工業(yè)廠房結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的應(yīng)用研究

賴力 邢靈巧

攀鋼集團(tuán)設(shè)計(jì)研究院有限公司 四川 攀枝花 617023

引言

在對(duì)工業(yè)廠房進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，采用鋼結(jié)構(gòu)形式可以提高廠房應(yīng)用安全性和穩(wěn)定性，避免結(jié)構(gòu)在應(yīng)用期間受到周邊環(huán)境影響，出現(xiàn)倒塌等事故問題。設(shè)計(jì)人員在開展工作時(shí)需要深入現(xiàn)場(chǎng)，對(duì)區(qū)域內(nèi)環(huán)境、水文地質(zhì)條件進(jìn)行全面了解，并且根據(jù)鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求，選擇合理的結(jié)構(gòu)體系，還要對(duì)原有設(shè)計(jì)理念進(jìn)行全面更新和優(yōu)化，并且借助信息化技術(shù)和輔助軟件開展設(shè)計(jì)工作，要從各個(gè)層面對(duì)設(shè)計(jì)風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行全面預(yù)防，還要從根本上提高設(shè)計(jì)方案應(yīng)用的科學(xué)性，為后期實(shí)際建設(shè)行為提供科學(xué)指導(dǎo)，避免頻繁出現(xiàn)設(shè)計(jì)變更問題[1]。

1 工業(yè)廠房鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求

在進(jìn)行工業(yè)廠房鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，設(shè)計(jì)人員需要對(duì)設(shè)計(jì)方案應(yīng)用經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行科學(xué)評(píng)估。與傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)相比較，鋼結(jié)構(gòu)在使用時(shí)，選用的材料比較單一，可以降低經(jīng)濟(jì)損失問題發(fā)生概率。因?yàn)殇摻Y(jié)構(gòu)應(yīng)用較為頻繁，而且具有更強(qiáng)的穩(wěn)固性，在對(duì)其進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，設(shè)計(jì)人員需要對(duì)各項(xiàng)材料運(yùn)用要求進(jìn)行準(zhǔn)確注釋，在保證設(shè)計(jì)質(zhì)量的基礎(chǔ)上降低投資成本。設(shè)計(jì)人員還要提高鋼結(jié)構(gòu)應(yīng)用環(huán)保性，因?yàn)樵谶M(jìn)行鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，存在環(huán)保性能要求，因此設(shè)計(jì)人員需要對(duì)各項(xiàng)材料制作、施工期間是否會(huì)產(chǎn)生環(huán)境污染和資源浪費(fèi)問題進(jìn)行全面分析，同時(shí)要制定有效措施，對(duì)材料運(yùn)用缺陷進(jìn)行全面預(yù)防和控制[2]。

例如，設(shè)計(jì)人員可以對(duì)市場(chǎng)上一些節(jié)能環(huán)保型材料進(jìn)行重點(diǎn)關(guān)注，并且將其運(yùn)用于設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)中，同時(shí)要對(duì)材料進(jìn)行回收利用，避免鋼結(jié)構(gòu)在應(yīng)用期間出現(xiàn)資源浪費(fèi)問題。在進(jìn)行鋼結(jié)構(gòu)施工時(shí)，一般不會(huì)產(chǎn)生施工噪音和煙塵污染等問題，鋼結(jié)構(gòu)制作周期長(zhǎng)，建設(shè)周期短，施工周期較短，同時(shí)易采取措施滿足相關(guān)節(jié)能環(huán)保要求。設(shè)計(jì)人員需要對(duì)結(jié)構(gòu)應(yīng)用環(huán)保性能進(jìn)行科學(xué)評(píng)估，要保證結(jié)構(gòu)在使用時(shí)，能夠符合綠色施工要求，只有這樣才能擴(kuò)大鋼結(jié)構(gòu)應(yīng)用范圍。設(shè)計(jì)人員還要提高鋼結(jié)構(gòu)應(yīng)用便捷性，實(shí)際上鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)形式比較簡(jiǎn)單，可以根據(jù)不同工藝建設(shè)要求，對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，并且對(duì)結(jié)構(gòu)形式進(jìn)行簡(jiǎn)化處理，在提高結(jié)構(gòu)應(yīng)用適應(yīng)性能的同時(shí)減輕結(jié)構(gòu)自重，降低整體造價(jià)成本。在進(jìn)行鋼結(jié)構(gòu)制作、安裝時(shí)，還可以縮短施工工期[3]。

