淺談多層工業廠房混凝土結構設計

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摘要：工業化的深入，有力地推動了工業廠房建設技術的發展，然而在工業廠房建筑的結構設計方面，同時又面臨著挑戰，傳統廠房建筑形式和功能單一，其結構設計已經不適應現代工業化發展的需要，因而涌現出諸多問題。本文圍繞多層工業廠房混凝土的結構設計展開探究。

關鍵詞：多層工業廠房；混凝土；結構設計

前言

隨著建筑技術水平的不斷提高，鋼筋混凝土結構逐漸被廣泛地應用與推廣，因此對混凝土結構進行研究具有十分重要的現實意義。本文主要就多層廠房的混凝土結構的相關問題進行簡要的分析與研究，以期為提高多層建筑的設計水平以及建筑工程的質量提供堅實的理論基礎。

1.多層工業廠房的基本特征

1.1平面結構布置和柱網布置

在進行多層工業廠房的平面布置中，往往為了使工藝要求得到滿足，使結構進行不規整的布局，布梁不整齊，同時柱網也不規則，更甚至有的工藝需要在主受力構件上進行開孔的現象。另外，多層工業廠房的內部空間一般相對較大，大多數的柱距約為6～12m，有局部存在抽柱設計的，會將柱距提高到18m 以上。這樣一來，會使結構傳力變得復雜，受力并不明確，在設計時就會容易導致應力集中的現象。

1.2豎向結構的布置以及層高

一般情況下，對于多層工業廠房來說，其層高比較大，可以高達4-8米的范圍，同時在豎向布置上，經常會出現夾層錯層，樓板進行開洞的情況，這樣一來，會導致樓板不能提供滿足要求的平面內剛度，在豎向上結構的有效質量 分布未能達到均勻。如果出現地震，廠房的結構就可能會產生“短柱效應”，導致在局部柱段的水平剪力對截面設計產生重要影響。

1.3各類型的荷載要求

在工業廠房建筑中，在集中荷載方面主要有設備自重，有時候還應對設備的震動擾力進行考慮，嚴格依據規范與標準要求對動力進行精確的計算。在懸掛荷載方面，主要有吊車荷載以及管道荷載，有時管道會使水平彎矩或者荷載。而在板面荷載上，主要是根據相關的生產工藝的要求與標準，在不相同的生產樓地面設置不一樣的活荷載取值，但是這樣的活荷載大小一般情況下都會大于工業建筑中的活荷載大小。

1.4樓面以及基礎形式

在多層工業廠房中，大部分使用現澆白鋼筋混凝土樓面，但是在樓板會出現開洞或者局部厚度的變化。而在廠房的基礎形式方面，大多數應用的是柱下獨立基礎或者柱下條形基礎，如果地基承載力較差，可應用灰土擠或者砂樁密樁的方法進行施工，同時還可利用灌注樁，直接在堅硬的土層上面進行施工。

1.5輕型圍護結構

在多層工業廠房設計中，其圍護結構一般作為主要的承重體系，大多數情況應用輕質的原材料，在屋蓋結構方面應用鋼桁架檁條體系，再用輕質保溫層加鋪。這一種材料與設計有助于使結構自身重量減輕，使地震的反應降低。

2.混凝土結構

目前，混凝土結構具有非常多的優勢，它的 物理力學性能良好、取材相對容易，同時造價又可觀的優點，但是它的主要優點在于耐久性很好，雖然易被腐蝕，但是有混凝土的保護層進行包裹保護，阻隔了與空氣的接觸，不容易導致銹蝕，因此混凝土結構的使用壽命是非常長的。因而成為了現代工程建筑使用最廣泛的結構形式之一。但是如果只片面地考慮混凝土的耐久性，而忽略混凝土結構的整體耐久性，會影響建筑的結構安全性。同時在很多地區屬于地震多發段，地震對建筑物結構的危害非常大，因此必須對抗震性，特別是對于多層工業建筑中，抗震性顯得重要，高樓層的頂部當受到地震作用的時候，側向的位移也會越大，就更容易導致坍塌現象的出現。

