摘要：工业建筑是用于工业生产的建筑物，其不仅包括生产车间及仓储空间，同时还包括宿舍、食堂、办公楼等配套建筑。在现代管理理论及实践经验日渐丰富的今天，企业对生产效率、管理效率的重视日渐增强。如果工业建筑结构设计不合理，不仅增加了生产、储运环节的成本，同时还造成了人力、物力的浪费。本文主要从工业建筑结构设计的基本原则和优化方法做了分析，并通过举例对工业建筑结构的设计优化进行了阐述。
关键词：工业建筑；结构；优化设计
前言
工业建筑也因其结构复杂，楼盖为密肋楼盖，构件较多，再者楼地面设备布置、预埋件预留孔也较多，故许多设计人员在设计时容易产生一些错误，给施工带来麻烦，给业主今后的使用带来不便，其至给结构的安全带来隐患，
一、设计基本原则
1.设计材料选用原则。针对不同建筑强度要求选择不同型号的钢板，如受力构件选择 Q235-B、平台板选择 Q235-A、吊车梁选择 Q345-C 等。选择的钢材要通过国家相关的质量检测体系认证，确保质量可靠。在一些特殊要求的工程中要选用特种钢材，如高炉炉壳选择 BB503、转炉平台选择铸铁板等。在钢板型号确定后，按照钢板的型号配置对应的焊条。如受力构件 Q235-B 选用 E4315焊条，受力构件对焊接要求等级为一级，必须有足够的焊接牢固度才能承担起结构受力主体的重任，没有特殊要求的结构可以选择 E4301型焊条。依据相同原则，助焊剂和焊锡丝也应该视具体情况分别对应选用。螺栓和螺母也有性能等级之分，同样要求符合相关规定。混凝土的垫层与基层应分别采用 C10和 C25型混凝土，结构受力较大的则应选用 C30至 C50。此外，还有高温耐热性和防水性混凝土可供不同条件要求选用。除了上述材料的选用外，还应该注意钢结构的防锈涂装。避免结构生锈，影响建筑的刚度和强度。
2.设计基本要求。在对钢结构应力和变形的控制中，有一些要求：钢梁应力≥强度设计值乘以90%；钢柱应力≥强度设计值乘以95%；钢构件变形=变形容许值乘以100%。在钢筋混凝土中，结构配筋要求为：框架梁配筋率在1.2%-1.7%之间；框架柱配筋率在0.7%-1.1%之间；独立基础配筋率大于等于0.15%；单桩单柱承台0.1%。结构设计要围绕安全性强、经济合理度高、工程质量高这三方面，并要依照国家规程，遵守国家规定来执行。
二、工业建筑结构设计优化中的常见问题
1.在现代建筑结构设计优化的经验总结中，多数优化团队及个人提出了常见的问题。首先，钢结构应用日益增加，对概念性设计及空间美学产生了极大的影响。另外，许多工业建筑结构设计优化项目中，设计人员缺乏对结构布局的认识，缺乏对工艺的深入了解与探讨，造成了优化项目效果不明显，造成了多数企业对工业建筑结构设计优化工作的不认可问题。在一系列的问题中，土建工程含钢量问题也是设计优化的重点。工业建筑土建项目中的成本70%以上为材料费，其中钢材价格高达几千元每吨。科学的减少含钢量能够有效降低工程造价。因此在工业建筑结构设计优化中应在保障工程设计要求前提下，合理优化含钢量，实现减低造价的目标。
2.在目前的工业建筑物结构设计优化中，由于概念性设计缺乏具体量化标准，因此设计优化存在较大的差异，影响了建筑物的设计与施工。针对这一问题，现代工业建筑物结构设计优化中应灵活运用结构设计优化方法，以数值为参考依据，提高优化效果。在工业建筑物结构设计优化中，虽然考虑了管理工作需求以及数字化办公对管理工作的影响，但是在实际的工作中仍需要各岗位人员不断出入各工序，因此结构设计优化中还需要考虑结构布局。根据质检工作、工艺管理等工作的实际行进路线，根据各岗位沟通及管理工作需求，对工业建筑物结构设计进行布局优化，实现高效率管理、提高工作效率，促进企业综合成本的降低的目的，借以提高工业企业综合市场竞争力。
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三、工业建筑结构优化方法
