎn)問題。

3.2 精確度不足

當(dāng)進(jìn)行工業(yè)廠房結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，需要有精確的荷載數(shù)據(jù)，并對結(jié)構(gòu)應(yīng)力進(jìn)行精確分析。有的廠房設(shè)計(jì)人員僅依靠設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，未對荷載、應(yīng)力等參數(shù)作精準(zhǔn)分析，以至于廠房結(jié)構(gòu)中重要的支撐結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不當(dāng)，影響廠房結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。

3.3 設(shè)計(jì)缺乏成本考慮

對于工業(yè)廠房而言，設(shè)計(jì)質(zhì)量及成本很是關(guān)鍵，在實(shí)際廠房設(shè)計(jì)中，若結(jié)構(gòu)及選材不合理，則會(huì)增加工業(yè)廠房建設(shè)成本損失。同時(shí)，因結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理而帶來的廠房返工、重建等問題，也會(huì)加劇工業(yè)廠房建筑成本壓力。

4 優(yōu)化工業(yè)廠房建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的相關(guān)對策

4.1 優(yōu)化選擇廠房建筑材料

材料選用與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)密切相關(guān)，在工業(yè)廠房建筑中，材料的優(yōu)化選擇是廠房結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。不同品類建材性能差異明顯，要實(shí)現(xiàn)廠房結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的優(yōu)化，便要從材料基礎(chǔ)抓起。在制訂廠房結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案時(shí)，要符合基本的設(shè)計(jì)規(guī)范要求，并結(jié)合工業(yè)廠房項(xiàng)目成本、工期及功能設(shè)計(jì)等要求，確定更為適宜的建材。由于廠房建筑材料可選空間大，可滿足不同使用要求，并且存在明顯的成本差異，這些均可作為廠房設(shè)計(jì)方案比對的依據(jù)。待方案選定后，采取約束性措施，確保廠房建筑材料質(zhì)量。在諸多材料中，鋼材在工業(yè)廠房中應(yīng)用得最多，在進(jìn)行鋼結(jié)構(gòu)廠房設(shè)計(jì)時(shí)，需著重分析其結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和耐火、耐腐蝕等特性，選擇更為適宜的鋼材型號。對于常規(guī)的鋼混結(jié)構(gòu)廠房，要結(jié)合材料強(qiáng)度要求，降低材料因素所導(dǎo)致的不確定性，保證廠房建筑施工質(zhì)量。

4.2 改進(jìn)工業(yè)廠房抗震設(shè)計(jì)

第一，設(shè)計(jì)時(shí)，工業(yè)廠房設(shè)計(jì)人員應(yīng)先做好總體布局，熟悉結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)具體要求，確保廠房結(jié)構(gòu)布局的科學(xué)性與合理性，提高結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)質(zhì)量。在選擇橫向結(jié)構(gòu)材料時(shí)，一般優(yōu)先考慮使用鋼結(jié)構(gòu)，前期結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)至關(guān)重要，設(shè)計(jì)人員應(yīng)充分發(fā)揮鋼結(jié)構(gòu)在力學(xué)性能上的優(yōu)勢，降低外力及結(jié)構(gòu)荷載下的負(fù)面影響。第二，設(shè)計(jì)人員應(yīng)重視分析橫向結(jié)構(gòu)變化原理，在此基礎(chǔ)上采取合理措施來控制負(fù)面因素。工業(yè)廠房在實(shí)際使用過程中很容易受到外界因素的干擾，這主要是內(nèi)部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理引起的，導(dǎo)致穩(wěn)定性不能得到有效保證，結(jié)構(gòu)框架質(zhì)量不達(dá)標(biāo)。第三，當(dāng)涉及地震因素分析時(shí)，應(yīng)重視外部環(huán)境的作用，進(jìn)一步改進(jìn)原有結(jié)構(gòu)連接點(diǎn)的不足之處，選擇合理的界定標(biāo)準(zhǔn)。使用結(jié)構(gòu)框架時(shí)，要充分結(jié)合鋼結(jié)構(gòu)特性來謹(jǐn)慎選擇，提高地震下構(gòu)件連接的可靠性，切實(shí)提高結(jié)構(gòu)的防震性能。

4.3 優(yōu)化廠房結(jié)構(gòu)防火設(shè)計(jì)