2 工業(yè)廠房鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)存在的問題

2.1 缺乏造價(jià)控制意識(shí)

很多設(shè)計(jì)人員在對(duì)工業(yè)廠房結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，并沒有將造價(jià)控制意識(shí)融合到設(shè)計(jì)工作各個(gè)環(huán)節(jié)中，因?yàn)殇摻Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作系統(tǒng)性特征比較強(qiáng)，涉及的內(nèi)容過于繁雜，在對(duì)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)進(jìn)行成本控制時(shí)，不僅需要對(duì)鋼結(jié)構(gòu)材料采購(gòu)成本進(jìn)行有效控制，還需要對(duì)人力資源和機(jī)械設(shè)備以及輔助材料應(yīng)用成本進(jìn)行有效控制。如果設(shè)計(jì)人員在開展工作時(shí)，并沒有對(duì)各項(xiàng)材料價(jià)格進(jìn)行全面了解，選擇的材料造價(jià)成本比較高，就會(huì)對(duì)項(xiàng)目建設(shè)行為產(chǎn)生不良影響。設(shè)計(jì)人員也沒有根據(jù)施工現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際條件，對(duì)設(shè)計(jì)方案內(nèi)容進(jìn)行全面對(duì)比，導(dǎo)致方案內(nèi)容與實(shí)際建設(shè)行為存在較大差異，后期在對(duì)設(shè)計(jì)方案內(nèi)容進(jìn)行修改時(shí)，就會(huì)增加項(xiàng)目建設(shè)成本，還會(huì)引發(fā)資源浪費(fèi)等問題[4]。

2.2 總體布局存在缺陷

在對(duì)工業(yè)廠房鋼結(jié)構(gòu)布局進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，如果設(shè)計(jì)人員沒有從整體層面上，對(duì)各個(gè)空間進(jìn)行合理規(guī)劃，也沒有從細(xì)節(jié)區(qū)域?qū)δ苄枨筮M(jìn)行全面了解。在進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，整體布局設(shè)置存在問題，就會(huì)對(duì)結(jié)構(gòu)運(yùn)用產(chǎn)生不良影響。因?yàn)殇摻Y(jié)構(gòu)應(yīng)用較為頻繁，在進(jìn)行實(shí)際設(shè)置時(shí)靈活性更強(qiáng)，設(shè)計(jì)人員為了節(jié)省材料，降低整體作業(yè)成本，需要構(gòu)建空間跨度比較大的結(jié)構(gòu)。但這種結(jié)構(gòu)在使用時(shí)存在較多安全隱患，例如結(jié)構(gòu)應(yīng)用穩(wěn)定性比較差，在結(jié)構(gòu)各部件、工藝設(shè)備進(jìn)行安裝時(shí)，都會(huì)對(duì)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生不良影響。設(shè)計(jì)人員在進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，沒有從綜合層面對(duì)安全風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行全面考慮，也沒有對(duì)主體結(jié)構(gòu)與非結(jié)構(gòu)構(gòu)件連接需求進(jìn)行全面了解。在進(jìn)行布局設(shè)計(jì)時(shí)，難以從各個(gè)層面對(duì)風(fēng)險(xiǎn)問題進(jìn)行有效防控，會(huì)導(dǎo)致鋼結(jié)構(gòu)在使用期間出現(xiàn)更加嚴(yán)重的問題，甚至?xí)霈F(xiàn)倒塌事故[5]。

3 工業(yè)廠房鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化措施

3.1 增強(qiáng)造價(jià)控制意識(shí)

