關(guān)于對工業(yè)廠房結(jié)構(gòu)設(shè)計的探析

王少智

新發(fā)藥業(yè)有限公司 山東 東營 256000

1 工業(yè)廠房結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化方法分析

目前來看，在工業(yè)廠房設(shè)計中，一般有兩種結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化方法。第一種方法為主觀判斷優(yōu)化方法，該優(yōu)化方法在很大程度上依賴設(shè)計人員的設(shè)計經(jīng)驗以及主觀意識，在工業(yè)廠房設(shè)計中，設(shè)計人員是設(shè)計方案的制定者，在設(shè)計的過程中，設(shè)計人員會結(jié)合建設(shè)場地的實際情況以及生產(chǎn)的要求，利用個人經(jīng)驗以及專業(yè)知識對廠房的結(jié)構(gòu)進行規(guī)劃分析，從而設(shè)計出廠房結(jié)構(gòu)的初步方案，這種主觀判斷設(shè)計優(yōu)化方法具有較高的設(shè)計效率，但是對于個人經(jīng)驗以及專業(yè)技能水平有比較高的要求，因此在設(shè)計的過程中，難以保證設(shè)計方案的科學(xué)性以及可靠性，具有一定的設(shè)計風(fēng)險；第二種設(shè)計優(yōu)化方法為理論知識優(yōu)化方法，該優(yōu)化方法以房屋建設(shè)設(shè)計相關(guān)的理論知識為依托，嚴格按照設(shè)計理論的要求進行設(shè)計，但是在實際的設(shè)計環(huán)節(jié)中往往會出現(xiàn)難以用常規(guī)設(shè)計理論解決的問題，因此在設(shè)計實踐中不能完全依賴理論知識。工業(yè)廠房結(jié)構(gòu)設(shè)計具有一定的綜合性與復(fù)雜性，在設(shè)計的過程中，既需要充分發(fā)揮設(shè)計人員自身的經(jīng)驗優(yōu)勢，也需要重視理論知識的應(yīng)用，根據(jù)不同的設(shè)計要求，靈活的應(yīng)用不同的設(shè)計方法，提升設(shè)計方案的科學(xué)性以及可行性[1]。

2 工業(yè)廠房結(jié)構(gòu)設(shè)計要點

2.1 地基基礎(chǔ)

工業(yè)廠房往往具有較大的占地面積，同時投資比較大，建設(shè)的位置地質(zhì)情況十分復(fù)雜，因此在建設(shè)的過程中，對于地基的處理十分關(guān)鍵。針對一些載荷要求比較大的位置，可以應(yīng)用樁基、獨立基礎(chǔ)、條形基礎(chǔ)以及彈性地基梁等。工業(yè)廠房一般配置有輸送皮帶，對于輸送皮帶的設(shè)置可以將皮帶支架設(shè)計成底部鉸鏈的形式，在這種設(shè)計方案下，皮帶在運行的過程中會將剪力以及軸力傳給地基，為了提升地基的穩(wěn)固性，需要將地基設(shè)計為柱下條形基礎(chǔ)形式。從實用性的角度考慮，在設(shè)計的過程中還需要重視對混凝土的選擇，地基部分的混凝土其標號應(yīng)該符合C25結(jié)構(gòu)耐久性的要求，在配筋設(shè)計方面需要盡量降低配筋率，樁基應(yīng)合理選擇樁徑及樁類型，經(jīng)濟合理且便于施工。鋼管廊結(jié)構(gòu)獨立基礎(chǔ)底板厚度應(yīng)滿足鋼筋錨固長度要求?；迏^(qū)地基基礎(chǔ)應(yīng)滿足《儲罐區(qū)防火堤設(shè)計規(guī)范》及《石油化工鋼儲罐地基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》《化工設(shè)備基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》等相關(guān)國家、地方及行業(yè)標準。針對條基交叉處的鋼筋設(shè)計需要有詳細的工程圖，且該部位的基底面積需要具有一定的獨立性，不能被重復(fù)使用，同時還需要根據(jù)具體的條件來調(diào)整基寬。地基基礎(chǔ)宜優(yōu)先采用天然地基且盡量淺埋，當天然地基不能滿足承載力及沉降要求或不經(jīng)濟時，可采用復(fù)合地基處理或樁基礎(chǔ)?；A(chǔ)應(yīng)合理控制基底零應(yīng)力區(qū)的面積。大面積地面荷載作用下尚應(yīng)驗算地基的附加變形，此外，還需要特別關(guān)注柱下條形基礎(chǔ)，針對采取緩坡型設(shè)計翼緣板，需要加強對坡角進行控制，防止角度過大，影響后續(xù)的施工。此外，在地基規(guī)劃設(shè)計的過程中，還需要重視地質(zhì)勘察報告的作用及建議，結(jié)合當?shù)氐鼗幚斫?jīng)驗結(jié)合建筑荷載大小確定合理經(jīng)濟的地基及基礎(chǔ)形式，混凝土耐久性尚應(yīng)滿足《工業(yè)建筑防腐蝕設(shè)計標準》的規(guī)定。

