潘承霞 商嬡君

（1.山東力諾電力設(shè)計(jì)咨詢有限公司 山東濟(jì)南 250000；2.山東省能源建筑設(shè)計(jì)院山東濟(jì)南 250013）

工業(yè)廠房的設(shè)計(jì)既要滿足其安全、耐用的要求，又要滿足工業(yè)技術(shù)的要求。在不同的行業(yè)中，工廠的設(shè)計(jì)是非常多元化的。要建立一個符合現(xiàn)代化標(biāo)準(zhǔn)的工業(yè)廠房，不但要吸取相關(guān)的經(jīng)驗(yàn)，還要優(yōu)化設(shè)計(jì)的規(guī)范，還要在此基礎(chǔ)上創(chuàng)新先進(jìn)的工業(yè)廠房的設(shè)計(jì)思想和方法，以降低材料的消耗，保證廠房的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的經(jīng)濟(jì)性。此外，在工業(yè)廠房的設(shè)計(jì)中，應(yīng)以抗震、防火為主要目標(biāo)，或以工廠的環(huán)境建設(shè)為基本要求。要想有效地改善工廠的生產(chǎn)環(huán)境，就必須完善工廠的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，因此，在工業(yè)廠房的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，應(yīng)根據(jù)其自身的特點(diǎn)和生產(chǎn)需求，把握設(shè)計(jì)的最佳趨勢，主動改造現(xiàn)有的工業(yè)廠房。

1 工業(yè)廠房的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)概況

為了提高土地利用率，充分利用廠房面積，滿足工業(yè)生產(chǎn)效益要求，應(yīng)重視廠房結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)。在設(shè)計(jì)規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)、風(fēng)格、技術(shù)和功能需求上，工業(yè)廠房與居住建筑有著明顯的不同。要求工廠設(shè)計(jì)人員對工廠生產(chǎn)進(jìn)行實(shí)時(shí)的調(diào)研，了解生產(chǎn)工藝、原料供應(yīng)、周邊建筑及周邊環(huán)境特點(diǎn)，從而使工廠的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)更加合理。針對工業(yè)廠房的建筑項(xiàng)目，提出多種設(shè)計(jì)方案，通過對廠房抗震、防火、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性等多個方面的對比探討，得出更加經(jīng)濟(jì)、可行的工業(yè)廠房設(shè)計(jì)方案。

2 總體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)問題

結(jié)構(gòu)的總體設(shè)計(jì)無疑是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的重中之重。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)以合理、經(jīng)濟(jì)、安全為主要目的，同時(shí)還要兼顧結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的工程、力學(xué)分析、技術(shù)經(jīng)濟(jì)、參數(shù)優(yōu)化理論、設(shè)計(jì)方法、設(shè)備和工藝。在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)滿足承載力、穩(wěn)定、變形等方面的要求，并對受力條件、受力方式等進(jìn)行合理地優(yōu)化，以確保結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)有充分的余量，以提高工程的經(jīng)濟(jì)效益，方便日后的操作（增加設(shè)備、位置等），從而增加了靈活性。

以往的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，常常會將基礎(chǔ)放大、乘以系數(shù)、增大等問題，導(dǎo)致了工業(yè)結(jié)構(gòu)的“粗、笨、大”。在某些基礎(chǔ)工程中，為了節(jié)省計(jì)算和提高經(jīng)濟(jì)效益，沒有采用大面積的厚板筏基。在一些工業(yè)中，經(jīng)常采用垂直電梯，一般采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，而修補(bǔ)墻體采用磚砌。由于塔架垂直荷載較低，其結(jié)構(gòu)的受力主要為水平風(fēng)荷載和地震荷載，通過減小塔身的自重，可以減小側(cè)向風(fēng)的影響，故在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)去掉頂層外部的各種維修墻，以滿足生產(chǎn)需要，減輕自身的重量，節(jié)省費(fèi)用［1］。結(jié)果表明，只要采取正確的施工方法，就能有效地避免結(jié)構(gòu)的破壞。所以，總體結(jié)構(gòu)的規(guī)劃與優(yōu)化非常重要，但設(shè)計(jì)人員必須具備相當(dāng)?shù)膶I(yè)知識。