在對(duì)鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，設(shè)計(jì)人員首先要增強(qiáng)自身造價(jià)控制意識(shí)，要對(duì)各項(xiàng)材料成本進(jìn)行充分考慮，還要對(duì)結(jié)構(gòu)建設(shè)期間可能產(chǎn)生的額外經(jīng)濟(jì)損失進(jìn)行分析和研究。在開展設(shè)計(jì)工作時(shí)，設(shè)計(jì)人員可以借助BIM技術(shù)構(gòu)建數(shù)據(jù)模型，對(duì)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)產(chǎn)生的造價(jià)成本進(jìn)行模擬，在此基礎(chǔ)上對(duì)現(xiàn)有設(shè)計(jì)內(nèi)容進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，可提高設(shè)計(jì)方案的經(jīng)濟(jì)性。在開展鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作時(shí)，設(shè)計(jì)人員還要盡可能與多專業(yè)協(xié)同，各專業(yè)設(shè)計(jì)人員要進(jìn)行密切溝通和交流。在對(duì)現(xiàn)有設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)進(jìn)行更新時(shí)，需要對(duì)存在聯(lián)系的實(shí)際數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)整，為各項(xiàng)設(shè)計(jì)工作開展提供有效支持[6]。

3.2 提高布局合理性

在對(duì)結(jié)構(gòu)布局進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，設(shè)計(jì)人員需要保證各項(xiàng)設(shè)計(jì)成果與工業(yè)廠房生產(chǎn)模式相匹配，才能保證工業(yè)廠房的正常運(yùn)行。設(shè)計(jì)人員要對(duì)工業(yè)廠房實(shí)際用途進(jìn)行全面了解，并且選擇經(jīng)濟(jì)實(shí)用的設(shè)計(jì)工藝。在進(jìn)行具體設(shè)計(jì)時(shí)，設(shè)計(jì)人員需要根據(jù)生產(chǎn)需求，對(duì)廠房墻體高度和厚度進(jìn)行有效控制，還要對(duì)鋼結(jié)構(gòu)支架進(jìn)行合理劃分，要保證整個(gè)結(jié)構(gòu)受力均衡，通常情況下鋼結(jié)構(gòu)支架主要包含了桁架、網(wǎng)架及框架等分布形式，設(shè)計(jì)人員在進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)之前，需要對(duì)廠房生產(chǎn)要求和結(jié)構(gòu)布置需求進(jìn)行全面了解，在此基礎(chǔ)上選擇合理的結(jié)構(gòu)體系[7]。

設(shè)計(jì)人員在接收到工藝布置圖，進(jìn)行設(shè)計(jì)之前，需要對(duì)工藝布置和柱間支撐位置關(guān)系進(jìn)行充分理解，要保證設(shè)計(jì)完成的鋼結(jié)構(gòu)在應(yīng)用時(shí)，能夠滿足各方面要求，還要提高結(jié)構(gòu)整體的科學(xué)合理性。在對(duì)鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，設(shè)計(jì)人員還需要根據(jù)結(jié)構(gòu)應(yīng)用需求，對(duì)各相關(guān)材料進(jìn)行正確選擇。設(shè)計(jì)人員要對(duì)材料規(guī)格和型號(hào)相關(guān)要求進(jìn)行準(zhǔn)確標(biāo)注，要保證施工企業(yè)在進(jìn)行材料購(gòu)買時(shí)，能夠選擇正確材料類型。設(shè)計(jì)人員還要對(duì)工業(yè)設(shè)計(jì)要求進(jìn)行全面掌握，在此基礎(chǔ)上對(duì)現(xiàn)有方案內(nèi)容進(jìn)行持續(xù)調(diào)整。設(shè)計(jì)人員需要深入到廠房現(xiàn)場(chǎng)，對(duì)區(qū)域內(nèi)情況進(jìn)行全面了解，要保證最終設(shè)計(jì)方案內(nèi)容符合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際，才能降低設(shè)計(jì)變更等問題發(fā)生概率。設(shè)計(jì)人員還要根據(jù)結(jié)構(gòu)發(fā)展?fàn)顟B(tài)，對(duì)結(jié)構(gòu)性能進(jìn)行持續(xù)優(yōu)化和完善，要保證各結(jié)構(gòu)在使用時(shí)具備更高安全性，避免引發(fā)事故問題[8]。

