對我國現(xiàn)代工業(yè)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中幾個問題的探討研析討論

蔣 沖

中國輕工業(yè)廣州工程有限公司 廣東 廣州 511441

工業(yè)建筑是為工業(yè)生產(chǎn)提供空間的建筑類型，其對建筑空間面積、結(jié)構(gòu)布局均有特殊的要求，且必須能夠適應相應工業(yè)生產(chǎn)工藝的需要。因此工業(yè)建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計人員應加強對現(xiàn)代工業(yè)建筑特點的研究，并要對所設(shè)計的工業(yè)建筑結(jié)構(gòu)的主要用途和所涉及的技術(shù)設(shè)備、材料性質(zhì)以及生產(chǎn)工藝等進行全面的了解。在工業(yè)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計實踐中，設(shè)計人員則應積極應用概念設(shè)計等先進的設(shè)計理念和方法，嚴格遵守現(xiàn)代工業(yè)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的各項技術(shù)規(guī)范要求，合理確定工業(yè)建筑結(jié)構(gòu)形式，準確計算各項設(shè)計參數(shù)，優(yōu)化工業(yè)建筑結(jié)構(gòu)構(gòu)件，并結(jié)合工業(yè)建筑工程的實際情況采用鋼結(jié)構(gòu)等現(xiàn)代化的結(jié)構(gòu)類型，以滿足工業(yè)生產(chǎn)的實際需要。同時，結(jié)構(gòu)設(shè)計人員還應充分考慮工業(yè)建筑結(jié)構(gòu)在防火防爆等方面的要求，對工業(yè)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計方案進行優(yōu)化，以保證現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)的安全，提高工業(yè)建筑結(jié)構(gòu)的耐久性，從而為工業(yè)生產(chǎn)活動的開展創(chuàng)造便利條件。

1 概述現(xiàn)代工業(yè)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計

工業(yè)建筑主要是指作為工業(yè)生產(chǎn)基本活動場所的建筑類型[1]。與普通類型建筑相比，現(xiàn)代工業(yè)建筑結(jié)構(gòu)對于建筑內(nèi)部的空間面積、結(jié)構(gòu)布局有一些特殊的要求，同時，現(xiàn)代工業(yè)建筑還需要能夠適應工業(yè)生產(chǎn)在通風采光、污染物排放以及給排水等方面的需要，以滿足特殊工業(yè)生產(chǎn)工藝的要求。工業(yè)廠房則是工業(yè)建筑中較為常見的形式。在現(xiàn)代工業(yè)建筑中，較為常見的工業(yè)廠房包括特定型和通用型這兩個基本分類。隨著現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展，工業(yè)建筑工程往往位于地形條件較為復雜的區(qū)域，且工程規(guī)模不斷加大，加之工業(yè)生產(chǎn)中新型技術(shù)工藝和生產(chǎn)設(shè)備的不斷出現(xiàn)，對工業(yè)建筑工程的結(jié)構(gòu)選型、基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)處理以及各種結(jié)構(gòu)件的設(shè)計都提出了較高的要求。因此結(jié)構(gòu)設(shè)計人員必須充分了解現(xiàn)代工業(yè)建筑特點，積極運用先進的結(jié)構(gòu)設(shè)計思想和設(shè)計方法，以提高工業(yè)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的水平和質(zhì)量。

2 我國現(xiàn)代工業(yè)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中相關(guān)問題探討分析

2.1 我國現(xiàn)代工業(yè)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計思想問題分析

在現(xiàn)代工業(yè)建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計中，設(shè)計人員應積極應用概念設(shè)計等先進的設(shè)計思想，對設(shè)計方案進行優(yōu)化，以全面提高我國現(xiàn)代工業(yè)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的質(zhì)量和水平。在工業(yè)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中的概念設(shè)計也就是設(shè)計人員對工業(yè)建筑結(jié)構(gòu)進行整體性和系統(tǒng)性的概念思考，并結(jié)合工業(yè)生產(chǎn)要求對建筑結(jié)構(gòu)體系以及不同結(jié)構(gòu)件的受力關(guān)系加以綜合分析[2]。在此基礎(chǔ)上根據(jù)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范要求以及理論知識等合理選擇工程結(jié)構(gòu)形式，科學確定相關(guān)結(jié)構(gòu)材料的質(zhì)量性能參數(shù)以及尺寸規(guī)格等，并要對工業(yè)建筑結(jié)構(gòu)整體設(shè)計方案的經(jīng)濟性、安全性以及可行性進行全面的分析研究，以確保工業(yè)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計方案科學合理。

