工業廠房建筑結構設計優化的探究

牛清鋒　譚建平

摘要：工業一直都是我國的國民經濟產業的重中之重。由于工業的大部分生產活動均應當在工業廠房內開展，所以一定要保證工業廠房建筑的施工建設質量，就此首先需保證其結構設計質量。

關鍵詞：工業廠房；建筑結構；設計優化

中圖分類號：TU318 文獻標識碼：A 文章編號：1674—3024（2016）11—187—02

前言

對于工業廠房的構建來看，結構是最為關鍵的一部分，只有保障其結構的可靠性和安全性，才能夠使后期正常應用效果加大。對于這種建筑結構的保障工作來說，應該先注意設計環節，從整體考慮，實際提升設計的水平，使優化設計合理。

1工業廠房建筑結構設計優化的原則

從具體的工業廠房建筑結構設計優化工作來看，其具體的實際措施應該嚴格遵循相應的設計優化原則進行處理才能使優化效果最大化，按照當前我國現階段對于工業廠房建筑結構的要求，其設計優化的基本原則主要包括以下幾個方面：

1.1安全性原則

工業廠房建筑物主要就是供以后生產使用，然而在生產過程中，很多的廠房都關系著大量的工作人員，這也就要求該工業廠房建筑安全效果必須合格，避免出現危機工人生命安全的問題，因此，這種安全性就應該作為今后工業廠房建筑結構設計優化的重要基本原則進行把握。

1.2經濟性原則

工業廠房建筑在建設過程一定會涉及到經濟性方面的因素，也就是成本的控制和管理問題，而這種經濟性因素也應該在結構的設計中得到相應的體現，也就是說通過相應的結構設計優化來提升其經濟性水平，盡可能地在保障結構安全可靠的基礎上降低其成本，使經濟價值體現得以提高。

1.3功能性原則

任何一個工業廠房建筑的最終應用價值的體現都是建立在較為適合的結構基礎，所以在工業廠房建筑結構進行設計優化中，就應該充分考慮其后期的使用過程，融合其后期使用中的基本功能特點來構建較為恰當的結構類型，進而確保其后期的應用價值能夠發揮最大值，避免后期使用受限。

1.4綠色建筑的原則

現在所倡導的綠色設計建筑的概念從根本意義上來看是一種在生產活動過程中的材料、工藝以及設備等的環保與穩定。綠色設計應遵循環保設計的原則，做到實事求是，并且立足于自身發展實際情況使綠色設計建筑系統達到最佳。

1.5潔凈設計的原則

潔凈設計是一種降低污染程度的設計的原則，也就是指在生產與應用時的廢物排放達到零，這也是體現工業生產廠房建筑的現代化可持續發展。這種設計原則重點是可再生能源的利用，這也是未來工業生產發展的大勢所趨。

2工業廠房建筑結構設計分析

2.1純框架結構

工業廠房建筑中應用比較多的一種純框架結構的形式是將廠房在橫向和縱向兩個方向的框架都設計成剛接形式。這種結構體其建筑空間的穩定性比較好，但是注意柱子的形式不可以采用一般的工字型柱，應設計為箱型截面的柱體，使柱子在兩個方向上具有比較接近的慣性矩。

2.2框架一支撐體系

一種應用較為普遍的框架一支撐體系是將橫向上的框架結構設計成為剛接的形式，縱向的框架是使用柱支撐系統，通過柱間相互支撐使水平方向上的作用力消除。這種結構形式可以有效地使建筑物的造價水平降低，但是柱支撐則會影響到建筑空間的使用，使用范圍會有比較大的限制，通常更加適用于橫短縱長的廠房結構形式。

2.3混合性體系

這種混合體系是將鋼架和支撐兩種形式相互結合的方式設計，是將純框架結構的縱向改為將支撐系統和鋼架兩者相結合的混合形式，共同作用來承載水平荷載。混合體系能夠使柱子的縱向彎矩有效降低，而且對于露面剛度的要求也較高，使柱子相互之間的協調性得以提高，讓出柱間支撐在整個體系中所起到的作用最大化。

