刘新尧
山东华鲁恒升集团德化设计研究有限公司山东德州253000
摘要：工业建筑设计中结构安全与建设成本始终贯穿设计过程，如何确保结构安全的前提下降低建设成本是设计人员应重视的问题，设计成品的优劣直接关系到建设成本的高低，工作中不能一味地注重结构安全而刻意增大结构的安全储备，这样会使建设成本大幅增加，同时也不能一味地注重节约建设成本而随意减小结构的安全系数，这样会降低结构的安全性，偶然荷载作用下甚至会造成结构倒塌，造成生命财产损失。本文对工业建筑设计中结构安全与建设成本的关系进行简要分析。
关键词：工业建筑设计；结构安全；建设成本
前言：工业建筑往往体型复杂，结构设计中安全问题应位于首位，随着规范的不断更新，荷载分项系数及相关构件的内力调整系数均作了调整，这些调整均是为了保证结构的安全，提高安全储备，由此可见设计中结构安全的重要性，而提高结构的安全储备往往会采用增大构件截面尺寸、增大配筋率、提高混凝土标号、提高钢材等级等措施，这些措施均会使建设成本增加，影响结构的经济性。工业建筑中结构安全与建设成本相辅相成又相互矛盾，如何确定二者的关系保证安全的前提下节约建设成本是结构设计人员需认真考虑的问题。
一、工程设计中结构安全与建设成本的关系
1、整体设计方案中结构安全与建设成本的关系
工业建筑设计前应先确定结构体系及材料选型，设计方案需设计人员商讨后确定，每种方案对应的结构安全储备是不同的，设计人员建模计算后结构均能达到承载要求，保证结构安全，但不同方案对应的工程造价差距较大，设计人员应对设计方案、工程造价等进行综合性的评估和选择，设计人员应具有创新思路选择合理的设计方案确保结构安全又降低建设成本。
2、基础设计中结构安全与建设成本的关系
工业建筑中塔型设备、储罐设备等较多，为满足生产工艺往往将某些设备置于楼面上，这些设备的荷载较大且存在振动，设备基础及框架基础承载面积较大，持力层不满足承载要求的土层应进行挖除换填，有时甚至需使用桩基础，基础选型前应将各种型式的基础进行经济对比，如将天然地基与复合地基进行对比，将独立基础与桩基础进行对比等，天然地基作为持力层施工难度小、工期短、建设成本低，桩基础需使用专业设备，施工难度大、工期长、建设成本高，各种基础经结构计算后一般均能满足承载要求，保证结构安全，而不同基础型式对应的建设成本不同，设计人员应综合考虑各方面因素，选择合理的基础型式，降低建设成本。
3、单个构件设计中结构安全与建设成本的关系
工业建筑中框架结构梁、柱采用混凝土结构或钢结构，结构设计采用专业的设计软件如PKPM、YJK、3D3S等对结构进行建模分析，对混凝土结构设计人员一般只关心梁柱的配筋率、裂缝宽度、挠度等问题，为了达到承载要求往往刻意增大配筋率或构件截面，对钢结构往往采用增大截面尺寸或提高钢材的材料等级等措施，这些均会造成建设成本增加，设计时应了解相关设计规范中的设计参数，在保证梁柱承载的前提下对混凝土结构及钢结构通过控制配筋率或应力比来保证结构安全且节约成本。
4、钢框架整体设计中结构安全与建设成本的关系
工业建筑中设备布置复杂，造成结构平面及竖向不规则，整体设计时因设计人员有不同的设计思路及设计经验，往往设计过程中带有主观上的判断，无法全面考虑设计中存在的问题，因此结构设计软件计算时往往会出现梁、柱承载力不足或结构侧向位移不满足规范要求、楼层侧向刚度不规则等问题，面对此类问题设计经验不足者往往不知如何调整结构模型，一般只是通过增大梁、柱、支撑的截面尺寸来保证结构的安全，盲目的调整会使工程量增加，加大建设投入，为此，设计人员应从结构整体考虑，调整结构的平立面布置，使结构刚度规则、均匀，减小结构刚心与形心的偏心，加强结构外围梁、柱的刚度，适当减小结构中间梁、柱的刚度等措施，同时应加强结构设计的审核力度，通过专业设计人员的综合探讨排查设计中的问题，保证结构的安全且节约建设成本。