2.2 我國現(xiàn)代工業(yè)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中的設(shè)計參數(shù)取值問題分析

在現(xiàn)代工業(yè)建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計工作中，設(shè)計參數(shù)取值的合理性將直接關(guān)系到結(jié)構(gòu)設(shè)計方案的質(zhì)量以及工業(yè)建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和安全性。因此，結(jié)構(gòu)設(shè)計人員應嚴格遵守相關(guān)設(shè)計規(guī)范要求，科學確定設(shè)計參數(shù)取值范圍，準確計算相關(guān)數(shù)據(jù)。受工業(yè)建筑特點影響，在其結(jié)構(gòu)設(shè)計中，設(shè)計參數(shù)的取值應充分考慮多種工況條件、極端條件下的取值以及生產(chǎn)工藝要求等因素。此外，設(shè)計參數(shù)的取值還應考慮其經(jīng)濟性。結(jié)構(gòu)設(shè)計人員應積極應用PKPM等專業(yè)軟件，對不同工況和極限條件下的結(jié)構(gòu)受力情況進行模擬分析，以便完成對設(shè)計方案的優(yōu)化。

2.3 我國現(xiàn)代工業(yè)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中的結(jié)構(gòu)選型問題分析

結(jié)構(gòu)選型是我國現(xiàn)代工業(yè)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計工作中的關(guān)鍵性環(huán)節(jié)。結(jié)構(gòu)設(shè)計人員在選擇工業(yè)建筑工程結(jié)構(gòu)形式時，應首先充分了解工業(yè)建筑的主要用途，所涉及的生產(chǎn)設(shè)備和生產(chǎn)工藝要求。同時，結(jié)構(gòu)設(shè)計人員還應嚴格遵守相關(guān)設(shè)計規(guī)范要求，確保結(jié)構(gòu)選型科學合理，能夠滿足工業(yè)建筑在結(jié)構(gòu)安全性和耐久性等方面的要求。此外，結(jié)構(gòu)設(shè)計人員還應充分考慮工業(yè)建筑結(jié)構(gòu)形式選擇的經(jīng)濟性，對不同設(shè)計方案進行綜合性的比選優(yōu)化。

結(jié)構(gòu)設(shè)計人員在選擇現(xiàn)代工業(yè)建筑的結(jié)構(gòu)形式時，一般應進行選擇混凝土結(jié)構(gòu)類型。隨著裝配式建筑的發(fā)展，在現(xiàn)代工業(yè)建筑結(jié)構(gòu)選擇中應進行采用施工周期短且施工質(zhì)量更有保證的裝配式預應力混凝土結(jié)構(gòu)形式。如受客觀條件限制無法采用裝配式結(jié)構(gòu)時，也可以選擇現(xiàn)澆式結(jié)構(gòu)類型。當工業(yè)廠房為單層結(jié)構(gòu)，且跨度在15m以下時，且具備設(shè)置相對較多的柱結(jié)構(gòu)時，工業(yè)廠房結(jié)構(gòu)也可以選擇磚混結(jié)構(gòu)形式。而當工業(yè)建筑跨度較大，且對建筑內(nèi)部空間面積有較高要求時，則應盡量選擇鋼結(jié)構(gòu)或者鋼筋混凝土等結(jié)構(gòu)形式[3]。同時，當工業(yè)生產(chǎn)過程中環(huán)境溫度較高時，結(jié)構(gòu)設(shè)計人員應選擇鋼結(jié)構(gòu)形式，且應做好鋼結(jié)構(gòu)的防火隔熱處理，以提高工業(yè)建筑結(jié)構(gòu)的耐久性和安全性。在對有較高抗震要求的工業(yè)建筑工程進行結(jié)構(gòu)選型時，結(jié)構(gòu)設(shè)計人員應進行采用框剪結(jié)構(gòu)等結(jié)構(gòu)形式，且應全面收集工程區(qū)域的歷史地震數(shù)據(jù)，以便合理確定抗震烈度等級，優(yōu)化各項設(shè)計參數(shù)，從而確保工業(yè)建筑結(jié)構(gòu)的抗震性能能夠符合抗震設(shè)計規(guī)范要求。

