工業(yè)建筑結構的優(yōu)化

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一、建筑結構優(yōu)化方法

1.結構優(yōu)化模型和方案

建筑工程可以在基礎結構方案、屋蓋系統(tǒng)方案及圍護結構方案三方面對建筑模型進行優(yōu)化。在選型、受力分析和造價分析相關聯(lián)的實施過程中，圍繞綜合目標進行優(yōu)化，確保剛度達到質(zhì)量要求，并控制載荷扭轉力小于規(guī)定數(shù)值。通過選擇參數(shù)、建立函數(shù)、約束條件確定的方法來對建筑工程進行結構優(yōu)化，過程中設計的多個變量和約束條件屬于非線性優(yōu)化。方案完成后，編制對應的運算就可以實現(xiàn)對結果的最終優(yōu)化。

2.建筑結構優(yōu)化注意點

（1）要注意前期方案的參與目前，大部分建筑師并不參與前期方案結構設計，對結構合理性和可行性考慮欠妥，給后期設計人為的提高了難度，這就提高了工程的總投資額。在前期就引入結構優(yōu)化的理念不僅能從全局角度更合理的考慮工程的分布，更能夠節(jié)省投資，在工程開端有效的進行控制。（2）根據(jù)不同建筑工程所在的地質(zhì)條件和土壤成分選擇合適的地基基礎結構來設計優(yōu)化方案。（3）注意細部結構設計的把握。如澆筑的異形板拐角容易產(chǎn)生裂縫，可以劃分為矩形板來避免。在鋼筋的選擇方面，注意極限抗拉力和塑性的要求等。

二、工業(yè)建筑設計優(yōu)化舉例

1.電廠煤斗

煤斗屬于大型設備，具有體積大、高度高的特點，會產(chǎn)生水平地震作用。對其支承構件造成的附加彎矩、扭矩等內(nèi)力，則需要相應的計算補償其附加內(nèi)力。具體做法為：在設備重心位置增加設置支承結構，降低附加內(nèi)力；在支承梁桿軸心垂直的方向增設梁結構，使支承梁的扭矩轉成為作用于梁上的彎矩。而梁的抗彎能力是非常強的，從而使危險轉移；支承結構抗扭配筋加強，樓板強度加強。

2.磨煤機隔振

火電廠的發(fā)電離不開將煤炭作為燃料，磨煤機是重要的設備工具。振動程度較大會干擾其他設備的正常運行，尤其是配電裝置和發(fā)電機組所在的控制室。為了解決這些外界干擾問題，彈性支承系統(tǒng)應運而生。該系統(tǒng)隔振能力較好，使用彈簧隔振器來消除振動的影響效果明顯。通過實際證明，磨煤機基礎采用彈簧隔振系統(tǒng)后，與常規(guī)塊式基礎相比具有許多優(yōu)勢。（1）采用彈簧隔振系統(tǒng)后，磨煤機基礎臺座的體積或重量大約只有常規(guī)基礎塊的一半。因而減小了占地空間，有利于工藝布置。（2）采用彈簧隔振系統(tǒng)后，減小了磨煤機產(chǎn)生的振動，減小了磨煤機對周圍廠房及工作人員的振動影響。不會有明顯的振動傳遞到主廠房上?；A的隔振效率可達到90%以上，并可降低噪聲。另外，由振動引起的鍋爐及鍋爐內(nèi)襯的損壞和由于振動而造成的火力發(fā)電廠的運行事故也可以避免。（3）由于磨煤機基礎臺座與鍋爐房廠房結構分離，磨煤機基礎的施工相對獨立，并有很大的靈活性。磨煤機基礎的施工可以交叉進行，可以縮短施工周期。（4）簡化磨煤機的調(diào)平，其基礎沉降可以通過彈簧隔振器得到調(diào)平。（5）采用彈簧隔振系統(tǒng)后，磨煤機本身所受的動荷載很小，降低了磨煤機的磨損，使磨煤機的運行可靠性提高。同時還可以延長磨煤機的使用壽命，延長磨煤機的大修周期。（6）與常規(guī)基礎相比，采用彈簧隔振系統(tǒng)后，磨煤機基礎的振動具有可控性。采用彈簧隔振基礎后，傳到基礎下面的荷載較小，因而可以減少地基基礎的處理費用。

3.吊車水平載荷

很多工廠的生產(chǎn)都需要吊車運送沉重的貨物，吊車載荷分為水平和豎直兩個方向。SAP2000在結構分析中能夠?qū)⒌踯嚨乃捷d荷以等效靜載荷的形式施加在排架柱上，豎直載荷則通過移動靜載荷方式施加。具體步驟為：縱向水平載荷的標準值確立；橫向水平載荷的標準值確立；吊車水平載荷施加；吊車豎向載荷施加；吊車載荷輸入。SAP2000中的橋梁模塊能夠?qū)Φ踯囕d荷結構進行整體優(yōu)化，減少數(shù)據(jù)計算人員的工作量。提高工作效率，完成優(yōu)化的設計需要。

三、結語

綜上所述，工業(yè)建設的結構設計是一項復雜的工作，需要綜合考慮各個方面的問題。從原材料的選用、設計的基本要求、設計方案的優(yōu)化等方面，結合工業(yè)建筑的結構特點。不斷的優(yōu)化設計方案，做出更加經(jīng)濟且合理的設計。

本文作者：蘇敏崔芳工作單位：北京國內(nèi)貿(mào)易工程設計研究院