摘要：经济社会的发展带动了工业建筑领域的不断前行，现代工业建筑对设计和施工要求越来越高，规范要求越来越严格，所有的进步都是以满足生产为前提，随着每年工业建筑规模的不断增加而进行了改进和完善。本文就工业基础结构中涉及复杂性和安全性展开分析，希望能够对工业建筑设计人员在设计项目中具有参考作用。
关键词：工业建筑；结构设计；设计安全性
工业建筑一般又以钢结构和钢筋混凝土作为主要的建筑材料，因此在结构设计上不仅要发挥其优点，也要对其安全性和复杂性进行深入的分析，保障工业建筑的更可持续发展。
1.工业建筑结构类型
在工业建筑结构设计合理性上已经进行了大量的研究，获得了很多的研究成果。例如钢构件在工业建筑中是广泛使用的，对于各种钢材的稳定计算和节点构造进行了大量的分析和研究，一般挠度控制（例如外管架钢纵梁）的普通受力构件采用Q235B，强度控制的构件采用Q345B，采用Q235B的柱子稳定计算长细比更好控制，而在东北寒冷地区其室外管架钢材一般采用Q235E，其耐低温性能更好。在建筑材料的使用中，其力学性能和化学成分应满足国家标准的相应规定。对于钢结构构件中应力和变形控制也有要求，例如钢梁应力应该达到强度设计的90%较为经济，钢柱稳定应力应该达到设计的85%较为经济，而在钢柱钢梁等设计上应尽量选择热轧H型钢，一来方便采购，二来比焊接H型钢省去了加工费等人力成本。浙江沿海部分地区厂区里的外管架钢梁很多采用工字钢拆分拼接成的蜂窝梁，其优势对于全截面钢梁能省下1/3的用钢量，但同时提高了加工制作成本，施工质量也有隐患，笔者见过蜂窝梁孔直接开到端部不封堵的，其截面削弱了受剪承载力大大不足，容易出现事故；另外对于钢平台上含有反应釜的，通常承重钢梁设计人员会将对边选用同样型号，但有时其中一根钢梁为次梁简支梁，对边又为与钢柱连接刚接钢梁，挠度变形不同，会使设备产生倾斜，这些都需要在设计中引起注意。
2.工业结构设计复杂性和安全性论述
工业建筑结构，钢筋混凝土结构采用最多，因其施工工艺成熟，建筑材料容易获取，相对于钢结构其耐火性和耐腐蚀性是优势，但施工过程中如果养护不到位，加上赶工期养护不好容易出现非结构性裂缝，对于业主特别是非土建专业的，一旦发现裂缝，难于解释，往往还需第三方鉴定意见。在有些工业项目中，必须缩短工期的前提下，一般采用钢结构，因其施工较快，且通过刷防火防腐涂料，也能够耐火耐腐蚀，钢结构对实现大空间、大跨度的施工上有其优势，但钢结构特别是室外钢结构，其耐腐蚀年限较短，一般5~8年需要重新刷油漆，维护成本不小，这些都是需要在设计一开始向业主说明清楚的。
对于工业建筑结构设计中往往还需要考虑设备动荷载及设备等效荷载，一但超载，后果严重，往往直接表现为梁板开裂，基础不均匀沉降等，特别是沉降差异，可直接导致刚性管道的拉裂，甚至出现严重的泄露事故。所以设计时必须遵守和执行相应的国家及地方设计标准，在设计前收集好数据，例如地震设防烈度，地震设计分组，场地土类别，基本风压，地下水腐蚀情况等等，再者是否有地方规定，着重消化工艺条件是否有特殊要求，如较重的设备、高耸设备塔或者易燃易爆气体，腐蚀性液体等等，提前做和方案评审工作，需要时同工艺协商建筑超过55m是否能设置伸缩缝，若工艺有特别考虑，如建筑物有洁净区要求不能设，那么就需要考虑做后浇带等措施。
3.工业建筑结构设计方案的合理性
进行项目设计前，需要根据建筑生产类别，是否为甲乙类建筑，并按照生产工序和发生灾害的危害程度判断建筑物的抗震等级，并考虑设备安装顺序及需要，设计出不同的层高，柱网等，以满足后期生产的需要。
在地基基础的设计上，应选用合适的方案，例如单桩承载力特征值使用控制在85%左右，以便后期业主有设备更改，桩基仍能满足。对于桩型的挑选要考虑与原有的建筑间距离，对于新建的建筑物，一般预应力混凝土管桩施工速度较快，是首先考虑的。在涉及地基处理上，综合考虑施工场地的相关状况，例如今年做的连云港某化工项目，由于初始是沿海鱼塘，经换填后形成的场地，考虑到施工期间要求，预先对场地进行了真空预压处理，场地土压缩了1.5m，再进行预应力管桩的施工，目前场地施工情况良好，据现场反馈施工期间大型货车进出完全没有问题。
