王少智

新發(fā)藥業(yè)有限公司 山東 東營 256000

1 工業(yè)廠房結構設計優(yōu)化方法分析

目前來看，在工業(yè)廠房設計中，一般有兩種結構設計優(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設計人員的設計經驗以及主觀意識，在工業(yè)廠房設計中，設計人員是設計方案的制定者，在設計的過程中，設計人員會結合建設場地的實際情況以及生產的要求，利用個人經驗以及專業(yè)知識對廠房的結構進行規(guī)劃分析，從而設計出廠房結構的初步方案，這種主觀判斷設計優(yōu)化方法具有較高的設計效率，但是對于個人經驗以及專業(yè)技能水平有比較高的要求，因此在設計的過程中，難以保證設計方案的科學性以及可靠性，具有一定的設計風險；第二種設計優(yōu)化方法為理論知識優(yōu)化方法，該優(yōu)化方法以房屋建設設計相關的理論知識為依托，嚴格按照設計理論的要求進行設計，但是在實際的設計環(huán)節(jié)中往往會出現(xiàn)難以用常規(guī)設計理論解決的問題，因此在設計實踐中不能完全依賴理論知識。工業(yè)廠房結構設計具有一定的綜合性與復雜性，在設計的過程中，既需要充分發(fā)揮設計人員自身的經驗優(yōu)勢，也需要重視理論知識的應用，根據不同的設計要求，靈活的應用不同的設計方法，提升設計方案的科學性以及可行性[1]。

2 工業(yè)廠房結構設計要點

2.1 地基基礎

工業(yè)廠房往往具有較大的占地面積，同時投資比較大，建設的位置地質情況十分復雜，因此在建設的過程中，對于地基的處理十分關鍵。針對一些載荷要求比較大的位置，可以應用樁基、獨立基礎、條形基礎以及彈性地基梁等。工業(yè)廠房一般配置有輸送皮帶，對于輸送皮帶的設置可以將皮帶支架設計成底部鉸鏈的形式，在這種設計方案下，皮帶在運行的過程中會將剪力以及軸力傳給地基，為了提升地基的穩(wěn)固性，需要將地基設計為柱下條形基礎形式。從實用性的角度考慮，在設計的過程中還需要重視對混凝土的選擇，地基部分的混凝土其標號應該符合C25結構耐久性的要求，在配筋設計方面需要盡量降低配筋率，樁基應合理選擇樁徑及樁類型，經濟合理且便于施工。鋼管廊結構獨立基礎底板厚度應滿足鋼筋錨固長度要求?；迏^(qū)地基基礎應滿足《儲罐區(qū)防火堤設計規(guī)范》及《石油化工鋼儲罐地基礎設計規(guī)范》《化工設備基礎設計規(guī)范》等相關國家、地方及行業(yè)標準。針對條基交叉處的鋼筋設計需要有詳細的工程圖，且該部位的基底面積需要具有一定的獨立性，不能被重復使用，同時還需要根據具體的條件來調整基寬。地基基礎宜優(yōu)先采用天然地基且盡量淺埋，當天然地基不能滿足承載力及沉降要求或不經濟時，可采用復合地基處理或樁基礎?；A應合理控制基底零應力區(qū)的面積。大面積地面荷載作用下尚應驗算地基的附加變形，此外，還需要特別關注柱下條形基礎，針對采取緩坡型設計翼緣板，需要加強對坡角進行控制，防止角度過大，影響后續(xù)的施工。此外，在地基規(guī)劃設計的過程中，還需要重視地質勘察報告的作用及建議，結合當地地基處理經驗結合建筑荷載大小確定合理經濟的地基及基礎形式，混凝土耐久性尚應滿足《工業(yè)建筑防腐蝕設計標準》的規(guī)定。

