李軍

摘 要：工業(yè)廠房建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計包含多個學(xué)科的理論內(nèi)容，設(shè)計內(nèi)容、設(shè)計環(huán)節(jié)具有一定的復(fù)雜性，設(shè)計人員需要總結(jié)更多的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計經(jīng)驗，引進現(xiàn)代化設(shè)計理念，針對傳統(tǒng)的工業(yè)廠房結(jié)構(gòu)設(shè)計方式予以優(yōu)化、創(chuàng)新，嚴(yán)格按照設(shè)計原則進行，確保建筑材料選擇、結(jié)構(gòu)布局的合理性，還需要注重各項設(shè)計優(yōu)化工作，尤其要注重鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計，從抗震設(shè)計、防火設(shè)計等方面確保工業(yè)廠房建筑結(jié)構(gòu)的安全性和穩(wěn)定性，提升工業(yè)廠房的整體質(zhì)量。隨著我國經(jīng)濟的快速發(fā)展，建筑行業(yè)所用的鋼結(jié)構(gòu)越來越多。我國目前廣泛應(yīng)用的鋼結(jié)構(gòu)工業(yè)廠房施工技術(shù)，不但提高了結(jié)構(gòu)抗震效果，更有利于提升了生產(chǎn)廠房的整體質(zhì)量。因此本文通過福州市某海鮮菇生產(chǎn)線房建項目鋼結(jié)構(gòu)工程為案例，總結(jié)鋼結(jié)構(gòu)工程施工技術(shù)要點，具有十分重要的工程實踐意義。鋼結(jié)構(gòu)因利用空間大、施工速度快、跨度大，被廣泛應(yīng)用于制造業(yè)生產(chǎn)線的廠房建設(shè)。鋼結(jié)構(gòu)作為建筑工程領(lǐng)域最常見的結(jié)構(gòu)形式，其不僅彌補了傳統(tǒng)混凝土現(xiàn)澆施工存在的低效、污染等缺陷，而且實現(xiàn)了建筑結(jié)構(gòu)大跨徑和輕量化的飛躍。為了保證生產(chǎn)的安全正常運行，掌握結(jié)構(gòu)的可靠性狀態(tài)，需對本廠房進行全面的可靠性檢測鑒定。

關(guān)鍵詞：工業(yè)廠房;建筑結(jié)構(gòu);設(shè)計優(yōu)化

0引言

近年來，鋼結(jié)構(gòu)在建筑結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用越來越多，其在材料性能、材料價格以及施工效率等方面具有較多的優(yōu)勢。但是，在鋼結(jié)構(gòu)廠房的施工過程中，還存在非常嚴(yán)重的質(zhì)量問題。出現(xiàn)這些情況主要是由于施工單位過于重視工程的施工進度，忽視了對工程質(zhì)量的控制，使鋼結(jié)構(gòu)廠房施工在質(zhì)量方面出現(xiàn)了非常多的問題。

1、工業(yè)廠房建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計存在的問題——以鋼結(jié)構(gòu)廠房為例

1.1不注重整體布局

在工業(yè)廠房實際設(shè)計過程中，設(shè)計人員需要注重整體布局，全面考慮各項設(shè)計方案。鋼結(jié)構(gòu)廠房是現(xiàn)代生產(chǎn)的重要場所，也是生產(chǎn)企業(yè)布局的關(guān)鍵，設(shè)計人員需要充分考慮廠房的實際要求和特點，如面積、氣候等，確保廠房和企業(yè)其他建筑的協(xié)調(diào)存在。但是，很多設(shè)計人員無法全面考慮工業(yè)廠房設(shè)計，導(dǎo)致工業(yè)廠房和其他建筑位置出現(xiàn)一定的矛盾，如工業(yè)廠房和居住區(qū)域距離比較近，廠房會產(chǎn)生很多噪聲、有害氣體，直接影響著周邊居民的身體健康和工作效率。

1.2精確度不夠

在鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計中，荷載取值的準(zhǔn)確性直接關(guān)系著鋼結(jié)構(gòu)計算結(jié)果的準(zhǔn)確性。但很多設(shè)計人員的工作態(tài)度不夠嚴(yán)謹(jǐn)，無法確保荷載取值的準(zhǔn)確性，引發(fā)支撐物安裝位置不合理、墻體厚度不滿足要求等問題，很難確保鋼結(jié)構(gòu)整體的穩(wěn)定性。

