王少智

新發(fā)藥業(yè)有限公司 山東 東營(yíng) 256000

1 工業(yè)廠房結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化方法分析

目前來(lái)看，在工業(yè)廠房設(shè)計(jì)中，一般有兩種結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化方法。第一種方法為主觀判斷優(yōu)化方法，該優(yōu)化方法在很大程度上依賴(lài)設(shè)計(jì)人員的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)以及主觀意識(shí)，在工業(yè)廠房設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)人員是設(shè)計(jì)方案的制定者，在設(shè)計(jì)的過(guò)程中，設(shè)計(jì)人員會(huì)結(jié)合建設(shè)場(chǎng)地的實(shí)際情況以及生產(chǎn)的要求，利用個(gè)人經(jīng)驗(yàn)以及專(zhuān)業(yè)知識(shí)對(duì)廠房的結(jié)構(gòu)進(jìn)行規(guī)劃分析，從而設(shè)計(jì)出廠房結(jié)構(gòu)的初步方案，這種主觀判斷設(shè)計(jì)優(yōu)化方法具有較高的設(shè)計(jì)效率，但是對(duì)于個(gè)人經(jīng)驗(yàn)以及專(zhuān)業(yè)技能水平有比較高的要求，因此在設(shè)計(jì)的過(guò)程中，難以保證設(shè)計(jì)方案的科學(xué)性以及可靠性，具有一定的設(shè)計(jì)風(fēng)險(xiǎn)；第二種設(shè)計(jì)優(yōu)化方法為理論知識(shí)優(yōu)化方法，該優(yōu)化方法以房屋建設(shè)設(shè)計(jì)相關(guān)的理論知識(shí)為依托，嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)理論的要求進(jìn)行設(shè)計(jì)，但是在實(shí)際的設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)中往往會(huì)出現(xiàn)難以用常規(guī)設(shè)計(jì)理論解決的問(wèn)題，因此在設(shè)計(jì)實(shí)踐中不能完全依賴(lài)?yán)碚撝R(shí)。工業(yè)廠房結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)具有一定的綜合性與復(fù)雜性，在設(shè)計(jì)的過(guò)程中，既需要充分發(fā)揮設(shè)計(jì)人員自身的經(jīng)驗(yàn)優(yōu)勢(shì)，也需要重視理論知識(shí)的應(yīng)用，根據(jù)不同的設(shè)計(jì)要求，靈活的應(yīng)用不同的設(shè)計(jì)方法，提升設(shè)計(jì)方案的科學(xué)性以及可行性[1]。

2 工業(yè)廠房結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)

2.1 地基基礎(chǔ)