3工業廠房建筑結構設計優化的要點

3.1做好防火設計

跟混凝土結構廠房不同的是鋼結構廠房很容易受溫度的影響，這使鋼結構廠房的防火能力較差。所以在開展鋼結構廠房設計同時，一定要從科學的角度開展防火設計以及隔熱設計，使工業廠房的可靠性與其安全性得以提高，使工業生產能夠安全、穩定的進行。在開展設計工作時，要劃分以及定義廠房建筑火災危險性類別和防火等級。與此同時，也要遵循相關規定要求以及防火規范，采用質量達標，同時和廠房建筑防火等級一致的鋼構件，以此防止火災對鋼結構建筑帶來過大的利益損害。現在可通過防火涂料的科學涂刷以及使用，達到增強鋼構件的耐火強度的目的。在開展設計工作的同時，相關設計人員也應該通過安全出口以及疏散樓梯的優化設計，使得火災在發生之后，施工人員均得到及時的疏散，減少火災事故帶來的損失。

3.2做好防腐設計

鋼結構很容易出現氧化被腐蝕的狀況。如果鋼結構經常的處于潮濕的環境中，會使鋼結構的氧化程度更加嚴重，造成腐蝕狀況也更加嚴重。一旦鋼結構出現腐蝕問題，就會使構件截面不斷縮小，同時鋼結構的表層局部也會出現銹坑，使鋼結構在受力過程中產生應力集中的情況，使鋼結構工業廠房的使用期不斷縮短。所以設計人員需要在工業廠房的實際環境基礎之上，使設計方案具有有效性以及合理性，最大程度的防止鋼結構腐蝕問題出現。現階段，為了防止鋼結構出現腐蝕問題，提升抗腐蝕性能力，我國采用的技術是通過防銹防腐涂料的使用，使鋼結構材料以及各種腐蝕因子，如氯離子、氧氣以及水蒸氣等隔離開來，使得鋼結構獲得較大保護。另外在涂刷防腐材料的過程中，需要根據具體問題來決定材料厚度。

3.3做好抗震設計

在進行總體布置時，廠房結構質量和剛度分布應該具有均勻性，鋼廠房橫向結構的最佳材料是鋼架，通過這種形式，可以使鋼結構的受力性能充分發揮，并且可以降低橫向結構變形幾率。其次，鋼結構廠房出現破壞，在一般情況下，并非因為桿件沒有足夠的強度，在大部分情況是因為桿件沒有穩定性而使其出現破壞現象，因此，布置支撐系統要具有一定的合理性。第三，因為地震影響造成低周疲勞作用有所發揮，所以在設計過程當中，應該注重考慮它對廠房所產生影響。在設計結構連接點的時候，節點的破壞要遲于結構構件的全截面屈服，結構構件應加入到塑性工作中，將其中地震能量充分地吸收進來，從而發揮抗震能力。對工字型鋼的焊接截面的腹板采用加勁板加強，可以盡量提高局部穩定性，減小厚度，優化截面。柱間支撐形式的合理選擇，可有效提高廠房縱向抗震能力，減小鋼柱在縱向荷載作用下的用鋼量。

3.4屋面支撐系統及屋面結構的設計優化

屋蓋支撐系統的裝置要從廠房跨度、高度、屋蓋結構形式、柱網布置、吊車噸位和所在地區的抗震設防烈度等條件來判斷。通常情況下無論是否有檁或無檁體系的屋蓋結構均應設置垂直支撐：在無檁體系當中，大型屋面板有三點和屋架焊接，能夠起到上弦支撐作用，但是考慮施工條件的限制和安裝的需要，無論是否有無檁體系屋蓋都應該在屋架上弦和天窗架上弦設置上弦橫向支撐。對于屋架間距應該不小于12m的廠房或廠房內設有特重級橋式吊車或廠房內有較大振動設備的均應設置縱向水平支撐。支撐系統的合理布置可以大幅降低支撐用鋼量：精準計算支撐桿件的內力，減小桿件的截面，對大型屋面板可以優化成輕質混凝土板，減少荷載。

3.5施工材料的優化

對于工業廠房建筑結構的設計工作來說，施工材料是至關重要的一環，采用不同的施工材料必然就會產生不同的結構設計效果，因此，針對這種施工材料的使用進行設計優化也是意義重大的。這種施工材料的設計優化，一般來說應該結合工業廠房建筑的實際狀況以及基本要求進行恰當的選取，最終保障其能夠較好的運用，尤其是對于鋼材料類型或者是鋼筋混凝土結構類型的選擇必須要慎重對待。

4結語

對于工業廠房建筑結構的設計優化工作而言，其重要性不言而喻，尤其是對于后期工業廠房建筑使用的安全性來說，這種設計優化工作更為必要，而具體到設計優化過程中來看，其必須要嚴格遵循相應的原則進行優化，在具體的結構設計優化中，更應該著重針對其設計的各個方面進行有效地完善和處理，最終提升其設計的可靠性。