工业建筑结构的设计优化

摘要：随着建筑行业的迅速发展，我国建筑结构设计的水平有了很大的提高，对建筑工程的发展起到了很好的促进作用，故本文中对工业建筑结构的设计进行了详细的分析与探讨，并提出了相应的优化措施，以供参考。

关键字：工业建筑；结构设计；优化策略；

中图分类号：TU318文献标识码： A

一、工业建筑结构设计优化的重要意义

工业建筑结构设计优化的方法，分为对分部结构设计的优化方法和对总体结构设计的优化方法。结构设计中工业建筑结构设计的优化一般包含以下几个方面的内容：对基础结构的设计进行优化；对上部结构的设计进行优化；对护围支撑结构进行优化；对房屋总体设计结构及细节部分进行优化。所以，工业建筑结构设计优化的重要意义就在于可以在最大程度上对资源和空间进行充分的利用，对材料和设备进行高效的利用，使建筑结构的功能更加趋向合理、协调、安全与可靠。从而实现建筑结构设计的“安全性、经济性、美观性、适用性”。

二、工业建筑结构优化设计的要求

优化结构设计是工业建筑施工共同的追求和目的，然而，优化设计也需要满足相应的要求，以一定的标准为参照，具体来说，需要满足以下几个方面的要求。

（一）工业建筑必须达到安全性标准

建筑物与人们的生产和生活息息相关，因此，安全性是建筑结构基础设计必须考虑的因素。如果只是片面的强调结构基础设计的优化，而忽视建筑结构的安全性，那么所做的一切努力都没有任何意义。因为，如果建筑物没有满足安全这一基本要求的话，必然给人们的生命财产安全带来巨大的损失。所以，建筑结构基础设计必须满足安全性的要求。

（二）工业建筑的经济性要求

经济性是市场经济条件下对建筑结构基础设计提出的新的要求，它主要是指在建筑结构基础设计当中，尽量节省成本，优化资源分配，合理利用各种材料，以达到节省成本，提高建筑项目工程经济效益的目的。

（三）工业建筑的功能性要求

建筑物是人们得以生存和发展的重要环境，它的目的是满足人们对物质环境需求的最大化。随着人们生活水平的提高，对于物质水平要求，精神水平要求都有了更加具体的内容。人们对于建筑物的功能需求不仅仅局限于传统的实用，更多的在于增添使用舒适性、视觉美感、以及满足人们更高层次的需求。

（四）工业建筑的环保性要求

环保性是人们对建筑结构基础设计提出的更高的要求，它要求选用环保材料，通过合理布局来实现可持续发展的理念，降低能源资源消耗，实现人与自然的和谐相处。

三、工业建筑结构基础设计的优化策略

为了优化建筑结构基础设计，满足安全性、经济性、功能性、环保性的要求，结合基础设计的实际情况，施工方可以采取以下策略。

（一）工业建筑设计方案的选择

在整个建筑结构设计中，基础设计方案的合理选型和布置是相当重要的部分。对于同一种场地地基，有多种基础形式可以选择，不同的基础形式，它的施工难度和工程造价是不一样的。因此，在基础设计方案选择的时候，要综合考虑多方面的因素，合理选择，以寻求最优目标。

1、工业建筑结构设计以准确的岩土工程勘察数据为依据。对于工程场地的地质条件、岩石物理力学性质、地基承载力、地下水位、场地土动力学参数等数据，必须进行科学合理的分析。因为这些数据是建筑方案合理设计的基础，通过对于数据的分析，再综合考虑上部结构的形式，最终才能确定合理的建筑基础形式和布置。

2、工业建筑结构设计基础的形式和布置应考虑基础与上部结构的相互作用。通常情况下，建筑结构设计是将上部结构和基础分离开来，各作单独的考虑，对他们分别进行力学分析。而事实表明，这种方法存在着较大的局限性，计算所得到的基底应力和基础沉降量与实际测量值存在着很大的差别。所以，基础问题的解决不能只关注基础，还应该考虑基础与上部结构的相互作用。在结构设计的时候，应该注意到上部结构次应力、开裂等不良情况的发生，将上部结构和基础进行综合考虑，从二者的相互联系出发，选择合理的方案。

（二）工业建筑应重视基础结构设计的计算

伴随着计算机技术在基础结构计算中的运用，基础设计取得了快速的发展和进步，计算精确度得到提高，计算的可靠性也更高。然而，我们在充分发挥计算机计算优势的同时，应该明确知道，结构设计程序是被动的计算过程，在计算中难免会出现差错，所以还需要注意以下几个问题。

1、提高计算自主性，避免过分的依赖。

工业建筑结构设计进行优化时需要进行大量的数据数据运算，因此要编制大量的计算机程序，用以方便运算。无论是公式数据输入时还是计算机进行高强度的计算时，都十分容易产生错误。有时候，优化设计的错误是工程师过分依赖计算机所致，因而，工程师或者设计人员需要改变这种情况，提高计算的自主性，在设计的过程中，对相关数据和计算结果进行反复的核对和审查，避免计算错误而影响结构设计。尤其是对基础设计的几何尺寸，荷载数据更要加强审核，确保不发生差错。此外，还要分析数据的真实性，避免盲目利用数据。