鋼結(jié)構(gòu)是現(xiàn)代工業(yè)建筑中較為常見的結(jié)構(gòu)形式之一。結(jié)構(gòu)設(shè)計人員如在工業(yè)建筑工程中采用鋼結(jié)構(gòu)時應合理選擇鋼結(jié)構(gòu)材料的類型型號、尺寸規(guī)格以及鋼構(gòu)件之間的連接方式。目前在工業(yè)建筑工程的結(jié)構(gòu)設(shè)計實踐中，鋼結(jié)構(gòu)的連接可以通過高強螺栓的應用來實現(xiàn)。設(shè)計人員應合理確定高強螺栓的型號規(guī)格，以確保鋼結(jié)構(gòu)連接牢固可靠。同時，在采用鋼結(jié)構(gòu)作為工業(yè)建筑結(jié)構(gòu)形式時，結(jié)構(gòu)設(shè)計人員還應加強對鋼結(jié)構(gòu)的防銹處理設(shè)計，以提高鋼結(jié)構(gòu)的耐久性和使用壽命。

2.4 我國現(xiàn)代工業(yè)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)問題分析

當受客觀條件限制，需要在不良基礎(chǔ)條件下建設(shè)工業(yè)建筑工程時，結(jié)構(gòu)設(shè)計人員應高度重視建筑基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的設(shè)計問題。結(jié)構(gòu)設(shè)計人員應充分了解工程區(qū)域的地基條件、土層結(jié)構(gòu)以及地下水水位等數(shù)據(jù)信息，并結(jié)合實際情況采用鉆孔灌注樁、預應力樁等相關(guān)基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)處理方式，以提高工業(yè)建筑基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的承載能力和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。

2.5 我國現(xiàn)代工業(yè)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中的梁結(jié)構(gòu)問題分析

在現(xiàn)代工程建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計中，由于荷載往往相對較大，因此在建筑的梁結(jié)構(gòu)設(shè)計中應將梁結(jié)構(gòu)的截面面積加大，以提高其承載能力。此時為降低其荷載，可以將配筋率適當降低。在工業(yè)建筑工程的梁結(jié)構(gòu)設(shè)計實踐中，如受客觀因素限制，在增加梁截面面積時無法將其截面高度增高，設(shè)計人員則可以采取將梁面積寬度加寬的方式進行處理。同時，結(jié)構(gòu)設(shè)計人員還應根據(jù)實際情況將梁柱交接位置的上部鋼筋密度適當降低，這樣不僅可以在一定程度上減輕荷載，而且可以為后續(xù)的施工建設(shè)創(chuàng)造便利條件。而在工業(yè)建筑工程的梁結(jié)構(gòu)設(shè)計中，由于在綜合中的挑梁自重占比相比較小，因此除大挑梁外的其他挑梁均應采用等截面的設(shè)計方式，以便于施工建設(shè)。在確定挑梁配筋率時，結(jié)構(gòu)設(shè)計人員應在理論計算值的基礎(chǔ)上適當加大配筋率。而如果挑梁結(jié)構(gòu)的撓度、懸挑以及荷載均相對較大時，則應將挑梁底筋的配筋率適當加大，以保證梁結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和安全性。

2.6 我國現(xiàn)代工業(yè)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中的板結(jié)構(gòu)問題分析

在現(xiàn)代工業(yè)建筑工程的板結(jié)構(gòu)設(shè)計中，設(shè)計人員應合理確定板厚度。工業(yè)建筑工程的樓面往往是生產(chǎn)設(shè)備的安裝基礎(chǔ)，且需要綜合考慮檢修荷載等因素，因此在設(shè)計中可以將板厚度取值適當加大。同時，對于工業(yè)建筑中作為生產(chǎn)設(shè)備基礎(chǔ)的樓面部分，結(jié)構(gòu)設(shè)計人員應充分了解設(shè)備實際荷載值，并應將次梁設(shè)置于基礎(chǔ)下方，以提高其承載能力。而且在設(shè)計實踐中，為降低工業(yè)生產(chǎn)設(shè)備在運行過程中所產(chǎn)生的震動，提高工作人員在生產(chǎn)作業(yè)環(huán)境中的舒適度，在工業(yè)建筑的樓板結(jié)構(gòu)設(shè)計中應將基礎(chǔ)樓面板的厚度以及承載面積適當加大，從而使樓板剛度提高，以降低板面震動影響。如果根據(jù)工業(yè)生產(chǎn)要求，需要在板結(jié)構(gòu)上進行開洞處理時，結(jié)構(gòu)設(shè)計人員應在洞口部分增加鋼筋的設(shè)置，且應合理確定加筋位置和錨固方式，以保證其結(jié)構(gòu)強度。當板結(jié)構(gòu)上的開洞位置僅有正彎矩存在時，結(jié)構(gòu)設(shè)計人員可以根據(jù)實際情況采取在板結(jié)構(gòu)上下部分均設(shè)置附筋或者僅將附筋設(shè)置于板結(jié)構(gòu)下方的處理方式。在板結(jié)構(gòu)設(shè)計方案中，對于采用留筋后澆方式的板結(jié)構(gòu)，設(shè)計人員應在設(shè)計圖紙中用虛線對其范圍進行明確標示，且應注明后澆材料的強度等級和質(zhì)量性能要求等內(nèi)容，以作為后續(xù)施工的指導依據(jù)。

