有關多層鋼結構工業廠房設計的分析與探討

程鋒年

【摘要】多層鋼結構工業廠房相比鋼筋混凝土工業廠房有自重輕，安裝簡便，施工周期短，抗震性能好等綜合優勢。多層鋼結構廠房在設計中能夠發揮其本身的特點以及優良的性能，還能提高工業廠房的使用效率，為企業節省了大量的廠房費用﹑提升建筑安全性。

【關鍵詞】多層鋼結構；工業廠房；設計；探討

前言

在目前，多層鋼結構設計的工業廠房被廣泛運用，由于其鋼結構的許多方便的特點及優良的特性，受到大多數客戶和企業的信賴和重視。因此，多層鋼結構的工業廠房大量出現，為我國的工業集聚化發展起到了推動作用，在對多層鋼結構的設計中，要充分考慮到廠房中的許多工人的安全，確保廠房的設計具有科學性和安全使用的效用，有關設計人員要對其進行多方位地考慮和分析，不斷使多層鋼結構的設計科學合理化以及人性化。

1、多層鋼結構的工業廠房特征

對于多層鋼結構工業廠房主要采用的是輕鋼材料，與其他不同鋼材而言，輕鋼具有很輕的質量特征。使用這種輕鋼材料作為多層鋼結構能夠使企業減少廠房的重量。其次，多層鋼結構大多設計運用輕型的圍護結構，其圍護的是夾芯金屬板材料，這種材料具有承載力很高的特點，且重量也比較輕，對多層鋼結構的安裝非常快捷和方便。這種結構的特點，具有很好的承受力，在鋼結構中的廠房設計中受到歡迎，對廠房的建設也有很大的效益。最后，多層鋼結構工業廠房的設計考慮到廠房用途，針對不同的廠房需求，有效增加空間，使廠房的空間使用效率顯著提升。多層鋼結構對于樓面的開孔很大，質量的剛度中分布不均勻，很多工業廠房由于大型設備往往是在基礎進行貫通，使結構出現錯層等現象，從而對廠房的質量以及剛度中沿著高度的分布形成不均勻的現象發生。若發生地震等災害的情況下，廠房的就有可能扭轉情況發生。

2、多層鋼結構工業廠房的結構內力分析

2.1簡化網格生成

由于工業廠房內設備荷載類型比較多，主次梁的布置往往錯綜復雜，完全按照實際情況建模會產生大量的相近甚至重合的節點，容易造成計算速度和準確性的下降，可以利用一些簡化手段，使程序簡單易操作，又確保計算精度不受影響。

2.2利用柱間支撐調整結構縱向周期

柱間支撐不能簡單地被看做是構造措施，必須把它作為一種受力桿件輸入到模型中，支撐的剛度直接影響到廠房縱向的周期和水平位移。在模型中，支撐構件可按兩端鉸接模擬計算。

2.3樓板模型的假定

當工業廠房樓板開洞較大時，樓面剛度降低，在建模時可將工業廠房的樓板設定為彈性樓板；而對于沒有開洞或者開洞尺寸較小的樓板，可以假定樓板整體平面內無限剛。

3、多層鋼結構工業廠房設計問題分析

3.1、在很多的多層工業廠房結構中，實際使用時會涉及到很多貨物和機械設備的運輸，對于運輸系統就提出了較高的要求，一般負責豎向運輸的是電梯。鋼筋混凝土結構中對電梯井筒的剛度要求很高，其設置容易導致整個建筑產生偏心的問題。一般在空間設計時，應盡量避免將電梯設計在結構的端、角等部位，如果不可避免要設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構上的加強設施。

3.2、在進行工業廠房的結構設計時，需要仔細控制好其縱、橫方向的框架的周期在允許范圍內。

3.3、很多廠房結構都比較長，需要設置一些結構縫，但是在地震發生頻率較高的區域應當控制地震縫的合理設置，不應當通過盲目增設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置實際上是可以提高其抗震效果的。在設計和施工過程中，可以采取每隔40m設置寬度為1.4m的后澆帶一道，需要注意的是，后澆帶應當設置在對結構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，還需要適當地布置一些架空層，增加屋面通風效果，或者將屋面的保溫板加厚提高其隔熱效率，以提高建筑的設計效率。

4、工程實例

4.1工程概況

該工程是某化工廠新增的多層鋼框架廠房，20x9.5m，橫向一跨9.5m，縱向柱距依次為6.5m，7m，6.5m，共4層，首層層高4.2m，第二層標高8.75m，第三層標高13.75m，第四層標高18.75m。

4.2結構分析和設計

4.2.1結構方案的確定

根據柱網布置，采用框架-支撐體系比較合適，在7m柱距間設置柱間支撐，以增強框架的縱向剛度。由于工藝專業提出保溫隔熱的要求，局部樓層采用了壓型鋼板現澆鋼筋混凝土組合樓板，除此以外，所有樓層都采用普通的鋼格柵板，以方便安裝和拆卸。在鋪設鋼格柵板的樓層均設置了水平支撐，以增強結構體系的側向剛度和穩定性。

4.2.2設計分析計算

（1）計算荷載

基本風壓為0.45KN/m2，地震烈度7度，地震加速度0.10g，地震分組為第一組，考慮到工藝設備及管道吊架鋪設的密集程度，樓面的活荷載設定為5KN/m2。樓面主要設備有：初餾塔冷卻器（8t），產品塔冷卻器（13t），均分布在第三層；冷凝罐（33.3t），初餾塔（170t），產品塔（95t），蒸發器（16t），均分布在第四層。

（2）計算方法

經過合理布局和模型簡化后，采用STS空間建模，SATWE結構分析程序完成框架桿件的強度和穩定，節點強度的計算。

4.3構件設計

4.3.1截面設計

本工程采用焊接H型鋼柱，材料為Q345B，鋼梁采用Q235B，柱間支撐采用H型鋼，水平支撐采用角鋼。

4.3.2節點設計

應業主要求，鋼結構在工廠制作，現場安裝，節點均采用承壓型高強螺栓連接。

（1）柱腳節點。采用外包式剛性柱腳。在實際應用中很難達到理想的完全剛接，因此，除了滿足柱腳的強度要求外，還按照規范加強了柱腳的構造措施。

（2）梁與梁，柱與柱拼接節點。梁柱拼接遵循等強度的原則，翼緣和腹板均采用高強螺栓連接，使施工方便，快速，也避免了焊接質量無法保證所帶來的不利影響。

（3）梁與柱連接節點。主梁與柱強軸剛性連接，與柱弱軸方向鉸接。

（4）主次梁連接節點。次梁與主梁鉸接連接，在計算高強螺栓時，除了考慮作用在次梁端部的剪力外，尚應考慮由于偏心所產生的附加彎矩的影響。

（5）側向支撐的連接節點。柱間支撐采用H型鋼，支撐斜桿按照兩端鉸接的壓桿模擬計算。

5、結語

本工程因規劃用地緊張，工藝設備及管道布置比較密集，荷載類型復雜，后期的修改也比較多，鋼結構施工方便的優勢在這里得到了充分的體現。目前，該框架已施工完畢，并投入生產，使用狀況良好。

參考文獻：

[1]鄭建偉.有關多層鋼結構工業廠房設計分析與探討[J].中國建筑金屬結構，2013，（24）：7.

[2]覃思.有關多層鋼結構工業廠房設計分析與探討[J].現代裝飾（理論），2012，（08）：99.