摘要：文章首先分析了結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化技術(shù)的作用和基本方法，繼而以當(dāng)前廠房建筑最常使用的鋼結(jié)構(gòu)為例，詳細(xì)探討了建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)技術(shù)的實(shí)踐應(yīng)用，以供參考。
關(guān)鍵詞：廠房建筑；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；優(yōu)化技術(shù)；鋼結(jié)構(gòu)
0 引言
工業(yè)是我國國民經(jīng)濟(jì)支柱產(chǎn)業(yè)。保證工業(yè)安全生產(chǎn)，提高工業(yè)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)水平是工業(yè)發(fā)展的必要條件，為此人們對工業(yè)廠房建筑的建設(shè)逐漸給予了更多的關(guān)注。在廠房建設(shè)過程中，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是第一步關(guān)鍵工作環(huán)節(jié)，其決定了廠房建設(shè)的施工質(zhì)量和投資效益。為此，我們需要在現(xiàn)有的廠房建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理念基礎(chǔ)上，不斷改進(jìn)創(chuàng)新，優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案，使廠房建筑更符合工業(yè)生產(chǎn)需要。以下本文就以鋼結(jié)構(gòu)廠房建筑為例，來簡單談?wù)劷Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化技術(shù)在工業(yè)廠房建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用。
1 結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)技術(shù)的作用
在現(xiàn)代建筑工程的項(xiàng)目實(shí)施過程中，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是一項(xiàng)非常重要和關(guān)鍵的實(shí)施環(huán)節(jié)，起到了不可替代的重要作用。并且隨著建筑結(jié)構(gòu)形式越來越復(fù)雜，規(guī)模越來越大，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重要性就越突出，對于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化技術(shù)的需求也就越大。只有采用結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化技術(shù)，不斷使建筑的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)、房屋結(jié)構(gòu)、維護(hù)結(jié)構(gòu)以及細(xì)部構(gòu)造等設(shè)計(jì)更加合理科學(xué)，才能使建筑的使用價(jià)值更高，使用功能越完善。
另外，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中通過優(yōu)化技術(shù)來提高建筑的節(jié)能環(huán)保效益是非�？尚械�，也是相對最有效的。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)還在很大程度上決定了建筑工程的造價(jià)，對于提高建筑工程投資效益控制也起到重要作用。
2 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化的基本方法
目前建筑工程的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化技術(shù)的基本方法主要有兩種，即直覺優(yōu)化與概念設(shè)計(jì)處理。所謂直覺優(yōu)化，就是指建筑工程的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，可以采用多種設(shè)計(jì)方案時(shí)，設(shè)計(jì)人員一般會根據(jù)自己的經(jīng)驗(yàn)和直覺來判斷出應(yīng)當(dāng)選擇哪種設(shè)計(jì)方案比較合適，尤其是在確定結(jié)構(gòu)布置設(shè)計(jì)、荷載分析、細(xì)部處理的設(shè)計(jì)方案時(shí)，更是無法使用計(jì)算機(jī)來代替，必須要由設(shè)計(jì)人員靠自己的判斷來決定。但是在實(shí)際的建筑工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)人員自己的判斷是需要根據(jù)設(shè)計(jì)規(guī)律和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)來判斷，其在一定情況下，還是需要結(jié)合概念來進(jìn)行設(shè)計(jì)處理。為此在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化技術(shù)中，概念設(shè)計(jì)處理也是非常常見的優(yōu)化技術(shù)方法。
3 鋼結(jié)構(gòu)廠房的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化技術(shù)應(yīng)用
本文以鋼結(jié)構(gòu)廠房為例，來詳細(xì)探討結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化技術(shù)的具體應(yīng)用。
3.1 廠房鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化的基本原則 首先，要保證有足夠的工作空間。其次，在生產(chǎn)中機(jī)械設(shè)備的運(yùn)行往往會帶來一定的震動(dòng)，為保證廠房的安全性，在優(yōu)化廠房結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，需要重點(diǎn)對結(jié)構(gòu)的抗震性進(jìn)行設(shè)計(jì)。再者，一些廠房在生產(chǎn)中會散發(fā)大量的熱量，而鋼本身具有很大的傳熱性能，若溫度過高時(shí)，鋼結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度也會減弱，為此設(shè)計(jì)中還注重對鋼結(jié)構(gòu)的耐熱性進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。最后，廠房的支撐體系設(shè)計(jì)、屋面設(shè)計(jì)和立面設(shè)計(jì)也都要充分結(jié)合實(shí)際需要，合理設(shè)計(jì)，提高廠房結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案的經(jīng)濟(jì)性和合理性。