工業(yè)廠房往往具有較大的占地面積，同時(shí)投資比較大，建設(shè)的位置地質(zhì)情況十分復(fù)雜，因此在建設(shè)的過(guò)程中，對(duì)于地基的處理十分關(guān)鍵。針對(duì)一些載荷要求比較大的位置，可以應(yīng)用樁基、獨(dú)立基礎(chǔ)、條形基礎(chǔ)以及彈性地基梁等。工業(yè)廠房一般配置有輸送皮帶，對(duì)于輸送皮帶的設(shè)置可以將皮帶支架設(shè)計(jì)成底部鉸鏈的形式，在這種設(shè)計(jì)方案下，皮帶在運(yùn)行的過(guò)程中會(huì)將剪力以及軸力傳給地基，為了提升地基的穩(wěn)固性，需要將地基設(shè)計(jì)為柱下條形基礎(chǔ)形式。從實(shí)用性的角度考慮，在設(shè)計(jì)的過(guò)程中還需要重視對(duì)混凝土的選擇，地基部分的混凝土其標(biāo)號(hào)應(yīng)該符合C25結(jié)構(gòu)耐久性的要求，在配筋設(shè)計(jì)方面需要盡量降低配筋率，樁基應(yīng)合理選擇樁徑及樁類(lèi)型，經(jīng)濟(jì)合理且便于施工。鋼管廊結(jié)構(gòu)獨(dú)立基礎(chǔ)底板厚度應(yīng)滿(mǎn)足鋼筋錨固長(zhǎng)度要求。化工儲(chǔ)罐區(qū)地基基礎(chǔ)應(yīng)滿(mǎn)足《儲(chǔ)罐區(qū)防火堤設(shè)計(jì)規(guī)范》及《石油化工鋼儲(chǔ)罐地基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》《化工設(shè)備基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》等相關(guān)國(guó)家、地方及行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。針對(duì)條基交叉處的鋼筋設(shè)計(jì)需要有詳細(xì)的工程圖，且該部位的基底面積需要具有一定的獨(dú)立性，不能被重復(fù)使用，同時(shí)還需要根據(jù)具體的條件來(lái)調(diào)整基寬。地基基礎(chǔ)宜優(yōu)先采用天然地基且盡量淺埋，當(dāng)天然地基不能滿(mǎn)足承載力及沉降要求或不經(jīng)濟(jì)時(shí)，可采用復(fù)合地基處理或樁基礎(chǔ)?；A(chǔ)應(yīng)合理控制基底零應(yīng)力區(qū)的面積。大面積地面荷載作用下尚應(yīng)驗(yàn)算地基的附加變形，此外，還需要特別關(guān)注柱下條形基礎(chǔ)，針對(duì)采取緩坡型設(shè)計(jì)翼緣板，需要加強(qiáng)對(duì)坡角進(jìn)行控制，防止角度過(guò)大，影響后續(xù)的施工。此外，在地基規(guī)劃設(shè)計(jì)的過(guò)程中，還需要重視地質(zhì)勘察報(bào)告的作用及建議，結(jié)合當(dāng)?shù)氐鼗幚斫?jīng)驗(yàn)結(jié)合建筑荷載大小確定合理經(jīng)濟(jì)的地基及基礎(chǔ)形式，混凝土耐久性尚應(yīng)滿(mǎn)足《工業(yè)建筑防腐蝕設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》的規(guī)定。

2.2 梁與板件的設(shè)計(jì)

在工業(yè)生產(chǎn)中，廠房往往需要承擔(dān)比較大的負(fù)載，因此為了保證廠房的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度能夠滿(mǎn)足生產(chǎn)作業(yè)的需求，一般在設(shè)計(jì)的過(guò)程中都會(huì)加大梁的橫截面積，而這種設(shè)計(jì)思路也在一定程度上增加了施工的難度。一些設(shè)計(jì)師為了避免出現(xiàn)過(guò)大的橫截面積，因此通過(guò)增加配筋的方式保證結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，但是這種設(shè)計(jì)方案在施工中也是比較難以實(shí)現(xiàn)的，因?yàn)槿绻罅颗浣罴杏谕粎^(qū)域，就將增加混凝土壓實(shí)的難度，導(dǎo)致相關(guān)位置難以插入振搗，如果出現(xiàn)這種問(wèn)題將帶來(lái)比較嚴(yán)重的質(zhì)量隱患，因此需要對(duì)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行進(jìn)一步優(yōu)化。在設(shè)計(jì)的過(guò)程中，可以適當(dāng)增加梁的橫截面積，并減少配筋的使用。為了給現(xiàn)場(chǎng)施工創(chuàng)造有利的條件，在設(shè)計(jì)的過(guò)程中需要盡量減少鋼琴堆梁柱接頭的使用，沒(méi)有相關(guān)位置沒(méi)有特殊的負(fù)載要求，需要將配筋率控制在1.7%以下，這樣的設(shè)計(jì)不僅有利于梁結(jié)構(gòu)的塑性鉸的形成，還能提升結(jié)構(gòu)整體的抗震性能。在設(shè)計(jì)的過(guò)程中還需要合理設(shè)置伸縮縫，梁計(jì)算可合理考慮樓板作為翼緣對(duì)梁剛度增大的影響。樓板開(kāi)洞處應(yīng)合理補(bǔ)強(qiáng)樓板鋼筋。針對(duì)懸臂梁配筋的計(jì)算，需要保留一定的安全系數(shù)。在設(shè)計(jì)的過(guò)程中，還需要重視控制好砌體結(jié)構(gòu)懸臂梁深墻梁長(zhǎng)度，確保其長(zhǎng)度能夠滿(mǎn)足實(shí)際施工的要求[2]。

