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(guó)國(guó)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(duì)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(guò)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(lái)簡(jiǎn)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(guò)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(lái)越復(fù)雜,規(guī)模越來(lái)越大,結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重要性就越突出,對(duì)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(guò)優(yōu)化技術(shù)來(lái)提高建筑的節(jié)能環(huán)保效益是非常可行的,也是相對(duì)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(duì)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(jué)優(yōu)化與概念設(shè)計(jì)處理。所謂直覺(jué)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(huì)根據(jù)自己的經(jīng)驗(yàn)和直覺(jué)來(lái)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(wú)法使用計(jì)算機(jī)來(lái)代替,必須要由設(shè)計(jì)人員靠自己的判斷來(lái)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(lái)判斷,其在一定情況下,還是需要結(jié)合概念來(lái)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(jiàn)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(lái)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(huì)帶來(lái)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(duì)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(huì)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(guò)高時(shí),鋼結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度也會(huì)減弱,為此設(shè)計(jì)中還注重對(duì)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(guò)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(méi)有足夠的強(qiáng)度,在很多時(shí)候是因?yàn)闂U件沒(méi)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(guò)程中,應(yīng)該著重考慮它對(duì)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(lái),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(guò)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(chē)噸位和所在地區(qū)的抗震設(shè)防烈度等條件來(lái)決定。一般情況下無(wú)論有檁或無(wú)檁體系的屋蓋結(jié)構(gòu)均應(yīng)設(shè)置垂直支撐;在無(wú)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(wú)論有檁或無(wú)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(duì)于屋架間距不小于12m的廠房或廠房?jī)?nèi)設(shè)有特重級(jí)橋式吊車(chē)或廠房?jī)?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(zhǎng)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(zhǎng)度宜控制在70m以?xún)?nèi)。目前,市場(chǎng)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(duì)力學(xué)性能進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)以外,還需要對(duì)其立面設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化。尤其是要對(duì)廠房輕鋼結(jié)構(gòu)的規(guī)模、線(xiàn)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(xiàn)條時(shí),可以考慮設(shè)計(jì)簡(jiǎn)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(jué),從而調(diào)節(jié)員工的心情,提高工作積極性。另外,線(xiàn)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(xiàn)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(wèn)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(lái)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(wèn)題。
4 結(jié)束語(yǔ)
隨著工業(yè)現(xiàn)代化的不斷發(fā)展,工業(yè)生產(chǎn)對(duì)廠房的功能和性能都提出了更高的要求,為了滿(mǎn)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(duì)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(duì)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(mǎn)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(guó)廠房建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)水平。
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