工業(yè)廠房結(jié)構(gòu)設(shè)計要點分析

■李子良 ■鶴山市友信建筑設(shè)計有限公司，廣東 鶴山 529700

在工業(yè)廠房設(shè)計時，選擇鋼結(jié)構(gòu)可以有效提高建筑結(jié)構(gòu)的性能，降低其建筑造價，因而在我國目前的應用中非常廣泛，實際應用效果也很不錯。采用輕鋼結(jié)構(gòu)工業(yè)廠房設(shè)計的優(yōu)點包括能夠有效提高結(jié)構(gòu)的抗震性能、加快工程施工進度、增大建筑物的可用空間等，相比于傳統(tǒng)鋼結(jié)構(gòu)，更能符合工業(yè)廠房的要求。

1 工業(yè)廠房結(jié)構(gòu)布置中需要考慮的問題

1.1 合理布置電梯間

在很多的多層工業(yè)廠房結(jié)構(gòu)中，實際使用時會涉及到很多貨物和機械設(shè)備的運輸，對于運輸系統(tǒng)就提出了較高的要求，一般負責豎向運輸?shù)氖请娞荨ｄ摻罨炷两Y(jié)構(gòu)中對電梯井筒的剛度要求很高，其設(shè)置容易導致整個建筑產(chǎn)生偏心的問題。一般在空間設(shè)計時，應盡量避免將電梯設(shè)計在結(jié)構(gòu)的端、角等部位，如果不可避免要設(shè)置在這些地方的時候，需要對其周邊的框架和樓板體系進行一些結(jié)構(gòu)上的加強設(shè)施。

1.2 合理控制縱、橫向框架周期

在進行工業(yè)廠房的結(jié)構(gòu)設(shè)計時，需要仔細控制好其縱、橫方向的框架的周期在允許范圍內(nèi)。在進行廠房建設(shè)時，要認真考慮好其跨度的問題，一般廠房建筑都有比較大的跨度，布置的梁和柱等構(gòu)件的數(shù)量都比較少。但有時也會用到柱距比較小的設(shè)計，其數(shù)量就相應地會增多，此時應當對其橫向周期進行有效控制，以提高建筑結(jié)構(gòu)的合理性和其抗震性能。

1.3 地震縫的合理設(shè)置

很多廠房結(jié)構(gòu)都比較長，需要設(shè)置一些結(jié)構(gòu)縫，但是在地震發(fā)生頻率較高的區(qū)域應當控制地震縫的合理設(shè)置，不應當通過盲目增設(shè)地震縫來尋求達到抗震的目的，對很長的廠房減少地震縫的設(shè)置實際上是可以提高其抗震效果的。在設(shè)計和施工過程中，可以采取每隔40m 設(shè)置寬度為1.4m 的后澆帶一道，需要注意的是，后澆帶應當設(shè)置在對結(jié)構(gòu)受力影響較小的部位。對溫度比較敏感的部位，需要適當提高其配筋率。另外，還需要適當?shù)夭贾靡恍┘芸諏樱黾游菝嫱L效果，或者將屋面的保溫板加厚提高其隔熱效率，以提高建筑的設(shè)計效率。

2 工業(yè)廠房設(shè)計常用結(jié)構(gòu)體系簡析

2.1 純框架結(jié)構(gòu)

工業(yè)廠房建筑中應用的比較多的一種純框架結(jié)構(gòu)的形式是將廠房在橫向和縱向兩個方向的框架都設(shè)計成剛接形式，而不是采用柱間支撐的形式。這種結(jié)構(gòu)體體其建筑空間的穩(wěn)定性比較好，受外界因素影響比較小，但是注意柱子的形式不能采用一般的工字型柱，可以設(shè)計為箱型截面的柱體，使得柱子在兩個方向上具有比較接近的慣性矩。

2.2 框架-支撐體系

一種應用比較普遍的框架-支撐體系是將橫向上的框架結(jié)構(gòu)設(shè)計為剛接的形式，而縱向的框架則采用柱支撐系統(tǒng)，通過柱間相互支撐來消除水平方向上的作用力。這這結(jié)構(gòu)形式可以有效地降低建筑物的造價水平，但是柱支撐會影響到建筑空間的使用，使用范圍有比較大的限制，通常更加適用于橫短縱長的廠房結(jié)構(gòu)形式。

2.3 混合體系

這種混合體系采用的是將鋼架和支撐兩種形式相互結(jié)合的方式進行設(shè)計，主要將純框架結(jié)構(gòu)的縱向改為將支撐系統(tǒng)和鋼架兩者相結(jié)合的混合形式，共同作用來承載水平荷載。混合體系能夠使得柱子的縱向彎矩可以有效降低，同時對于露面剛度的要求也比較高，以提高柱子相互之間的協(xié)調(diào)性，充分發(fā)揮出柱間支撐在整個體系中所起到的作用。

3 工業(yè)廠房結(jié)構(gòu)設(shè)計注意事項

3.1 結(jié)構(gòu)布置與生產(chǎn)工藝要協(xié)調(diào)

