关于工业厂房建筑结构设计优化的探究
时间：2022-09-12 02:27:00
摘要：随着经济社会的发展，人们的生活水平不断提高，生活质量的提高推动了建筑事业的发展。但是，在建筑工程中，一些投资商为了节约成本，提高经济效益，在施工过程中偷工减料，严重影响了建筑的质量，而建筑结构的优化设计可以有效解决当期的现状，因此，探讨建筑结构优化设计，以供建筑工程投资商参考,一举多得,互利共赢.
中图分类号：TS958文献标识码： A
前言
一般而言，工业建筑是指用以从事工业生产的各种房屋,也叫厂房或厂房建筑。工业是我国国民经济支柱产业，保证工业安全生产，提高工业基础设施建设水平是工业发展的必要条件，为此人们对工业厂房建筑的建设逐渐给予了更多的关注。在厂房建设过程中，结构设计是第一步关键工作环节，其决定了厂房建设的施工质量和投资效益。工业建筑的设计风格根据设计人的经验和角度不同存在差异，我国目前普遍采用的形式为钢筋混凝土结构和钢结构。本文针对工业厂房建筑结构的设计优化提出了一些个人观点，仅供设计人员及施工人员参考。
一、解析结构设计优化的基本方法
目前建筑工程的结构设计优化技术的基本方法主要有两种，即直觉优化与概念设计处理。所谓直觉优化，就是指建筑工程的结构设计中，可以采用多种设计方案时，设计人员一般会根据自己的经验和直觉来判断出应当选择哪种设计方案比较合适，尤其是在确定结构布置设计、荷载分析、细部处理的设计方案时，更是无法使用计算机来代替，必须要由设计人员靠自己的判断来决定。但是在实际的建筑工程结构设计中，设计人员自己的判断是需要根据设计规律和实践经验来判断，其在一定情况下，还是需要结合概念来进行设计处理。为此在结构设计优化技术中，概念设计处理也是非常常见的优化技术方法。
二、钢结构厂房的结构设计优化技术应用
本文以钢结构厂房为例，来详细探讨结构设计优化技术的具体应用。
1.厂房钢结构设计优化的基本原则
首先，要保证有足够的工作空间。其次，在生产中机械设备的运行往往会带来一定的震动，为保证厂房的安全性，在优化厂房结构设计时，需要重点对结构的抗震性进行设计。再者，一些厂房在生产中会散发大量的热量，而钢本身具有很大的传热性能，若温度过高时，钢结构的强度也会减弱，为此设计中还注重对钢结构的耐热性进行优化设计。最后，厂房的支撑体系设计、屋面设计和立面设计也都要充分结合实际需要，合理设计，提高厂房结构设计方案的经济性和合理性。
2.钢结构厂房的抗震性设计优化
首先，在进行总体布置的时候，厂房结构的质量和刚度分布应该具有均匀性，钢架是厂房横向结构选择的最佳材料，通过这种形式，可以使钢结构的受力性能得到充分地应用，并且横向结构变形几率也在一定程度上有所降低。其次，钢结构厂房出现破坏，通常情况下，并不是因为杆件没有足够的强度，在很多时候是因为杆件没有稳定性而使其出现破坏现象，因此，布置支撑系统要具有一定的合理性。第三，在地震影响下，低周疲劳作用有所发挥，而在设计过程中，应该着重考虑它对厂房所产生的影响。在设计结构连接点的时候，节点的破坏要晚于结构构件的全截面屈服，结构构件应该加入到塑性工作中，将其中地震能量充分地吸收进来，从而发挥抗震能力。对工字型钢的焊接截面的腹板采用加劲板加强,可以有效提高局部稳定性,减小厚度,优化截面. 柱间支撑形式的合理选择，可有效提高厂房纵向抗震能力，减小钢柱在纵向荷载作用下的用钢量。
3.钢结构工业厂房的耐热性设计
钢结构工业厂房防火能力很差，当钢材受热在100℃以上时，随着温度的升高，钢材的抗拉强度降低，塑性增大；温度在250℃左右时，钢材抗拉强度略有提高，而塑性却降低，出现蓝脆现象；当温度超过250℃时钢材出现徐变现象；当温度达500℃时，钢材强度降至很低，以致钢结构塌落。因此，当钢结构表面温度处于150℃以上时，必须做隔热及防火设计。这样可以增强建筑的耐热能力，使建筑更加的安全。例如冶金钢结构厂房中加热炉附近的厂房钢柱需要进行耐热保护,但是对厂房柱的保护应适度,热辐射范围内的柱子适度保护,范围外的柱子不进行热保护,这样达到优化的目的.
