工业厂房建筑结构优化设计与施工

工业厂房建筑结构优化设计与施工李军

摘要：工业厂房建筑结构设计包含多个学科的理论内容，设计内容、设计环节具有一定的复杂性，设计人员需要总结更多的建筑结构设计经验，引进现代化设计理念，针对传统的工业厂房结构设计方式予以优化、创新，严格按照设计原则进行，确保建筑材料选择、结构布局的合理性，还需要注重各项设计优化工作，尤其要注重钢结构设计，从抗震设计、防火设计等方面确保工业厂房建筑结构的安全性和稳定性，提升工业厂房的整体质量。随着我国经济的快速发展，建筑行业所用的钢结构越来越多。我国目前广泛应用的钢结构工业厂房施工技术，不但提高了结构抗震效果，更有利于提升了生产厂房的整体质量。因此本文通过福州市某海鲜菇生产线房建项目钢结构工程为案例，总结钢结构工程施工技术要点，具有十分重要的工程实践意义。钢结构因利用空间大、施工速度快、跨度大，被广泛应用于制造业生产线的厂房建设。钢结构作为建筑工程领域最常见的结构形式，其不仅弥补了传统混凝土现浇施工存在的低效、污染等缺陷，而且实现了建筑结构大跨径和轻量化的飞跃。为了保证生产的安全正常运行，掌握结构的可靠性状态，需对本厂房进行全面的可靠性检测鉴定。

关键词：工业厂房;建筑结构;设计优化

0引言

近年来，钢结构在建筑结构中的应用越来越多，其在材料性能、材料价格以及施工效率等方面具有较多的优势。但是，在钢结构厂房的施工过程中，还存在非常严重的质量问题。出现这些情况主要是由于施工单位过于重视工程的施工进度，忽视了对工程质量的控制，使钢结构厂房施工在质量方面出现了非常多的问题。

1、工业厂房建筑结构设计存在的问题——以钢结构厂房为例

1.1不注重整体布局

在工业厂房实际设计过程中，设计人员需要注重整体布局，全面考虑各项设计方案。钢结构厂房是现代生产的重要场所，也是生产企业布局的关键，设计人员需要充分考虑厂房的实际要求和特点，如面积、气候等，确保厂房和企业其他

建筑的协调存在。但是，很多设计人员无法全面考虑工业厂房设计，导致工业厂房和其他建筑位置出现一定的矛盾，如工业厂房和居住区域距离比较近，厂房会产生很多噪声、有害气体，直接影响着周边居民的身体健康和工作效率。

1.2精确度不够

在钢结构设计中，荷载取值的准确性直接关系着钢结构计算结果的准确性。但很多设计人员的工作态度不够严谨，无法确保荷载取值的准确性，引发支撑物安装位置不合理、墙体厚度不满足要求等问题，很难确保钢结构整体的稳定性。

1.3结构不合理

在工业厂房设计中，设计人员不注重成本控制问题，直接影响企业的综合效益。例如，钢结构工业厂房设计缺乏一定的合理性，未按照设计要求安装承重结构部位，极易造成资源浪费，会影响工业厂房的整体质量和安全性，严重的还需要拆除重建，增加返工次数及项目成本。

2、结构优化技术简介

2.1结构找形技术

对于复杂的自由曲面建筑表皮，依托于设计经验的常规手动结构布置方式往往难以满足要求，且所布置的结构型式往往不尽合理。特别是针对大跨度自由曲面建筑，如何寻找到以轴力形式为主的合理结构传力体系是设计的关键。基于现代计算机的结构找形技术应运而生。目前常用的刚性结构找形方法有力密度法，动力松弛法、非线性有限元法，应变能密度法等。同时随着计算机智能技术的发展，参数化设计软件结合一些启发式搜索算法，例如蚁群算法、遗传算法、模拟退火算法，使得由计算机自动完成结构形态的创建成为了可能。目前能够完成结构找形的软件主要有Abaqus、Ansys、Kangaroo等。

2.2拓撲优化技术

与常规设计方法及流程相比，拓扑优化技术可以实现在均匀分布材料的设计空间中自动找到最优的结构分布方案。不仅可以大大节省设计周期，还可以找寻最优的力学布置。基于连续体拓扑优化的方法主要均匀化方法、变密度法、渐进结构优化法（ESO）等。其中变密度法已经应用到大型商用优化软件中，例如德国的TOSCA已经集成到通用有限元软件ABAQUS内。拓扑优化技术目前已经广泛应用于机械制造业及航天航空领域。近年来，随着建设方对建筑产品的创

新性、合理性日新月异的追求，拓扑优化技术在建筑结构领域的应用已崭露头角。例如上海喜马拉雅艺术中心和深圳中信金融中心项目结构体系优化等。

3、工业厂房建筑结构设计优化要点分析

3.1屋盖支撑体系设计

屋盖支撑体系设计涉及生产车间的高度、跨度、屋盖架构方式、吊车设立、吨位等。一般屋盖架构都需要设置纵向支撑，在厂房屋架距离20m或内部设立大吨位吊车、大规模振动装置，这时需要设立垂直方向支撑，合理地设置屋面坡度。

3.2组织保证措施

按照工程的质量和功能要求，项目部需要配备相应的专职质检员以及工程质量管理部门等，这样可以使项目的质量管理得到进一步的保障。项目部成立后，可以以项目经理为组长，技术负责人以及安全质量员为副组长，实施全面的质量管理和监督，组员主要包含各施工队的队长。各施工队同样需要设置质量管理小组，可以把施工队负责人设置为组长，其技术负责人设置为副组长，组员主要包含各工班长以及工人等。

3.3技术保证措施

在施工过程中需要采用比较先进的施工技术，建议投入一些精良的设备，保障该工程的高标准建设。在施工过程中，要对施工材料进行严格的把关，本工程所需使用的原材料和设备均需要从正规厂家进行购买，注意应购买通过国家认证的质量合格的产品。材料进场后需进行试验检测，保障质量合格后，方可投入使用，严禁使用质量不合格的材料。支架以及临时支架的施工主要从支架搭设、地基处理以及临时支座安放3个方面进行。在支架搭设之前，需要进行支架的稳定性验算，保证支架的承载力和稳定性满足要求;临时支座设置完成后，需再次测量放线，准确测量标高，在支架上清楚地划出每节钢梁的横向以及纵向位置的具体边线。

3.4提高建筑抗风荷载作用的能力

为了使厂房建筑抗风构件与结构设计的牢固性符合要求，对厂房建筑结构进行抗风设计时，必须充分做好以下工作：（1）优化基础，只有厂房建筑的基础部分稳定性较强，才能保证厂房建筑上部分结构的稳固性。因此，明确混凝土的