工业建筑结构设计选型发展趋势论文_任祯钢

工业建筑结构设计选型发展趋势论文_任祯钢

中石油吉林化工工程有限公司 吉林省吉林市 132000

摘要:近些年来,我国推出多项可持续发展政策,受此影响,建筑行业及工业工程行业均向“绿色、低碳、智能”方向发展。随着“一带一路”政策的深入落实,越来越多的中国工业企业开始落户海外,越来越多的中国工程企业参与到国际工业工程项目的竞争中。从绿色建造角度讲,“四节一环保”基本覆盖了项目“设计+施工+运营”的全生命周期。根据当前工业建筑结构设计状况,工业项目在设计初期就应从结构设计选型着手向绿色建造方向发展。

关键词:工业建筑;结构设计选型;发展趋势

引言

工业建筑的建设主要是以工业加工生产为目的,大规模的工业生产离不开其配套的工业工厂。厂房的建设已成为建筑业的一个重要分支。通过进一步完善厂房的建设,更好地实现各类生产环节的高效实施。结构设计是工业厂房建设相关环节中最关键的部分。这一环节的有效实施直接影响到厂房的施工质量。目前,厂房的基本结构设计理念相似。但由于设计人员设计理念的不同和实际情况不同,在设计厂房建筑结构时必然会出现不同的结构形式。

1工业建筑结构类型分析

在一般情况下,工业建筑结构设计都会随着实际的建筑环境而进行相应的变化,设计的改变也在一定程度上与工业建筑运用的设备和生产容量有关。除此之外,工业建筑结构设计还应当考虑到其他因素。一方面要对工业建筑中的设备使用时间进行预期计算;另一方面要对工业建筑物完成之后的使用时间和预期投资金额进行相应的规划。首先,从受力构件的角度分析,工业建筑结构设计基本以Q345-C钢与Q235-C钢为主。在平时使用过程中,主要使用的材料是Q235-A钢材。在建设工程中,必须对钢梁应力自身的强度设计数值进行设计,且数据设计参照国家规范标准,必须达到90%。除此之外,还必须对相应的钢柱应力的强度设计数值进行设计,而且要求必须达到其目标值(目标值为95%)。在当前市场现有建筑材料的选择上,我国普遍采用的是钢结构与钢筋混凝土结构,从施工的便利性及其自身的优势来看,钢筋混凝土结构在施工时备受青睐,它有着方便浇筑、耐腐蚀、耐火性等优势。而钢结构普遍运用在工业体建筑中,它能够有效降低成本,缩短工期。二者在不同方面对工业建筑结构设计起着十分重要的作用。

2工业建筑结构设计选型

工业建筑结构设计选型涵盖选择的结构体系、基础选型、布置梁与柱网等。设计者结合建筑物的特性、高度、抗震设防烈度等选用适宜的结构体系,可以选择的结构体系有框架结构、巨型结构、砖混结构等,之后是确定墙、梁、柱的大小和分布等。可以选用轻钢结构、预应力钢筋混凝土结构等一系列轻型空间结构,从而使建筑的抗荷载性能提高。当然在工业建筑结构设计选型中应有效控制裂缝问题。为了预防及控制裂缝问题,工程单位应将裂缝控制观念渗透于设计与施工图阶段。针对荷载裂缝,应实施“抗放”统一的策略,“抗”能够制约混凝土变形、实现混凝土弹性极限拉伸的提升、强化配筋,在“抗”的策略失效或控制裂缝代价太高的情况下,可以实施“放”的策略,可科学设置滑动层、沉降缝、伸缩缝。

2.1注重结构概念设计

概念设计指的是在施工图时期,对工程结构要求的力学知识、材料特性等具备一个确切的概念,这有利于执行整体设计方案和保障施工图设计质量。在工业建筑结构设计选型中渗透概念设计可以有效避免形成裂缝。工业建筑结构的概念设计属于一种新的设计思维,其可以有效结合整体概念兼顾结构总体系统以及一系列分体间的力学联系性,以规划一种经济、安全的结构总体方案。