總而言之，該結(jié)構(gòu)在各種外力作用下不僅要滿足結(jié)構(gòu)剛度要求、強(qiáng)度要求、裂縫要求、受力路徑和傳遞路線等要求，還應(yīng)盡可能地使其結(jié)構(gòu)合理，進(jìn)行合理的經(jīng)濟(jì)設(shè)計(jì)，最大限度地發(fā)揮工料和結(jié)構(gòu)的機(jī)械性能，以適應(yīng)工業(yè)生產(chǎn)和使用的要求。

3 工業(yè)建筑特點(diǎn)

工業(yè)建筑在進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，首先要進(jìn)行工藝設(shè)計(jì)，然后根據(jù)設(shè)計(jì)人員的要求來進(jìn)行設(shè)計(jì)。在選擇工業(yè)建筑的形狀和結(jié)構(gòu)時(shí)，會受到很多因素的影響，包括工藝、設(shè)備、生產(chǎn)操作、生產(chǎn)要求等。在進(jìn)行建筑設(shè)計(jì)時(shí)，要和行業(yè)專家進(jìn)行細(xì)致的溝通，針對不同的需求，給出不同的設(shè)計(jì)。工廠是為了生產(chǎn)而設(shè)計(jì)的，在工廠的設(shè)計(jì)中，技術(shù)是必不可少的。在工藝設(shè)計(jì)者進(jìn)行部署的情況下，會與結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)產(chǎn)生沖突，因此，在進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)要進(jìn)行協(xié)調(diào)，避免造成不必要的麻煩。與一般的建筑物不同，在使用過程中，一定要確保工廠設(shè)備的安全和運(yùn)行，工廠內(nèi)的設(shè)備各不相同，因此，要針對不同的設(shè)備進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。在工業(yè)建筑中，既要滿足各種設(shè)備的需求，又要確保其運(yùn)行良好。

在進(jìn)行荷載計(jì)算時(shí)，應(yīng)注意既要考慮靜載荷的影響，又要考慮動載荷的影響。此外，為適應(yīng)項(xiàng)目施工，設(shè)備擺放、維修、更新等多項(xiàng)需求對樓面的要求也比較高。眾所周知，工業(yè)廠房的抗震能力差，主要是因?yàn)槠浔旧淼慕Y(jié)構(gòu)不合理，導(dǎo)致了建筑物的重心偏離了原本的軌跡，許多樓層都出現(xiàn)了錯層，在地震的情況下，整棟樓都會出現(xiàn)扭曲，因此，在進(jìn)行加載時(shí)，必須要做好抗震和構(gòu)造的準(zhǔn)備。在工業(yè)建筑物中，通常會有許多空隙以滿足工藝和生產(chǎn)的需求。眾所周知，工業(yè)廠房是為了滿足生產(chǎn)的需求而設(shè)計(jì)的，它的主要功能是確保設(shè)備的安全，確保生產(chǎn)的順利進(jìn)行。工業(yè)建筑是一個便利的生產(chǎn)場所，也是一個人集中居住的地方，一般來說，工業(yè)建筑需要具備制造、運(yùn)輸、儲存等功能，而且還需要給工人們一個舒適的工作環(huán)境。

4 成本問題

4.1 項(xiàng)目成本及物料成本

工業(yè)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化是不可避免的，但其整體經(jīng)濟(jì)和整體結(jié)構(gòu)的優(yōu)化過程十分復(fù)雜，難度較大。所以，在實(shí)際工程中，應(yīng)從最優(yōu)的角度出發(fā)，循序漸進(jìn)，在合理利用有限的材料時(shí)，可以最大限度地利用其優(yōu)點(diǎn)，并取得良好的經(jīng)濟(jì)效益。

