工業(yè)廠房建筑結構設計優(yōu)化的探究

張莉娟

（沈陽市熱力工程設計研究院，遼寧 沈陽 110014）

工業(yè)是我們國家的支柱產(chǎn)業(yè)，隨著經(jīng)濟建設的逐漸發(fā)展，工業(yè)也隨之發(fā)展起來，大規(guī)模的工業(yè)發(fā)展，離不開與其配套的工業(yè)廠房，因此廠房建筑施工就成為了建筑行業(yè)的一個重要分支。目前我們國家的廠房建筑基本結構設計理念是大同小異的，但是，由于設計人員的主觀思想有差異，同時設計人員的理論基礎和設計經(jīng)驗等都存在差異性，所以在進行廠房建筑結構設計時難免會出現(xiàn)不同的結構形式，對此，我們無法具體的進行評估，筆者只是結合多年的工作經(jīng)驗，并在總結分析了大量相關數(shù)據(jù)的基礎上，提出了自己的一些想法和建議，希望能夠給相關的建筑設計人員必要的參考和借鑒。

一、解析結構設計優(yōu)化的基本方法

目前對于廠房建筑結構設計的優(yōu)化方式主要有兩種，其一是直覺優(yōu)化。所謂的直覺優(yōu)化就是在廠房設計之初，不同的區(qū)域會有相應的多個方案，設計師憑借自己多年的相關工作經(jīng)驗和主觀判斷，主觀的選擇認為是最優(yōu)的設計方案。這種方案的確定完全是在經(jīng)驗的基礎上確定的，并沒有經(jīng)過科學的計算和檢驗，因此有一定的風險性；其二是概念設計。概念設計較之直覺優(yōu)化來說更為客觀一點，但是目前發(fā)展還不是很成熟，仍然有相當多的問題不能夠進行理論的設計，所以在實際的結構設計優(yōu)化的工作過程中，可以將二者進行有機的結合，并不斷的進行概念設計處理的優(yōu)化和深入分析研究。

二、鋼結構廠房的結構設計優(yōu)化技術應用

為了進一步的探討廠房建筑結構設計優(yōu)化措施的落實，我們選取了一個具體的工程案例進行全面的分析，這個廠房是目前比較常見的鋼結構的廠房，對它的研究主要體現(xiàn)在以下幾個方面：

1 廠房鋼結構設計優(yōu)化的基本原則

首先，廠房的設計不同于普通的居住用建筑，它要求有供設備運行和檢修的寬敞空間，跨度要求通常較大，設計以簡約為主；其次，根據(jù)生產(chǎn)工藝的要求在廠房內部會安裝相應的設備，一些機器設備在運行的過程中會伴有一定的震動和噪音，此時，廠房的安全性、隔音能力和防震性能就顯得尤為重要了；同時，某些廠房在進行生產(chǎn)作業(yè)的過程中會釋放出熱量，而鋼結構較易傳導熱量，其防火性能也有一定的局限性，所以需要保證內部結構具有良好的通風散熱性能及滿足規(guī)范要求的防火措施；最后，廠房的設計還應滿足安全、合理、經(jīng)濟、美觀的要求。

2 鋼結構廠房的抗震性設計優(yōu)化

（1）抗震設計時要最大限度的確保結構的質量和剛度能夠均勻地分布，因此，在進行總體的布局時，要充分考慮到受力的均衡性，減少不均勻變形，提高結構的整體剛度；（2）根據(jù)以往的經(jīng)驗，鋼結構廠房發(fā)生破壞時，構件強度通常都是滿足要求的，破壞往往是因為桿件失穩(wěn)引起的，因此，設置必要的支撐系統(tǒng)（包括縱向橫向水平支撐、垂直支撐、柱間支撐等）提高鋼結構的整體穩(wěn)定性，對鋼結構廠房這個空間結構體系來說是非常重要的；（3）防止結構在地震作用時的疲勞破壞。保證構件在屈服前進入塑性工作，充分提高鋼結構的抗震能力。

