對(duì)工業(yè)建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化的幾點(diǎn)思考

吳士杰

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

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

0 引言

現(xiàn)在工業(yè)建筑的設(shè)計(jì)風(fēng)格多樣，功能各異，再加上設(shè)計(jì)角度的不同，對(duì)于工業(yè)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的優(yōu)化需要根據(jù)實(shí)際具體情況。一般來(lái)說(shuō)，工業(yè)建筑的建設(shè)有工藝繁雜，荷載大等特點(diǎn)，此外為了隔絕大型器械運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生的振動(dòng)以及噪音，解決工業(yè)廠房的吊車(chē)載荷問(wèn)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(jì)。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(shí)際情況，設(shè)計(jì)合理的建筑結(jié)構(gòu)計(jì)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(jì)實(shí)例分析

磨煤機(jī)的隔振技術(shù)、吊車(chē)的荷載處理、煤斗等大型設(shè)備產(chǎn)生的地震作用對(duì)其支撐結(jié)構(gòu)的影響等問(wèn)題一直以來(lái)是工業(yè)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的典型問(wèn)題，因此，可選取這3個(gè)方面的優(yōu)化設(shè)計(jì)實(shí)例來(lái)分析工業(yè)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的優(yōu)化。

1.1 吊車(chē)載荷的優(yōu)化設(shè)計(jì)處理

為滿(mǎn)足工業(yè)廠房的生產(chǎn)需求，一般會(huì)在工業(yè)廠房中安置吊車(chē)載荷，吊車(chē)載荷又分為水平載荷和縱向荷載，通常對(duì)于吊車(chē)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(duì)應(yīng)部位施加水平荷載，移動(dòng)靜電荷施加豎向荷載。現(xiàn)以某工業(yè)廠房為例，說(shuō)明SAP2000處理吊車(chē)荷載的方式。

（1）對(duì)于吊車(chē)水平荷載的SAP2000優(yōu)化處理，首先要確定吊車(chē)縱向水平荷載的標(biāo)準(zhǔn)值。縱向荷載作用于剎車(chē)輪和軌道的接觸位置，其大小為所有剎車(chē)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(chē)的輪數(shù)，P為由廠家所提供資料確定的吊車(chē)最大輪壓值，其方向與軌道的方向相同；然后要確定吊車(chē)的橫向水平荷載的標(biāo)準(zhǔn)值，計(jì)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(chē)起重量，G′橫向運(yùn)動(dòng)的小車(chē)的重量，g為重力加速度，a應(yīng)隨吊車(chē)的型號(hào)而定；確定好吊車(chē)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(chē)豎向荷載的SAP2000優(yōu)化處理。首先吊車(chē)最大輪壓值P可以根據(jù)吊車(chē)廠家提供的資料得以確定，對(duì)于最小值P′的確定，可根據(jù)P′=（G+G′）g/n-P。確定好吊車(chē)的最大輪壓值和最小輪壓值后，根據(jù)SAP2000對(duì)橋梁模塊的分析，移動(dòng)靜電荷安裝吊車(chē)豎向荷載。

利用SAP2000系統(tǒng)對(duì)吊車(chē)荷載進(jìn)行優(yōu)化處理，不僅使吊車(chē)的移動(dòng)荷載方便輸入，而且使結(jié)構(gòu)總體計(jì)算中吊車(chē)荷載的計(jì)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(cuò)的機(jī)會(huì)，提高了數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性以及吊車(chē)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(jì)得到優(yōu)化。

1.2 磨煤機(jī)的優(yōu)化設(shè)計(jì)處理

根據(jù)工業(yè)發(fā)電廠煤倉(cāng)間的需要，通常會(huì)放置數(shù)臺(tái)磨煤機(jī)作為發(fā)電的輔助設(shè)備，由于磨煤機(jī)在運(yùn)作過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生很大的振動(dòng)，如果磨煤機(jī)的隔振設(shè)施不夠，不能有效地處理產(chǎn)生的較大振動(dòng)就會(huì)導(dǎo)致危險(xiǎn)發(fā)生，影響發(fā)電廠其他設(shè)備的正常運(yùn)作，嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致電站運(yùn)行的停止。傳統(tǒng)磨煤機(jī)的基礎(chǔ)塊的重量往往可達(dá)到機(jī)身重量的3～5倍，大大增加了隔振的難度。對(duì)于磨煤機(jī)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(tái)座、阻尼器、彈簧隔振器等幾個(gè)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(tái)座的厚度以及各個(gè)隔振部件的具體位置，計(jì)算磨煤機(jī)動(dòng)力以確定彈簧隔振基礎(chǔ)，保證其安全運(yùn)作。彈簧隔振技術(shù)的應(yīng)用大大減輕了磨煤機(jī)基礎(chǔ)臺(tái)座的質(zhì)量，同時(shí)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(jī)自身動(dòng)荷載變小，磨損率降低，延長(zhǎng)了大修周期，相關(guān)工藝費(fèi)用也減少，此外，磨煤機(jī)的使用率和工作穩(wěn)定性都得到了顯著的提高。磨煤機(jī)的隔振效果好，對(duì)周?chē)O(shè)備的影響就會(huì)減小，保證了電廠的正常運(yùn)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(duì)其支撐結(jié)構(gòu)影響的優(yōu)化設(shè)計(jì)處理

煤斗等大型設(shè)備具有體積大、高度高等特點(diǎn)，在機(jī)械運(yùn)作時(shí)，設(shè)備本身會(huì)產(chǎn)生較大的振感，而其產(chǎn)生的較大地震作用會(huì)直接傳送給支撐它們的構(gòu)件，對(duì)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(guò)相關(guān)的計(jì)算補(bǔ)充其附加內(nèi)力，在優(yōu)化結(jié)構(gòu)時(shí)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(qiáng)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(xiǎn)，增加了支撐強(qiáng)度。

（1）煤斗支撐梁荷載計(jì)算。依據(jù)相關(guān)電廠結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)技術(shù)的規(guī)定，確定煤斗支撐梁荷載效應(yīng)組合值S，計(jì)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(shí)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(jì)算。根據(jù)相關(guān)規(guī)范計(jì)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(duì)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(shí)例不難看出，工業(yè)建筑設(shè)計(jì)是一項(xiàng)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(shí)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(shí)際利用情況和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，不斷地優(yōu)化設(shè)計(jì)方案和建筑結(jié)構(gòu)，保證工業(yè)建筑的強(qiáng)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(jì)的優(yōu)化不僅可以增強(qiáng)工業(yè)建筑的功能性和設(shè)計(jì)的合理性，而且在保證工業(yè)經(jīng)濟(jì)效益的同時(shí)使得設(shè)備的使用更具安全性。

參考文獻(xiàn)

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[2]陳少杰，段敬民，趙洪波.桁架結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)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(jī)械設(shè)備有限公司）