二、提高工业建筑设计中结构安全的具体措施
1、结构设计严格遵守行业标准
工业建筑方面的标准、规范不断更新，同时法律法规也在不断更新。结构设计应与时俱进，企业对建筑设计及施工质量的要求都相应提高，尤其将结构的安全放在首位，设计人员必须遵守当下的行业规范。同时要加强自身专业知识的积累及设计水平的提高，熟悉设计相关的规范、标准，同时增强法律意识，自主学习相关法律法规，从行业规范的角度减少安全问题。
2、加强抗震性能设计
工业建筑体型复杂，地震发生时对结构影响较大，为减小地震损失，设计人员应将抗震设计列为首位，采取措施增强结构的抗震性能，最大限度的减小企业损失，结构设计专业性强、系统性强，考虑的因素较多，设计人员应具有责任意识，设计应精益求精，以近年来地震灾害中体现的问题为研究课题，优化设计方案，提高结构抗震耗能能力，
3、应用专业软件进行结构设计
工业建筑使用专业设计软件进行设计已成为主流，专业软件可提升设计水平，保证结构的安全性。结构设计人员应能熟练的运用软件，利用软件模拟结构整体、检查结构与工艺管线的碰撞问题，通过软件模拟可直观的了解整个建筑模型，提前发现设计漏洞，方便快捷的完成设计修改及优化，提高设计效率。
三、控制工业建筑设计中建设成本的具体措施
1、设计方案合理化
工业建筑因生产工艺的不同结构类型多种多样，设计前结构设计人员应针对设备布置及荷载分布考虑多种设计方案，如采用框架结构还是砖混结构，是采用混凝土结构还是钢结构，基础采用天然地基还是复合地基、桩基础等，这些都需要设计人员及工程造价人员协同考虑，通过建筑结构的经济性对比，选择建设成本较低的设计方案。
2、构件选型合理化
工业建筑设备类型繁多，荷载较大，有时施工场地受限，设计前应根据工艺设计条件对单个设备及支承框架进行计算分析，基础选型时优选天然地基，因开挖方便、施工难度小、施工工期短，投入的人力及机械费用较低，当天然地基不满足设计要求时可考虑复合地基或桩基础，这需要设计人员进行精确的结构计算，出具基础设计方案，选择工程造价低的基础型式。此外，采用结构设计软件对梁、柱、板等进行优化，调整截面配筋率及应力比，在保证结构承载力及安全的前提下，适当放宽设计限值，降低因设计安全系数过大而造成的建设成本过高。
3、框架布局合理化
工业建筑平面及竖向不规则，整体设计时设计人员应全面考虑设计中存在的问题，如周期比、刚度比、承载力之比、层间位移比等，当上述问题不满足规范时应从结构整体考虑，通过调整平立面布置，使结构刚度规则、均匀，减小结构刚心与形心的偏心，同时加强设计审核力度，通过专业设计人员的综合探讨排查设计中存在的问题，保证结构的安全且节约建设成本。
四、结语
工业建筑因工艺布置的不同，结构布置存在明显的差异，设计时应全面考虑造成工程造价增加的因素，以设计规范、标准为设计依据，以设计软件为设计工具，在保证结构安全的前提下，尽量降低建设成本。结构的安全与建设成本越来越受到企业重视，安全事故事关重大，不仅会影响生命财产安全，同时会给企业带来负面影响，在保证结构安全与建筑质量的基础上，力求压缩建设成本，增加企业效益。
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作者简介：刘新尧，男，1984年出生，硕士研究生，一级注册结构工程师。