根据某工业厂房的实际情况，在介绍其具体结构选型的基础上，根据建设单位尽可能减少结构用钢量的要求，对厂房结构的一、二次优化设计进行了深入分析，并提出了相应的措施。最后，通过实践得出结论，这种优化设计可以在保证结构稳定性的基础上减少用钢量。所采用的优化设计措施合理可行，值得类似工程借鉴，以提高工业建筑的结构设计和优化水平，满足工业生产和发展的要求。近年来，建设方对工业厂房建筑设计提出的要求不断提高，特别是在经济性方面。为了更好地满足市场的基本要求，设计师需要在设计优化和精细化方面做出足够的努力。然而，不同的工厂之间有很大的差异。在实际工作中，需要根据项目的实际情况采用合适的优化设计方法，以保证优化设计的针对性和有效性。
一、项目概述
某公司设计建造了新厂房，总建筑面积约20,000 m2，五跨，每跨高度不同。长×宽=156m×126m，一至五跨跨度分别为24m、24m、30m、24m、24m，高低跨檐口高度分别为32m、17.6m，构造柱间距为12m。本车间所有吊车工作级别相同，均为A5，车间布局如下:(1)第一跨:吊车吨位50/10t，吊车数量2台，轨距22.5m，轨高12m。(2)第二跨:吊车吨位为16/3.2t和20/5t，吊车数量为1台，轨距为22.5m，高度为12m。(3)第三跨:上层:吊车吨位75/20t，吊车数量1台，轨距28.5m，轨高22.5m；下层:50/10t和32/5t吨位吊车各一台，轨距27m，高度16m。(4)第四跨:吊车吨位16/3.2t和10t，吊车数量1台，轨距22.5m，轨高12m。(5)第五跨:吊车吨位50/10t和30/5t，吊车数量1台，轨距22.5m，轨高16m。厂房设计中，基本风压确定为0.35kN/m2，基本雪压确定为0.40kN/m2，地震加速度按6度设防确定为0.05g。场地特征周期为0.35 s，本文以当前工业厂房为例，对其建筑结构的优化设计做如下深入分析。
二。结构选择
厂房结构型式为钢排架，下柱采用双肢格构柱，截面尺寸为:边柱:(1200×500)mm；；中柱:(1500× 500) mm .上柱采用H型钢，截面尺寸为(600×300)mm，材质为Q235B钢，柱脚插入杯内。厂房屋顶为梯形钢屋架。厂房两跨分别设置柱间支撑，中间每隔48米设置一个柱间支撑。所有柱间支撑均为槽钢。屋顶檩条采用冷弯薄壁型钢。按照连续檩条设计，墙梁也采用冷弯薄壁型钢，但类型与屋面檩条不同。屋顶檩条为Z形，墙梁为C形。除吊车梁采用Q345B钢外，其余均采用Q235B钢。工厂的钢材消耗量可达140公斤/平方米。施工方严格控制了厂房投资，对钢材消耗要求高。基于此，在进行初步方案设计的同时，有必要对结构进行优化。
三。优化设计
1.首次优化
(1)对于排架柱，初步设计方案对应的用钢量约为880t。风荷载作用后，高跨柱顶部位移约为H/437，应力比可达0.93。在优化设计过程中，下柱肢距由最初的1500mm增加到1800mm，钢材由最初的Q235钢更换为Q345钢。此时风荷载作用下的顶部位移将变为H/409，应力比降低到0.74。可以看出，这种优化是从位移控制开始的，所用钢材强度提高后，应力水平并不是很高。本次优化后，用钢量将减少到770t，共减少约110t)对于吊车梁，初步设计方案对应的用钢量约为549t，由于属于初步设计，所以采用标准图集。现在的吊车梁截面优化都是非标准形式的，都是根据实际情况来考虑的。本次优化后，用钢量将减少到504t，共减少45 t. (3)吊车梁轨道，初步设计方案对应的用钢量约为140t，由于需要增加平板车，用钢量增加到152t，共增加12 t..