工业建筑结构的优化

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一、建筑结构优化方法

1.结构优化模型和方案

建筑工程可以在基础结构方案、屋盖系统方案及围护结构方案三方面对建筑模型进行优化。在选型、受力分析和造价分析相关联的实施过程中，围绕综合目标进行优化，确保刚度达到质量要求，并控制载荷扭转力小于规定数值。通过选择参数、建立函数、约束条件确定的方法来对建筑工程进行结构优化，过程中设计的多个变量和约束条件属于非线性优化。方案完成后，编制对应的运算就可以实现对结果的最终优化。

2.建筑结构优化注意点

（1）要注意前期方案的参与目前，大部分建筑师并不参与前期方案结构设计，对结构合理性和可行性考虑欠妥，给后期设计人为的提高了难度，这就提高了工程的总投资额。在前期就引入结构优化的理念不仅能从全局角度更合理的考虑工程的分布，更能够节省投资，在工程开端有效的进行控制。（2）根据不同建筑工程所在的地质条件和土壤成分选择合适的地基基础结构来设计优化方案。（3）注意细部结构设计的把握。如浇筑的异形板拐角容易产生裂缝，可以划分为矩形板来避免。在钢筋的选择方面，注意极限抗拉力和塑性的要求等。

二、工业建筑设计优化举例

1.电厂煤斗

煤斗属于大型设备，具有体积大、高度高的特点，会产生水平地震作用。对其支承构件造成的附加弯矩、扭矩等内力，则需要相应的计算补偿其附加内力。具体做法为：在设备重心位置增加设置支承结构，降低附加内力；在支承梁杆轴心垂直的方向增设梁结构，使支承梁的扭矩转成为作用于梁上的弯矩。而梁的抗弯能力是非常强的，从而使危险转移；支承结构抗扭配筋加强，楼板强度加强。

2.磨煤机隔振

火电厂的发电离不开将煤炭作为燃料，磨煤机是重要的设备工具。振动程度较大会干扰其他设备的正常运行，尤其是配电装置和发电机组所在的控制室。为了解决这些外界干扰问题，弹性支承系统应运而生。该系统隔振能力较好，使用弹簧隔振器来消除振动的影响效果明显。通过实际证明，磨煤机基础采用弹簧隔振系统后，与常规块式基础相比具有许多优势。（1）采用弹簧隔振系统后，磨煤机基础台座的体积或重量大约只有常规基础块的一半。因而减小了占地空间，有利于工艺布置。（2）采用弹簧隔振系统后，减小了磨煤机产生的振动，减小了磨煤机对周围厂房及工作人员的振动影响。不会有明显的振动传递到主厂房上。基础的隔振效率可达到90%以上，并可降低噪声。另外，由振动引起的锅炉及锅炉内衬的损坏和由于振动而造成的火力发电厂的运行事故也可以避免。（3）由于磨煤机基础台座与锅炉房厂房结构分离，磨煤机基础的施工相对独立，并有很大的灵活性。磨煤机基础的施工可以交叉进行，可以缩短施工周期。（4）简化磨煤机的调平，其基础沉降可以通过弹簧隔振器得到调平。（5）采用弹簧隔振系统后，磨煤机本身所受的动荷载很小，降低了磨煤机的磨损，使磨煤机的运行可靠性提高。同时还可以延长磨煤机的使用寿命，延长磨煤机的大修周期。（6）与常规基础相比，采用弹簧隔振系统后，磨煤机基础的振动具有可控性。采用弹簧隔振基础后，传到基础下面的荷载较小，因而可以减少地基基础的处理费用。

3.吊车水平载荷

很多工厂的生产都需要吊车运送沉重的货物，吊车载荷分为水平和竖直两个方向。SAP2000在结构分析中能够将吊车的水平载荷以等效静载荷的形式施加在排架柱上，竖直载荷则通过移动静载荷方式施加。具体步骤为：纵向水平载荷的标准值确立；横向水平载荷的标准值确立；吊车水平载荷施加；吊车竖向载荷施加；吊车载荷输入。SAP2000中的桥梁模块能够对吊车载荷结构进行整体优化，减少数据计算人员的工作量。提高工作效率，完成优化的设计需要。

三、结语

综上所述，工业建设的结构设计是一项复杂的工作，需要综合考虑各个方面的问题。从原材料的选用、设计的基本要求、设计方案的优化等方面，结合工业建筑的结构特点。不断的优化设计方案，做出更加经济且合理的设计。

本文作者：苏敏崔芳工作单位：北京国内贸易工程设计研究院