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工业建筑结构设计研究

2020
04/09
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maqingfen

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建筑界
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【摘要】在一些大型工业建筑工程的设计过程中,需要充分考虑建筑使用需求,重点加强结构安全性设计。本文分析研究工业建筑结构设计的复杂性,并提出几点工业建筑结构设计的安全性提升措施。

  【摘要】工业建筑结构设计的复杂性较高,需要加强安全性设计,提高工程建设质量。本文首先对工业建筑结构设计的复杂性进行分析,包括结构选型、平面布置、工艺要求点。在此基础上,提出几点工业建筑结构设计的安全性提升措施,以期为相关工程提供参考。

  【关键词】工业建筑;结构设计;复杂性;安全性

  在一些大型工业建筑工程的设计过程中,面临着多种影响因素,需要充分考虑建筑使用需求,重点加强结构安全性设计,从而为工业建筑使用安全性提供保障。因此,设计人员首先要加深对工业建筑结构设计复杂性的认识,把握好各个方面的设计工作,做好细节性设计,为后续施工奠定良好基础。

  1工业建筑结构设计的复杂性分析

  1.1建筑结构选型

  工业建筑是为满足某一类工业生产活动而设计和建造的建筑物,包括化工厂房、机械厂房、医药厂房、纺织厂房等,也包括水塔和烟囱等构筑物。在此类建筑的设计过程中,需要充分考虑实际生产需求,满足建筑功能和性能等方面的设计要求。相比于普通住宅建筑、商业建筑,工业建筑结构设计具有更高的复杂性,需要对空间和平面进行合理布置,为实际生产提供便利。其中,建筑结构选型是工业建筑结构设计的首要任务,除了结构安全性、稳定性等基本要求外,工业建筑结构还要具有较高的灵活性,能够根据生产容量等方面的变化,随时进行改容扩建。目前工业建筑多数采用钢结构或钢筋混凝土结构。钢结构的主要特点是施工周期短、成本低、施工技术相对简单,在大跨度工业建筑中应用广泛。常用钢结构受力构建包括Q235-B钢、Q235-C钢、Q345-B钢等。在结构设计过程中,要满足钢梁应力、钢柱应力、钢构件变形等方面的要求。但钢结构建筑通常存在抗腐蚀性、防火设计等方面的缺陷。钢筋混凝土结构也是工业厂房的常用结构形式,具有广泛的使用范围,出于安全性方面的考虑,除了大跨度和振动较大的工业建筑,更推荐采用钢筋混凝土结构形式[1]。

  1.2建筑平面布置

  工业建筑平面布置是结构设计中的重点工作,需要根据工业生产工艺需求,对建筑结构平面进行合理布置,划分功能分许,方便日常生产和管理。在此过程中,需要对工业生产工艺流程进行详细分析,合理确定主要机械设备的安装位置,划分生产区域、休息区域和办公区域,为生产工艺系统的布置提供方便。在工业建筑平面布置过程中,通常需要采用软件设计方法,解决平面布置过程中的复杂性问题。目前工业建筑软件设计技术已经由传统CAD技术过渡到BIM技术,具有三维空间模型设计和处理能力,能够帮助设计人员更好地把握建筑结构平面布置的细节问题,并通过仿真模拟,降低建筑结构设计风险。建筑BIM设计如图1所示,在BIM模型中可以反映出建筑构件属性信息,有利于简化设计流程、提高设计效率。此外,在平面布置过程中,还要重点考虑特殊功能分区的布置和连接。比如对于粉尘车间和高温加工产房,需要考虑散热、环保方面的要求,对平面空间进行合理设计,使其能够与相应的污染处理系统良好衔接起来,提升工业生产的综合效益[2]。

  1.3工艺要求分析

  工业建筑结构设计需要充分考虑生产工艺的需求,以生产工艺要求为依据,确保结构形式、布置方式以及结构承载力、稳定性等方面都能够达到实际使用要求。因此,在工业建筑结构设计过程中,需要充分将结构设计与工艺设计活动结合起来,这也是导致工业建筑结构设计复杂性较高的一个主要因素。在设计过程中,要深入分析各道工序、各个工段之间的相互联系性。建筑结构设计人员需要与生产工艺设计人员做好沟通配合,尽可能降低相互干扰因素。除了考虑固定的生产工艺系统及机械设备外,还要考虑工业生产过程中的运输工具及方式,合理设计运输通道,实现建筑内部通道与外部通道的良好衔接。