3.3 優(yōu)化設(shè)計(jì)內(nèi)容

在對(duì)工業(yè)廠房鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)之前，設(shè)計(jì)人員需要對(duì)鋼構(gòu)件加工和施工要求進(jìn)行全面了解，設(shè)計(jì)人員可以深入到施工現(xiàn)場(chǎng)，對(duì)區(qū)域環(huán)境特點(diǎn)和水文地質(zhì)條件進(jìn)行全面調(diào)查，在此基礎(chǔ)上選擇正確結(jié)構(gòu)形式，并且制定針對(duì)性的設(shè)計(jì)方案。設(shè)計(jì)人員還要對(duì)區(qū)域內(nèi)雪壓和風(fēng)壓等荷載工況進(jìn)行全面研究，在對(duì)各項(xiàng)荷載系數(shù)進(jìn)行計(jì)算時(shí)，需要借助信息化技術(shù)，提高最終計(jì)算結(jié)果精確性。要對(duì)結(jié)構(gòu)構(gòu)件截面進(jìn)行合理設(shè)計(jì)，同時(shí)要對(duì)施工材料型號(hào)和規(guī)格進(jìn)行準(zhǔn)確標(biāo)注，設(shè)計(jì)人員還要明確施工順序和建設(shè)條件，避免施工人員在進(jìn)行設(shè)計(jì)圖紙解讀時(shí)，出現(xiàn)理解失誤等情況。在對(duì)鋼結(jié)構(gòu)材料性能進(jìn)行分析和研究時(shí)，可以發(fā)現(xiàn)結(jié)構(gòu)材料性能會(huì)受到周邊環(huán)境溫度影響，如果區(qū)域內(nèi)溫差比較大，就會(huì)對(duì)鋼結(jié)構(gòu)運(yùn)用穩(wěn)定性產(chǎn)生不良影響。設(shè)計(jì)人員在對(duì)工業(yè)廠房結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，需要對(duì)溫度影響進(jìn)行充分考慮，還要做好結(jié)構(gòu)防火設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)人員需要對(duì)火災(zāi)危險(xiǎn)類別進(jìn)行全面了解，還要明確防火要求，要嚴(yán)格按照行業(yè)規(guī)范開展設(shè)計(jì)工作。在對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，需要將防護(hù)設(shè)計(jì)放在首要位置。在對(duì)消防設(shè)施和消防通道進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，需要嚴(yán)格按照相關(guān)要求開展設(shè)計(jì)工作，要保證各項(xiàng)設(shè)施在使用時(shí)能夠發(fā)揮更大作用，才能為廠房?jī)?nèi)部工作人員生命安全提供充足保障。在進(jìn)行設(shè)計(jì)方案制作時(shí)，設(shè)計(jì)人員需要對(duì)構(gòu)件防火能力提出明確要求，同時(shí)要對(duì)鋼結(jié)構(gòu)涂刷防護(hù)材料要求進(jìn)行準(zhǔn)確標(biāo)注，要提高構(gòu)件運(yùn)用安全系數(shù)，才能降低火災(zāi)隱患問題發(fā)生概率，設(shè)計(jì)人員要根據(jù)廠房周邊地理位置和抗震規(guī)范要求，對(duì)鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)，還要對(duì)結(jié)構(gòu)傳力途徑進(jìn)行科學(xué)計(jì)算，要保證整個(gè)結(jié)構(gòu)受力情況更加科學(xué)，避免出現(xiàn)剛度突變等情況。因?yàn)椴煌Y(jié)構(gòu)形式，對(duì)抗震設(shè)計(jì)要求存在一定差異，在對(duì)縱向結(jié)構(gòu)和橫向結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，設(shè)計(jì)人員需要對(duì)結(jié)構(gòu)形變問題進(jìn)行有效防控，避免部分構(gòu)件或結(jié)構(gòu)出現(xiàn)破壞，對(duì)整個(gè)鋼結(jié)構(gòu)性能產(chǎn)生不良影響。同時(shí)設(shè)計(jì)人員還要做好地震模擬分析，要對(duì)鋼結(jié)構(gòu)使用期間遭受地質(zhì)災(zāi)害問題之后出現(xiàn)的損傷問題進(jìn)行模擬和分析，還要對(duì)支撐體系能否發(fā)揮作用反復(fù)推敲，要保證鋼結(jié)構(gòu)在地震作用力影響下具備更高穩(wěn)定性，避免出現(xiàn)結(jié)構(gòu)倒塌等問題[9]。

