工业建筑结构优化设计分析

周昌富

(铜陵有色设计研究院,安徽 铜陵 244000)

0 引 言

工业建筑的建设主要是以满足工业生产使用功能的角度入手进行设计的，通常大规模的工业生产都需要配套的工业建筑支持，故而工业厂房建设已经成了建筑行业的重要构成部分，科学完善的工业厂房建筑结构设计更有利于提高工业生产的质量和效率，而工业建筑结构设计是工业厂房建设过程中最为核心的环节，然而从当前工业厂房建设现状来看，仍然存在诸多问题，在很大程度上影响了工业建筑质量，本文从这些问题入手，从优化工业建筑结构设计的角度提出一些结构优化设计建议。

1 工业建筑结构设计过程中存在的问题

传统的建筑结构优化主要涉及结构形式分析、结构模型计算和结构构件优化，随着建筑行业的发展和工业的发展，工业结构设计优化逐渐开始发生转变，如今的工业建筑结构设计优化主要是从工业生产工艺、生产流程、生产设备安置等角度入手，来完善结构设计，更加注重工业厂房建筑结构设计的科学性。同时通过工业结构设计优化来为企业工业生产提供更好的支持，间接提升企业的生产效率。然而从当前工业建筑工程整体现状来看，由于受到土地、环保、成本、投资控制等方面的影响，工业建筑难以达到预期效果，而工业结构优化设计便显得越来越重要，以下从几个方面来探讨工业建筑结构优化设计。

1.1 建筑结构选材问题

工业建筑结构中使用较多的是钢结构，甚至一些工业建筑全部都使用钢结构，毕竟钢结构相较大多数建筑结构来讲有着得天独厚的强度和制作优势，然而与传统的建筑材料相比，如混凝土构件、混合材料构件等，钢结构的建造成本过于高，并且这种结构在后续的使用过程中，随着时间的推移会因为局部构件疲劳而存在一定的风险。

另一方面，钢结构作为最常见的工业厂房建造材料，其虽具有一定耐热性，但是却不耐火。尤其是在高温持续燃烧的情况下，钢结构的抗压强度、抗拉强度都会收到严重影响，进而很容易出现结构变形、损坏，严重的情况下还会引起工业厂房倒塌。当然导致这种威胁既与选材有直接关系，同时也与钢结构厂房防火设计不达标有较大的关系，工业建筑设计单位在结构设计阶段注意建筑的防火效果提升，但是往往会忽视防火设计的重要性，例如在选材的时候，选用的钢结构材料防火水平不达标，所以一旦发生火灾威胁，工业厂房建筑很容易因为钢结构变形而倒塌。这不仅会给企业造成较大的经济损失，还会威胁到作业人员的生命。同时相较于混凝土结构来讲，钢结构材料的防腐蚀性相对较差。因此，尽管从强度等方面来讲，钢结构有一定的优势，但是从结构稳定性和抗疲劳性方面来讲，钢结构材料并不是最合适的选择，具体材料的选用还需要根据工业建筑实际需求来确定。

1.2 特殊需求设计的不足

工业建筑相较于其他的民用建筑来讲，通常建造需求更为复杂且特殊，例如工业建筑设计过程中需要考虑企业生产过程、产品等因素，所以可能会有防火、防爆等特殊需求，甚至一些工业建筑可能会对污染物排放有较高的要求，这都会对建筑结构设计提出更高的要求。在一些特殊情况下，如果工业建筑功能性特殊需求与建筑安全性、环保性等需求出现冲突的时候，对结构设计就会有更高的要求，通常这种情况下很容易出现建筑特殊需求设计上的局部缺失。在建筑工程项目建设阶段，工程建设方、设计方、施工方、设备供应方等都会进行多次的技术沟通，但是即便如此，随着工业建筑综合化的发展，建筑结构特殊需求设计不足等问题仍然存在。