2、合理选用计算结果

在计算过程中，有些计算人员急于求成，不进行实际的审核以及数据对比，计算出的数据就直接进行应用。但实际状况中，并不是所有的计算结果都在结构基础设计中适用。计算参数的不同将会导致计算结果的不同，所以，工程师和设计人员应该对计算结果进行分析，合理选用计算结果。

3、注意实际结构和计算模型差异

计算程序与现实有一定的差距，它是以各种假定状态和理想状态为前提，但是，实际结果的承受力不可能达到理想的状态，所做的假设也与实际情况可能不相符合，因为外在因素会不断的变化。所以，在结构基础设计的时候，应该将模型和实际结果进行对比，尽量使其相符合，如果不相符合，则需要进行重新计算。

（三）工业建筑工程应提高材料的利用率

优化结构基础设计，在保证安全和经济的基础上，必须提高建筑材料的利用效率。例如，在钢筋混凝土结构中，当柱子以受压为主的时候，就需要根据材料的抗压性进行选择，要高标号混凝土为主，减小构件的截面，增加使用空间。由于梁板是以受弯为主，要选用高强度的钢筋，以减少钢筋的用量。此外，钢筋和混凝土的强度还要相匹配，这样能够最大限度的发挥材料的性能。总之，要重视材料的恰当选择，提高材料的利用率，降低造价，以收到最好的效益。

（四）工业建筑应对《规范》做到正确理解和应用

《规范》是优化设计的基础和指南，在实际工作中必须严格执行相关的规定。

一方面，对《规范》中的相关条文要进行深入的学习，深刻领会其中的内涵，并将此作为设计准则，根据具体的设计对象、设计环境、构件特点等，并根据设计的要求，进行科学合理的设计。另一方面，要高度重视《规范》中的构造措施。在实践中，一些工程师过分强调计算结果，却忽视设计环境，从而导致结构设计的安全性和经济性受到损害。但这样很有可能对建筑质量带来负面影响，因此，具体的设计在遵循设计原则和计算方法的同时，还必须考虑构造措施。

四、结构设计优化技术的实践应用

（一） 因为前期方案的确定直接影响工业的总投资，而现在存在的普遍问题就是前期方案阶段结构设计并不进行参与，工业师进行工业设计时大多并不考虑结构的合理性以及它的可行性，但是工业设计的结果却直接对结构设计造成影响，某些方案可能会增加结构设计的难度，并使得工业的总投资提高。如果在方案的初期，结构优化设计就能参与进来，那么我们就能针对不同的工业类别，选择合理的结构形式，合理的设计方案，获得一个良好的开端。

（二）概念设计应用于没有具体数值量化的情况，例如地震设防烈度，因为它的不确定性，计算式难免与现实有较大的差异，在进行设计的时候就要采用概念设计的方法，把数值作为辅助和参考的依据。设计过程中需要设计人员灵活的运用结构设计优化的方法，达到最佳的效果。与宏观把握相对应的，设计的过程同时要注意对于细部的结构设计优化，比如现浇板中的异形板拐角处易出现裂缝，可划分为矩形板。注意钢筋的选择，I 级钢和冷轧带肋钢市场价格差不多，但是他们的极限抗拉力却相差很大，所以在塑性满足要求的情况下，现浇板的受力钢筋就可选择冷轧带肋钢筋。在做里面设计的时候，外立面上的悬挑板及配筋，满足基本的规范要求即可，达到既安全又经济的目的。

（三）地基基础的结构设计优化首先要选择合适的方案，如果为桩基础，那么要根据现场地质条件选择桩基类型，尽量节省造价。桩端持力层对灌注桩桩长的选择影响很大，应多进行比较以确定最合适的方案。

结语:

工业建筑是凝固的艺术，精美的工业建筑是设计师把工业的美观设计与结构设计相互密切配合的结果。房屋结构设计追求适用、安全、经济、美观和便于施工五种效果，来提高有限空间、有限资源的最大化效果发挥，实现经济化、实用性和适用性的良好目标。而工业结构设计优化方法的应用则既能满足工业美观，造型优美的要求，又能使房屋结构安全、经济、合理。

参考文献：

[1] 李晓光. 工业建筑结构优化设计的探讨 [J].科技创新与应用 .2014（4）

[2] 苏敏; 崔芳. 工业建筑结构的设计优化 [J]. 城市建筑 .2013（7）

[3] 王铁勋. 浅析工业建筑结构的设计优化[J]. 才智.2012（7）

作者简介：

刘佳，女，1982.10，大学本科，工程师。单位：山东省冶金设计院股份有限公司