張莉娟

（沈陽市熱力工程設(shè)計(jì)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(jì)建設(shè)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(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理念是大同小異的，但是，由于設(shè)計(jì)人員的主觀思想有差異，同時設(shè)計(jì)人員的理論基礎(chǔ)和設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)等都存在差異性，所以在進(jìn)行廠房建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時難免會出現(xiàn)不同的結(jié)構(gòu)形式，對此，我們無法具體的進(jìn)行評估，筆者只是結(jié)合多年的工作經(jīng)驗(yàn)，并在總結(jié)分析了大量相關(guān)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，提出了自己的一些想法和建議，希望能夠給相關(guān)的建筑設(shè)計(jì)人員必要的參考和借鑒。

一、解析結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化的基本方法

目前對于廠房建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)之初，不同的區(qū)域會有相應(yīng)的多個方案，設(shè)計(jì)師憑借自己多年的相關(guān)工作經(jīng)驗(yàn)和主觀判斷，主觀的選擇認(rèn)為是最優(yōu)的設(shè)計(jì)方案。這種方案的確定完全是在經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上確定的，并沒有經(jīng)過科學(xué)的計(jì)算和檢驗(yàn)，因此有一定的風(fēng)險性；其二是概念設(shè)計(jì)。概念設(shè)計(jì)較之直覺優(yōu)化來說更為客觀一點(diǎn)，但是目前發(fā)展還不是很成熟，仍然有相當(dāng)多的問題不能夠進(jìn)行理論的設(shè)計(jì)，所以在實(shí)際的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化的工作過程中，可以將二者進(jìn)行有機(jī)的結(jié)合，并不斷的進(jìn)行概念設(shè)計(jì)處理的優(yōu)化和深入分析研究。

二、鋼結(jié)構(gòu)廠房的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化技術(shù)應(yīng)用

為了進(jìn)一步的探討廠房建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化措施的落實(shí)，我們選取了一個具體的工程案例進(jìn)行全面的分析，這個廠房是目前比較常見的鋼結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化的基本原則

首先，廠房的設(shè)計(jì)不同于普通的居住用建筑，它要求有供設(shè)備運(yùn)行和檢修的寬敞空間，跨度要求通常較大，設(shè)計(jì)以簡約為主；其次，根據(jù)生產(chǎn)工藝的要求在廠房內(nèi)部會安裝相應(yīng)的設(shè)備，一些機(jī)器設(shè)備在運(yùn)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(jìn)行生產(chǎn)作業(yè)的過程中會釋放出熱量，而鋼結(jié)構(gòu)較易傳導(dǎo)熱量，其防火性能也有一定的局限性，所以需要保證內(nèi)部結(jié)構(gòu)具有良好的通風(fēng)散熱性能及滿足規(guī)范要求的防火措施；最后，廠房的設(shè)計(jì)還應(yīng)滿足安全、合理、經(jīng)濟(jì)、美觀的要求。

2 鋼結(jié)構(gòu)廠房的抗震性設(shè)計(jì)優(yōu)化

（1）抗震設(shè)計(jì)時要最大限度的確保結(jié)構(gòu)的質(zhì)量和剛度能夠均勻地分布，因此，在進(jìn)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(jié)構(gòu)的整體剛度；（2）根據(jù)以往的經(jīng)驗(yàn)，鋼結(jié)構(gòu)廠房發(fā)生破壞時，構(gòu)件強(qiáng)度通常都是滿足要求的，破壞往往是因?yàn)闂U件失穩(wěn)引起的，因此，設(shè)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(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性，對鋼結(jié)構(gòu)廠房這個空間結(jié)構(gòu)體系來說是非常重要的；（3）防止結(jié)構(gòu)在地震作用時的疲勞破壞。保證構(gòu)件在屈服前進(jìn)入塑性工作，充分提高鋼結(jié)構(gòu)的抗震能力。

3 鋼結(jié)構(gòu)工業(yè)廠房的耐熱性設(shè)計(jì)

我們都知道鋼結(jié)構(gòu)的導(dǎo)熱能力很強(qiáng)，所以鋼結(jié)構(gòu)廠房的防火能力是比較低的。當(dāng)鋼材的溫度高于100 時，它的抗拉強(qiáng)度就會減小，塑性提高；當(dāng)溫度高達(dá)250度時，抗拉強(qiáng)度稍有增大，鋼材的塑性就會減小開始變脆；當(dāng)溫度繼續(xù)升高達(dá)到500度時，其強(qiáng)度就會減到最低，整個鋼結(jié)構(gòu)廠房就面臨著倒塌的危險。因此，必須在鋼結(jié)構(gòu)表面做好隔熱保護(hù)措施，涂刷防火涂料。同時還要設(shè)計(jì)出相應(yīng)的溫度監(jiān)控系統(tǒng)，一旦溫度上升到臨界點(diǎn)，就會啟動報(bào)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(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)優(yōu)化

屋蓋支撐系統(tǒng)的布置應(yīng)根據(jù)廠房跨度、高度、柱網(wǎng)布置、屋蓋結(jié)構(gòu)形式、吊車噸位和所在地區(qū)的抗震設(shè)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(jié)構(gòu)均應(yīng)設(shè)置垂直支撐；在無檁體系中，大型屋面板有三點(diǎn)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(yīng)在屋架上弦和天窗架上弦設(shè)置上弦橫向支撐。對于屋架間距不小于12m 的廠房或廠房內(nèi)設(shè)有特重級橋式吊車或廠房內(nèi)有較大振動設(shè)備的均應(yīng)設(shè)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(zhǔn)確計(jì)算支撐桿件的內(nèi)力，減小桿件的截面，對大型屋面板可以優(yōu)化成輕質(zhì)混凝土板，減少荷載，

廠房頂部的排水系統(tǒng)也是廠房設(shè)計(jì)的一個重要環(huán)節(jié)，按照我國的相關(guān)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(yīng)該適當(dāng)?shù)奶岣?。單坡屋面的長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(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，單坡屋面長度宜控制在70m以內(nèi)。目前，市場上鋼結(jié)構(gòu)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(nèi)夾保溫棉；（2）復(fù)合柔性屋面：由屋面彩鋼板內(nèi)板、隔氣層、保溫層、卷材防水層組成。

5 立面設(shè)計(jì)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(shè)水平的日益提高，建設(shè)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(shè)計(jì)的十分恢弘大氣，現(xiàn)代感十足。如何在滿足經(jīng)濟(jì)性、適用性的條件下提高建筑的美感，成了設(shè)計(jì)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(biāo)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(shè)及使用過程中，很多大型設(shè)備、構(gòu)件的運(yùn)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(rèn)為最好采用連續(xù)梁系統(tǒng)進(jìn)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(qiáng)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(jié)語

綜上所述，對于工業(yè)廠房建筑結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)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(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)主要還停留在主觀判斷的基礎(chǔ)之上，需要進(jìn)一步的完善理論，將廠房建筑結(jié)構(gòu)的優(yōu)化落實(shí)到客觀的數(shù)據(jù)之上，希望越來越多的設(shè)計(jì)人員參與到工業(yè)廠房結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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(jié)構(gòu)廠房設(shè)計(jì)[J].中國科技信息，2010.