3.2 鋼結(jié)構(gòu)廠房的抗震性設(shè)計(jì)優(yōu)化 首先，在進(jìn)行總體布置的時(shí)候，廠房結(jié)構(gòu)的質(zhì)量和剛度分布應(yīng)該具有均勻性，鋼架是廠房橫向結(jié)構(gòu)選擇的最佳材料，通過這種形式，可以使鋼結(jié)構(gòu)的受力性能得到充分地應(yīng)用，并且橫向結(jié)構(gòu)變形幾率也在一定程度上有所降低。其次，鋼結(jié)構(gòu)廠房出現(xiàn)破壞，通常情況下，并不是因?yàn)闂U件沒有足夠的強(qiáng)度，在很多時(shí)候是因?yàn)闂U件沒有穩(wěn)定性而使其出現(xiàn)破壞現(xiàn)象，因此，布置支撐系統(tǒng)要具有一定的合理性。第三，在地震影響下，低周疲勞作用有所發(fā)揮，而在設(shè)計(jì)過程中，應(yīng)該著重考慮它對廠房所產(chǎn)生的影響。在設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)連接點(diǎn)的時(shí)候，節(jié)點(diǎn)的破壞要晚于結(jié)構(gòu)構(gòu)件的全截面屈服，結(jié)構(gòu)構(gòu)件應(yīng)該加入到塑性工作中，將其中地震能量充分地吸收進(jìn)來，從而發(fā)揮抗震能力。
3.3 鋼結(jié)構(gòu)工業(yè)廠房的耐熱性設(shè)計(jì) 鋼結(jié)構(gòu)工業(yè)廠房防火能力很差，當(dāng)鋼材受熱在100℃以上時(shí)，隨著溫度的升高，鋼材的抗拉強(qiáng)度降低，塑性增大；溫度在250℃左右時(shí)，鋼材抗拉強(qiáng)度略有提高，而塑性卻降低，出現(xiàn)藍(lán)脆現(xiàn)象；當(dāng)溫度超過250℃時(shí)鋼材出現(xiàn)徐變現(xiàn)象；當(dāng)溫度達(dá)500℃時(shí)，鋼材強(qiáng)度降至很低，以致鋼結(jié)構(gòu)塌落。因此，當(dāng)鋼結(jié)構(gòu)表面溫度處于150℃以上時(shí)，必須做隔熱及防火設(shè)計(jì)。這樣可以增強(qiáng)建筑的耐熱能力，使建筑更加的安全。
3.4 屋面支撐系統(tǒng)及屋面結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)優(yōu)化 屋蓋支撐系統(tǒng)的布置應(yīng)根據(jù)廠房跨度、高度、柱網(wǎng)布置、屋蓋結(jié)構(gòu)形式、吊車噸位和所在地區(qū)的抗震設(shè)防烈度等條件來決定。一般情況下無論有檁或無檁體系的屋蓋結(jié)構(gòu)均應(yīng)設(shè)置垂直支撐；在無檁體系中，大型屋面板有三點(diǎn)和屋架焊接，可起到上弦支撐作用，但考慮到施工條件的限制和安裝需要。無論有檁或無檁體系屋蓋均應(yīng)在屋架上弦和天窗架上弦設(shè)置上弦橫向支撐。對于屋架間距不小于12m的廠房或廠房內(nèi)設(shè)有特重級橋式吊車或廠房內(nèi)有較大振動(dòng)設(shè)備的均應(yīng)設(shè)置縱向水平支撐。屋面的排水及防水設(shè)計(jì)在屋面設(shè)計(jì)中需重點(diǎn)考慮，根據(jù)《屋面工程技術(shù)規(guī)范》的規(guī)定，屋面坡度最小為5%，在積雪較大的地區(qū)，坡度應(yīng)適當(dāng)加大。單坡屋面的長度主要取決于所在地區(qū)的溫差以及降雨所形成的最大水頭高度。根據(jù)工程設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，單坡屋面長度宜控制在70m以內(nèi)。目前，市場上鋼結(jié)構(gòu)屋面的做法常用的有兩種：①剛性屋面：雙層彩色壓型鋼板內(nèi)夾保溫棉；②復(fù)合柔性屋面：由屋面彩鋼板內(nèi)板、隔氣層、保溫層、卷材防水層組成。
3.5 立面設(shè)計(jì)的優(yōu)化 在廠房輕鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)中，除了要對力學(xué)性能進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)以外，還需要對其立面設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化。尤其是要對廠房輕鋼結(jié)構(gòu)的規(guī)模、線條、色彩等方面進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。由于廠房一般多用于生產(chǎn)，因此在設(shè)計(jì)其立面的規(guī)模和線條時(shí)，可以考慮設(shè)計(jì)簡單統(tǒng)一的立面。在色彩選擇上，也可以盡量考慮彩色的鋼板，避免整個(gè)廠區(qū)都處于一種單調(diào)沉重的混凝土結(jié)構(gòu)中。尤其是在廠房的出入口、外天溝已經(jīng)收邊泛水等部位進(jìn)行合理優(yōu)化設(shè)計(jì)，在保證其基本功能的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)良好的立面效果。使廠房給人一種親切的感覺，從而調(diào)節(jié)員工的心情，提高工作積極性。另外，線條是表現(xiàn)輕鋼結(jié)構(gòu)建筑風(fēng)格最獨(dú)特的特征，均勻的線條或橫或豎，使得輕鋼結(jié)構(gòu)建筑富有流暢的金屬質(zhì)感，體現(xiàn)了強(qiáng)烈的現(xiàn)代工業(yè)氣息。很多廠房在設(shè)計(jì)上往往考慮到采光問題而在墻面上挖較多的孔洞，破壞了立面效果，筆者建議可以大量使用屋面采光板，以此來解決采光和立面效果的矛盾，同時(shí)還能解決廠房的通風(fēng)問題。
4 結(jié)束語
隨著工業(yè)現(xiàn)代化的不斷發(fā)展，工業(yè)生產(chǎn)對廠房的功能和性能都提出了更高的要求，為了滿足現(xiàn)代工業(yè)的廠房建設(shè)需要，我們必須要不斷的改進(jìn)設(shè)計(jì)理念，優(yōu)化廠房結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方案。目前鋼結(jié)構(gòu)逐漸成為廠房建筑的主要結(jié)構(gòu)形式，在對其進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化時(shí)，需要結(jié)合鋼結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，和實(shí)際的工業(yè)生產(chǎn)需要，對鋼結(jié)構(gòu)的抗震性、耐熱性和支撐系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，同時(shí)還要注重廠房結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的立面設(shè)計(jì)，在滿足廠房基本功能需求的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)出優(yōu)美大方，更符合工業(yè)性質(zhì)的廠房結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案，從而提升我國廠房建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)水平。
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