2.3 柱形件設(shè)計(jì)

在工業(yè)廠房結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，軸向分力應(yīng)用的較為廣泛。在確定柱截面的過(guò)程中，需要充分考慮到設(shè)計(jì)方案的經(jīng)濟(jì)性，一般來(lái)說(shuō)，鋼管混凝土柱和鋼格柱在實(shí)際的使用中都有良好的性能表現(xiàn)，且成本可控。組合截面柱的腹桿體系分為綴條式和綴板式兩種，為了進(jìn)一步加強(qiáng)對(duì)廠房建設(shè)成本的控制，可以通過(guò)增加縱向鋼筋的方式，降低材料成本，并保證建筑的結(jié)構(gòu)。在廠房建筑結(jié)構(gòu)中，往往采取單桿的支撐結(jié)構(gòu)，在設(shè)計(jì)的過(guò)程中，需要根據(jù)廠房的實(shí)際使用需求以及受力的大小，來(lái)確定單桿的長(zhǎng)度，確保設(shè)計(jì)方案的合理性。單層鋼筋混凝土柱廠房宜采用裝配式排架柱。柱頂高度應(yīng)考慮屋架及梁底距吊車(chē)的最小凈空尺寸，且不宜小于250mm，適當(dāng)加大柱剛度，柱間增設(shè)柱間支撐增大兩個(gè)方向平面內(nèi)的剛度，可以減小柱計(jì)算長(zhǎng)度，增強(qiáng)梁柱連接節(jié)點(diǎn)，滿(mǎn)足“強(qiáng)柱弱梁、強(qiáng)節(jié)點(diǎn)”的概念設(shè)計(jì)要求。

2.4 預(yù)埋件設(shè)計(jì)

工廠需要能夠容納各種各樣的設(shè)備以原料，想要在生產(chǎn)的過(guò)程中較為穩(wěn)固的固定設(shè)備，就需要有一定數(shù)量的預(yù)埋件作為支撐。埋件設(shè)計(jì)應(yīng)注明錨筋的植入深度及化學(xué)錨栓的相關(guān)施工工藝要求，改造后植筋設(shè)計(jì)應(yīng)符合《混凝土結(jié)構(gòu)后錨固技術(shù)規(guī)程》的要求。在設(shè)計(jì)的過(guò)程中，設(shè)計(jì)人員需要從工廠的生產(chǎn)實(shí)踐出發(fā)，確定好預(yù)埋件的尺寸以及位置，并在設(shè)計(jì)圖紙中清晰的標(biāo)明。在設(shè)計(jì)的過(guò)程中經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)忽視樓梯預(yù)埋件的情況，需要后期到現(xiàn)場(chǎng)親自補(bǔ)埋，在很大程度上影響了施工的效率。在技術(shù)交底環(huán)節(jié)中，需要清楚的向建設(shè)單位說(shuō)明預(yù)埋件施工的要點(diǎn)，在某些工廠中，預(yù)埋件作為負(fù)載件存在，因此在設(shè)計(jì)的過(guò)程中還需要計(jì)算好預(yù)埋件的負(fù)載能力，防止在使用的過(guò)程中，出現(xiàn)預(yù)埋件斷裂的情況[3]。