  2工业建筑结构设计的安全性提升措施

  2.1建筑基础处理

  工业建筑结构安全设计主要包含建筑基础处理、抗震设计、结构防腐设计等方面的内容,对建筑实际使用安全性有直接影响。其中,建筑基础稳定性直接决定着上层结构的承载能力。在设计过程中,首先要做好工程现场地质勘察工作,对自然地基稳定性进行准确评估,如果不满足工程建设要求,需要合理选择基础处理工艺。在工业建筑工程中,一般采用预应力混凝土管桩、钻孔灌注桩等地基处理技术,需要科学计算单桩承载能力,确保设计要求数值在单桩承载力80%以内,从而提供足够的安全裕度。在桩型选择和基础桩布置过程中,则需要考虑工业建筑特殊的接受形式,提升建筑基础的整体承载力。此外,在工业建筑基础设计过程中,还要充分考虑电缆沟、钢梯、室外水沟等的设计需求。一般选择浅土层作为这些构筑物的持力层,需要采取夯实处理措施。在超挖分层情况下,还需要更换基础土层,并做好压实处理。在此情况下,可以为工业建筑结构安全性提供保障。

  2.2建筑抗震设计

  建筑抗震设计是结构安全性设计的重点内容,应根据工业建筑结构设计相关技术规范,确保建筑抗震实际能够达到抗震设防等级的要求。根据《建筑抗震设计规范》、《工业与民用建筑抗震设计规范》等相关标准规范,工业建筑的抗震设计要求相对更高。如果工业建筑达不到抗震设计要求,在地震灾害中发生主体结构倒塌,不仅会造成昂贵设备损毁,还容易引发爆炸、化学品泄漏等严重的事故后果。而且工业厂房中的人员比较密集,一旦在地震中出现主体结构倒塌,后果不堪设想。在相关抗震设计规范中,对不同用途、不同结构的建筑抗震设计都提出了具体要求。设计人员首先要对这些设计规范充分熟悉,在合理选择建筑结构形式的基础上,开展相关结构计算分析工作,确保建筑结构设计方案的各项参数能够达到设计要求。在设计过程中,应采取综合抗震设计措施,根据建筑结构高度差,在平面布置过程中合理进行划分,将相邻抗震缝错开,并在抗震缝两侧布置剪力墙等构件,提升建筑整体结构的抗震性能。在确定设计方案后,也需要采取软件仿真分析的方法,确保建筑主体结构能够在相应等级的地震灾害下保持整体完好。

  2.3结构防腐设计

  在现代工业建筑厂房中,钢结构及钢构件使用较多,需要做好结构防腐设计,避免在建筑使用过程中因腐蚀问题引发结构危险。特别是一些化工厂房,由于生产原料及废水、废气中存在许多腐蚀性物质,容易加速建筑结构腐蚀破坏,更需要提前采取结构防腐措施。在具体设计过程中,首先要采用防腐蚀性强的建材,包括玻璃钢材料、新型塑料、聚合材料等,在满足结构强度的同时,改善工业建筑结构抗腐蚀能力。其次,在使用金属材料时,需要在其表面涂刷致密的防腐蚀涂料,做好构件防腐处理,提高其环境抵抗能力。最后,还要配合做好工业厂房中的通风设施、排水设施设计,加快腐蚀性物质的处理和排放,降低环境影响因素,避免建筑结构及构件产生提前老化问题。在此情况下,有利于延长建筑使用寿命。

  3结束语

  综上所述,面对复杂度较高的工业建筑结构设计任务,通过合理选择建筑结构形式,做好平面布置及细节设计,可以促进工业建筑结构设计水平的提高。在安全设计方面,也应重点加强结构抗震设计、结构防腐设计等,确保建筑结构设计方案与实际情况相适应,降低建筑结构安全风险水平,满足建筑功能、性能等方面的需求。

  参考文献

  [1]宋建.工业建筑结构设计复杂性与安全性分析[J].建筑技术开发,2018,45(19):98-99.

  [2]田相凯.探讨工业建筑结构设计的复杂性及安全性[J].山东工业技术,2017(13):113.

  作者:陈有武 单位:茂名瑞派石化工程有限公司

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