多層工業廠房結構設計要點探析

文/李煥 煙臺金邦冶金工程咨詢有限公司 山東煙臺 264002

滑成 煙臺國泰建筑加固有限公司 山東煙臺 264002

工業生產在經濟發展的過程中占有更加重要的地位，工業廠房的工藝水平也得到了很大程度上的改善。目前，由于建設用地緊張以及工藝流程的需要，單層廠房已經無法滿足企業的發展需求，多層工業廠房以其跨度大、荷載大、開洞多和有多層吊車的優點，在企業的生產建設中發揮著重要的作用 。

1、多層鋼結構工業廠房的優勢

多層鋼結構的反義詞就是單層鋼結構。與多層鋼結構相比，單層鋼結構的工業廠房功能十分單一，其廠房也不具備多層鋼工業廠房的優勢。多層鋼結構工業廠房大跨度、大荷載、多開洞，能夠集中大批量生產，施工工期較短，施工效率較高，能夠節省大量的人力和物力。多層鋼結構的材料截面積通常比較小，這樣就可以在施工的過程中不斷為建筑拓展空間。多層鋼結構的材料不會破壞和污染環境，材料可回收利用有效起到節能降耗的作用。多層鋼結構的工業廠房不僅穩固，使用壽命長，施工周期短，還十分美觀大方。

2、多層工業廠房結構設計的要點

2.1 荷載的數值設計

荷載是多層工業廠房結構設計的要點，在整個體系結構內，荷載占有基礎性的影響作用，一旦荷載取值上出現問題，就會干擾多層工業廠房的結構穩定。方案中，設計人員遵循質量要求，規劃出設備在多層工業廠房結構中的布置，明確樓面荷載的分布，最主要的是計算出樓面均布荷載的具體數值。多層工業廠房結構為工業用途，與多層民用建筑樓房在樓面荷載上，有很大的差異，本文中的廠房結構設計非常嚴謹。荷載數值設計期間，應該考慮到多層工業廠房結構的狀態，廠房的整個平面中，不設計內隔墻，增加了跨度柱網的高度，而且多層工業廠房的樓層，也會增加。

2.2 節點核心區的抗剪設計

多層工業廠房結構中，框架節點也屬于一類設計要點。節點設計圍繞強柱弱梁更強節點的原則展開，設計人員根據多層工業廠房結構節點的實際抗震等級，計算出節點核心區的抗剪力，并且驗算。結構的中心線不能重合。一旦設計中出現中心線重合的情況，就會增大柱子的截面面積，導致節點變心，無法保障節點核心區處于均勻受力的狀態。

2.3 裂縫寬度與地震驗算

多層工業廠房結構設計中，裂縫的寬度與地震驗算，是不可忽視的設計要點。結構設計中要求，裂縫寬度不能超過0.3mm，驗算后結果超出規定數值時，就要增多鋼筋數量或減少鋼筋截面，解決裂縫寬度的設計誤差。如果還是不能處理裂縫的寬度誤差，就要重新修改柱梁的截面積。多層工業廠房地震驗算設計方面，采取加強構造的設計方法，為了實現大震不倒的狀態，就要實行罕遇地震驗算的設計，多層工業廠房結構的樓層，屈服強度系數低于0.5的結構，采取罕遇地震驗算，確保地震驗算設計中，結構薄弱層間，彈塑性位移角數值，小于1/50。

3、多層工業廠房結構設計的注意事項

3.1 結構與工藝設計相互協調

工業廠房的設計與建設，均為生產服務，廠房設計過程中的結構專業作為配套專業，首先應當滿足技術工藝要求，而且結構設計必須服從于技術工藝要求和條件。廠房結構技術工藝布置過程中，與結構設計產生矛盾是不可避免的，比如需開洞之處為框架梁，設備本來可沿梁布設，最終卻布設在了跨中等。此外，所提荷載偏大，甚至將設備荷載作為均布荷載提出。在方案設計階段，設計人員應當加強溝通交流以及工藝協調，全面了解技術工藝的布置要求，以免造成不必要的麻煩。

3.2 梁端彎矩的寬度調幅

框架結構可以考慮梁端的塑性變形，對豎向荷載作用下的梁端負彎矩進行調幅。而對梁端彎矩的寬度調幅不太重視，普通框架不進行梁端彎矩的寬度調幅，由于其本身配筋不多，截面小，影響并不大。多層廠房的跨度大，荷載大，框架柱梁的截面也比較大，框架梁的配筋很多，尤其支座處負彎矩很大造成配筋非常密。

裂縫寬度的驗算是為了滿足正常使用狀態的要求，規范規定混凝土梁的裂縫寬度不應大于0.3mm，如計算中超過，可以通過減小鋼筋截面、增加鋼筋根數來調整，如果還不滿足要求，應修改柱梁截面重新計算。抗震設計的原則是三不準，即“小震不壞，中震可修，大震不倒”。

3.3 設置合理的破壞機制

地震等地質災害會對結構造成不同程度的破壞，損失程度的輕重要視破壞程度而定，所以，優化破壞次序，防止結構因破壞程度加深而造成更嚴重的損失便成了結構工程師的主要工作內容。在這一規程中，工程師應該把握一個工作原則：避免結構整體先于結構部分的破壞。

3.4 電梯井筒相連接的框架設計

在過去的設計中都是按照純框架進行計算的，電梯井壁按構造的情況進行配筋，這樣的設計偏低不安全，合理的計算方式應該是，框架部分應該按照壁式框架計算出的數值進行配筋，電梯井壁應該按照剪力墻進行配筋；另外一方面，多層廠房在設計中一般都會是多層多吊車的設計，這種設計所采用的方法一般是將一層吊車作為吊車荷載進行輸入，其余層次的吊車荷載則作為活荷載進行考慮。

3.5 屋蓋支撐系統設計

屋蓋支撐系統通常是由垂直支撐、縱向支撐、橫向支撐以及系桿組成。屋蓋支撐系統的設計應該結合廠房的高度、柱網布置、廠房跨度、屋蓋結構形式以及廠房內設備的振動情況進行綜合考慮。此外，屋面支撐系統的布置，還應根據柱間支撐的位置總體考慮，使屋面支撐與柱間支撐形成簡潔的傳力路徑，并形成有效的提高廠房剛度的措施。如果廠房內有大型振動設備的廠房，其屋蓋還應該設置縱向水平支撐。

總之，實踐中為確保工業廠房的正常生產和運行，在設計時需通過優化設計方案，確保廠房地基、結構柱以及梁和板等建筑結構的設計效果，從而構建一個整體性強、安全可靠的工業廠房。