3.混凝土結構設計的原則

1.1混凝土結構的實用性原則

設計的混凝土結構必須具有實用性，實用是混凝土結構的主要要求，只有突出混凝土結構的實用性，整個混凝土結構設計也才能適應市場的需要，也才能滿足使用者的各類需求，混凝土結構的設計工作也才能找到實施的基礎。

1.2混凝土結構的安全性原則

混凝土結構設計過程中應該突出安全，一方面要確保混凝土結構施工過程中安全目標的實現，要為混凝土結構施工創造一個安全的環境，這是進行混凝土結構設計的必要前提。另一方面要確保混凝土結構使用的安全，力爭在建筑物和混凝土結構的使用壽命中做到對安全的保證.

1.3混凝土結構的整體性原則

應該將混凝土結構的設計工作進一步深化，使整體性原則得到進一步落實，讓整個混凝土結構達到一個性能綜合、結構連續的整體，在實現對建筑物功能維護的同時，確保整個工程的統一。

4.多層混凝土廠房結構設計要點

因企業單位在進行生產時，多層廠房大部分都需要進行大空間與大跨度的設計，而在結構方面，一般情況下應用的是框架結構。在布置多層廠房整體結構時，為了保證工業廠房的剛度中心與質量中心相接近，使 廠房在空間上的扭轉作用降低，應盡可能地對稱均衡布置柱網。具體設計要求主要有以下幾方面：

（1）對電梯間的位置合理布置。因為大部分的多層廠房都是為需要應用大型機器作業的企業提供的，所以合理設計電梯間的科學非常重要。企業在進行大型設備及產品或者貨物的運輸時就需要電梯間發揮作用，如果電梯間設計合理，有利于運輸的情況下，就能夠為企業節省一部分的人流與物力。在設置電梯間位置時，必須充分地考慮電梯井筒對建筑物的偏心影響，在結構布置方面盡可能地避免電梯井筒在建筑物的角部與端部布置。如果因工藝布置需要而不可避免的時候，必須采取措施加強周圍的樓板以及框架的結構。

（2）對框架周期科學設計。多層廠房因為空間較大、跨度大、柱子較少，同時部分多層廠房的柱距方向尺寸也較小，柱子數量多，這時在進行在廠房結構設計時，就必須采用橫向控制，以例橫向的抗震能力擴大，這樣的設計不但能提高廠房的抗震能力同時也可以為企業節省成本。因此，相關工程的設計者必須科學合理地對橫向框架與縱向框架的周期進行設置。此外，框架結構及框架--抗震墻等結構，因為填充墻的存在，使結構的計算剛度小于實際剛度，計算周期超過實際周期，所以計算結果的地震剪力偏小，導致結構的不安全性，因而要折減結構的計算周期。

（3）合理設置防震縫。我國的國土面積較大，同時地形較復雜，有不少地區處于地震多發帶，對于地震高發區，進行多層廠房的設計時，必須充分考慮防震設計，它是衡量廠房質量的重要標準之一。在廠房的抗震設計上應盡可能地減少或盡量避免防震縫的設置，因為在地震區域的廠房的伸縮縫是合一的。如果實際需求的多層廠房跨度較大，一般情況下適宜相隔30至40m進行一道800至1000mm寬的后澆帶設置，同時后澆帶的位置應該在廠房結構受力影響最小的區段進行設置，以起到減少伸縮縫及防震縫的作用；除此之外，還要要注意的，在廠房晝夜溫差相對較大的頂層與底層以及內縱墻端開間的墻體等位置，在設計的時候要盡可能地提高配筋率，以使廠房的壽命提升，另外還應對屋面隔熱保溫層加厚或或者設置架空層以形成通風屋面。

總結語

多層混凝土廠房是企業提供工業生產的場所，因而其結構設計的科學合理性是影響企業穩定發展的重要因素。在進行多層混凝土廠房結構設計的時候，必須充分考慮各方面的因素以及各項科學計算參數，才能設計出高質量的建筑作品以滿足企業可持續發展的需要。

參考文獻：

[1]黃蓉.多層工業廠房結構設計[J].中外建筑，2013，（03）.

[2]黃彬輝，謝振昌.單層及多層廠房的結構改造設計[J].中外建筑，2008，（04）.