2.2 梁與板件的設(shè)計

在工業(yè)生產(chǎn)中，廠房往往需要承擔比較大的負載，因此為了保證廠房的結(jié)構(gòu)強度能夠滿足生產(chǎn)作業(yè)的需求，一般在設(shè)計的過程中都會加大梁的橫截面積，而這種設(shè)計思路也在一定程度上增加了施工的難度。一些設(shè)計師為了避免出現(xiàn)過大的橫截面積，因此通過增加配筋的方式保證結(jié)構(gòu)強度，但是這種設(shè)計方案在施工中也是比較難以實現(xiàn)的，因為如果大量配筋集中于同一區(qū)域，就將增加混凝土壓實的難度，導(dǎo)致相關(guān)位置難以插入振搗，如果出現(xiàn)這種問題將帶來比較嚴重的質(zhì)量隱患，因此需要對設(shè)計方案進行進一步優(yōu)化。在設(shè)計的過程中，可以適當增加梁的橫截面積，并減少配筋的使用。為了給現(xiàn)場施工創(chuàng)造有利的條件，在設(shè)計的過程中需要盡量減少鋼琴堆梁柱接頭的使用，沒有相關(guān)位置沒有特殊的負載要求，需要將配筋率控制在1.7%以下，這樣的設(shè)計不僅有利于梁結(jié)構(gòu)的塑性鉸的形成，還能提升結(jié)構(gòu)整體的抗震性能。在設(shè)計的過程中還需要合理設(shè)置伸縮縫，梁計算可合理考慮樓板作為翼緣對梁剛度增大的影響。樓板開洞處應(yīng)合理補強樓板鋼筋。針對懸臂梁配筋的計算，需要保留一定的安全系數(shù)。在設(shè)計的過程中，還需要重視控制好砌體結(jié)構(gòu)懸臂梁深墻梁長度，確保其長度能夠滿足實際施工的要求[2]。

2.3 柱形件設(shè)計

在工業(yè)廠房結(jié)構(gòu)設(shè)計中，軸向分力應(yīng)用的較為廣泛。在確定柱截面的過程中，需要充分考慮到設(shè)計方案的經(jīng)濟性，一般來說，鋼管混凝土柱和鋼格柱在實際的使用中都有良好的性能表現(xiàn)，且成本可控。組合截面柱的腹桿體系分為綴條式和綴板式兩種，為了進一步加強對廠房建設(shè)成本的控制，可以通過增加縱向鋼筋的方式，降低材料成本，并保證建筑的結(jié)構(gòu)。在廠房建筑結(jié)構(gòu)中，往往采取單桿的支撐結(jié)構(gòu)，在設(shè)計的過程中，需要根據(jù)廠房的實際使用需求以及受力的大小，來確定單桿的長度，確保設(shè)計方案的合理性。單層鋼筋混凝土柱廠房宜采用裝配式排架柱。柱頂高度應(yīng)考慮屋架及梁底距吊車的最小凈空尺寸，且不宜小于250mm，適當加大柱剛度，柱間增設(shè)柱間支撐增大兩個方向平面內(nèi)的剛度，可以減小柱計算長度，增強梁柱連接節(jié)點，滿足“強柱弱梁、強節(jié)點”的概念設(shè)計要求。