2.2 梁與板件的設計

在工業(yè)生產中，廠房往往需要承擔比較大的負載，因此為了保證廠房的結構強度能夠滿足生產作業(yè)的需求，一般在設計的過程中都會加大梁的橫截面積，而這種設計思路也在一定程度上增加了施工的難度。一些設計師為了避免出現(xiàn)過大的橫截面積，因此通過增加配筋的方式保證結構強度，但是這種設計方案在施工中也是比較難以實現(xiàn)的，因為如果大量配筋集中于同一區(qū)域，就將增加混凝土壓實的難度，導致相關位置難以插入振搗，如果出現(xiàn)這種問題將帶來比較嚴重的質量隱患，因此需要對設計方案進行進一步優(yōu)化。在設計的過程中，可以適當增加梁的橫截面積，并減少配筋的使用。為了給現(xiàn)場施工創(chuàng)造有利的條件，在設計的過程中需要盡量減少鋼琴堆梁柱接頭的使用，沒有相關位置沒有特殊的負載要求，需要將配筋率控制在1.7%以下，這樣的設計不僅有利于梁結構的塑性鉸的形成，還能提升結構整體的抗震性能。在設計的過程中還需要合理設置伸縮縫，梁計算可合理考慮樓板作為翼緣對梁剛度增大的影響。樓板開洞處應合理補強樓板鋼筋。針對懸臂梁配筋的計算，需要保留一定的安全系數。在設計的過程中，還需要重視控制好砌體結構懸臂梁深墻梁長度，確保其長度能夠滿足實際施工的要求[2]。

2.3 柱形件設計

在工業(yè)廠房結構設計中，軸向分力應用的較為廣泛。在確定柱截面的過程中，需要充分考慮到設計方案的經濟性，一般來說，鋼管混凝土柱和鋼格柱在實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，為了進一步加強對廠房建設成本的控制，可以通過增加縱向鋼筋的方式，降低材料成本，并保證建筑的結構。在廠房建筑結構中，往往采取單桿的支撐結構，在設計的過程中，需要根據廠房的實際使用需求以及受力的大小，來確定單桿的長度，確保設計方案的合理性。單層鋼筋混凝土柱廠房宜采用裝配式排架柱。柱頂高度應考慮屋架及梁底距吊車的最小凈空尺寸，且不宜小于250mm，適當加大柱剛度，柱間增設柱間支撐增大兩個方向平面內的剛度，可以減小柱計算長度，增強梁柱連接節(jié)點，滿足“強柱弱梁、強節(jié)點”的概念設計要求。

2.4 預埋件設計

工廠需要能夠容納各種各樣的設備以原料，想要在生產的過程中較為穩(wěn)固的固定設備，就需要有一定數量的預埋件作為支撐。埋件設計應注明錨筋的植入深度及化學錨栓的相關施工工藝要求，改造后植筋設計應符合《混凝土結構后錨固技術規(guī)程》的要求。在設計的過程中，設計人員需要從工廠的生產實踐出發(fā)，確定好預埋件的尺寸以及位置，并在設計圖紙中清晰的標明。在設計的過程中經常會出現(xiàn)忽視樓梯預埋件的情況，需要后期到現(xiàn)場親自補埋，在很大程度上影響了施工的效率。在技術交底環(huán)節(jié)中，需要清楚的向建設單位說明預埋件施工的要點，在某些工廠中，預埋件作為負載件存在，因此在設計的過程中還需要計算好預埋件的負載能力，防止在使用的過程中，出現(xiàn)預埋件斷裂的情況[3]。

2.5 鋼結構設計

鋼結構已經成為當前廠房施工過程中最常用的建筑結構之一，與其他建筑結構相比，其具有造價成本低、性能強度高的優(yōu)點。在對鋼結構進行設計的過程中，不僅需要考慮到鋼結構穩(wěn)定性，同時也需要為后續(xù)的施工創(chuàng)造良好的條件。在設計的過程中首先需要關注鋼材料的選擇，盡量選擇具有較高強度以及較強耐腐蝕性的鋼材，針對鋼柱、鋼梁及吊車梁所選用鋼材料為Q355B，抗風柱、墻架系統(tǒng)及次結構所選用鋼材料為Q235B，鋼結構梁柱采用合理的連接及拼接形式，在設計的過程中還需要對對腳螺栓的設定方位進行科學計算、合理確定，控制腳螺栓的數量和質量，避免造成資源浪費，保障施工質量符合規(guī)定要求。廠房的鋼結構不可避免地會受到腐蝕作用，為了減緩腐蝕的速率，降低腐蝕發(fā)生的概率，在鋼結構安裝前期，就應該檢查結構表面的平整度，清除表面的雜物。此外，還可以選擇噴涂油漆等防腐蝕材料，實現(xiàn)鋼結構的質量控制[4]。