4.2 成本估算和規(guī)劃

目前，工程造價(jià)管理主要采用預(yù)結(jié)算、事后反饋和返工調(diào)整等傳統(tǒng)的工程管理方法，工程造價(jià)估算不準(zhǔn)確，造成了大量的資源浪費(fèi)。盡管近年來設(shè)計(jì)階段的成本控制日益受到重視，但由于控制策略與方法過于簡單，控制手段不同步，設(shè)計(jì)費(fèi)用與設(shè)計(jì)工作量、項(xiàng)目設(shè)計(jì)所需要的功能與工程造價(jià)不匹配等，使得工程項(xiàng)目的管理效果不佳。由于工程建設(shè)的飛速發(fā)展，大量的工程造價(jià)估算方法應(yīng)運(yùn)而生，能夠?qū)ち?、費(fèi)用進(jìn)行快速的估算。但是，在進(jìn)行預(yù)測和估算時(shí)，常常依靠經(jīng)驗(yàn)來確定設(shè)計(jì)變量及其所占的比例，其說服力和可信度都很低，在實(shí)踐中缺少理論依據(jù)，數(shù)據(jù)處理量大，在設(shè)計(jì)階段沒有充分考慮到設(shè)計(jì)過程中的諸多設(shè)計(jì)參數(shù)，對工料、費(fèi)用的影響也不是很大［2］。然而，運(yùn)用計(jì)算機(jī)軟件及其他技術(shù)方法對工業(yè)建筑進(jìn)行經(jīng)濟(jì)評估，并運(yùn)用數(shù)學(xué)方法進(jìn)行資源分配，從而避免了傳統(tǒng)人工計(jì)算造成的被動局面，大大加快了設(shè)計(jì)進(jìn)度，為新的工業(yè)建筑的發(fā)展提供了方便，節(jié)省了投資。

5 工業(yè)廠房的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的有關(guān)準(zhǔn)則

5.1 確定結(jié)構(gòu)參數(shù)的精確度

在進(jìn)行工廠設(shè)計(jì)時(shí)，結(jié)構(gòu)參數(shù)的精確性是建筑設(shè)計(jì)的前提，同時(shí)也是設(shè)計(jì)質(zhì)量的依據(jù)。針對工廠的復(fù)雜結(jié)構(gòu)，需要學(xué)習(xí)如何運(yùn)用專門的軟件大規(guī)模地收集工廠的相關(guān)參數(shù)，進(jìn)行精確地計(jì)算，從而加快工廠的結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)的處理，確保設(shè)計(jì)的精度，避免人工因素對工業(yè)廠房設(shè)計(jì)的影響，同時(shí)，對廠房的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了可行性分析。在一個工程中，對于相同的工廠，可以有許多不同的設(shè)計(jì)，在工程投資、工期、地點(diǎn)等前提下，進(jìn)行最經(jīng)濟(jì)、合理的設(shè)計(jì)。另外，在確定了設(shè)計(jì)方案后，建筑設(shè)計(jì)師要對建筑的結(jié)構(gòu)進(jìn)行準(zhǔn)確的計(jì)算，然后對其進(jìn)行審核，以消除設(shè)計(jì)中的安全隱患，提高設(shè)計(jì)的合理性。

5.2 建筑布局要與工業(yè)生產(chǎn)特征相適應(yīng)

在工業(yè)廠房的建筑物中，它的構(gòu)成是較為靈活的，要從工業(yè)生產(chǎn)的需求出發(fā)，在保證設(shè)備的品質(zhì)和性能的前提下，盡可能地優(yōu)化車間的布局，降低設(shè)備的建設(shè)投資。在不同的工藝條件下，對廠房布局的需求也是不同的，工廠的建造工程師應(yīng)該對制造工藝有足夠的了解；同時(shí)，企業(yè)還要積極參與廠房的設(shè)計(jì)，加強(qiáng)企業(yè)間的溝通，優(yōu)化車間的布局，以避免生產(chǎn)流程與規(guī)劃設(shè)計(jì)的沖突，提高廠房的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。此外，在進(jìn)行廠房結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，一定要考慮到廠房的規(guī)模，根據(jù)企業(yè)發(fā)展規(guī)劃及設(shè)備更新需要，對廠房進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，以達(dá)到最大限度地利用工業(yè)土地。