2 工业建筑结构设计优化措施

2.1 合理选用建筑材料，重视建筑防火设计优化

防火设计是工业建筑结构设计中关键的环节。现阶段工业建筑中较多使用钢结构厂房，和混凝土厂房存在着明显的差异。钢结构厂房结构强度较高，同时还具备高塑性和质量轻的优势，而混凝土结构则有耐久性优势。从材料的角度来讲，钢结构厂房受温度的影响明显大于混凝土结构厂房，防火能力一直被诟病，如果钢结构工业厂房没有完善的防火设计处理，厂房必然面临巨大的安全隐患。故而在建筑结构设计阶段，必须针对钢结构厂房防火性能进行优化。如果使用钢结构材料，必须结合使用防火涂料，在钢结构表面喷刷防火涂料，提高厂房结构防火性能；另一方面也可以增加钢结构绝热设计，保证厂房结构安全性和防火性能，同时绝热设计在钢结构防腐蚀方面也有明显的作用。

2.2 借助计算机软件技术进行结构方案优化设计

从整体上来讲，工业建筑结构优化主要涉及基础结构、屋盖结构、承重主体结构和围护结构四个方面的优化，在设计阶段可以借助计算机软件来完善结构设计。在借助CAD、PKPM等工程设计软件对工程结构进行优化设计时，首先必须重视结构选型及整体概念设计，其次要对建筑结构受力和成本进行分析，然后根据工业建筑结构相关规范要求，反复进行关联性修改，最终确定结构设计方案。

利用计算机软件来优化建筑结构设计方案的时候，必须重视建筑结构受力分析，确保建筑结构刚度、强度使用需求，同时还需充分考虑力学余量，最大限度的借鉴相对成熟的工业厂房、工业建筑结构，如果工业建筑在美学设计方面有所要求，必须在保证结构可靠性的前提下进行设计。

2.3 从建筑环境和建筑功能入手优化结构设计

工业建筑在设计阶段要考虑到施工的可行性和经济性，所以建筑结构设计之前必须对工程周边地质、气候、经济发展等环境条件做充分的调研；对于一些特殊的工业建筑，必须考虑其特殊需求，从细节上入手，借助计算机软件和工程结构设计经验，在充分考虑结构安全性和人性化设计的基础上，完善建筑结构。例如借助计算机软件现将工业厂房建筑进行功能分区，明确划分生产设备区、辅助生产设备区、生产材料安置区、成品安置区、作业人员通道、交通通道、公用设备用房等区域，根据工艺流水线来合理布置场地，既节省建筑用地，提高结构空间利用率，同时还可以降低成本。

2.4 构建工业建筑结构优化设计模型

为避免工业建筑施工过程中出现不必要的设计变更，在设计之初可以构建设计模型，全面考量可能存在的变量，从这些变量中选择重点的参数变量，然后借助计算机软件构建函数模型，然后从建筑实际需求着手，将可能影响建筑结构设计的因素纳入其中优化结构设计方案。在此过程中，最关键的是确定一个重点变量，所以要求设计人员全面考量工业建筑结构设计重点，从而选择和确定函数模型的参数内容，然后确定函数模型和结构优化方向，并以此为依据使各种约束性条件都按照既定的标准来确定。

同时要善于通过新技术的应用来优化结构设计模型，例如借助BIM技术，运用GIS地理信息系统合理选择工业建筑场地，在建筑场地规划建设阶段理性分析施工现场布局。同时利用BIM技术的三维可视化设计功能，全方位的展示建筑规划，当然这一过程还要充分的考虑工业建筑使用者的需求。

3 结 论

总的来讲，工业建筑结构优化设计不仅关系到工业生产效率的提升，同时还关系到企业生产和作业人员的生命安全，所以在工程设计阶段必须重视建筑结构设计的优化完善，从企业生产实际需求出发，在满足工业生产的基础上，从结构选材、防火设计、建筑环境以及BIM技术应用等角度入手，优化工业建筑结构设计，最大限度地为工业生产服务。