2.2注重极限状态设计

工业建筑结构应满足正常应用极限与承载力极限。一般的钢筋混凝土构件内力到达30%的极限荷载时,裂缝较易形成,这样裂缝的宽度会保持在0.05-0.1mm间,这对工业建筑结构的安全性将形成不利影响。并且,基于自重影响下不少工程的框架结构与梁式结构会形成剪力区主拉应力裂缝或拉区开裂。鉴于此,应注重极限状态的设计问题。

3工业建筑结构设计选型发展趋势

3.1当前建筑行业的新型技术

3.1.1型钢混凝土组合结构

型钢混凝土组合结构的优点:

1)相较于混凝土结构而言,设计上不受含筋率限制,刚度和承载力高,延性好。一般其承载力高于同尺寸钢筋混凝土构件一倍以上,较普通钢筋混凝土结构具有更好的抗震性能。

2)由于承载力的提高,型钢混凝土结构的截面相对较小,可在一定程度上增大结构的跨度,利于满足生产操作的空间要求。

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3)由于是钢结构与型钢共同作用,相较于普通钢结构节约50%的用钢量。

4)型钢混凝土结构不必等待混凝土达到一定的强度即可施工上一层,易于缩短施工周期,宜于安装工作尽早开展。

5)施工更简单,易于实现本土化作业,减少劳动力投入,节约成本。

3.1.2泡沫混凝土技术

泡沫混凝土属于一种节能材料,相较于普通砌体,其阻热系数约为普通砌体的3倍,其优势主要如下:

1)保温节能效果突出,在一定程度上可减少工程量,节约费用。

2)降低建筑永久荷载,利于优化设计工程量。

3)免抹灰,可直接进行腻子找平作业,进而降低整体施工成本。

4)实现劳动力资源的扁平化配置,减少项目劳动力投入批次及费用。

5)提升模板等定型材料的周转次数。

3.1.3装配式技术

预制、组配式结构应根据工业工程的特点及所在国的装备特点因地制宜加以考虑,文章所述装配式技术不同于传统所述,而是重点从集成化、模块化方面进行探究。如用模块化装箱式建筑、新型节能房屋等替代传统建筑。其主要优点如下:

1)能够大幅度减少单体项目的建设周期。

2)去除传统建筑物设计中的各种规范性限制,从根本上实现设计优化。

3)通过结构形式的更改能够提升项目的整体劳动生产率。

3.2工业建筑设计选型趋势

3.2.1生产车间结构

在工业建筑中,多层或者混合层次的生产车间结构可逐步向钢+混凝土的组合结构方向发展,逐步替代传统的现浇钢筋混凝土结构,如水泥工业项目的预热器结构。而对于大型设备厂房,由于其主要受机械设备特点制约,目前变化不大。应逐步采用泡沫混凝土技术替代传统的砌体结构。

3.2.2其他几大类型建筑

单层厂房结构选型应按如下方式进行区分:

1)对于大跨度单层厂房结构,传统上采用现浇混凝土+砌体结构,可重点对砌体维护结构进行变革,用泡沫混凝土替代传统砌体结构。

2)对于跨度、面积均较小且上部无较大载荷的结构,如供配电室、控制室等,可用模块化装箱式建筑、新型节能房屋等替代传统结构类型。

结语

综上所述,钢+混凝土组合结构、模块化装箱式建筑、新型节能房屋以及泡沫混凝土均应是今后工业项目结构设计选型的发展方向。在不同的工业建筑中,根据单体项目的特点合理地进行结构选型,即能将工业建筑“绿色化”,也能够大幅度缩短工程建造周期、降低劳动力投入,推动国际工程向属地化实施迈进。

参考文献

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论文作者:任祯钢

论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2019年13期

论文发表时间:2019/10/9

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