2.7 我國現(xiàn)代工業(yè)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中的柱結(jié)構(gòu)問題分析

柱結(jié)構(gòu)是現(xiàn)代工業(yè)建筑工程最為常見的軸向受力結(jié)構(gòu)，也是工業(yè)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中的關(guān)鍵性內(nèi)容。結(jié)構(gòu)設(shè)計人員在設(shè)計柱結(jié)構(gòu)時，應根據(jù)工業(yè)建筑的使用用途、設(shè)計功能以及生產(chǎn)工藝要求等因素合理進行柱結(jié)構(gòu)形式的選擇，并應準確確定柱結(jié)構(gòu)的截面面積以及配筋率等相關(guān)設(shè)計參數(shù)。同時應對不同柱結(jié)構(gòu)的設(shè)計方案進行綜合性比選，以提高柱結(jié)構(gòu)設(shè)計的經(jīng)濟性和合理性。目前在現(xiàn)代工業(yè)建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計實踐中，型鋼格構(gòu)柱以及鋼管混凝土柱結(jié)構(gòu)得到了廣泛的應用，結(jié)構(gòu)設(shè)計人員應嚴格遵守結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范要求，科學選擇鋼管、角鋼、工字鋼以及槽鋼等柱結(jié)構(gòu)材料，準確計算柱結(jié)構(gòu)的截面面積和標高等各項設(shè)計參數(shù)，以提高柱結(jié)構(gòu)強度和承載性能，確保工業(yè)建筑結(jié)構(gòu)受力平衡。同時，設(shè)計人員應可以采用組合式截面柱結(jié)構(gòu)。通常組合截面柱結(jié)構(gòu)可以采用鋼板以及型鋼等材料構(gòu)成，且根據(jù)不同的腹桿體系，可以將其分為綴板式以及綴條式等類型，結(jié)構(gòu)設(shè)計人員應結(jié)合工業(yè)建筑工程的實際情況進行合理的選擇應用，且可以結(jié)合縱向系桿結(jié)構(gòu)的綜合應用來進一步提高柱結(jié)構(gòu)強度以及承重能力，并適當減小柱結(jié)構(gòu)體積，以獲得更為充足的建筑平面結(jié)構(gòu)面積，從而滿足工業(yè)生產(chǎn)的需求。

2.8 我國現(xiàn)代工業(yè)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中的樓梯結(jié)構(gòu)問題分析

樓梯結(jié)構(gòu)設(shè)計也是現(xiàn)代工業(yè)建筑整體結(jié)構(gòu)設(shè)計中的重要環(huán)節(jié)之一。在選擇樓梯結(jié)構(gòu)形式時，結(jié)構(gòu)設(shè)計人員應充分考慮樓梯的主要用途、后期施工的便捷性以及使用的安全性等要素。在工業(yè)建筑工程的辦公區(qū)、生活區(qū)以及計算機房等部分，可以采用板式樓梯結(jié)構(gòu)形式，以降低樓梯結(jié)構(gòu)施工的難度。而在人員和物資往來頻繁，通行流量較大的工業(yè)建筑部分，結(jié)構(gòu)設(shè)計人員應合理確定樓梯梯段差，一般這部分建筑樓梯的梯段差應控制在20cm以內(nèi)，這樣可以有效避免工作人員被絆倒或者發(fā)生碰撞。同時，當在工業(yè)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中受客觀條件限制，樓梯間需要采用5m以上的板結(jié)構(gòu)跨度時，結(jié)構(gòu)設(shè)計人員應科學分析結(jié)構(gòu)受力情況，準確計算各項設(shè)計參數(shù)，以確保樓梯結(jié)構(gòu)強度和承載性能能夠達到安全要求。

2.9 我國現(xiàn)代工業(yè)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中的后澆帶問題分析