廠房的設(shè)計主要是為了工業(yè)生產(chǎn)而進行服務(wù)，其結(jié)構(gòu)設(shè)計中考慮的問題都應當結(jié)合具體廠房的用途、生產(chǎn)工藝等的要求考慮進去，以發(fā)揮出生產(chǎn)工藝的能力。由于設(shè)計人員通常對于生產(chǎn)工藝的具體內(nèi)容并不是很熟悉，在進行結(jié)構(gòu)設(shè)計時很容易忽略一些工藝上的具體要求，如框架梁上開洞位置的合理選取，設(shè)計時常常容易考慮其受力的合理性來選擇位置，然而實際生產(chǎn)工藝的要求卻往往與此不同，又如設(shè)計中常常出現(xiàn)把需要沿梁方向布置的荷載設(shè)計在了跨中位置等問題。因此我們最好在工藝布置圖的基礎(chǔ)上，特別是有特殊器械工藝要求的廠房，我們必須要求甲方提供正確的工藝圖，最大化地保證結(jié)構(gòu)的合理性和安全性。

3.2 結(jié)構(gòu)計算方面的幾個問題

當前結(jié)構(gòu)設(shè)計中的計算工作通常都是有計算機軟件來完成，其計算效率高，計算結(jié)果準確，也最大程度地將設(shè)計師從繁重的力學計算的任務(wù)中解放出來，從而能夠更多地參與到結(jié)構(gòu)的概念設(shè)計、結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化和構(gòu)造性措施的設(shè)計上去，進行多種設(shè)計方案的評比、構(gòu)件布置的優(yōu)化、建設(shè)成本分析等，可以有效提高建筑結(jié)構(gòu)的合理性和經(jīng)濟性，提高結(jié)構(gòu)設(shè)計的效率。但在使用計算機進行輔助設(shè)計時，還應當對計算機的計算結(jié)果進行充分的復查和驗算工作，以進一步消除結(jié)構(gòu)設(shè)計中的錯誤和不合理的細節(jié)，優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計方案，降低結(jié)構(gòu)設(shè)計隱患。

(1)節(jié)點核心區(qū)抗剪驗算。一般在進行節(jié)點核心區(qū)的驗算工作時，需要按照強柱弱梁以及節(jié)點強化的原則來進行，一、二級抗震等級要求的建筑物還需要對其抗剪承載力水平進行計算。通常來說，柱的截面積比較大，其節(jié)點偏心也就會相應較大，這就對很多廠房中柱節(jié)點核心部位的構(gòu)造性能和受力性能等帶來一定的不利影響。因而，在進行跨度、荷載和空間規(guī)模等比較大的工業(yè)廠房設(shè)計時，需要加強對其節(jié)點核心區(qū)的抗剪驗算，確保其設(shè)計的合理性。

(2)樓面等效荷載驗算。整個工業(yè)廠房的結(jié)構(gòu)計算都是建立在荷載的合理選取和正確計算的基礎(chǔ)之上的，其結(jié)果的準確性對于整個建筑結(jié)構(gòu)的整理力學性能、結(jié)構(gòu)布置和造價水平等都有直接的影響。樓面荷載的選擇除了滿足結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范中的基本要求以外，還應當綜合考慮到工業(yè)生產(chǎn)的工藝的影響，如根據(jù)某工程中生產(chǎn)工藝要求其露面均布荷載取值要求為20kN/m2，然而根據(jù)實際的工藝中的設(shè)備空間布置情況、荷載水平，按照規(guī)范推薦的計算方法進行荷載計算時發(fā)現(xiàn)，實際荷載值只需要按照15kN/m2進行選取即可。

(3)裂縫寬度的驗算。為了保證工業(yè)廠房在遭遇罕遇地震的情況下能夠保證正常使用的基本要求，必須對結(jié)構(gòu)中混凝土梁的裂縫寬度水平進行嚴格控制和驗算，滿足規(guī)范要求的0.3mm 的水平。如果在計算中發(fā)現(xiàn)其裂縫寬度已經(jīng)超出了要求的正常范圍內(nèi)，則可以將鋼筋截面改小和增加鋼筋的數(shù)量來對梁的裂縫寬度進行調(diào)整和限制，如果還達不到規(guī)范要求，則需要將梁柱截面進行重新調(diào)整和重新計算，直到裂縫水平滿足設(shè)計要求為止。與所有的結(jié)構(gòu)設(shè)計一樣，工業(yè)廠房的結(jié)構(gòu)設(shè)計也應當嚴格遵守“小震不壞、中震可修、大震不倒”的設(shè)計原則進行設(shè)計。首先應當滿足小震不壞的要求，在此基礎(chǔ)之上通過結(jié)構(gòu)調(diào)整和構(gòu)造上的加強來進一步達到中震不壞的要求，提高建筑結(jié)構(gòu)的抗震性能，再進一步按照大震不倒的要求對罕遇地震進行最終的驗算和優(yōu)化設(shè)計。根據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計的相關(guān)標準，在7 至9 度地震是，如果工業(yè)廠房的樓層屈服強度值小于或等于0.5，還應當在高于當?shù)卦O(shè)防烈度估計值的條件下對其薄弱層進行進一步的抗震變形的驗算工作，還要求結(jié)構(gòu)薄弱層之間，其彈塑性位移角不能大于1/50。

4 結(jié)語

工業(yè)廠房的結(jié)構(gòu)設(shè)計時，必須配合工藝使用要求對其整個方案進行優(yōu)化和調(diào)整，做到:設(shè)計概念清晰，結(jié)構(gòu)形式選擇合理，與實際工藝和使用要求相配套，計算結(jié)果準確合理，并在此基礎(chǔ)上進行驗算和截面的調(diào)整工作，以同時滿足結(jié)構(gòu)在使用中的功能和安全性的要求，同時還應當滿足建筑競技性的要求，實現(xiàn)建筑設(shè)計的最大經(jīng)濟效益。

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