1.3結(jié)構(gòu)不合理

在工業(yè)廠房設(shè)計中，設(shè)計人員不注重成本控制問題，直接影響企業(yè)的綜合效益。例如，鋼結(jié)構(gòu)工業(yè)廠房設(shè)計缺乏一定的合理性，未按照設(shè)計要求安裝承重結(jié)構(gòu)部位，極易造成資源浪費，會影響工業(yè)廠房的整體質(zhì)量和安全性，嚴(yán)重的還需要拆除重建，增加返工次數(shù)及項目成本。

2、結(jié)構(gòu)優(yōu)化技術(shù)簡介

2.1結(jié)構(gòu)找形技術(shù)

對于復(fù)雜的自由曲面建筑表皮，依托于設(shè)計經(jīng)驗的常規(guī)手動結(jié)構(gòu)布置方式往往難以滿足要求，且所布置的結(jié)構(gòu)型式往往不盡合理。特別是針對大跨度自由曲面建筑，如何尋找到以軸力形式為主的合理結(jié)構(gòu)傳力體系是設(shè)計的關(guān)鍵?；诂F(xiàn)代計算機的結(jié)構(gòu)找形技術(shù)應(yīng)運而生。目前常用的剛性結(jié)構(gòu)找形方法有力密度法，動力松弛法、非線性有限元法，應(yīng)變能密度法等。同時隨著計算機智能技術(shù)的發(fā)展，參數(shù)化設(shè)計軟件結(jié)合一些啟發(fā)式搜索算法，例如蟻群算法、遺傳算法、模擬退火算法，使得由計算機自動完成結(jié)構(gòu)形態(tài)的創(chuàng)建成為了可能。目前能夠完成結(jié)構(gòu)找形的軟件主要有Abaqus、Ansys、Kangaroo等。

2.2拓撲優(yōu)化技術(shù)

與常規(guī)設(shè)計方法及流程相比，拓撲優(yōu)化技術(shù)可以實現(xiàn)在均勻分布材料的設(shè)計空間中自動找到最優(yōu)的結(jié)構(gòu)分布方案。不僅可以大大節(jié)省設(shè)計周期，還可以找尋最優(yōu)的力學(xué)布置?；谶B續(xù)體拓撲優(yōu)化的方法主要均勻化方法、變密度法、漸進結(jié)構(gòu)優(yōu)化法（ESO）等。其中變密度法已經(jīng)應(yīng)用到大型商用優(yōu)化軟件中，例如德國的TOSCA已經(jīng)集成到通用有限元軟件ABAQUS內(nèi)。拓撲優(yōu)化技術(shù)目前已經(jīng)廣泛應(yīng)用于機械制造業(yè)及航天航空領(lǐng)域。近年來，隨著建設(shè)方對建筑產(chǎn)品的創(chuàng)新性、合理性日新月異的追求，拓撲優(yōu)化技術(shù)在建筑結(jié)構(gòu)領(lǐng)域的應(yīng)用已嶄露頭角。例如上海喜馬拉雅藝術(shù)中心和深圳中信金融中心項目結(jié)構(gòu)體系優(yōu)化等。

3、工業(yè)廠房建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化要點分析

3.1屋蓋支撐體系設(shè)計

屋蓋支撐體系設(shè)計涉及生產(chǎn)車間的高度、跨度、屋蓋架構(gòu)方式、吊車設(shè)立、噸位等。一般屋蓋架構(gòu)都需要設(shè)置縱向支撐，在廠房屋架距離20m或內(nèi)部設(shè)立大噸位吊車、大規(guī)模振動裝置，這時需要設(shè)立垂直方向支撐，合理地設(shè)置屋面坡度。

3.2組織保證措施

按照工程的質(zhì)量和功能要求，項目部需要配備相應(yīng)的專職質(zhì)檢員以及工程質(zhì)量管理部門等，這樣可以使項目的質(zhì)量管理得到進一步的保障。項目部成立后，可以以項目經(jīng)理為組長，技術(shù)負責(zé)人以及安全質(zhì)量員為副組長，實施全面的質(zhì)量管理和監(jiān)督，組員主要包含各施工隊的隊長。各施工隊同樣需要設(shè)置質(zhì)量管理小組，可以把施工隊負責(zé)人設(shè)置為組長，其技術(shù)負責(zé)人設(shè)置為副組長，組員主要包含各工班長以及工人等。