1.结构优化模型和方案。建筑工程可以在基础结构方案、屋盖系统方案及围护结构方案三方面对建筑模型进行优化。在选型、受力分析和造价分析相关联的实施过程中，围绕综合目标进行优化，确保刚度达到质量要求，并控制载荷扭转力小于规定数值。通过选择参数、建立函数、约束条件确定的方法来对建筑工程进行结构优化，过程中设计的多个变量和约束条件属于非线性优化。方案完成后，编制对应的运算就可以实现对结果的最终优化。
2.建筑结构优化注意点。第一，要注意前期方案的参与。目前，大部分建筑师并不参与前期方案结构设计，对结构合理性和可行性考虑欠妥，给后期设计人为的提高了难度，这就提高了工程的总投资额。在前期就引入结构优化的理念不仅能从全局角度更合理的考虑工程的分布，更能够节省投资，在工程开端有效的进行控制。第二，根据不同建筑工程所在的地质条件和土壤成分选择合适的地基基础结构来设计优化方案。第三，注意细部结构设计的把握。如浇筑的异形板拐角容易产生裂缝，可以划分为矩形板来避免。在钢筋的选择方面，注意极限抗拉力和塑性的要求等。
四、工业建筑设计优化实例
1.电厂煤斗。煤斗属于大型设备，具有体积大、高度高的特点，会产生水平地震作用。对其支承构件造成的附加弯矩、扭矩等内力，则需要相应的计算补偿其附加内力。具体做法为：在设备重心位置增加设置支承结构，降低附加内力；在支承梁杆轴心垂直的方向增设梁结构，使支承梁的扭矩转成为作用于梁上的弯矩。而梁的抗弯能力是非常强的，从而使危险转移；支承结构抗扭配筋加强，楼板强度加强。
2.磨煤机隔振。
（1）火电厂的发电离不开将煤炭作为燃料，磨煤机是重要的设备工具。振动程度较大会干扰其他设备的正常运行，尤其是配电装置和发电机组所在的控制室。为了解决这些外界干扰问题，弹性支承系统应运而生。该系统隔振能力较好，使用弹簧隔振器来消除振动的影响效果明显。
（2）磨煤机基础采用弹簧隔振系统后，与常规块式基础相比具有许多优势。第一，采用弹簧隔振系统后，磨煤机基础台座的体积或重量大约只有常规基础块的一半。因而减小了占地空间，有利于工艺布置。第二，采用弹簧隔振系统后，减小了磨煤机产生的振动，减小了磨煤机对周围厂房及工作人员的振动影响。不会有明显的振动传递到主厂房上。基础的隔振效率可达到90%以上，并可降低噪声。另外，由振动引起的锅炉及锅炉内衬的损坏和由于振动而造成的火力发电厂的运行事故也可以避免。由于磨煤机基础台座与锅炉房厂房结构分离，磨煤机基础的施工相对独立，并有很大的灵活性。磨煤机基础的施工可以交叉进行，可以缩短施工周期。第三，简化磨煤机的调平，其基础沉降可以通过弹簧隔振器得到调平。第四，采用弹簧隔振系统后，磨煤机本身所受的动荷载很小，降低了磨煤机的磨损，使磨煤机的运行可靠性提高。同时还可以延长磨煤机的使用寿命，延长磨煤机的大修周期。与常规基础相比，采用弹簧隔振系统后，磨煤机基础的振动具有可控性。采用弹簧隔振基础后，传到基础下面的荷载较小，因而可以减少地基基础的处理费用。
3.吊车水平载荷。很多工厂的生产都需要吊车运送沉重的货物，吊车载荷分为水平和竖直两个方向。在结构分析中能够将吊车的水平载荷以等效静载荷的形式施加在排架柱上，竖直载荷则通过移动静载荷方式施加。具体步骤为：纵向水平载荷的标准值确立；横向水平载荷的标准值确立；吊车水平载荷施加；吊车竖向载荷施加；吊车载荷输入。桥梁模块能够对吊车载荷结构进行整体优化，减少数据计算人员的工作量。提高工作效率，完成优化的设计需要。
综上所述，工业建设的结构设计是一项复杂的工作，需要综合考虑各个方面的问题。从原材料的选用、设计的基本要求、设计方案的优化等方面，结合工业建筑的结构特点。不断的优化设计方案，做出更加经济且合理的设计
参考文献：
[1]韩瑞芳.某钢结构工业厂房屋面系统的优化设计[J].广西建筑，2011，（03）。
[2]徐传亮.建筑结构设计优化及实例[M].北京：中国建筑工业出版社，2012。
论文作者:曹伟
论文发表刊物:《基层建设》2015年7期
论文发表时间:2016/9/1
标签：载荷论文; 结构设计论文; 结构论文; 工业建筑论文; 基础论文; 吊车论文; 磨煤机论文; 《基层建设》2015年7期论文;