工业厂房结构设计要点探析

摘 要：工业厂房的建设与普通民用住宅有着很大的不同，工业厂房作为工业生产活动的主要场所，对工业生产活动有着重要影响，其结构设计的要求应以实用性为主，以满足工业生产的需求，近年来，随着我国工业产业的发展与变革，工业厂房的建设理念和结构设计也发生了较大变化，被赋予了全新的科技感和现代感，本文通过剖析工业厂房结构设计的要点，对工业厂房设计中的注意事项、设计原则及各环节设计策略进行了深入探讨，以期为相关设计人员提供参考。

关键词：工业厂房;结构设计;要点分析

随着我国经济的飞速发展，带动了工业产业的转型与变革，工业是我国重要的支柱型产业，工业生产活动的发展直接影响着我国的经济结构与人民生活水平，为了更好的为工业生产活动服务，工业厂房的建设也随着时代的发展不断进行着创新，在工业厂房数量不断增加的当今社会，为了保证工业厂房的建设质量，提升工业厂房的利用率，更好的为工业生产活动提供支持，相关设计人员应不断优化工业厂房的结构设计，根据工业生产活动的实际需求，结合厂房周边环境与地理特征，制定科学合理的设计规划，以确保工业厂房结构设计的质量，提升设计效率，节约设计成本，更好的为工业生产活动提供支持。

一、工业厂房设计中常用的结构

（一）框架结构

框架结构是工业厂房结构设计中比较常用的一种结构方式，框架结构是指使用现浇钢筋混凝土梁和柱，构成工业厂房的承重体系。在框架结构中厂房的墙体作为厂房整体的围护和分隔，不承受重量，墙体一般采用预制的混凝土构件、膨胀珍珠岩、空心砖或陶粒、浮石等材料进行砌筑或装配，这种结构的优势是能够灵活分隔厂房空间，自重轻、承重好，节省建筑材料，提升施工效率，同时具有一定的抗震效果，受外界影响因素较小，因而具有较好的经济与实用价值[1]。

（二）框架+支撑结构

框架与支撑结构的结合也是工业厂房常用的设计形式，框架+支撑结构是将横向的框架结构设计为刚接形式，而纵向框架设计为柱支撑形式，通过立柱之间的相互支撑传递水平作用力，这種结构的优势是成本较低，利润空间较大，但缺点是柱支撑会给厂房空间造成影响，占用较多面积，因此这种结构的使用具有一定的限制，需要结合厂房的实际情况，一般对横向长度较短而纵向长度较长的厂房结构比较适合。

（三）混合结构

混合结构是将钢结构与支撑结构两种结构形式结合来进行工业厂房的设计，其设计将框架结构的纵向支撑改为钢结构与支撑结构相结合的设计形式，通过两者的共同作用承载这个厂房结构的荷载，这种结构的优点是可以有效降低厂房支柱的纵向弯矩，提升厂房结构整体的稳定性，充分发挥钢结构与支撑结构的作用，确保结构间的协调承重，保障工业厂房的坚固耐用。

二、工业厂房结构设计的基本原则

（一）简约性原则

工业厂房的建设与居民住宅有着很大差异，其设计原则应围绕工业生产活动的实际需求展开。因此，外观设计以简约为主，避免过于复杂华丽的外观设计，控制对工业厂房外部建设的预算，减少过于繁复的设计对厂房内部面积的占用，提升空间的利用率，确保厂房建设完毕投入使用时有足够的空间用于生产设备的安装及行政、办公、后期等部门的合理分割，内部设计上应注重格局划分的合理性，避免使用过于复杂的设计方式，减少内部隔断等设计造成的空间浪费，最大限度提升厂房内部的实际使用面积，为后期投产使用提供便利。

