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工业厂房建筑结构设计优化探究王林勇

发表时间：2021/5/12 来源：《基层建设》2021年第1期作者：王林勇

[导读] 摘要：工业厂房建筑结构设计包含多个学科的理论内容，设计内容、设计环节具有一定的复杂性，设计人员需要总结更多的建筑结构设计经验，引进现代化设计理念，针对传统的工业厂房结构设计方式予以优化、创新，严格按照设计原则进行，确保建筑材料选择、结构布局的合理性，还需要注重各项设计优化工作，尤其要注重钢结构设计，从抗震设计、防火设计等方面确保工业厂房建筑结构的安全性和稳定性，提升工业厂房的整体质量。

        江苏筑森建筑设计有限公司西安分公司陕西西安 710000
        摘要：工业厂房建筑结构设计包含多个学科的理论内容，设计内容、设计环节具有一定的复杂性，设计人员需要总结更多的建筑结构设计经验，引进现代化设计理念，针对传统的工业厂房结构设计方式予以优化、创新，严格按照设计原则进行，确保建筑材料选择、结构布局的合理性，还需要注重各项设计优化工作，尤其要注重钢结构设计，从抗震设计、防火设计等方面确保工业厂房建筑结构的安全性和稳定性，提升工业厂房的整体质量。
        关键词：工业厂房；建筑结构设计；优化策略
        引言
        结构设计是工业厂房建筑建设过程中必不可少的一部分，在优化工业建筑结构设计的基础上，设计结果将更加经济，并减少浪费问题的出现。具体而言，工业建筑设计人员在设计工作中，应重视地基设计、楼梯设计、梁和板件设计、柱形件设计等，与此同时，还应采用科学的方法解决设计过程中的问题，具体讨论如下。
        1工业厂房建筑结构特点
        1.1从整体上来进行结构分析
        从整体上来看，工业厂房建设具有不规则的特征，并且受到外界生产条件的限制，很多工厂的分布都不符合要求，种种奇形怪状的建筑物都堆放到一起，整体看上去，没有一点空间结构。还有很多小型的厂房，不能够承受大设备的重量，一般往往会因为不堪负重而导致自身结构呈现出来一个不规则的形状。其实在进行厂房建设过程中，有很多不规则形状的建筑物的出现，也是设计人员不得不这样做导致的，这样做在一定程度上牺牲了建筑原有的整体结构，也使用了大量的建筑原料，造成了对材料的浪费，但是这种不规则的建筑也有一个特点，可以更好的满足建筑的检修需要。所以，在建设厂房的时候，要起尽量控制好建筑物的整体承受载重能力，保证建筑物的质量，促进化工企业的发展。
        1.2结构设计荷载大
        化工企业建筑结构相对来说是十分复杂的，因为它的工作需要，很多设计都是异性的框架，往往要想达到更加良好的布局结构设计，就要设计人员对设计方案进行更加精准的定位，将每一个车间建筑结构设计都进行精准的描述，了解每一个车间的设备分布情况，另外还有了解设备运行的功率以及设备的重量等等。对于那些功率较大的设备，设计人员要做好设备上的运行记录，为后面工作的开展提供科学依据，以更好的来对厂房结构进行设计。比如，蒸发罐是化工企业中最常见的一种动力型的设备，在运行中会产生巨大的震动，会给周围的事物带来严重的影响，最终产生所谓的结构共振的现象，所以蒸发罐一般都会建立在楼上，要想保证其在这个位置上正常运行，设计人员还要对荷载能力进行精准的测试，计算，运用荷载乘以动力的系数，与当前的行业规定相结合，进行科学的取值，以此来实现对蒸发罐所安放的位置进行更合理、更科学的选择。
        2工业厂房建筑结构设计优化策略
        2.1地基设计
        因为工业建筑具有占地面积广、结构复杂等特点，所以，结构设计难度较大。对地基进行设计时，应先勘察施工现场的实际情况，再选择与其相适应的地基形式，若上层建筑的荷载非常大，可以选用弹性地基梁、桩基、条形基础或者独立基础等地基形式。实际设计时，应注意选择的混凝土要具有较强的耐久性。
        2.2梁与板件设计
        为了保证建筑物的结构强度，梁、柱结构的横截面面积都较大，并且配筋率较大。这虽然解决了工业建筑的承载问题，但给实际施工带来了较多的问题。在设计中，一些设计人员将配筋率提高到2.5%，但由于实际操作的限制，操作人员很难达到这样的标准。另外，由于钢筋分布过密，会使梁柱结合处混凝土浇筑困难，探杆无法深入，造成钢筋严重位移，给工业建筑后的安全问题留下隐患。
        2.3柱形件设计
        工业建筑结构设计中，轴向受力构件的应用极为广泛。