在對(duì)鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性能進(jìn)行優(yōu)化時(shí)，需要設(shè)置明確支撐點(diǎn)，還要構(gòu)建完善支撐體系，要從根本上提高鋼結(jié)構(gòu)應(yīng)用安全性和穩(wěn)定性，確保鋼結(jié)構(gòu)抗震性能能夠滿足地震災(zāi)害抵抗要求。在進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，還會(huì)受到材料影響，因?yàn)殇摬牧祥L(zhǎng)期暴露在空氣環(huán)境中容易出現(xiàn)氧化現(xiàn)象，如果周邊空氣環(huán)境比較潮濕，還會(huì)引發(fā)銹蝕的問題，銹蝕問題比較嚴(yán)重時(shí)會(huì)對(duì)鋼結(jié)構(gòu)產(chǎn)生不良影響，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)應(yīng)用穩(wěn)定性能下降，進(jìn)而引發(fā)安全性問題。在對(duì)鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，設(shè)計(jì)人員需要對(duì)廠房?jī)?nèi)部環(huán)境進(jìn)行充分考慮，要制定針對(duì)性抗腐蝕和防氧化措施，例如可以選擇抗氧化性能比較強(qiáng)的鋼材料，并且在結(jié)構(gòu)表面涂刷抗腐蝕涂料，從而對(duì)鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行全面保護(hù)。如果周邊自然環(huán)境比較惡劣，還要適當(dāng)增加防腐涂料厚度，避免腐蝕問題過于嚴(yán)重，對(duì)鋼結(jié)構(gòu)正常使用產(chǎn)生較大影響。在對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化時(shí)，設(shè)計(jì)人員需要對(duì)地腳螺栓進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，要保證螺栓預(yù)留位置更加精確，同時(shí)要對(duì)埋設(shè)精度進(jìn)行明確要求。一般情況下，工業(yè)廠房檐口高度較高，鋼柱整體構(gòu)件長(zhǎng)度較長(zhǎng)，對(duì)鋼柱安裝的準(zhǔn)確性提出了較高要求。設(shè)計(jì)人員應(yīng)對(duì)鋼柱頂、鋼柱底進(jìn)行準(zhǔn)確標(biāo)注，并充分考慮杯口基礎(chǔ)、獨(dú)立基礎(chǔ)、樁基礎(chǔ)與鋼柱的連接。在施工圖交底時(shí)，提醒施工單位選擇合適固定措施，提高螺栓安裝穩(wěn)定性。在對(duì)現(xiàn)有設(shè)計(jì)成果進(jìn)行驗(yàn)算時(shí)，設(shè)計(jì)人員需要借助計(jì)算機(jī)輔助軟件，對(duì)設(shè)計(jì)成果進(jìn)行模擬分析和可視化碰撞分析，還要對(duì)各個(gè)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)存在的問題進(jìn)行全面分析和探討，為施工單位提供最優(yōu)的設(shè)計(jì)方案[10]。

4 結(jié)束語

綜上所述，在進(jìn)行工業(yè)廠房鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，設(shè)計(jì)人員需要積累工程項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)，努力學(xué)習(xí)新型知識(shí)和技術(shù)。開展設(shè)計(jì)工作時(shí)，構(gòu)建數(shù)據(jù)模型，對(duì)現(xiàn)有設(shè)計(jì)成果進(jìn)行模擬分析，從而及時(shí)發(fā)現(xiàn)和解決設(shè)計(jì)缺陷及問題。在進(jìn)行鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，明確各項(xiàng)材料的應(yīng)用要求，采用合理的結(jié)構(gòu)體系，確保結(jié)構(gòu)更加安全穩(wěn)固?？傮w來說，工業(yè)廠房涉及的內(nèi)容很多，比較繁雜。通過深入學(xué)習(xí)和更多設(shè)計(jì)實(shí)踐，可以更多地積累知識(shí)、總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，不斷更新和充實(shí)設(shè)計(jì)理念，以期貢獻(xiàn)出更好的設(shè)計(jì)作品。