(4)钢轨接头，初步设计方案对应的用钢量约为30t，目前约为33t，共增加3t。(5)T形钢屋架，初步设计方案对应的用钢量约为270t。为了提高其受力水平，将钢材用量从0.90提高到0.95，此时钢材用量将减少到240t，共减少30t。(6)顶板支护，初步设计方案对应的用钢量约为180吨。由于杆件的实际长细比调整到接近设计中规范提出的限值，优化后的用钢量将减少到160吨，共减少20吨。(7)屋面檩条和支撑，初步设计方案用钢量180吨，变化不大。但由于之前没有考虑通风机支架，需要增加吨位在38t左右的通风机支架，所以目前的用钢量增加到了218t。(8)对于墙体檩条和支撑，初步设计方案对应的用钢量约为170吨。在优化设计过程中，风荷载高度系数是分段选取的。优化后，钢材消耗减少到140吨，共减少30吨。(9)雨披梁结构，优化设计中在纵墙两侧安装雨披，增加雨披悬臂长度，将使雨披梁实际用钢量从8t增加到11t，增加了3t。同时，雨蓬檩条和支撑的用钢量将从31.5吨增加到60吨，平台共增加28.5吨(10)，初步设计方案对应的用钢量约为54吨。在原计算过程中，多采用挠度控制法。在这个优化设计过程中，充分考虑了平台梁的合理起拱。以此为基础，钢材消耗将减少到45吨，总共减少9吨。考虑到上述因素，总用钢量将从2797.5吨减少到2638吨，总减少量为159.5吨。
2.二次优化
在二次优化过程中，提出了设备安装涉及的钢材用量，包括通风机支架和吊车轨道。(1)对于排架柱，在本次优化过程中，下柱肢距离进一步从1800mm增加到2000mm，以提高结构刚度，进一步提高结构的整体受力水平。本次优化后，高跨柱顶部实际位移变为H/407，应力比为0.90，风荷载作用后用钢量约为600t。但将柱肢距离增加到2000mm后，虽然会增加基础的成本，但在车间内的使用面积也会有一定程度的减少。(2)对于吊车梁，在优化过程中应力比从0.90提高到0.95-1.00，实现满应力设计。优化后，实际用钢量为460吨。(3)顶板支护，角钢形式改为方钢管。优化设计完成后，用钢量将进一步降至135吨。(4)对于屋面檩条和支撑，本次优化设计过程中采用桁架檩条，构件应力水平提高到0.95-1.00。经过这次优化设计后，用钢量将进一步降低到100吨。(5)雨披檩条，本次优化设计采用桁架檩条，优化设计后用钢量为40t。(6)平台这次没有优化。但由于平台是作为辅助用房使用的，所以可以用其他结构代替钢结构来建造辅助用房。因此，这部分钢材消耗量不能计入实际钢材消耗量统计。综合考虑以上几点，全厂单位面积用钢量可进一步降至101.2kg/m2。
3.优化设计综述
在实际优化设计过程中，为了减少钢材用量，在几个方面采取了有效措施。比如在满足规范要求的基础上，柱和屋面构件采用满应力形式设计；对于大多数支撑构件，长细比采用规范提出的限值；对于国标图集中提出的构件，在优化设计中应进行适当的修改，减少和减薄截面，以保证应力和刚度指标达到规范中提出的限值；此外，与常规情况相比，柱的截面尺寸有所变化。结构设计细化后，可以有效减少用钢量，降低成本。通过上述措施的应用，可能会对未来车间的设计修改和施工过程中的工艺布置产生一定的约束作用。
四。结论
综上所述，为满足建设单位提出的要求，对该厂房工程进行了结构优化设计。经分析，上述优化设计合理可行，满足建设单位减少结构用钢量的要求。所采用的优化设计措施值得类似工程借鉴，相关成功经验不断积累，将为我国工业厂房的建筑设计和优化积累宝贵经验，满足工业生产发展提出的要求。
