随着国民经济的增长和工业企业的快速发展，钢结构的用量越来越大。随着工艺条件的不断改进和技术的加速创新，大型承重设备支撑体系的方案多种多样，不同设计单位设计的钢结构支撑形式和思路各不相同，暴露了方案设计中的诸多缺点和不足。钢构件的截面形式主要有H型钢、箱型钢、T型钢和组合截面形式，钢强度高，与混凝土构件相比，截面稳定性差。不同的截面布置形式，抗扭、抗弯性能不同。因此，设计人员应与工艺人员充分协调沟通，优化工艺设备布局，主要包括：支撑系统底层布置重型设备，调整工艺管道和设备布局，尽量保持框架承重系统整体统一，优化各部件，协调内力和变形，减少应力突变；充分发挥承重部件和结构的最佳应力状态，提高结构的延展性和完整性，提高结构的整体刚度和施工抗倾覆能力；调整平面布局，最大限度地重叠结构平面质量中心和外力中心，减少偏心，防止外力影响，扭转结构。结构承载系统的优化必须以简单的形式标记结构承载荷载和相应的内部应力现象。因此，通过研究结构体系的承载部分、结构的整体布局、材料强度的应用、结构特点、地理环境等设计要素，优化结构方案体系具有现实意义。

优化承重结构体系方案的思路

1.底层布置重型设备的支撑框架形式优化思路

对于支撑系统框架和重型设备支撑，设备荷载和地板质量最大，承重层以上多层仅为操作维护荷载，质量较小，上下质量差异较大。外荷载主要集中在承重层，地层水平地震的上下分布极为不均匀。为满足框架地板抗剪承载力不突变和结构要求，上下垂直抗侧力构件截面尺寸偏差不宜过大，否则不能满足《结构抗震设计规范》中的结构体系规则要求[4]。对于其他承载水平力较轻、维护操作层柱截面尺寸较大的，造成材料成本浪费。目前，要打破常规设计理念，满足大震不倒的理念；增强承重支点以下的抗侧刚度；保证结构体系的整体抗倾覆扭矩；满足承重部件的弹性承载力要求；使操作维护层的部分构件塑性变形，满足使用要求。具体优化思路包括：由于承重层梁柱节点框架梁截面尺寸大，梁线刚度远大于柱，不能满足强柱弱梁的要求[5]。在巨大的水平力作用下，柱端容易发生塑性变形和屈服，导致整体结构倾覆。以承重层为分界面，上下采用两种结构体系模式，承重层框架梁采用梁贯通形式，上层为楼层维护荷载，各层质量均匀，无质量突变，采用框架结构体系。下部为主要承重抗侧力系统，质量主要集中在承重层上。下部采用框架支撑结构系统，垂直构件不符合抗侧力方向。这种混合结构模式增加了主要承重部位垂直构件的截面尺寸，降低了次要操作层构件的截面尺寸，不仅节约了钢材，而且降低了工程成本，施工安装方便，对承重系统的优化具有参考意义。

2.结构楼层平面体系和选材优化思路

室外露天工业承重结构体系的楼层大多采用钢格栅板，忽略了地面次梁平面外的约束。满足工艺设备布置和维护操作的要求，尽量简化次梁布置，设置地面水平斜支撑，增加地面刚度，节约钢材。改变相邻楼层次梁的布置方向，适当增加垂直于大跨度次梁之间的短次梁，调整楼层刚度，节约资源。一般来说，楼层次梁之间的距离应为2～2.5m布置，比较经济。结构构件的设计本质是构件材料的组合和选择，充分利用材料的应力性能和截面属性。Q235、Q355等不同强度等级的钢结合较多[6]。一般来说，对结构构件强度要求高、稳定性要求低的部位应选用Q355；对于稳定性要求高、强度要求低的部位，应选用Q235材料。钢结构承重系统的次要构件，一般以Q235钢为主。结构体系优化的本质是使各构件的布局满足各方向外力的明确传递方式，减少外力传递方式，减少力传递的弯路；通过软件的反复试验，使各结构构件的应力变形合理平衡；最终使结构体系安全、经济、美观、可靠、合理，降低工程成本，节约钢材。