淺談工業建筑中框架的抗震設計

屠雙鎏 周益宇 葉建寧

摘 要：隨著我國建筑行業的不斷發展，我國對建筑物質量的要求也越來越高。對于建筑物來說，抗震指標是評價建筑物建筑質量的重要標準之一。工業建筑主要通過框架結構構建，但由于框架結構的剛性較強，抵抗地震的能力較弱，因此，對工業建筑中的框架結構進行有效的抗震設計是必不可少的。本文主要對框架的抗震設計展開介紹，提出了有關框架結構抗震設計的方法，以期能夠給相關抗震設計提供一定的參考。

關鍵詞：工業建筑；框架；抗震設計

1、前言

隨著時代的不斷發展，我國在建筑工程領域所取得的成就越來越大。我國工業產業的飛速發展給工業建筑領域提供了較大的市場，各種工業設計和工業建筑如雨后春筍般發展起來。新世紀以來，我國地震發生的概率比較頻繁，造成大量房屋坍塌，因此在進行工業建筑設計中，必須要考慮加強建筑物的抗震性能。由于地震本身不確定因素較多，沒有明顯的發生規律，因此在進行抗震設計時，缺少明確的理論數據參考，具有一定的隨機性，在實際處理中可以將重點放在建筑物整體結構的抗震設計上，合理應用抗震方法和原則。

2、工業建筑中框架結構主要存在的抗震問題

到目前為止，我國相應的有關工業建筑抗震的文件較少，還沒有明確的抗震設計要求和設計規范。根據《建筑抗震設計規范》，我們能夠得到框排架結構建筑物的設計要求，但是沒有相關的框架結構的要求。[1]相對于民用建筑來說，工業建筑的使用職能和建筑要求不一樣，這是由于工業建筑往往受到工業內容的影響，多出現不規則的建筑結構，這些結構相對于較為規整的民用住房來說，抗震性能較差，穩定性不足，若一味按照文件對民用住房的要求進行工業廠房設計，不僅會大大提高建筑工程的成本投入，而且很有可能無法滿足生產要求，不利于企業的生產效益。因此，可以根據實際廠房的職能和人員安排，適當進行抗震設計。比如對于人員活動較多的車間或者核心生產車間需要加強框架抗震設計，而對于那些人員流動較少的區域和廠房可以適當降低抗震要求，減少工程的建設成本，總之，工業建筑的抗震設計需要立足于企業實際生產情況，在保證員工生命財產安全的同時兼顧企業生產效益。[2]

3、結構不規則和相關對策

3.1廠房結構不規則原因

在實際工業建筑建設過程中，由于所具有的職能與民用住宅不同，因此工業建筑通常具有不規則的結構特點，雖然工業建筑相對較矮，沒有過高的層數，但是不規則結構依然會造成建筑物整體抗震性能大大降低，影響建筑物綜合穩定性。首先，當建筑物整體結構不規則時，會造成建筑物整體的剛度變小，在建設的過程中，工業建筑的柱網通常會出現大小混合配置的現象以滿足生產工藝的要求，但是這種柱網不均勻的情況，嚴重降低了局部剛度，降低了抗震性能。[3]其次，由于產房結構的平面不規則容易引發扭轉效應，廠房通常具有大型設備以及相應的倉庫，若這些區域安排不合理會造成整個樓層重心的偏離，而發生扭轉效應。最后，工業建筑的豎向不規則也是造成其抗震性能不佳的主要原因之一，一般來說工業建筑的單層層高要明顯高于普通民用建筑，因此不可避免的會發生豎向錯層，設備載荷在樓層之間分布的不均勻會增大豎向錯層的程度以及豎向防毒不均勻的程度，造成結構在地震過程中容易出現應力載荷集中釋放而發生嚴重破壞。[4]

3.2解決結構不規則的相關對策

3.2.1避免嚴重不規則的工業建筑

雖然不規則的工業建筑在某些工業中是必不可少的，但是設計師可以充分分析建筑的職能特點，合理設計工業建筑的外形結構，尤其避免在平面區域嚴重扭轉配置的出現。在實際建筑中，可以將質量較大的設備以及需要承載較多的倉庫配置在邊緣區域，將較大的柱網配置在邊跨抽柱位置，如果一個樓層需要安裝多個大型設備以及配置多個料倉，則需要將這些大型裝置盡量分散對稱布置，并注意靠近整個建筑物的中心位置處，降低扭轉力。此外，在豎向布置過程中，根據建筑物實際情況盡量減少短柱布置，要求結構的剛度和質量沿豎向位置處均勻分布，并盡量將質量較大的設備和料倉布置在樓層較低的區域。[5]