（二）实用性原则

实用性原则是工业厂房结构设计的核心原则，工业厂房作为从事生产活动的场所，其结构设计应当为生产活动服务。因此，设计人员在进行工业厂房的结构设计工作时，应充分考虑后期的生产活动，避免过于复杂、华而不实的设计，对工业厂房的实际用途、周边环境及内部构造综合考量，确保厂房设计能够满足生产活动的需要。

（三）安全稳定性原则

工业生产活动大都需要安装大型机械设备，因此对厂房结构的安全稳定性具有较高要求，尤其是针对多层厂房，其结构设计更应充分考虑内部结构的稳定，要确保结构的设计能够承载大型设备的集中运转，保障生产活动的顺利开展。

（四）隔音性原则

前文提到，工业厂房在投入使用后需要承载大型机械设备的运作。因此，必然会产生噪音的情况，所以隔音性原则也是工业厂房结构设计所必须考虑的因素，一般的工业厂房大多建设在城郊或远离闹市的乡镇，但即便如此还是不能忽视声音污染给周边居民带来的影响，应通过科学的隔音设计减少机械运转给周边居民带来的影响，以确保工业生产活动的顺利进行[2]。

三、工业厂房结构设计的注意事项

（一）注重工业生产活动与结构设计相结合

工业厂房的设计是为工业生产活动提供便利。因此，在进行工业厂房设计时，应注重工业生产活动与结构设计的协调性，在进行结构设计前，应充分了解工业厂房的具体用途，工业厂房的设计应满足生产活动的需求，对厂房内部结构进行系统全面的规划设计，为机械设备的安装、管道的铺设预留足够空间，同时对厂房结构进行荷载测试，确保厂房的结构设计能够满足生产活动的实际需求，避免因缺乏规划而导致的空间浪费，为工业生产活动带来不利影响;另外在厂房结构设计工作开始前，应要求生产方提供生产工艺流程图，在熟悉生产方作业方式后进行内部结构的设计，尤其是针对一些特殊器械或大型器械，更应明确生产工艺与流程，以此为基础进行厂房结构设计，才能充分发挥其作用。

（二）注重工业厂房的结构计算问题

目前我国大部分的厂房结构设计计算都是通过计算机技术来完成的，计算机技术在结构设计计算中具有明显的优势，其计算速度快、效率高且计算准确性高，能够很好地辅助厂房设计人员的工作，将厂房设计的结构性进行优化，提供行之有效的设计方案，同时通过进行结构计算，可以有效控制设计及建设成本，满足工业厂房设计的经济性与科学性要求[3]。当然计算机技术不能完全代替人的设计思维，在利用计算机技术进行结构计算时，相关设计人员应注重对计算结果的审查和验算，对结构设计不合理的部分及时进行修改，不断优化设计方案，减少结构设计中的错漏及隐患，确保厂房设计的整体性能符合需求，以便于后期的投产使用。

四、工业厂房结构设计中需要重点解决的问题

（一）电梯间的设计

在工业厂房的实际使用过程中，货物与机械设备的运输是非常重要的一环，直接影响着生产活动的效率，在工业厂房的设计中应充分考虑运输系统的建设，一般来说电梯是负责竖向运输的主要设备，因此在电梯间的设计上应当充分考虑其实用性，在工业厂房常用的钢筋混凝土结构中，对电梯井筒的结构设计要求较多，不合理的设计容易造成整个厂房的偏移，因此在进行厂房电梯间设计时，应尽量避免将电梯间设计在厂房的边角部位，以免影响整个厂房结构的稳定性，如一定要建在这些地方，则需要对电梯间周边框架结构进行加强。

（二）注重纵横方向的整体结构

工业厂房的结构设计，应当充分考虑纵横方向框架结构的稳定及对称，对厂房整体结构进行准确测量，确保纵横方向的框架结构周期在规划范围内，一般情况下，工业厂房的面积相对较大，其两端跨度也相对较大，因此设计人员应当对整个厂房的结构进行科学的规划和测量，充分考虑跨度问题，合理设计梁柱支撑的位置和数量，以提升厂房结构的稳定及抗震性能。

