對工業(yè)建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化的幾點思考

吳士杰

摘 要：在國民經(jīng)濟(jì)和科學(xué)技術(shù)發(fā)展的推動下，工業(yè)建設(shè)得到了快速的發(fā)展，為了達(dá)到越來越高的建筑功能要求，對于工業(yè)建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計中的各種因素要綜合全面的考慮，以優(yōu)化工業(yè)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計，保證工業(yè)建筑的功能性、合理性和安全性。本文主要針對工業(yè)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中煤斗等大型設(shè)備的支撐構(gòu)件、磨煤機隔振、吊車載荷等的優(yōu)化設(shè)計進(jìn)行了具體的分析和深入的探討，通過對實例的分析，闡明了對于工業(yè)建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計的思考。

關(guān)鍵詞：工業(yè)建筑；結(jié)構(gòu)設(shè)計；優(yōu)化

0 引言

現(xiàn)在工業(yè)建筑的設(shè)計風(fēng)格多樣，功能各異，再加上設(shè)計角度的不同，對于工業(yè)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的優(yōu)化需要根據(jù)實際具體情況。一般來說，工業(yè)建筑的建設(shè)有工藝繁雜，荷載大等特點，此外為了隔絕大型器械運轉(zhuǎn)時產(chǎn)生的振動以及噪音，解決工業(yè)廠房的吊車載荷問題等仍舊需要更高的工藝要求和更加優(yōu)化的結(jié)構(gòu)設(shè)計。所以，在工業(yè)建筑結(jié)構(gòu)的優(yōu)化方面我們要結(jié)合建筑實際情況，設(shè)計合理的建筑結(jié)構(gòu)計算模式，獲得準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)，優(yōu)化建筑整體結(jié)構(gòu)體系。

1 工業(yè)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計實例分析

磨煤機的隔振技術(shù)、吊車的荷載處理、煤斗等大型設(shè)備產(chǎn)生的地震作用對其支撐結(jié)構(gòu)的影響等問題一直以來是工業(yè)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中的典型問題，因此，可選取這3個方面的優(yōu)化設(shè)計實例來分析工業(yè)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的優(yōu)化。

1.1 吊車載荷的優(yōu)化設(shè)計處理

為滿足工業(yè)廠房的生產(chǎn)需求，一般會在工業(yè)廠房中安置吊車載荷，吊車載荷又分為水平載荷和縱向荷載，通常對于吊車荷載采用SAP2000進(jìn)行優(yōu)化處理。SAP2000分析處理后，采用規(guī)范、等效靜電荷在排架柱的對應(yīng)部位施加水平荷載，移動靜電荷施加豎向荷載。現(xiàn)以某工業(yè)廠房為例，說明SAP2000處理吊車荷載的方式。

（1）對于吊車水平荷載的SAP2000優(yōu)化處理，首先要確定吊車縱向水平荷載的標(biāo)準(zhǔn)值。縱向荷載作用于剎車輪和軌道的接觸位置，其大小為所有剎車輪作用于一邊軌道上的總壓力的1/10，用公式表示為H=10%nP，其中H為縱向荷載，n為吊車的輪數(shù)，P為由廠家所提供資料確定的吊車最大輪壓值，其方向與軌道的方向相同；然后要確定吊車的橫向水平荷載的標(biāo)準(zhǔn)值，計算公式為H′=（G+G′）×g×a%，其中H′指橫向水平荷載，G為額定的吊車起重量，G′橫向運動的小車的重量，g為重力加速度，a應(yīng)隨吊車的型號而定；確定好吊車的橫縱向水平荷載后即可根據(jù)規(guī)范等效靜電荷將水平荷載加到排架柱上。

（2）吊車豎向荷載的SAP2000優(yōu)化處理。首先吊車最大輪壓值P可以根據(jù)吊車廠家提供的資料得以確定，對于最小值P′的確定，可根據(jù)P′=（G+G′）g/n-P。確定好吊車的最大輪壓值和最小輪壓值后，根據(jù)SAP2000對橋梁模塊的分析，移動靜電荷安裝吊車豎向荷載。

利用SAP2000系統(tǒng)對吊車荷載進(jìn)行優(yōu)化處理，不僅使吊車的移動荷載方便輸入，而且使結(jié)構(gòu)總體計算中吊車荷載的計算更具合理性，大大減少了人工手算的工作量，也減少了出錯的機會，提高了數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性以及吊車荷載的施加合理性、正確性，使工業(yè)建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計得到優(yōu)化。