2.5 鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

鋼結(jié)構(gòu)已經(jīng)成為當(dāng)前廠房施工過(guò)程中最常用的建筑結(jié)構(gòu)之一，與其他建筑結(jié)構(gòu)相比，其具有造價(jià)成本低、性能強(qiáng)度高的優(yōu)點(diǎn)。在對(duì)鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)的過(guò)程中，不僅需要考慮到鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，同時(shí)也需要為后續(xù)的施工創(chuàng)造良好的條件。在設(shè)計(jì)的過(guò)程中首先需要關(guān)注鋼材料的選擇，盡量選擇具有較高強(qiáng)度以及較強(qiáng)耐腐蝕性的鋼材，針對(duì)鋼柱、鋼梁及吊車(chē)梁所選用鋼材料為Q355B，抗風(fēng)柱、墻架系統(tǒng)及次結(jié)構(gòu)所選用鋼材料為Q235B，鋼結(jié)構(gòu)梁柱采用合理的連接及拼接形式，在設(shè)計(jì)的過(guò)程中還需要對(duì)對(duì)腳螺栓的設(shè)定方位進(jìn)行科學(xué)計(jì)算、合理確定，控制腳螺栓的數(shù)量和質(zhì)量，避免造成資源浪費(fèi)，保障施工質(zhì)量符合規(guī)定要求。廠房的鋼結(jié)構(gòu)不可避免地會(huì)受到腐蝕作用，為了減緩腐蝕的速率，降低腐蝕發(fā)生的概率，在鋼結(jié)構(gòu)安裝前期，就應(yīng)該檢查結(jié)構(gòu)表面的平整度，清除表面的雜物。此外，還可以選擇噴涂油漆等防腐蝕材料，實(shí)現(xiàn)鋼結(jié)構(gòu)的質(zhì)量控制[4]。

3 加強(qiáng)工業(yè)廠房結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的相關(guān)措施

3.1 提升廠房結(jié)構(gòu)與生產(chǎn)的協(xié)調(diào)性

工業(yè)廠房的設(shè)計(jì)與建設(shè)服務(wù)于工業(yè)生產(chǎn)實(shí)踐，因此在開(kāi)展設(shè)計(jì)工作的過(guò)程中，需要工業(yè)廠房的用途以及工廠的生產(chǎn)工藝有充分的了解，結(jié)合實(shí)際的生產(chǎn)需求，有針對(duì)性地對(duì)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行優(yōu)化。從工廠的生產(chǎn)要求以及使用要求出發(fā)，確定結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的方案，防止由于設(shè)計(jì)方案與生產(chǎn)實(shí)踐適應(yīng)性不足，導(dǎo)致廠房難以啟用。在實(shí)施設(shè)計(jì)方案的過(guò)程中，往往會(huì)出現(xiàn)一些與工廠實(shí)際生產(chǎn)環(huán)節(jié)不相符的地方，主要的原因在于，在設(shè)計(jì)的過(guò)程中沒(méi)有深入了解工廠的工藝特點(diǎn)以及生產(chǎn)需求，因此需要設(shè)計(jì)人員加強(qiáng)對(duì)工廠工藝的實(shí)地勘察研究，在了解工廠工藝特點(diǎn)的基礎(chǔ)上開(kāi)展設(shè)計(jì)，防止因結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案不合理，影響工廠的正常生產(chǎn)工作。比如針對(duì)框架梁上方開(kāi)洞位置的設(shè)計(jì)，如果沒(méi)有充分考慮到結(jié)構(gòu)整體的受力情況以及生產(chǎn)需求，梁洞位置布置不合理，就回影響工廠正常的生產(chǎn)工作，尤其針對(duì)一些需要應(yīng)用大型機(jī)械設(shè)備的工廠，在設(shè)計(jì)的過(guò)程中，需要充分考慮機(jī)械設(shè)備的尺寸特點(diǎn)，一方面需要保證廠房?jī)?nèi)部空間能夠容納生產(chǎn)設(shè)備；另一方面需要確保內(nèi)部空間的合理性，防止廠房?jī)?nèi)部空間被大量浪費(fèi)。此外，工業(yè)廠房設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)布置、選型和構(gòu)造處理，應(yīng)滿(mǎn)足生產(chǎn)工藝及安裝維修維護(hù)要求，合理選擇安全等級(jí)，做到安全可靠、技術(shù)先進(jìn)經(jīng)濟(jì)合理。達(dá)到結(jié)構(gòu)方案?jìng)髁?jiǎn)捷，受力明確并具有良好的整體性。荷載的布置應(yīng)合理考慮各種使用要求，支撐在結(jié)構(gòu)上的設(shè)備和管道自重、平臺(tái)、懸吊物、振動(dòng)設(shè)備動(dòng)力荷載、撞擊荷載、檢修荷載、反應(yīng)釜內(nèi)物料重量不要遺漏。有防爆要求的控制室要合理考慮爆炸荷載且爆炸荷載載與地震及風(fēng)、雪荷載不同時(shí)組合，采用以概率理為基礎(chǔ)的極限狀態(tài)設(shè)計(jì)方法，荷載滿(mǎn)足結(jié)構(gòu)可靠性指標(biāo)要求。化工建筑應(yīng)按《化學(xué)工業(yè)建（構(gòu)）筑物抗震設(shè)防分類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)》，合理選擇抗震設(shè)防類(lèi)別。廠房設(shè)計(jì)應(yīng)盡量模塊化，滿(mǎn)足通用工藝流程及模數(shù)要求，構(gòu)件尺寸及類(lèi)型應(yīng)盡量減少類(lèi)型，方便預(yù)制拼接及工廠化生產(chǎn)施工及方便運(yùn)輸，同時(shí)可減少現(xiàn)場(chǎng)施工誤差及工作量。工業(yè)建筑尚應(yīng)綜合考慮結(jié)構(gòu)構(gòu)件的防火、防爆、抗爆、防腐、防震要求。設(shè)計(jì)中積極選用新材料、新工藝、新技術(shù)，為業(yè)主合理優(yōu)化但不過(guò)度優(yōu)化結(jié)構(gòu)，力爭(zhēng)實(shí)現(xiàn)節(jié)能、節(jié)地、節(jié)水、節(jié)材及綠色環(huán)保，可持續(xù)發(fā)展。