3 加強工業(yè)廠房結構設計的相關措施

3.1 提升廠房結構與生產的協(xié)調性

工業(yè)廠房的設計與建設服務于工業(yè)生產實踐，因此在開展設計工作的過程中，需要工業(yè)廠房的用途以及工廠的生產工藝有充分的了解，結合實際的生產需求，有針對性地對設計方案進行優(yōu)化。從工廠的生產要求以及使用要求出發(fā)，確定結構設計的方案，防止由于設計方案與生產實踐適應性不足，導致廠房難以啟用。在實施設計方案的過程中，往往會出現(xiàn)一些與工廠實際生產環(huán)節(jié)不相符的地方，主要的原因在于，在設計的過程中沒有深入了解工廠的工藝特點以及生產需求，因此需要設計人員加強對工廠工藝的實地勘察研究，在了解工廠工藝特點的基礎上開展設計，防止因結構設計方案不合理，影響工廠的正常生產工作。比如針對框架梁上方開洞位置的設計，如果沒有充分考慮到結構整體的受力情況以及生產需求，梁洞位置布置不合理，就回影響工廠正常的生產工作，尤其針對一些需要應用大型機械設備的工廠，在設計的過程中，需要充分考慮機械設備的尺寸特點，一方面需要保證廠房內部空間能夠容納生產設備；另一方面需要確保內部空間的合理性，防止廠房內部空間被大量浪費。此外，工業(yè)廠房設計結構布置、選型和構造處理，應滿足生產工藝及安裝維修維護要求，合理選擇安全等級，做到安全可靠、技術先進經濟合理。達到結構方案傳力簡捷，受力明確并具有良好的整體性。荷載的布置應合理考慮各種使用要求，支撐在結構上的設備和管道自重、平臺、懸吊物、振動設備動力荷載、撞擊荷載、檢修荷載、反應釜內物料重量不要遺漏。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、雪荷載不同時組合，采用以概率理為基礎的極限狀態(tài)設計方法，荷載滿足結構可靠性指標要求?；そㄖ础痘瘜W工業(yè)建（構）筑物抗震設防分類標準》，合理選擇抗震設防類別。廠房設計應盡量模塊化，滿足通用工藝流程及模數要求，構件尺寸及類型應盡量減少類型，方便預制拼接及工廠化生產施工及方便運輸，同時可減少現(xiàn)場施工誤差及工作量。工業(yè)建筑尚應綜合考慮結構構件的防火、防爆、抗爆、防腐、防震要求。設計中積極選用新材料、新工藝、新技術，為業(yè)主合理優(yōu)化但不過度優(yōu)化結構，力爭實現(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 重視結構優(yōu)化計算

在結構設計中，結構數據計算的準確性將直將影響方案的質量以及廠房后續(xù)的使用表現(xiàn)。因此在進行結構設計的過程中，需要充分重視計算環(huán)節(jié)，加強對核心區(qū)域的節(jié)點計算，確保能夠較為準確的進行抗剪驗算、長細比驗算以及裂縫寬度驗算等，主要確保關鍵數據的準確性，才能為科學的設計打下基礎。針對核心區(qū)域的抗剪驗算需要嚴格的相關的操作原則實施，從廠房結構的整體特點出發(fā)，充分考慮到廠房的結構跨度以及載荷等。一般來說，如果柱支撐截面積較大，那么節(jié)點偏心也會比較大，如果不能保證計算的準確性，將會到廠房結構的整體穩(wěn)定性造成很大影響。在計算樓面等效載荷的過程中，需要充分考慮到不同材料的力學特性以及廠房的結構特點，不僅需要關注到建筑本身的結構穩(wěn)定性，還需要考慮到實際生產過程中廠房的載荷。在廠房結構設計中，抗震設計也是設計的重點，而科學的抗震設計需要依托于準確的裂縫寬度計算，一般來說，結構裂縫寬度需要控制在0.3mm左右，才能保證整體結構具有一定的抗震性能[5]。

4 結束語

對于工業(yè)生產企業(yè)來說，廠房是實施生產作業(yè)的主要場所，廠房的設計水平對于生產工作的實施具有重要的影響，在廠房設計中，廠房結構設計是重點，在設計的過程中需要綜合考慮工廠的實際生產需求，確保結構設計方案不僅能夠滿足建筑質量要求，也能夠滿足工廠實際生產作業(yè)的要求，從而為工廠相關生產工作的實施創(chuàng)造有利的條件