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选用柱结构时，为了满足经济性，宜优先选用钢管混凝土柱或型钢格构柱。如角钢、槽钢、工字钢和钢管，也可用型钢或钢板制成组合截面柱。组合截面柱的腹杆体系有缀条式和缀板式2种。考虑到性价比，在工艺允许的情况下可增加纵向系杆，以减小厂房柱的平面外计算长度。
        2.4楼梯设计
        在进行工业建筑结构的楼梯设计时，由于建筑结构的生活区域的楼梯一般采用板式结构，这样不仅提高楼梯设计的美观度，还能使楼梯的设计更加方便，在楼梯的设计时要给梯梁和梯板之间留下足够的空间，特别是在建筑的入口处楼梯的设计，高度不宜超过20cm，避免出现绊倒现象。如果需要提出特殊要求，例如楼梯的跨度要求超过5m，不容易满足挠度，则需要在施工图中特别标注，并加大反拱数值。在楼梯设计的第一段应该考虑沉降设计，也可以设置梯梁，来确保楼梯的稳定性。
        2.5框剪结构设计
        在框架结构的抗震设计中，梁端塑性铰应先于柱端出现。然而，根据研究和分析，框架结构底部柱的塑性铰很难避免。因此，在相关规范中，将柱底截面的弯矩值乘以放大系数，以延缓塑性铰的出现。但该规定是否适用于框架剪力墙结构，值得商榷。框架-剪力墙中的剪力墙是第一道防线，发生地震时，剪力墙首先被破坏。因此，如果将剪力墙设计成一个四周有梁柱（或暗梁暗柱）的框架剪力墙，框架会约束剪力墙，并且在剪力墙被破坏后仍能承受竖向荷载，防止结构倒塌。在工业建筑中，常采用框剪结构，以满足抗震要求。
        2.6钢结构设计
        在工业建筑结构的设计中会用到许多钢结构，良好的钢结构设计能够方便后期的施工和检修。在进行轻型钢结构设计中，斜梁与柱的交汇处需要运用高强度螺栓进行链接，在现场装配施工中，在最下部的螺栓需要预留足够的扳手空间，方便进行操作。
        3工业厂房建筑结构设计实例分析
        某家纺公司钢结构生产车间，其属于层门式钢架结构，建筑总高度7m,净高度6m，建筑总面积1116m2,跨柱20m,柱距6m,屋面形式是双向坡屋面，建筑设计基本风压为0.3kN/m2，基本雪压为0.35kN/m2，地面粗糙度类别为B类，基础形式为独立基础，钢架采用Q345钢。在厂房实际使用时使用功能没有发生变更，未出现火灾、使用荷载过大、结构大修等问题。在钢结构生产车间实际设计中，设计人员需要深人分析建筑设计的相关规定，并考虑各项影响因素，根据建筑设计要求进行设计优化，设计出多元化的结构方案。设计人员以及委托企业进行共同探讨，然后选取最为合适的厂房建筑结构方案。在这个过程中需要考虑厂房的功能性和经济效益。除此之外，在结构设计过程中，还要利用现代化的计算软件，保证厂房建筑结构设计的准确性，从细节上控制厂房建筑结构设计的合理性。
        结语
        综上所述，工业厂房建筑结构设计具有一定的多样性和复杂性，因此在进行工业建筑结构设计时，应该充分考虑工业生产的实际需求，并分析建筑周围的环境。根据实际情况综合进行结构设计，并注重结构设计中各环节存在的问题，采取有效的解决办法提高工业厂房建筑结构设计的合理性，降低工业建筑的施工成本，提高施工的安全性。
        参考文献
        [1]戚爱玲.工业建筑结构设计的复杂性与安全性[J].现代物业(中旬刊),2019(3):38.
        [2]梁智豪.工业厂房建筑结构设计优化探究[J].住宅与房地产,2019(15):44.
        [3]周明.剪力墙结构设计在建筑结构设计中的应用[J].工程技术研究,2017(10):207+222.
        [4]何佳梦.石油化工厂房能耗影响因素及节能措施研究[D].陕西:西安建筑科技大学，2017.
        [5]石油化工建筑物结构设计规范：SH3076—2013[S].2013.
        [6]刘红.钢桁架主设备支承结构煤气化高层工业厂房抗震性能研究[D].湖北:武汉理工大学，2008.