1.2 磨煤機的優(yōu)化設(shè)計處理

根據(jù)工業(yè)發(fā)電廠煤倉間的需要，通常會放置數(shù)臺磨煤機作為發(fā)電的輔助設(shè)備，由于磨煤機在運作過程中會產(chǎn)生很大的振動，如果磨煤機的隔振設(shè)施不夠，不能有效地處理產(chǎn)生的較大振動就會導(dǎo)致危險發(fā)生，影響發(fā)電廠其他設(shè)備的正常運作，嚴(yán)重時會導(dǎo)致電站運行的停止。傳統(tǒng)磨煤機的基礎(chǔ)塊的重量往往可達(dá)到機身重量的3～5倍，大大增加了隔振的難度。對于磨煤機的優(yōu)化處理常采用彈簧隔振技術(shù)，彈簧隔振系統(tǒng)包括基礎(chǔ)臺座、阻尼器、彈簧隔振器等幾個重要部分，根據(jù)給定的相關(guān)數(shù)據(jù)確定彈簧隔振系統(tǒng)基礎(chǔ)臺座的厚度以及各個隔振部件的具體位置，計算磨煤機動力以確定彈簧隔振基礎(chǔ)，保證其安全運作。彈簧隔振技術(shù)的應(yīng)用大大減輕了磨煤機基礎(chǔ)臺座的質(zhì)量，同時也節(jié)約了空間，布局更具合理性，由于隔振具有可調(diào)控性，使磨煤機自身動荷載變小，磨損率降低，延長了大修周期，相關(guān)工藝費用也減少，此外，磨煤機的使用率和工作穩(wěn)定性都得到了顯著的提高。磨煤機的隔振效果好，對周圍設(shè)備的影響就會減小，保證了電廠的正常運作，避免了事故的發(fā)生。

1.3 煤斗等大型設(shè)備產(chǎn)生的地震作用對其支撐結(jié)構(gòu)影響的優(yōu)化設(shè)計處理

煤斗等大型設(shè)備具有體積大、高度高等特點，在機械運作時，設(shè)備本身會產(chǎn)生較大的振感，而其產(chǎn)生的較大地震作用會直接傳送給支撐它們的構(gòu)件，對其產(chǎn)生較大的附加內(nèi)力，如彎矩和扭矩等內(nèi)力，因此就需要通過相關(guān)的計算補充其附加內(nèi)力，在優(yōu)化結(jié)構(gòu)時可在大型設(shè)備的重心位置架設(shè)支撐結(jié)構(gòu)，在支撐橋梁的軸心豎直方向上加設(shè)梁結(jié)構(gòu)，由于梁具有較強的抗彎力，如此優(yōu)化結(jié)構(gòu)后可將扭矩轉(zhuǎn)化為彎矩，從而降低了危險，增加了支撐強度。

（1）煤斗支撐梁荷載計算。依據(jù)相關(guān)電廠結(jié)構(gòu)設(shè)計技術(shù)的規(guī)定，確定煤斗支撐梁荷載效應(yīng)組合值S，計算公式為S=1.2（G+A+mJ+nY）+1.3E+1.4kW，其中A為永久荷載標(biāo)準(zhǔn)值，m、n為一組荷載組合系數(shù)，是樓面荷載和設(shè)備荷載在地震效應(yīng)組合時產(chǎn)生的，J、Y分別為設(shè)備（管道）荷載和樓面或荷載，G為梁自身的重量，E為水平地震作用，W為風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值，k為風(fēng)荷載系數(shù)。

（2）附加水平地震作用和支撐梁附加內(nèi)力的計算。根據(jù)相關(guān)規(guī)范計算附加地震作用的公式為，F(xiàn)=α（1+H/L）P，其中，F(xiàn)為設(shè)備重心部位的水平地震標(biāo)準(zhǔn)值，α為水平地震影響系數(shù)的最大值，P為設(shè)備重力荷載值，1+H/L為放大系數(shù)，H、L分別為建筑基礎(chǔ)距離設(shè)備和建筑頂部的高度；然后再根據(jù)相關(guān)公式導(dǎo)出附加水平地震作用對支撐梁產(chǎn)生的附加內(nèi)力。

2 總結(jié)

結(jié)合上述的工業(yè)建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化實例不難看出，工業(yè)建筑設(shè)計是一項比較復(fù)雜的工藝，需要綜合考慮的因素很多，包括建筑結(jié)構(gòu)的實用性、合理性、安全性等多方因素，因此，需要結(jié)合工業(yè)建筑的實際利用情況和結(jié)構(gòu)特點，不斷地優(yōu)化設(shè)計方案和建筑結(jié)構(gòu)，保證工業(yè)建筑的強大的功能性以及經(jīng)濟(jì)性。總而言之，工業(yè)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的優(yōu)化不僅可以增強工業(yè)建筑的功能性和設(shè)計的合理性，而且在保證工業(yè)經(jīng)濟(jì)效益的同時使得設(shè)備的使用更具安全性。

參考文獻(xiàn)

[1]王偉.工業(yè)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化[J].廣州建筑，2008，（2）：3-7.

[2]陳少杰，段敬民，趙洪波.桁架結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計的改進(jìn)蟻群算法[J].工業(yè)建筑，2010，40（1）：55-58.

（作者單位：河北德鵬機械設(shè)備有限公司）