4.屋面支撑系统及屋面结构的设计优化
屋盖支撑系统的布置应根据厂房跨度、高度、柱网布置、屋盖结构形式、吊车吨位和所在地区的抗震设防烈度等条件来决定。一般情况下无论有檩或无檩体系的屋盖结构均应设置垂直支撑；在无檩体系中，大型屋面板有三点和屋架焊接，可起到上弦支撑作用，但考虑到施工条件的限制和安装需要,无论有檩或无檩体系屋盖均应在屋架上弦和天窗架上弦设置上弦横向支撑。对于屋架间距不小于12m 的厂房或厂房内设有特重级桥式吊车或厂房内有较大振动设备的均应设置纵向水平支撑。支撑系统的合理布置,能大幅降低支撑用钢量；准确计算支撑杆件的内力，减小杆件的截面，对大型屋面板可以优化成轻质混凝土板，减少荷载，
屋面的排水及防水设计在屋面设计中需重点考虑，根据《屋面工程技术规范》的规定，屋面坡度最小为5%，在积雪较大的地区，坡度应适当加大。单坡屋面的长度主要取决于所在地区的温差以及降雨所形成的最大水头高度。根据工程设计经验，单坡屋面长度宜控制在70m以内。目前，市场上钢结构屋面的做法常用的有两种：1）刚性屋面：双层彩色压型钢板内夹保温棉；2）复合柔性屋面：由屋面彩钢板内板、隔气层、保温层、卷材防水层组成。
屋面用钢量的优化，主要还在于对檩条这个用钢量大户的优化，例如，在高铁车站雨棚的设计优化中，采用连续檩条比简支檩条省15%~30%的用钢量。
5.立面设计的优化
在厂房轻钢结构的设计中，除了要对力学性能进行优化设计以外，还需要对其立面设计进行优化。尤其是要对厂房轻钢结构的规模、线条、色彩等方面进行优化设计。由于厂房一般多用于生产，因此在设计其立面的规模和线条时，可以考虑设计简单统一的立面。在色彩选择上，也可以尽量考虑彩色的钢板，避免整个厂区都处于一种单调沉重的混凝土结构中。尤其是在厂房的出入口、外天沟已经收边泛水等部位进行合理优化设计，在保证其基本功能的基础上，实现良好的立面效果。使厂房给人一种亲切的感觉，从而调节员工的心情，提高工作积极性。另外，线条是表现轻钢结构建筑风格最独特的特征，均匀的线条或横或竖，使得轻钢结构建筑富有流畅的金属质感，体现了强烈的现代工业气息。很多厂房在设计上往往考虑到采光问题而在墙面上挖较多的孔洞，破坏了立面效果，笔者建议可以大量使用屋面采光板，以此来解决采光和立面效果的矛盾，同时还能解决厂房的通风问题。
6.吊车梁系统优化
对大型重载吊车梁系统，建议采用连续梁系统，不但可以减小吊车梁截面高度，
降低用钢量，而且使厂房纵向刚度增加，可以使厂房柱系统更轻便。
结束语
随着我国现代工业的不断发展,行业领军企业的规模不断加大，新建工业园区过程中企业对工业建筑的要求也不断提高。针对工业建筑的特殊性，工业企业加强了对建筑结构设计的关注。为了满足现代工业的厂房建设需要，我们必须要不断的改进设计理念，优化厂房结构的设计方案。目前钢结构逐渐成为厂房建筑的主要结构形式，在对其进行结构设计优化时，需要结合钢结构的特点，和实际的工业生产需要，对钢结构的抗震性、耐热性、吊车系统和支撑系统进行优化设计，同时还要注重厂房结构设计的立面设计，在满足厂房基本功能需求的基础上，设计出优美大方，更符合工业性质的厂房结构设计方案，从而提升我国厂房建筑结构设计水平。
参考文献：
[l]蔡红军，蒋凤鸣，董辉.浅谈钢结构厂房设计[J].中国科技信息,2010.
[2]耿云峰.论钢结构工业厂房的设计与施工[J].今日科苑.2008 (20).
[3冯双艳.钢结构厂房中屋而支撑的设计实例分析[J].科技情报开发与经济，2007(19).
[4]陶少军基于钢结构的工业厂房结构体系设计思路浅析[J].科技资讯，2010(22).
[5]汪树玉.结构优化设计的现状与进展[J].基建优化，2007:12-13.
[6]王光远.工程结构与系统杭震优化设计的实用方法[M].北京:中国建筑工业出版社，2007:35-37.
[7]蒋启平.工程结构优化设计的新方法[J].工业建筑，2008.