2.4 預(yù)埋件設(shè)計

工廠需要能夠容納各種各樣的設(shè)備以原料，想要在生產(chǎn)的過程中較為穩(wěn)固的固定設(shè)備，就需要有一定數(shù)量的預(yù)埋件作為支撐。埋件設(shè)計應(yīng)注明錨筋的植入深度及化學(xué)錨栓的相關(guān)施工工藝要求，改造后植筋設(shè)計應(yīng)符合《混凝土結(jié)構(gòu)后錨固技術(shù)規(guī)程》的要求。在設(shè)計的過程中，設(shè)計人員需要從工廠的生產(chǎn)實踐出發(fā)，確定好預(yù)埋件的尺寸以及位置，并在設(shè)計圖紙中清晰的標明。在設(shè)計的過程中經(jīng)常會出現(xiàn)忽視樓梯預(yù)埋件的情況，需要后期到現(xiàn)場親自補埋，在很大程度上影響了施工的效率。在技術(shù)交底環(huán)節(jié)中，需要清楚的向建設(shè)單位說明預(yù)埋件施工的要點，在某些工廠中，預(yù)埋件作為負載件存在，因此在設(shè)計的過程中還需要計算好預(yù)埋件的負載能力，防止在使用的過程中，出現(xiàn)預(yù)埋件斷裂的情況[3]。

2.5 鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計

鋼結(jié)構(gòu)已經(jīng)成為當前廠房施工過程中最常用的建筑結(jié)構(gòu)之一，與其他建筑結(jié)構(gòu)相比，其具有造價成本低、性能強度高的優(yōu)點。在對鋼結(jié)構(gòu)進行設(shè)計的過程中，不僅需要考慮到鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，同時也需要為后續(xù)的施工創(chuàng)造良好的條件。在設(shè)計的過程中首先需要關(guān)注鋼材料的選擇，盡量選擇具有較高強度以及較強耐腐蝕性的鋼材，針對鋼柱、鋼梁及吊車梁所選用鋼材料為Q355B，抗風(fēng)柱、墻架系統(tǒng)及次結(jié)構(gòu)所選用鋼材料為Q235B，鋼結(jié)構(gòu)梁柱采用合理的連接及拼接形式，在設(shè)計的過程中還需要對對腳螺栓的設(shè)定方位進行科學(xué)計算、合理確定，控制腳螺栓的數(shù)量和質(zhì)量，避免造成資源浪費，保障施工質(zhì)量符合規(guī)定要求。廠房的鋼結(jié)構(gòu)不可避免地會受到腐蝕作用，為了減緩腐蝕的速率，降低腐蝕發(fā)生的概率，在鋼結(jié)構(gòu)安裝前期，就應(yīng)該檢查結(jié)構(gòu)表面的平整度，清除表面的雜物。此外，還可以選擇噴涂油漆等防腐蝕材料，實現(xiàn)鋼結(jié)構(gòu)的質(zhì)量控制[4]。