3.3技術(shù)保證措施

在施工過程中需要采用比較先進的施工技術(shù)，建議投入一些精良的設(shè)備，保障該工程的高標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)。在施工過程中，要對施工材料進行嚴(yán)格的把關(guān)，本工程所需使用的原材料和設(shè)備均需要從正規(guī)廠家進行購買，注意應(yīng)購買通過國家認(rèn)證的質(zhì)量合格的產(chǎn)品。材料進場后需進行試驗檢測，保障質(zhì)量合格后，方可投入使用，嚴(yán)禁使用質(zhì)量不合格的材料。支架以及臨時支架的施工主要從支架搭設(shè)、地基處理以及臨時支座安放3個方面進行。在支架搭設(shè)之前，需要進行支架的穩(wěn)定性驗算，保證支架的承載力和穩(wěn)定性滿足要求;臨時支座設(shè)置完成后，需再次測量放線，準(zhǔn)確測量標(biāo)高，在支架上清楚地劃出每節(jié)鋼梁的橫向以及縱向位置的具體邊線。

3.4提高建筑抗風(fēng)荷載作用的能力

為了使廠房建筑抗風(fēng)構(gòu)件與結(jié)構(gòu)設(shè)計的牢固性符合要求，對廠房建筑結(jié)構(gòu)進行抗風(fēng)設(shè)計時，必須充分做好以下工作：（1）優(yōu)化基礎(chǔ)，只有廠房建筑的基礎(chǔ)部分穩(wěn)定性較強，才能保證廠房建筑上部分結(jié)構(gòu)的穩(wěn)固性。因此，明確混凝土的級配標(biāo)準(zhǔn)成為廠房建筑基礎(chǔ)設(shè)計最基本的工作。應(yīng)盡可能購買高級配的砂石，增加基礎(chǔ)持力層厚度，加設(shè)抗拔的錨桿構(gòu)件，加強基礎(chǔ)的牢固性。（2）通過改變建筑的輪廓設(shè)計、投影面積和高度，改變區(qū)域建筑布局，以及種植綠植等改變風(fēng)荷載的強度和方向等，削弱風(fēng)荷載對建筑的作用。

4、工業(yè)廠房建筑結(jié)構(gòu)施工技術(shù)要點

4.1鋼結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)施工技術(shù)要點

（1）為確保上部結(jié)構(gòu)安裝質(zhì)量，預(yù)埋時必須嚴(yán)格控制地腳螺栓的布置方位;（2）為了提高螺栓的緊固強度，建議使用經(jīng)工廠統(tǒng)一預(yù)制的鋼制模輔助定位;（3）螺栓預(yù)位后，及時檢查螺栓絲扣標(biāo)高是否滿足規(guī)范要求，檢測合格后將其焊接于鋼筋網(wǎng)上，實現(xiàn)二者的剛接;（4）為了保護好緊固螺栓表面，避免螺栓受損，應(yīng)在螺栓外表面加裝保護殼。

4.2鋼結(jié)構(gòu)安裝工程施工技術(shù)要點

施工準(zhǔn)備階段。（1）鋼結(jié)構(gòu)吊裝前，應(yīng)按照構(gòu)件明細表，核對并檢查驗構(gòu)件進場質(zhì)量情況;（2）就鋼結(jié)構(gòu)廠房基礎(chǔ)和預(yù)埋件等隱蔽工程而言，應(yīng)詳細校核構(gòu)件軸線位置、標(biāo)高偏差、平整度指標(biāo)等，并使用墨盒彈出定位線;（3）還應(yīng)注意的是，在鋼結(jié)構(gòu)和基礎(chǔ)的測量過程中，為了保證測量標(biāo)準(zhǔn)的統(tǒng)一，應(yīng)使用相同的測量輔助工具。