3.2 重視結(jié)構(gòu)優(yōu)化計(jì)算

在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)計(jì)算的準(zhǔn)確性將直將影響方案的質(zhì)量以及廠房后續(xù)的使用表現(xiàn)。因此在進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的過(guò)程中，需要充分重視計(jì)算環(huán)節(jié)，加強(qiáng)對(duì)核心區(qū)域的節(jié)點(diǎn)計(jì)算，確保能夠較為準(zhǔn)確的進(jìn)行抗剪驗(yàn)算、長(zhǎng)細(xì)比驗(yàn)算以及裂縫寬度驗(yàn)算等，主要確保關(guān)鍵數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，才能為科學(xué)的設(shè)計(jì)打下基礎(chǔ)。針對(duì)核心區(qū)域的抗剪驗(yàn)算需要嚴(yán)格的相關(guān)的操作原則實(shí)施，從廠房結(jié)構(gòu)的整體特點(diǎn)出發(fā)，充分考慮到廠房的結(jié)構(gòu)跨度以及載荷等。一般來(lái)說(shuō)，如果柱支撐截面積較大，那么節(jié)點(diǎn)偏心也會(huì)比較大，如果不能保證計(jì)算的準(zhǔn)確性，將會(huì)到廠房結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性造成很大影響。在計(jì)算樓面等效載荷的過(guò)程中，需要充分考慮到不同材料的力學(xué)特性以及廠房的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，不僅需要關(guān)注到建筑本身的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，還需要考慮到實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中廠房的載荷。在廠房結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，抗震設(shè)計(jì)也是設(shè)計(jì)的重點(diǎn)，而科學(xué)的抗震設(shè)計(jì)需要依托于準(zhǔn)確的裂縫寬度計(jì)算，一般來(lái)說(shuō)，結(jié)構(gòu)裂縫寬度需要控制在0.3mm左右，才能保證整體結(jié)構(gòu)具有一定的抗震性能[5]。

4 結(jié)束語(yǔ)

對(duì)于工業(yè)生產(chǎn)企業(yè)來(lái)說(shuō)，廠房是實(shí)施生產(chǎn)作業(yè)的主要場(chǎng)所，廠房的設(shè)計(jì)水平對(duì)于生產(chǎn)工作的實(shí)施具有重要的影響，在廠房設(shè)計(jì)中，廠房結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是重點(diǎn)，在設(shè)計(jì)的過(guò)程中需要綜合考慮工廠的實(shí)際生產(chǎn)需求，確保結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案不僅能夠滿(mǎn)足建筑質(zhì)量要求，也能夠滿(mǎn)足工廠實(shí)際生產(chǎn)作業(yè)的要求，從而為工廠相關(guān)生產(chǎn)工作的實(shí)施創(chuàng)造有利的條件