3 加強工業(yè)廠房結(jié)構(gòu)設(shè)計的相關(guān)措施

3.1 提升廠房結(jié)構(gòu)與生產(chǎn)的協(xié)調(diào)性

工業(yè)廠房的設(shè)計與建設(shè)服務(wù)于工業(yè)生產(chǎn)實踐，因此在開展設(shè)計工作的過程中，需要工業(yè)廠房的用途以及工廠的生產(chǎn)工藝有充分的了解，結(jié)合實際的生產(chǎn)需求，有針對性地對設(shè)計方案進行優(yōu)化。從工廠的生產(chǎn)要求以及使用要求出發(fā)，確定結(jié)構(gòu)設(shè)計的方案，防止由于設(shè)計方案與生產(chǎn)實踐適應(yīng)性不足，導(dǎo)致廠房難以啟用。在實施設(shè)計方案的過程中，往往會出現(xiàn)一些與工廠實際生產(chǎn)環(huán)節(jié)不相符的地方，主要的原因在于，在設(shè)計的過程中沒有深入了解工廠的工藝特點以及生產(chǎn)需求，因此需要設(shè)計人員加強對工廠工藝的實地勘察研究，在了解工廠工藝特點的基礎(chǔ)上開展設(shè)計，防止因結(jié)構(gòu)設(shè)計方案不合理，影響工廠的正常生產(chǎn)工作。比如針對框架梁上方開洞位置的設(shè)計，如果沒有充分考慮到結(jié)構(gòu)整體的受力情況以及生產(chǎn)需求，梁洞位置布置不合理，就回影響工廠正常的生產(chǎn)工作，尤其針對一些需要應(yīng)用大型機械設(shè)備的工廠，在設(shè)計的過程中，需要充分考慮機械設(shè)備的尺寸特點，一方面需要保證廠房內(nèi)部空間能夠容納生產(chǎn)設(shè)備；另一方面需要確保內(nèi)部空間的合理性，防止廠房內(nèi)部空間被大量浪費。此外，工業(yè)廠房設(shè)計結(jié)構(gòu)布置、選型和構(gòu)造處理，應(yīng)滿足生產(chǎn)工藝及安裝維修維護要求，合理選擇安全等級，做到安全可靠、技術(shù)先進經(jīng)濟合理。達到結(jié)構(gòu)方案傳力簡捷，受力明確并具有良好的整體性。荷載的布置應(yīng)合理考慮各種使用要求，支撐在結(jié)構(gòu)上的設(shè)備和管道自重、平臺、懸吊物、振動設(shè)備動力荷載、撞擊荷載、檢修荷載、反應(yīng)釜內(nèi)物料重量不要遺漏。有防爆要求的控制室要合理考慮爆炸荷載且爆炸荷載載與地震及風(fēng)、雪荷載不同時組合，采用以概率理為基礎(chǔ)的極限狀態(tài)設(shè)計方法，荷載滿足結(jié)構(gòu)可靠性指標要求?；そㄖ?yīng)按《化學(xué)工業(yè)建（構(gòu)）筑物抗震設(shè)防分類標準》，合理選擇抗震設(shè)防類別。廠房設(shè)計應(yīng)盡量模塊化，滿足通用工藝流程及模數(shù)要求，構(gòu)件尺寸及類型應(yīng)盡量減少類型，方便預(yù)制拼接及工廠化生產(chǎn)施工及方便運輸，同時可減少現(xiàn)場施工誤差及工作量。工業(yè)建筑尚應(yīng)綜合考慮結(jié)構(gòu)構(gòu)件的防火、防爆、抗爆、防腐、防震要求。設(shè)計中積極選用新材料、新工藝、新技術(shù)，為業(yè)主合理優(yōu)化但不過度優(yōu)化結(jié)構(gòu)，力爭實現(xiàn)節(jié)能、節(jié)地、節(jié)水、節(jié)材及綠色環(huán)保，可持續(xù)發(fā)展。

3.2 重視結(jié)構(gòu)優(yōu)化計算

在結(jié)構(gòu)設(shè)計中，結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)計算的準確性將直將影響方案的質(zhì)量以及廠房后續(xù)的使用表現(xiàn)。因此在進行結(jié)構(gòu)設(shè)計的過程中，需要充分重視計算環(huán)節(jié)，加強對核心區(qū)域的節(jié)點計算，確保能夠較為準確的進行抗剪驗算、長細比驗算以及裂縫寬度驗算等，主要確保關(guān)鍵數(shù)據(jù)的準確性，才能為科學(xué)的設(shè)計打下基礎(chǔ)。針對核心區(qū)域的抗剪驗算需要嚴格的相關(guān)的操作原則實施，從廠房結(jié)構(gòu)的整體特點出發(fā)，充分考慮到廠房的結(jié)構(gòu)跨度以及載荷等。一般來說，如果柱支撐截面積較大，那么節(jié)點偏心也會比較大，如果不能保證計算的準確性，將會到廠房結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性造成很大影響。在計算樓面等效載荷的過程中，需要充分考慮到不同材料的力學(xué)特性以及廠房的結(jié)構(gòu)特點，不僅需要關(guān)注到建筑本身的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，還需要考慮到實際生產(chǎn)過程中廠房的載荷。在廠房結(jié)構(gòu)設(shè)計中，抗震設(shè)計也是設(shè)計的重點，而科學(xué)的抗震設(shè)計需要依托于準確的裂縫寬度計算，一般來說，結(jié)構(gòu)裂縫寬度需要控制在0.3mm左右，才能保證整體結(jié)構(gòu)具有一定的抗震性能[5]。

4 結(jié)束語

對于工業(yè)生產(chǎn)企業(yè)來說，廠房是實施生產(chǎn)作業(yè)的主要場所，廠房的設(shè)計水平對于生產(chǎn)工作的實施具有重要的影響，在廠房設(shè)計中，廠房結(jié)構(gòu)設(shè)計是重點，在設(shè)計的過程中需要綜合考慮工廠的實際生產(chǎn)需求，確保結(jié)構(gòu)設(shè)計方案不僅能夠滿足建筑質(zhì)量要求，也能夠滿足工廠實際生產(chǎn)作業(yè)的要求，從而為工廠相關(guān)生產(chǎn)工作的實施創(chuàng)造有利的條件