工业建筑结构设计选型发展趋势

关键词：工业项目； 绿色建造； 海外； 工业建筑； 属地化； 结构设计选型；

近年来，受国家政策导向，我国的建筑行业及工业工程行业均向"绿色、低碳、智能"方向发展；随着"一带一路"政策的深入落实，越来越多的中国工业企业开始落户海外，越来越多的中国工程企业参与到国际工业工程项目的竞争中。

从绿色建造角度讲，"四节一环保"基本覆盖了项目"设计+施工+运营"的全生命周期。根据当前工业项目结构设计现状及建筑行业的技术状况，工业项目在设计初期就应从结构设计选型着手向绿色建造方向发展。

随着我国劳动力老龄化、工资持续增高等一系列劳工问题的凸显，要在国际市场上解决此类劳动力问题，海外项目必将落实属地化实施，而结构设计选型直接决定了项目实施的难易程度，是属地化实施的根本。

文章结合建筑行业的技术特点，从当前工业建筑的设计选型分析着手，论述工业建筑结构选型的趋势。

工业建筑是指从事工业生产和为生产服务的各类建筑物、构筑物，是根据生产工艺流程和机械设备的要求而设计的。工业建筑按其功能分为生产车间、辅助车间、动力车间、仓储建筑、其他建筑等五大类。

1.1 生产车间

生产车间是工业项目的核心，是指为进行产品备料、加工、装配等主要工艺流程和机械设备而设的设备基础、建（构）筑物等。

在常规设计中，厂房等建筑物一般以单层（或多层、混合层次）现浇框架结构、筒仓结构、剪力墙结构、钢结构等为主。

1.2 其他车间

其他车间主要是指辅助车间、动力车间、仓储车间和其他建筑等。

1）辅助车间：为生产车间服务的厂房，如修理车间、工具车间；通常为现浇框架结构+砌体维护结构。

2）动力车间：为全厂提供能源的厂房，如发电站、变电所、锅炉房等；通常为框架结构+砌体维护结构、水池、廊道等。

3）仓储车间：原材料、半成品、成品等的仓储房屋；通常为现浇框架结构+维护结构。

4）其他建筑：通常指水泵房、污水处理等建筑；常规以池体剪力墙结构形式为主。

总之，受主工艺及主机设备特点的限制，工业建筑的结构形式具有复杂性和多样性，通用性相对较差。但总体来说，以单层、多层或混合层次现浇框架结构为主，同时也存在池体（廊道）、筒仓、剪力墙结构。而在维护结构中又以砌体结构为主。

绿色建造"四新一环保"的重点在节材、节地、节水、节能及环保等五个方面，因此在结构设计选型阶段即应进行考虑，将重点放在节料和节能设计方面；为提升海外项目属地化实施率，在结构设计选型阶段应将重点放在简化施工难度和降低劳动消耗率方面。

2.1 当前建筑行业的新型技术

2.1.1 型钢混凝土组合结构

型钢混凝土组合结构的优点：

1）相较于混凝土结构而言，设计上不受含筋率限制，刚度和承载力高，延性好。一般其承载力高于同尺寸钢筋混凝土构件一倍以上，较普通钢筋混凝土结构具有更好的抗震性能。

2）由于承载力的提高，型钢混凝土结构的截面相对较小，可在一定程度上增大结构的跨度，利于满足生产操作的空间要求。

3）由于是钢结构与型钢共同作用，相较于普通钢结构节约50%的用钢量。

4）型钢混凝土结构不必等待混凝土达到一定的强度即可施工上一层，易于缩短施工周期，宜于安装工作尽早开展。

5）施工更简单，易于实现本土化作业，减少劳动力投入，节约成本。

2.1.2 泡沫混凝土技术

泡沫混凝土属于一种节能材料，相较于普通砌体，其阻热系数约为普通砌体的3倍，其优势主要如下：

1）保温节能效果突出，在一定程度上可减少工程量，节约费用。

2）降低建筑永久荷载，利于优化设计工程量。

3）免抹灰，可直接进行腻子找平作业，进而降低整体施工成本。

4）实现劳动力资源的扁平化配置，减少项目劳动力投入批次及费用。

5）提升模板等定型材料的周转次数。

2.1.3 装配式技术

预制、组配式结构应根据工业工程的特点及所在国的装备特点因地制宜加以考虑，文章所述装配式技术不同于传统所述， 而是重点从集成化、模块化方面进行探究。如用模块化装箱式建筑、新型节能房屋等替代传统建筑。其主要优点如下：

1）能够大幅度减少单体项目的建设周期。

2）去除传统建筑物设计中的各种规范性限制，从根本上实现设计优化。

3）通过结构形式的更改能够提升项目的整体劳动生产率。

2.2 工业建筑设计选型趋势

2.2.1 生产车间结构

在工业建筑中，多层或者混合层次的生产车间结构可逐步向钢+混凝土的组合结构方向发展，逐步替代传统的现浇钢筋混凝土结构，如水泥工业项目的预热器结构。而对于大型设备厂房，由于其主要受机械设备特点制约，目前变化不大。应逐步采用泡沫混凝土技术替代传统的砌体结构。

2.2.2 其他几大类型建筑

单层厂房结构选型应按如下方式进行区分：

1）对于大跨度单层厂房结构，传统上采用现浇混凝土+砌体结构，可重点对砌体维护结构进行变革，用泡沫混凝土替代传统砌体结构。

2）对于跨度、面积均较小且上部无较大载荷的结构，如供配电室、控制室等，可用模块化装箱式建筑、新型节能房屋等替代传统结构类型。

综上所述，钢+混凝土组合结构、模块化装箱式建筑、新型节能房屋以及泡沫混凝土均应是今后工业项目结构设计选型的发展方向。在不同的工业建筑中， 根据单体项目的特点合理地进行结构选型，即能将工业建筑"绿色化",也能够大幅度缩短工程建造周期、降低劳动力投入，推动国际工程向属地化实施迈进。

文献来源：孙小永，杨栋，顾进军，陶瑛，王彬。工业建筑结构设计选型发展趋势[J].河南建材，2019（04）：2-3