工業(yè)生產(chǎn)對防火要求高，防火性能在工業(yè)廠房結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中有待提高。以常見的鋼結(jié)構(gòu)廠房為例，其防火性能取決于材料本身，當(dāng)鋼材周圍溫度超過100℃時(shí)，材質(zhì)強(qiáng)度就會(huì)明顯下降，可塑性得到一定程度的增強(qiáng)，廠房結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性變差；當(dāng)溫度達(dá)到250℃時(shí)，可塑性變差，大概率會(huì)產(chǎn)生斷裂的情況；當(dāng)溫度進(jìn)一步升高時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生較大形變。針對鋼材特性，設(shè)計(jì)人員一定要根據(jù)溫度差異來進(jìn)行合理研究，做好耐火設(shè)計(jì)，直接選用高耐火性鋼材，減少高溫下工業(yè)廠房的損耗，延長廠房建筑的使用壽命，這有利于廠房高效、安全運(yùn)轉(zhuǎn)，降低火災(zāi)等事故對廠房的影響。

4.4 優(yōu)化屋面支撐系統(tǒng)和屋面結(jié)構(gòu)

設(shè)計(jì)屋面支撐系統(tǒng)時(shí)，設(shè)計(jì)人員要結(jié)合廠房高度和其他環(huán)境因素來設(shè)計(jì)布置方案，保證設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)形式的實(shí)用性和可靠性，同時(shí)還應(yīng)熟悉結(jié)構(gòu)抗震性能方面的基本標(biāo)準(zhǔn)。在設(shè)計(jì)屋蓋結(jié)構(gòu)時(shí)，施工單位要結(jié)合已有施工技術(shù)和能力來開展施工，提前做好調(diào)研工作，明確基本安裝要求，達(dá)到一定的支撐效果。在設(shè)計(jì)屋架上弦天窗架時(shí)，應(yīng)把握好不同支架的距離，需要界定橫向距離，實(shí)現(xiàn)橫向和縱向支撐之間的順利銜接，進(jìn)而提高布局的合理性，提高鋼量的利用率，這樣既能節(jié)約施工成本，還能夠防止出現(xiàn)荷載過大而引起層面摩擦力的情況，減少對屋面結(jié)構(gòu)的不利影響。設(shè)計(jì)人員一定要考慮全面，在明確屋面用鋼量的前提下進(jìn)行適當(dāng)優(yōu)化，加強(qiáng)各道工序之間的有序銜接。在完成前期結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的前提下再開展連續(xù)作業(yè)，盡可能降低用鋼量，做到物盡其用，提高資源配置的合理性，實(shí)現(xiàn)廠房建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)水平的提升，構(gòu)造一個(gè)安全、合理的生產(chǎn)環(huán)境，增加工業(yè)廠房使用效益。

4.5 其他設(shè)計(jì)優(yōu)化內(nèi)容

現(xiàn)有工業(yè)廠房中，鋼結(jié)構(gòu)廠房最為常見，盡管有結(jié)構(gòu)強(qiáng)度及成本優(yōu)勢，但也存在隱患，如鋼結(jié)構(gòu)是裸露在自然環(huán)境中的，銹蝕問題難以規(guī)避，并且與環(huán)境有直接聯(lián)系。在工業(yè)廠房結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化時(shí)，防銹設(shè)計(jì)關(guān)系著廠房結(jié)構(gòu)耐久性，要求廠方結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員加強(qiáng)重視，采取合適的防銹防腐措施，如利用各類專用涂料，可限制水蒸氣、氧氣等對鋼材表層的侵蝕。要深入了解鋼結(jié)構(gòu)銹蝕的機(jī)理，研究廠方建設(shè)所用鋼材對溫濕度、環(huán)境介質(zhì)等的敏感程度，進(jìn)而從設(shè)計(jì)的角度提高廠房鋼結(jié)構(gòu)對銹蝕的耐受性，保障廠房結(jié)構(gòu)的安全性。

5 結(jié)束語

綜上所述，在工業(yè)生產(chǎn)中，廠房結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的合理性關(guān)系著生產(chǎn)效率及安全，但在當(dāng)前廠房建筑設(shè)計(jì)中，仍存在著結(jié)構(gòu)同質(zhì)化、布局不合理等問題，這就要求廠房結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員不僅要保證參數(shù)設(shè)計(jì)的準(zhǔn)確性，還要結(jié)合工業(yè)生產(chǎn)實(shí)際需要，對廠房空間布局加以優(yōu)化，綜合考慮抗震防火、經(jīng)濟(jì)性及結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性等要求，切實(shí)改進(jìn)廠房結(jié)構(gòu)。此外，廠房結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員還要重視設(shè)計(jì)創(chuàng)新，引進(jìn)工業(yè)廠房結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)及理念，改善現(xiàn)有廠房條件，滿足廠房設(shè)計(jì)經(jīng)濟(jì)性及空間利用最大化的要求。