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对于次要的建筑物或者构筑物，再例如室外的排水沟、水泵基础等，一般开挖不深，在持力层的选择上，一般不是很差仅要求夯实，并满足压实系数的要求即可。对于有超挖换填需要的基础，应选择相应厚度的土夹石，级配砂石等，并同时满足压实要求，对开挖较大的水池，方案前期就需要同业主、给排水专业一起确定好水池容量，并尽量做浅，部分地区开挖超过5m的基坑围护需要做专家评审，业主并不愿意，基坑较深抗浮要求也高，是否采用抗拔桩也需要和业主一同商定。
在工业建设中经常遇到工艺有防腐要求，这时用混凝土结构更为合适，在处于高湿环境中梁、板、柱和部分有腐蚀介质泄露的厂房中，除了按工业防腐蚀规范提高混凝土强度，还要加大保护层厚度，并在其表面涂上耐腐蚀涂料，梁板计算中配筋需考虑裂缝不大于0.2mm的影响，楼面建筑考虑耐腐蚀面层做法等，在设计中各个环节考虑到了，按规范执行了，就能够减少事故发生。
4、工业建筑设计案例
燃气爆炸是在工业建筑内发生的最常见的安全事故形式。燃气爆炸的原因一般都是由于火或者燃气泄漏导致，当天然气浓度达到一定程度，一般是10%左右，遇到明火或者电火花就会发生剧烈燃烧，在有限空间内产生大量高压气体，从而发生爆照，做好爆炸防护在化工建筑中，必须采用成本代价较高的抗爆、防爆措施。
与炸弹爆炸相比，燃气爆炸有其自身特点，它属于燃爆的范畴，爆炸的损害程度主要取决于两个方面，一是燃气的浓度（Q），一是发生爆炸的房间的大小（V）。现在常见的燃气爆炸产生的冲击波超压值，爆炸中心超压可达到100KPa以上，爆炸影响空间附近冲击波波阵面压力一般在20~60KPa。
根据燃爆的特点，设计人员可以从两个方面去考虑如何进行防护，一是加强建筑的坚固程度，限制其爆炸就发生在某个房间内，火和冲击波不外泄，如工业建筑中的抗爆间室，还有一种方式就是采取合理的路径进行火和冲击波的引导，让其走一条损伤最小的通道进行泄压。显而易见，工业建筑由于其功能和成本要求，只能采用第二种方式进行人员和建筑的防护。
生产车间贴外墙设置，开间宜大，进深应尽量小。外墙采用轻质易碎材料砌筑或开大窗进行泄压，不在该处设置实体墙。
在需要重点防护的房间，相邻的隔墙应采用混凝土配筋墙或者采用配筋砌体。配筋砌体厚度不宜小于200mm，两边采用不小于直径8mm的钢筋网片进行二次抹灰。
还有经常遇到的结构防连续倒塌设计，首先应考虑在强烈冲击波作用下结构构件局部破坏不会引起建筑的倒塌。因此在结构设计阶段就要考虑性能化设计，增加结构的冗余度，主要受力构件采用多次超静定结构。其次建筑外墙优先采用全混凝土结构。在无法全采用混凝土结构墙体的情况下，临爆炸危险面的后砌筑外墙采用配筋砌体结构，并适当增加设置圈梁和构造柱，增强外墙的完整性和抗爆炸倒塌能力。并且严禁采用预应力混凝土结构。爆炸冲击波在正压力之后有一个负压冲击的过程，因此结构构件应避免采用预应力混凝土结构，结构构件之间的连接构造方式应考虑爆炸荷载的反向作用。
结语：
工业建筑结构设计的复杂性和安全性需要考虑的地方很多，出了事情没有小事，年轻的设计师需要了解很多的规范，在对建筑结构进行标准化设计时，需要不断优化其结构设计概念，设计出的项目不出现问题，以便于工厂生产的顺利进行，维护好业主的利益，同时帮助业主控制好投资，设计出经济又合理的建筑来，保证建筑结构的科学合理性。
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论文作者:左建勋
论文发表刊物:《基层建设》2019年第10期
论文发表时间:2019/7/4
标签：工业建筑论文; 钢梁论文; 建筑论文; 结构设计论文; 工业论文; 构件论文; 钢结构论文; 《基层建设》2019年第10期论文;