对工业建筑结构优化的几点思考

吴士杰

摘 要：在国民经济和科学技术发展的推动下，工业建设得到了快速的发展，为了达到越来越高的建筑功能要求，对于工业建筑的结构设计中的各种因素要综合全面的考虑，以优化工业建筑结构设计，保证工业建筑的功能性、合理性和安全性。本文主要针对工业建筑结构设计中煤斗等大型设备的支撑构件、磨煤机隔振、吊车载荷等的优化设计进行了具体的分析和深入的探讨，通过对实例的分析，阐明了对于工业建筑结构优化设计的思考。

关键词：工业建筑；结构设计；优化

0 引言

现在工业建筑的设计风格多样，功能各异，再加上设计角度的不同，对于工业建筑结构设计的优化需要根据实际具体情况。一般来说，工业建筑的建设有工艺繁杂，荷载大等特点，此外为了隔绝大型器械运转时产生的振动以及噪音，解决工业厂房的吊车载荷问题等仍旧需要更高的工艺要求和更加优化的结构设计。所以，在工业建筑结构的优化方面我们要结合建筑实际情况，设计合理的建筑结构计算模式，获得准确的数据，优化建筑整体结构体系。

1 工业建筑结构设计实例分析

磨煤机的隔振技术、吊车的荷载处理、煤斗等大型设备产生的地震作用对其支撑结构的影响等问题一直以来是工业建筑结构设计中的典型问题，因此，可选取这3个方面的优化设计实例来分析工业建筑结构设计的优化。

1.1 吊车载荷的优化设计处理

为满足工业厂房的生产需求，一般会在工业厂房中安置吊车载荷，吊车载荷又分为水平载荷和纵向荷载，通常对于吊车荷载采用SAP2000进行优化处理。SAP2000分析处理后，采用规范、等效静电荷在排架柱的对应部位施加水平荷载，移动静电荷施加竖向荷载。现以某工业厂房为例，说明SAP2000处理吊车荷载的方式。

（1）对于吊车水平荷载的SAP2000优化处理，首先要确定吊车纵向水平荷载的标准值。纵向荷载作用于刹车轮和轨道的接触位置，其大小为所有刹车轮作用于一边轨道上的总压力的1/10，用公式表示为H=10%nP，其中H为纵向荷载，n为吊车的轮数，P为由厂家所提供资料确定的吊车最大轮压值，其方向与轨道的方向相同；然后要确定吊车的横向水平荷载的标准值，计算公式为H′=（G+G′）×g×a%，其中H′指横向水平荷载，G为额定的吊车起重量，G′横向运动的小车的重量，g为重力加速度，a应随吊车的型号而定；确定好吊车的横纵向水平荷载后即可根据规范等效静电荷将水平荷载加到排架柱上。

（2）吊车竖向荷载的SAP2000优化处理。首先吊车最大轮压值P可以根据吊车厂家提供的资料得以确定，对于最小值P′的确定，可根据P′=（G+G′）g/n-P。确定好吊车的最大轮压值和最小轮压值后，根据SAP2000对桥梁模块的分析，移动静电荷安装吊车竖向荷载。

利用SAP2000系统对吊车荷载进行优化处理，不仅使吊车的移动荷载方便输入，而且使结构总体计算中吊车荷载的计算更具合理性，大大减少了人工手算的工作量，也减少了出错的机会，提高了数据准确性以及吊车荷载的施加合理性、正确性，使工业建筑的结构设计得到优化。

1.2 磨煤机的优化设计处理

根据工业发电厂煤仓间的需要，通常会放置数台磨煤机作为发电的辅助设备，由于磨煤机在运作过程中会产生很大的振动，如果磨煤机的隔振设施不够，不能有效地处理产生的较大振动就会导致危险发生，影响发电厂其他设备的正常运作，严重时会导致电站运行的停止。传统磨煤机的基础块的重量往往可达到机身重量的3～5倍，大大增加了隔振的难度。对于磨煤机的优化处理常采用弹簧隔振技术，弹簧隔振系统包括基础台座、阻尼器、弹簧隔振器等几个重要部分，根据给定的相关数据确定弹簧隔振系统基础台座的厚度以及各个隔振部件的具体位置，计算磨煤机动力以确定弹簧隔振基础，保证其安全运作。弹簧隔振技术的应用大大减轻了磨煤机基础台座的质量，同时也节约了空间，布局更具合理性，由于隔振具有可调控性，使磨煤机自身动荷载变小，磨损率降低，延长了大修周期，相关工艺费用也减少，此外，磨煤机的使用率和工作稳定性都得到了显著的提高。磨煤机的隔振效果好，对周围设备的影响就会减小，保证了电厂的正常运作，避免了事故的发生。

1.3 煤斗等大型设备产生的地震作用对其支撑结构影响的优化设计处理

煤斗等大型设备具有体积大、高度高等特点，在机械运作时，设备本身会产生较大的振感，而其产生的较大地震作用会直接传送给支撑它们的构件，对其产生较大的附加内力，如弯矩和扭矩等内力，因此就需要通过相关的计算补充其附加内力，在优化结构时可在大型设备的重心位置架设支撑结构，在支撑桥梁的轴心竖直方向上加设梁结构，由于梁具有较强的抗弯力，如此优化结构后可将扭矩转化为弯矩，从而降低了危险，增加了支撑强度。

（1）煤斗支撑梁荷载计算。依据相关电厂结构设计技术的规定，确定煤斗支撑梁荷载效应组合值S，计算公式为S=1.2（G+A+mJ+nY）+1.3E+1.4kW，其中A为永久荷载标准值，m、n为一组荷载组合系数，是楼面荷载和设备荷载在地震效应组合时产生的，J、Y分别为设备（管道）荷载和楼面或荷载，G为梁自身的重量，E为水平地震作用，W为风荷载标准值，k为风荷载系数。

（2）附加水平地震作用和支撑梁附加内力的计算。根据相关规范计算附加地震作用的公式为，F=α（1+H/L）P，其中，F为设备重心部位的水平地震标准值，α为水平地震影响系数的最大值，P为设备重力荷载值，1+H/L为放大系数，H、L分别为建筑基础距离设备和建筑顶部的高度；然后再根据相关公式导出附加水平地震作用对支撑梁产生的附加内力。

2 总结

结合上述的工业建筑结构优化实例不难看出，工业建筑设计是一项比较复杂的工艺，需要综合考虑的因素很多，包括建筑结构的实用性、合理性、安全性等多方因素，因此，需要结合工业建筑的实际利用情况和结构特点，不断地优化设计方案和建筑结构，保证工业建筑的强大的功能性以及经济性。总而言之，工业建筑结构设计的优化不仅可以增强工业建筑的功能性和设计的合理性，而且在保证工业经济效益的同时使得设备的使用更具安全性。

参考文献

[1]王伟.工业建筑结构设计优化[J].广州建筑，2008，（2）：3-7.

[2]陈少杰，段敬民，赵洪波.桁架结构优化设计的改进蚁群算法[J].工业建筑，2010，40（1）：55-58.

（作者单位：河北德鹏机械设备有限公司）