6 工業(yè)廠房結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的相關(guān)措施

6.1 廠房建材的優(yōu)選

材料的選用和結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)密切相關(guān)。在工業(yè)廠房建設(shè)中，最好的材料是設(shè)備的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，不同的建材具有顯著的不同特性，要實(shí)現(xiàn)廠房結(jié)構(gòu)的最佳化，就需要從原料的源頭入手。在確定廠房的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案時(shí)，應(yīng)按設(shè)計(jì)規(guī)范的要求進(jìn)行；同時(shí)，還應(yīng)與工業(yè)廠房項(xiàng)目的價(jià)格底線、工期和功能設(shè)計(jì)條件相結(jié)合，確定更為適宜的建材。由于工業(yè)廠房的建材種類繁多，可以滿足各種用途，在成本上也有顯著差異，可以作為工廠設(shè)計(jì)方案的參考。在明確方案后，要采取控制措施，保證工廠的建材質(zhì)量。在眾多的建材中，鋼材是最常用的工業(yè)廠房，在鋼結(jié)構(gòu)廠房的設(shè)計(jì)中，應(yīng)著重考慮其結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、耐火性、耐腐蝕性等特性，選用較適宜的材料［3］。對于一般的鋼混結(jié)構(gòu)廠房，結(jié)合材質(zhì)的軟性和硬度，降低了材料的不確定性，保證了工廠的工程質(zhì)量。

6.2 改善工業(yè)建筑的防震設(shè)計(jì)

首先，設(shè)計(jì)時(shí)，工業(yè)廠房的設(shè)計(jì)者要對廠房進(jìn)行總體規(guī)劃，明確其具體要求，確保廠房的結(jié)構(gòu)布置合理、科學(xué)，提高設(shè)計(jì)質(zhì)量。在選擇橫梁結(jié)構(gòu)時(shí)，一般要選擇鋼結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)人員應(yīng)充分利用鋼結(jié)構(gòu)的機(jī)械特性，盡量降低受力和荷載的不利影響。

其次，在設(shè)計(jì)時(shí)，要充分考慮橫向結(jié)構(gòu)改變的原則，并對不利因素進(jìn)行合理的控制。在實(shí)際應(yīng)用中，由于建筑內(nèi)部結(jié)構(gòu)的不合理，不能有效地確保結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定與質(zhì)量，因而很容易被外界干擾。

最后，在對地震要素進(jìn)行討論時(shí)，重點(diǎn)關(guān)注外部環(huán)境的影響，并對現(xiàn)存結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)的不當(dāng)之處進(jìn)行修正，選擇合適的確定標(biāo)準(zhǔn)。在采用結(jié)構(gòu)框架時(shí)，要充分考慮鋼結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，合理選用，以增強(qiáng)結(jié)構(gòu)在地震中的可靠度，從而有效地提高其抗震能力［4］。

6.3 廠房建筑防火設(shè)計(jì)的優(yōu)化

在工業(yè)生產(chǎn)中，消防安全的要求是非常高的，而在工業(yè)廠房的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，防火性能的提高是必不可少的。以普通鋼結(jié)構(gòu)工業(yè)廠房為例，其防火性能取決于其材質(zhì)，當(dāng)鋼材在100℃以上時(shí)，其強(qiáng)度明顯下降，塑性增加，工廠結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性下降；在250℃的高溫下，材料的可塑性降低，有可能出現(xiàn)斷裂。如果溫度再升高，就會有很大的變化。針對鋼材自身的特性，設(shè)計(jì)人員應(yīng)針對各種溫度的變化進(jìn)行科學(xué)的研究與分析，制訂合理的防火設(shè)計(jì)方案，嚴(yán)格選擇高強(qiáng)度鋼材，以減少廠房的熱損失，延長其使用壽命，從而有效地保證工業(yè)廠房的安全運(yùn)行，防止火災(zāi)對工業(yè)廠房的影響［5］。