3 鋼結構工業(yè)廠房的耐熱性設計

我們都知道鋼結構的導熱能力很強，所以鋼結構廠房的防火能力是比較低的。當鋼材的溫度高于100 時，它的抗拉強度就會減小，塑性提高；當溫度高達250度時，抗拉強度稍有增大，鋼材的塑性就會減小開始變脆；當溫度繼續(xù)升高達到500度時，其強度就會減到最低，整個鋼結構廠房就面臨著倒塌的危險。因此，必須在鋼結構表面做好隔熱保護措施，涂刷防火涂料。同時還要設計出相應的溫度監(jiān)控系統(tǒng)，一旦溫度上升到臨界點，就會啟動報警系統(tǒng)。這樣能夠降低廠房的破壞危險系數(shù)。

4 屋面支撐系統(tǒng)及屋面結構的設計優(yōu)化

屋蓋支撐系統(tǒng)的布置應根據(jù)廠房跨度、高度、柱網(wǎng)布置、屋蓋結構形式、吊車噸位和所在地區(qū)的抗震設防烈度等條件來決定。一般情況下無論有檁或無檁體系的屋蓋結構均應設置垂直支撐；在無檁體系中，大型屋面板有三點和屋架焊接，可起到上弦支撐作用，但考慮到施工條件的限制和安裝需要，無論有檁或無檁體系屋蓋均應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(tǒng)的合理布置，能大幅降低支撐用鋼量；準確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(yōu)化成輕質混凝土板，減少荷載，

廠房頂部的排水系統(tǒng)也是廠房設計的一個重要環(huán)節(jié)，按照我國的相關建筑規(guī)范，屋面的坡度不能夠低于5，如果該地為雨水量多的地區(qū)，坡度應該適當?shù)奶岣摺纹挛菝娴拈L度主要取決于所在地區(qū)的溫差以及降雨所形成的最大水頭高度。根據(jù)工程設計經(jīng)驗，單坡屋面長度宜控制在70m以內。目前，市場上鋼結構屋面的做法常用的有兩種：（1）剛性屋面：雙層彩色壓型鋼板內夾保溫棉；（2）復合柔性屋面：由屋面彩鋼板內板、隔氣層、保溫層、卷材防水層組成。

5 立面設計的優(yōu)化

廠房雖然是用于工業(yè)生產(chǎn)，但是近年來隨著城市建設水平的日益提高，建設單位對于廠房的立面要求也越來越高，很多大型工業(yè)廠房外觀也設計的十分恢弘大氣，現(xiàn)代感十足。如何在滿足經(jīng)濟性、適用性的條件下提高建筑的美感，成了設計人新的努力方向。另外，在廠房的一些危險區(qū)域需要給出醒目的標志提醒施工及操作人員能夠及時的注意到危險，提高工人作業(yè)的安全性，也是十分必要的。

6 吊車梁系統(tǒng)優(yōu)化

廠房建設及使用過程中，很多大型設備、構件的運送和安裝都需要用到吊車梁系統(tǒng)來輔助完成，通常來說，筆者認為最好采用連續(xù)梁系統(tǒng)進行作業(yè)。連續(xù)梁系統(tǒng)能夠大大的縮減鋼材的使用量，同時還能夠加強廠房的安全性和剛度，提高廠房的抗震性能和整體穩(wěn)定性。

結語

綜上所述，對于工業(yè)廠房建筑結構的優(yōu)化設計主要從廠房的用途來出發(fā)，最大限度的提升廠房的使用空間、抗震性、耐熱性并不斷的縮減成本。同時，目前對于廠房建筑結構的優(yōu)化設計主要還停留在主觀判斷的基礎之上，需要進一步的完善理論，將廠房建筑結構的優(yōu)化落實到客觀的數(shù)據(jù)之上，希望越來越多的設計人員參與到工業(yè)廠房結構設計優(yōu)化的研究中，共同為我們國家的工業(yè)發(fā)展添磚加瓦。

[l]蔡紅軍，蔣鳳鳴，董輝.淺談鋼結構廠房設計[J].中國科技信息，2010.