基于复杂性和安全性的工业建筑结构设计研究

陈野平

摘 要 工业建筑结构设计需兼顾安全性、复杂性、经济性，这使得设计天然存在较高难度。基于此，本文研究将简单总结基于复杂性和安全性的工业建筑结构设计要点，并结合某大跨度厂房实例，深入探讨工业建筑结构的具体设计。

关键词 工业建筑;结构设计;安全性;复杂性

前言

作为较为复杂的综合体，执着单一化设计理念的工业建筑结构设计很容易出现问题，如无法适应智能化发展需要、导致工业生产实际成本上升、引发安全性问题。为提升工业建筑结构设计水平，安全性和复杂性的把握极为关键[1]。

1基于复杂性和安全性的工业建筑结构设计要点

1.1 科学开展结构设计计算

受较为复杂的布置影响，工业建筑结构设计需在结构布置方式优选方面投入精力，以此充分考虑各种可能性，并科学选用结构设计软件，以此开展针对性计算。对于工业建筑结构中常见的楼面设备大开洞，需做好楼板的有限元计算，水平传力计算准确性也不容忽视，如设备震动较大，则需要充分考虑建筑自震周期与设备震动周期的关系，避免共振威胁工业建筑结构安全。

1.2 保证设计图纸的精确性

在绘制施工图纸的过程中，受经验不足等因素影响，一些设计人员很容易出现表达不清晰、疏漏、错误等问题，工业建筑结构很容易因此出现安全隐患，后期施工也可能因此多次返工，如忽视预埋管线和预留孔洞、工艺与结构构件存在冲突。为保证设计图纸的精确性，可引入BIM技术，以此开展可视化的建筑信息图纸打造，精准分析科学规划及相关关系，满足复杂性设计要求。对于工业建筑底部承重结构，以及相关的室内管道穿插，基础梁标高的优化调整极为关键，基于BIM技术管线碰撞功能开展碰撞分析，孔洞预设的科学性也可更好得到保障。此外，还可以采用施工模拟方式，结合各专业图纸，更好规避相关问题。

1.3 提高地基设计的稳定性

工业建筑往往拥有较大的占地面积，这也使得工程的前期投资较大，由此开展的结构设计需充分考虑地质因素影响，包括地下土壤因素、地下水因素、地下岩层变动因素、天气气候等条件。设计过程需综合分析建筑的承重结构，地基设计面临的各类不确定因素必须得到重视，以此辅以详细的勘察，充分了解地貌变化情况、地层相关情况、周围施工环境，同时应用GIS系统与BIM技术，即可实现相关结果的可视化展现，设计优化可由此获得支持。此外，建筑地基部分设计还需要考虑地形地势影响，以此结合工业建筑的抗震能力需要，并考虑使用年限，引入全生命周期设计理念，全面分析工业建筑的报废分析和使用维修。

1.4 针对性开展安全性设计

为保证工业建筑结构设计的安全性，需从技术角度入手，同时综合考虑财力资源、物力资源、人力资源的综合调度，以此在保证工业建筑结构安全性的同时，规避施工成本、施工人员、工期等方面问题。具体实践需从设计标准入手，保证所有人员均基于一个设计标准开展研究，保证相关问题能够及时得到校正。设计人员的培训、企业文化建设和绩效管理、全方面地总结开展同样需要得到重视，以此提高员工的工作责任感和工作水平，打造多层次的复杂架构管理体系，更好满足工业建筑结构设计的安全化、复杂化发展要求。

2工程分析

2.1 工程概况

为提升研究的实践价值，本文以大跨度厂房结构设计作为研究对象，厂房跨度、总建筑面积、屋盖下弦标高分别为16806.5m2、138.6m、63.7m，侧墙柱距、后墙柱距分别为9.8m、9.9m。受较大的跨度影响，厂房下弦设置重量较大的悬挂吊车，空间网架结构方案在屋盖方案选型中优先考虑，以此提升整体刚度与抗震性能、减少用钢量，同时优先选用框架支撑体系作为下部结构。

2.2 基本设计

在屋盖结构体系设计中，工程选择了大门开口边钢桁架与三层斜放四角锥钢网架相结合的方案，同时采用焊接空心球节点，屋盖网架矢高、网格尺寸、下弦标高分别为9.0m、4.95m×4.90m、21.0m。采用四层钢网架作为大门处反梁，总高、大门處下弦标高、节点数量、屋盖杆件数量分别为14.0m、16.0m、2087个、8315根。采用11种圆钢管杆件，从89mm×4.0mm到550mm×32mm，包括Q345直焊管与Q345无缝管;在下部结构体系设计中，采用29根钢骨混凝土柱作为大厅的三边支承柱。包括1.3m×1.3m截面的4根方形现浇混凝土柱（门柱），以及1.3m×1.0m截面的23根矩形现浇混凝土柱（厂房侧柱及后柱）、2根1.3m×1.3m截面的方形现浇钢筋混凝土柱（角柱），同时设钢柱间支撑厂房侧向及后部。由于厂房单边开口且跨度较大，存在不均匀的刚度和质量分别，设计尽可能将刚度中心和结构质量中心靠近，以此对水平抗侧力构件刚度进行调整，结构整体扭转可由此预防，为实现开口边的抗扭刚度增加，设计设置U形混凝土墙筒（400mm）于门柱外侧。

2.3 设计要点

为更好贯彻安全性和复杂性要求，厂房建筑设计开展了针对性的结构分析，主要围绕设计荷载取值、结构静力分析、结构抗风分析、结构模态分析、结构抗震分析、节点分析展开。以设计荷载取值为例，厂房拥有一级的安全等级，以及重点设防类的抗震设防类别，设计使用年限为50年。在具体设计中，屋盖荷载标准值需围绕上弦恒荷载、下弦恒荷载、屋面活荷载入手，分别为0.80kN/m2、吊车轨道自重、0.50kN/m2，同时基本风压、基本雪压分别为0.40kN/m2、0.25kN/m2，地面粗糙度、风振系数分别为B类、1.6。屋盖下弦共轨1台六支点电动悬挂吊车（10t）和2台六支点电动悬挂吊车（5t）。同时考虑±30℃的温度作用，以及7度的抗震设防烈度、0.15g的基本地震加速度值、第二组的设计地震分组、Ⅱ类建筑场地类别，即可更好满足工业建筑的安全性和复杂性要求。

3结束语

综上所述，基于复杂性和安全性的工业建筑结构设计需关注多方面因素影响。在此基础上，本文涉及的保证设计图纸的精确性、提高地基设计的稳定性等内容，则提供了可行性较高的设计路径。为更好保证工业建筑结构设计质量，BIM等新型技术的积极应用必须得到重视。

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.