（三）科学设置结构缝

因为工业厂房的面积相对较大，其跨度较长，纵横方向的长度也相对较长，因此需要进行科学的结构缝设置，适当增加结构缝可以提高厂房结构的抗震性能，但是对结构缝的设置需要经过严格的测量和布置，不能盲目通过增设结构缝来追求抗震的目的，这样做反而有可能起到反作用。在实际的设计和施工作业中，也可采取每隔40米设置一条后浇带的设计方法，后浇带宽度一般在0.8～1.4m之间。同时也应避免将结构缝设置在对结构承重影响较大的区域，另外结构缝的设计还应充分考虑室内温度及通风情况，可通过增设保温隔热材料，提升工业厂房整体的性能[4]。

五、如何通过优化工业厂房的结构设计提升其整体质量

近年来，随着工业厂房建设数量的不断增加， 相关设计人员一直在追求不断提升整体结构设计的优化性，以提高工业厂房整体的质量及实用性能。無论是从对工业厂房设计规划的精密测量，还是消防、抗震性能，再到整体建材的选择和人员的技术水平，都在不断寻求着更优的技术与手段。针对工业厂房的结构设计优化，可以从以下方面入手：

（一）提升整体结构测量计算的准确度

工业厂房的结构设计，牵涉到的测量计算问题较多，其准确性会直接影响厂房整体的安全性和稳定性，而提升厂房结构测量计算的准确性，对提升厂房整体的质量具有相当重要的意义，因此相关设计人员在进行厂房整体结构设计时，应注重对厂房空间进行详细准确的测量，结合工厂实际的生产活动内容对厂房纵横长度、内部结构特点、周边环境、局部及设备摆放等环节进行科学计算，不断提升其测量和计算的准确度，才能保证厂房整体结构设计的科学合理性。

（二）提升消防系统设计

防火设计是工业厂房结构设计的重要内容，对厂房整体的安全性有着极其重要的作用，要优化工业厂房结构设计，应当不断提升对防火设备设计的科学性，通过合理使用防火涂料在建筑结构表面进行喷射，提升耐火性能，使用抗高温、隔热的建筑材料进行厂房内部结构的设计，尤其是针对以钢结构为主的厂房结构，可以使用混凝土包裹的方式进行防火处理，提升厂房结构的耐火性能，确保厂房结构设计的安全性能。

（三）提高抗震系统设计

工业厂房的抗震性能，是工业厂房结构设计的重要内容。厂房的抗震性能，直接决定着其稳定性与抗震功能，尤其是针对钢结构的工业厂房，其抗震系统的设计更为重要。要提升工业厂房的抗震性能，设计人员应注意在厂房的设计中做好系统科学的结构布置，合理设置地震缝，结合厂房内部空间结构确保钢结构连接的稳固性，充分发挥结构设计的优势与功能，提升厂房结构对地震的抵抗能力，同时减少因地震作用而造成的坍塌危险[5]。

（四）提升建筑材料的质量

建筑材料的选择直接关系着工业厂房的整体质量，因此针对工业厂房的建筑施工工作，应注重对建筑材料的选择，以工业厂房的内部机构与实际情况为基础，参考工业厂房的使用用途，做好建筑材料的选择，所有材料应确保符合国家质量及安全标准，同时具有良好的稳定性，材料选择应注重隔热耐用，绿色环保，尤其是主体结构材料的选择，应认真进行把控，选择质量上乘、坚固耐用的构件材料，确保建材的选择符合工业厂房设计的实际需求，同时提升厂房结构的安全稳定性。

（五）提升厂房主体结构的设计质量

工业厂房的主体结构支撑设计，是整个工业厂房结构设计的核心，主体结构对工业厂房的作用，就如同骨骼之于人体，其结构设计的质量直接关系着厂房整体的坚固及稳定，要提升工业厂房主体结构的设计，需要综合考虑多个因素，结合厂房的实际情况与作业需求，做好系统科学的布置工作，在具体的实施上，可以从以下方面入手：