混凝土是現(xiàn)代工業(yè)建筑中較為常用的建筑材料，而混凝土構(gòu)件的開裂問題是工業(yè)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中需要高度重視并加以解決的重點問題之一。因此在現(xiàn)代工業(yè)建筑工程的結(jié)構(gòu)設(shè)計工作中，為提高建筑結(jié)構(gòu)的完整性以及防水性能，設(shè)計人員可以采用后澆帶的設(shè)計方法。在設(shè)計實踐中，設(shè)計人員應合理確定后澆帶的設(shè)置位置、斷面結(jié)構(gòu)形式以及后澆帶寬度等各項設(shè)計參數(shù)。一般來說，設(shè)計人員應從工業(yè)建筑的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)到建筑屋頂各層均應將后澆帶設(shè)置于同一位置，且后澆帶寬度通常應控制在80cm到100cm之間，以有效解決工業(yè)建筑大體積混凝土結(jié)構(gòu)中的溫度收縮以及結(jié)構(gòu)應力問題，從而使工業(yè)建筑結(jié)構(gòu)具有更好的耐久性和安全性。當工業(yè)建筑工程所在區(qū)域存在較高水位的地下水時，設(shè)計人員還應將防水板設(shè)置于建筑基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的后澆帶下方，以提高其防水能力。

2.10 我國現(xiàn)代工業(yè)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中的防火防爆問題分析

在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)過程中，一些特殊的生產(chǎn)工藝存在較高的安全風險，容易發(fā)生爆炸以及火災等事故，在設(shè)計此類工業(yè)建筑結(jié)構(gòu)時，設(shè)計人員應盡量采用半敞開式以及敞開式結(jié)構(gòu)形式，如受工業(yè)生產(chǎn)工藝限制，必須采用封閉式建筑結(jié)構(gòu)形式時，設(shè)計人員應嚴格按照相關(guān)設(shè)計規(guī)范要求準確計算泄壓面積等各項設(shè)計參數(shù)，且應合理確定建筑門窗的開設(shè)位置和數(shù)量，并要對建筑結(jié)構(gòu)進行必要的防爆防火處理，以保證工業(yè)生產(chǎn)的安全。

2.11 我國現(xiàn)代工業(yè)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中的預埋問題分析

在現(xiàn)代工業(yè)建筑工程的結(jié)構(gòu)設(shè)計工作中，設(shè)計人員應結(jié)合建筑的主要用途以及工業(yè)生產(chǎn)工藝要求，合理設(shè)置預埋件，從而為現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)活動的開展提供便利條件。以環(huán)梁等較為常見的預埋件結(jié)構(gòu)設(shè)計為例，結(jié)構(gòu)設(shè)計人員應根據(jù)工業(yè)建筑特點以及實際生產(chǎn)需要選擇吊環(huán)等結(jié)構(gòu)件，并應科學確定預埋件材料的質(zhì)量性能。在設(shè)計實踐中，設(shè)計人員應根據(jù)預埋件設(shè)計的相關(guān)技術(shù)規(guī)范要求準確計算控制預埋件的埋設(shè)位置和預埋深度等各項設(shè)計參數(shù)，且應積極應用BIM等專業(yè)軟件平臺對預埋結(jié)構(gòu)件的設(shè)計效果進行模擬分析，對預埋結(jié)構(gòu)件設(shè)計加以優(yōu)化，以確保預埋件設(shè)計科學合理，能夠適應工業(yè)生產(chǎn)的需要。

3 總結(jié)

現(xiàn)代工業(yè)建筑受生產(chǎn)工藝、生產(chǎn)設(shè)備以及生產(chǎn)材料等因素的影響，不僅建筑結(jié)構(gòu)形式日益復雜，而且對建筑結(jié)構(gòu)的安全性、穩(wěn)定性、耐久性、結(jié)構(gòu)布局的合理性以及使用便利性等均提出了較高的要求。因此，結(jié)構(gòu)設(shè)計人員應充分了解現(xiàn)代工業(yè)建筑特點，并要準確掌握工業(yè)建筑用途、具體的使用功能以及相關(guān)生產(chǎn)工藝等數(shù)據(jù)信息，以提高工業(yè)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的質(zhì)量。同時，在工業(yè)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計實踐中，設(shè)計人員應嚴格遵守各項技術(shù)規(guī)范要求，科學確定各項設(shè)計參數(shù)，并要結(jié)合工業(yè)建筑工程的實際情況和設(shè)計要求等不斷優(yōu)化工業(yè)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計方案，為工業(yè)生產(chǎn)提供良好的建筑空間，從而推動我國工業(yè)的現(xiàn)代化發(fā)展。