6.4 屋頂支承與屋頂構(gòu)造的最佳化

屋頂支承體系的設(shè)計(jì)要考慮到工廠的高度及其他環(huán)境因素，才能保證結(jié)構(gòu)形式的實(shí)用性和可靠性，同時(shí)，對廠房結(jié)構(gòu)的抗震性能也有一定的認(rèn)識。在屋面結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)中，建筑單位應(yīng)根據(jù)已有的技術(shù)與能力提前進(jìn)行調(diào)研，確定基礎(chǔ)的安裝條件，以達(dá)到較好的防護(hù)效果。在屋頂框架上設(shè)計(jì)弦式天窗時(shí)，應(yīng)把握各支架間的間距，確定水平間距，使其在水平方向與縱向方向的銜接，提高布局的合理性，提高鋼筋的使用率，既能節(jié)省施工費(fèi)用，又能防止因荷載太大引起的層間摩擦，避免對屋面結(jié)構(gòu)造成不良影響。設(shè)計(jì)人員應(yīng)全面考慮，在了解一般屋頂使用鋼材的情況下，再進(jìn)行合理的優(yōu)化以降低鋼材用量，增加各個工序的連續(xù)銜接。在結(jié)構(gòu)初步優(yōu)化設(shè)計(jì)的前提下，實(shí)現(xiàn)了連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，以達(dá)到最小化鋼材用量、最小化鋼鐵用量、合理配置資源、改善工廠結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)質(zhì)量、創(chuàng)造安全和合理的工作環(huán)境、提高廠房利用率等目的［6］。

6.5 其他的優(yōu)化設(shè)計(jì)

目前，在工業(yè)廠房中，鋼鐵建筑是最常見的一種，這樣一來，雖然有很大的優(yōu)勢，但是也有一些弊端。例如，鋼結(jié)構(gòu)長期暴露于自然環(huán)境中，其腐蝕問題就難以避免，這與環(huán)境有直接的關(guān)系。在工業(yè)廠房的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，防銹劑的設(shè)計(jì)與工廠的結(jié)構(gòu)壽命密切相關(guān)，因此，應(yīng)加強(qiáng)對廠房結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員的關(guān)注，采取合理的防銹和防腐蝕措施。例如，可以利用不同的涂料，防止水蒸氣和氧氣進(jìn)入鋼材的表面。為了深入理解鋼結(jié)構(gòu)的腐蝕機(jī)制，要對廠房的溫度、濕度、環(huán)境介質(zhì)的敏感性進(jìn)行深入的分析和討論，進(jìn)而從設(shè)計(jì)的角度來提高其抗腐蝕能力，以保證工廠的結(jié)構(gòu)安全。

7 結(jié)語

綜上所述，在進(jìn)行工業(yè)生產(chǎn)時(shí)，廠房的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是否合理關(guān)系到生產(chǎn)效率和安全性。然而，目前的廠房結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)仍存在著結(jié)構(gòu)同質(zhì)化、空間布局不合理等問題，這既需要廠房的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)時(shí)要確保參數(shù)的精確，又要結(jié)合實(shí)際的工業(yè)生產(chǎn)需要，對廠房的空間布置進(jìn)行合理的規(guī)劃，從整體上兼顧抗震、消防，從經(jīng)濟(jì)、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定等方面提出了改善工業(yè)廠房結(jié)構(gòu)的措施。此外，建筑設(shè)計(jì)人員應(yīng)重視設(shè)計(jì)創(chuàng)新，借鑒先進(jìn)的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)與觀念，改善現(xiàn)有的工廠環(huán)境，以達(dá)到建筑設(shè)計(jì)的經(jīng)濟(jì)效益與空間利用率。