鋼結(jié)構(gòu)安裝（1）鋼制廠房中使用的鋼構(gòu)件基本采用兩臺12t級汽車吊吊裝，零星小型構(gòu)件采用人工吊裝方式，承重鋼柱采用旋轉(zhuǎn)吊裝法吊裝，考慮到主梁的跨徑較大，為了控制高空作業(yè)風(fēng)險，應(yīng)提前在地面完成組裝，再整體吊裝就位，吊裝過程中應(yīng)配合人工輔助調(diào)整，鋼梁扶正采用兩點平衡法;（2）為了保障吊裝作業(yè)過程中的安全性和連續(xù)性，應(yīng)提前設(shè)計吊裝順序，吊裝過程中嚴(yán)格遵照順序開展吊裝作業(yè);（3）承載鋼柱吊裝階段應(yīng)配合鋼柱位置的校正及鋼梁拼裝就位;（4）承載鋼梁吊裝過程中，兩榀間的橫向系桿應(yīng)在承重鋼柱和鋼梁校正以后及時安裝，以保證主體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性;（5）檁條、墻梁、支撐系、拉條及隅撐等附屬構(gòu)件應(yīng)在主體結(jié)構(gòu)吊裝過程中同步完成，且不同構(gòu)件可交叉同步完成;

4.3檁條及支撐系統(tǒng)的安裝

（1）檁條、橫向支撐系應(yīng)與主體鋼結(jié)構(gòu)吊裝作業(yè)同步進行，滿足交叉作業(yè)的可交叉進行;（2）本鋼結(jié)構(gòu)主體工程的承重柱間距為6m，檁條可借助滑輪實現(xiàn)省力安裝，安裝過程中，螺栓孔位置應(yīng)校對準(zhǔn)確，緊固力大小適中。結(jié)合檁條大小及緊固位置，依靠人力將其拉至屋面或墻體立面的對應(yīng)位置;（3）吊裝完畢后，應(yīng)及時調(diào)整構(gòu)件水平及垂直度指標(biāo)，以保證各構(gòu)件定位的準(zhǔn)確性，結(jié)合結(jié)構(gòu)特點安裝承載柱間的水平支撐系。微調(diào)橫向連接系的緊固情況，適當(dāng)放松一側(cè)連接強度，當(dāng)調(diào)整豎向柱達到垂直狀態(tài)時，再次緊固連接系，應(yīng)合理控制緊固強度，以避免緊固力過大而出現(xiàn)局部應(yīng)力集中問題;（4）通常情況下，梁隅撐均由地面連接至頂梁，吊裝完成后方使用高強螺栓與屋面的檁條連接。臺度角鋼使用膨脹螺栓緊固，山墻角鋼直接固定在山墻檁條以下的翼沿上;（5）在屋墻面系桿和拉桿安裝過程中，應(yīng)適當(dāng)調(diào)整檁條的水平度，及時糾正檁條的局部彎、扭曲變形。

4.4加強消防結(jié)構(gòu)設(shè)計

廠房建筑結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，一旦出現(xiàn)火災(zāi)，建筑使用者的人身安全與財產(chǎn)安全會受到嚴(yán)重的威脅。為此，必須重視廠房建筑的防火設(shè)計。首先，應(yīng)合理設(shè)計防火間距。設(shè)計人員需要依照相關(guān)規(guī)定準(zhǔn)確測量建筑物間的實際距離，需要注意的是，相鄰兩建筑之間的最佳防火間距應(yīng)按建筑外墻間的最小距離進行計算，若外墻包含凸出的易燃構(gòu)件，應(yīng)從該構(gòu)件外緣算起。另外，還必須設(shè)計安全疏散通道。通常情況下，需要盡可能多地設(shè)計幾條便于人們疏散的安全通道。為加速煙霧擴散，安全疏散通道必須設(shè)計防煙區(qū)。對此，設(shè)計人員可以采取分割式設(shè)計，以有效控制火勢與煙霧的蔓延速度。

5.結(jié)束語

在鋼結(jié)構(gòu)廠房的施工過程中，要控制施工質(zhì)量，必須進行嚴(yán)格的監(jiān)管，采取合理的措施，克服施工過程中存在的問題，保障工程的質(zhì)量以及施工人員的安全，促進鋼結(jié)構(gòu)廠房的進一步發(fā)展。

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