1、优化水平方向的支撑结构，针对厂房水平方向的空间进行科学计算，合理测量，选择适合的支撑结构进行设计，结合厂房实际用途，确保水平支撑结构的稳定及标准;

2、优化竖向直的支撑结构，针对厂房垂直方向的空间进行合理布置、科学计算，尤其是针对多层厂房结构，应注意对电梯间的设计，确保竖向布置的准确性，尽量避免将电梯间设计在垂直方向的边角地带，针对一些特殊情况，可对结构竖向的边角进行加固处理;

3、优化吊车梁支撑结构，吊车梁支撑结构的设计，也是工业厂房整体设计中不可忽视的一环，相关设计人员应注重对吊车梁结构的布置，选择安全耐用的材料进行施工作业，确保吊车梁支撑结构的设计可以满足日常工业厂房生产活动的需求，坚固耐用不易损坏，减少因结构设计不合理而导致的安全隐患的发生[6]。

（六）其他注意事项

钢结构支撑是工业厂房结构设计中的常用受力体系，钢结构主要是以网架、空间架及轻型钢等材料构成，在实际的施工作业中，如钢结构支撑悬挂荷载较大时，一般会使用网架结构来降低建筑承载，因此在进行工业厂房的结构设计时，相关设计人员应充分考虑工业厂房的实际情况及生产活动要求，以确定最适合的支撑结构。

另一方面，在进行工业厂房结构设计时，设计人员在基于工业厂房的实际情况确定支撑结构后，应注意确保材料的选择能够满足支撑结构的使用需求，选择符合国家规定及计算要求的材料。例如可以通过无缝钢管或焊接钢管确保支撑结构的质量，尤其是无缝钢管由于其本身内部是中空结构，通过这个结构通道可以确保流体的稳定输送。并且无缝钢管具有重量轻、稳定性高且成本适中的優点，因此如工业厂房支撑结构经过结构计算，满足使用无缝钢管的条件，可以优先选择使用无缝钢管。针对工业厂房的特点，应灵活进行设计方案的选择，确保做选择的支撑结构满足工业厂房的实际需求，同时兼具实用性与经济性。

六、结语

工业厂房的结构设计需要充分考虑工业厂房的实际情况与工业生产活动，同时结合工业厂房的周边环境、气候及温度等情况进行综合性的考虑，同时相关设计人员需要不断优化对整体结构性能及建筑材料的选择，强化科学严谨的结构测量和计算，将工业厂房的结构设计与现代化的设计理念相结合，打造兼具实用性与经济性的工业厂房结构设计，为工业生产活动的顺利开展奠定基础。

参考文献：

[1]单慧敏.单层多跨钢结构厂房的结构设计及地震作用的研究[J].工程技术研究，2017.（1）：204+208.

[2]宋伟. 工业厂房结构设计要点探析[J]. 工程技术研究， 2017（10）：217-217.

常有. 多层钢结构工业厂房结构设计分析[J]. 江西建材， 2017（5）：36-37.

[3]付珊. 工业厂房结构设计中钢结构设计要点分析[J]. 科技创新与应用， 2017（33）：101-102.

[4]吴楚卿. 钢结构设计在工业厂房结构设计中的应用探讨[J]. 中国新技术新产品， 2018（8）：80-81.

[5]王新超. 工业厂房钢结构设计现状及改进措施[J]. 住宅与房地产， 2017（05）：107.

[6]魏亚超. 浅谈超高层建筑结构设计的关键性问题[J]. 建材与装饰， 2018， No.531（22）：121.

作者简介：严洁松 ，女，汉族，江苏无锡，197807，中国中轻国际工程有限公司，国家一级注册结构工程师，高级工程师，大学本科，从事结构设计。 中国中轻国际有限公司