3.2.2重視對結構計算結構的分析

對于不同的廠房結構要根據其實際特點和功能要求進行合理的預測和計算，我們可以使用空間結構模型來預測地震的影響，扭轉效應不可避免的受到地震干擾而出現在工業建筑結構中，此時利用空間結構模型，能夠很好的表現出實際地震對整體結構帶來的影響。計算完成之后，檢查結構的自振周期對計算結果進行檢驗，此外，還需要完成在大型地震情況下的薄弱層形變程度，重視對廠房結構薄弱層的加固。

3.2.3加強結構構造

工業廠房建筑面積相對較大，且有過大開洞以及錯層短柱的特點，承載較大載荷的其他樓層也屬于薄弱位置，在實際的計算過程中難以綜合考慮到全部影響因素，因此，加強整體廠房的結構構造是主要的抗震措施。首先可以對樓板較為薄弱的區域進行適當加固，提高整體樓板的剛度，可以適當加寬樓板，加大樓板厚度，在地震較為活躍的地帶可以在開洞樓層設置相應的水平支撐，防止樓層水平剛度削弱而造成的穩定性下降。對于承擔載荷較多的區域和樓層，需要將支撐柱的尺寸提高一個等級，并采取合適的配筋率，保證整體框架結構的抗震性能。當結構不規則程度較高時，會導致應力集中構件和產生扭轉效應的構件數量增多，應該采取合適的措施減少扭轉附加應力的影響。[6]

4、防震縫設計

防震縫是提高整體廠房抗震效果的重要方法之一，實際經驗表明，在多層的框架結構中設置防震縫能夠明顯提高建筑物的抗震性能，但抗震縫對建筑物規則性的要求較高，一般用于較為規則的廠房中。在實際設計和應用過程中，不僅需要充分考慮到防震縫的寬度問題，而且需要結合廠房的實際結構特點與建筑材料，合理布置防震縫的位置，在保證其寬度與廠房整體結構相匹配的同時，保證防震縫能夠充分發揮出抗震的效果。一般來說，對于較低的廠房結構，防震縫設計寬度在十厘米作用，對于較高的廠房，則需要根據相應的抗震要求合理加寬防震縫，以保證防震縫能夠充分發揮效果。此外，在進行合理設計框架結構的過程中，柱腳所發揮的作用是不同忽視的，根據上部分鋼柱腳的結構特點不一樣可以將其分成剛性固定柱腳與鉸接柱腳兩種。在具體的設計時，需要根據廠房的實際應用需求，可以合理選擇設計方法，既可以埋入，也可以外露。同樣的，柱腳設計也可以應用外包式設計，這樣不僅能夠大大提高柱腳埋入的速度，而且當發生問題時，可以及時發現并更換。對于框架結構來說，柱腳的合理安裝和選擇能夠在很大程度上提高整個結構的穩定性，加強結構的抗性能，并滿足其使用要求。

5、結束語

綜上所述，與民用建筑結構的抗震需求不同，雖然工業建筑設計沒有確定的政策要求，但是設計者們需要根據工業建筑的實際情況合理進行抗震設計，嚴格按照工藝配置的相關原則完成整體結構設計。在實際建設的過程中，采用適當的防震措施保證整體建筑物的抗震性能，根據不同功能區的設備特點和人員情況，靈活選擇抗震技術，在滿足建筑物抗震要求的同時注意抗震工作的經濟性，以保證廠房整體員工的生命財產安全，提高工業建筑物的穩定性和抗震性能。

參考文獻：

[1]蔡勇發.關于鋼結構工業廠房的抗震設計分析[J].河南建材，2016（3）：164-165.

[2]許英.淺談鋼結構工業廠房設計及施工問題分析[J].門窗，2013（6）：204-205.

[3]羅森林.鋼結構工業廠房結構設計的幾點探討[J].黑龍江科技信息，2013（20）：221.

[4]鐘冉. 鋼結構工業廠房的抗震設計淺談[J]. 唐山國際， 2014（06）.

[5]秦明. 關于鋼結構工業廠房的抗震設計分析[J]. 設計與施工， 2016（8）.

[6]高希. 淺談工業建筑中框架的抗震設計[J]. 門窗， 2012（07）.