基于多層工業廠房分析建筑及結構設計的要點

麥麗鴻

（廣東鏵建設計有限公司 廣東江門 529000）

1 引言

長期以來，由于受到設計與制造技術等方面的影響，工業廠房的形式、功能較為單一，這些工業建筑已經不能滿足工業生產的需求。新時代的工業廠房設計除考慮生產運作的實用性，還應體現獨特的設計理念，融合高科技化、多元化、人性化，創造出與時代發展相適應的靈活且功能多樣的工業廠房建筑。多層工業廠房的出現不僅有效解決了國內工業用地緊張的問題，而且多層廠房具有開洞多、跨度大、承壓能力強的優勢，廠房配備多層吊車，極大的提升了工業生產效率。

2 多層工業廠房的概述

2.1 基本特征

一方面，對于廠房的平面結構以及柱網布置而言，能夠滿足不同生產工藝的要求。多層工業廠房在平面結構布局方面具有不規整的特點，柱網布置也不規則，對于布梁的整齊性也沒有過高要求。一些廠房甚至為了滿足工藝上的要求，需要在主受力構件上進行開孔處理。同時，多層廠房的內部空間更大，柱距方面主要集中在6～12m之間，局部存在相應的抽柱設計，有的柱距甚至超過了18m。因而，廠房建筑在結構傳力方面較為復雜，構件受力不明確。一旦設計不合理，將導致應力集中問題的出現。另一方面，在豎向結構布置以及層高方面，多層工業廠房有所提升，層高可以達到4～8m。對于豎向布置而言，經常存在錯層、夾層以及樓板開洞等現象。這樣一來，就會導致樓板不能滿足平面內剛度的需求。地震作用下，廠房結構會出現“短柱效應”。因而，在進行豎向結構設計過程中，要用局部柱段水平剪力進行截面的控制。此外，多層工業廠房的荷載具有多樣化。其中，廠房建筑的集中荷載包含內部設備的自重以及振動效應，同時還包含各種類型的懸掛荷載，比如管道荷載、吊車荷載等等。另外，樓面施工中多采用現澆鋼筋混凝土的形式，受到生產工藝以及設備荷載的影響，樓板有時存在開洞的現象，也有一些樓面存在著局部厚度的變化。多層工業廠房的基礎一般采用柱下獨立基礎的形式，也有用到柱下條形基礎。如果工程的地基承載力較低，可以利用灰土密樁或者是砂樁進行處理，廠房的輕型圍護結構大多不具有承重的作用，大多情況下會使用一些輕質的材料。對于廠房建筑的屋蓋結構而言，主要采用鋼桁架檁條體系，并且根據當地氣候狀況加鋪一定的保溫層。這樣一來，就可以降低雨雪天氣以及地震作用的影響。

2.2 多層工業廠房常用的結構體系

總體來說，多層工業廠房常用到的結構主要分為三種類型：框架體系以及純框架體系、混合體系。①對于框架體系而言，通常情況下又被稱作支撐體系。該體系在橫向設計結構方面多采用剛接框架，但是對于框架體系縱向設計結構而言，大多使用柱形支撐。通過柱子之間的支撐作用，可以滿足水平荷載的要求。框架體系的造價較低，并且節約材料、環保性好。但是，這一體系需要占用大量的空間，現階段在一些縱向比例大、橫向比例小的多層工業廠房中有著廣泛的應用。②純框架體系。設計過程中，對于廠房的縱橫兩個方向都采用剛接框架，并且不需要設置柱間支撐。這一結構形式的優點主要體現在使用空間上，但是設計過程中柱結構不能使用工字型柱，因而增加了用鋼量。③混合體系主要由鋼架與支撐結構組成，該結構形式能夠有效降低柱的縱向彎矩，但是對樓面的剛度要求較大。如果剛度達不到設計要求將導致柱子間出現不協調變形問題。

3 多層工業廠房建筑及結構設計的要點

3.1 工業廠區建筑總圖設計

隨著我國經濟的高速發展，工業生產自動化水平的不斷提升，工業廠房的設計迎來了新的發展時代。多層廠房建筑設計要與整個生產廠區的布置緊密聯系。建筑設計過程中要注重不同類型的組合形式，并且要從廠區平面布置、廠區道路、豎向空間上加以疊合。此外，還要對廠區的實際條件與需求進行分析，合理、科學的進行總圖設計。一方面，總圖設計過程中要進行合理的空間組織，盡量減少占地面積以降低工程的投資，還可以給以后工廠的改建或重建留下發展空間。另一方面，在進行實際廠區建筑的設計工作時，要結合廠區建筑設計的不同影響因素來靈活設計，提升建筑的安全性與耐久性，通過對廠區合理的規劃布局以及獨特的單體廠房設計，使得廠房功能合理、外觀新穎。

3.2 多層工業廠房建筑設計

工業廠房是為生產供給工作空間場合的建筑物。在設計工業廠房時應充分整合工業生產的工藝流程，提煉出建筑的設計要點，包括建筑平面形狀、柱網尺寸、剖面情況、建筑體型等，選擇最佳的建筑及結構方案和維護結構的類型，以及細部結構設計。在進行單體廠房建筑設計時，不僅要滿足工廠物質生產的需要，還應注重建筑的外觀。現階段，建筑造型設計是多層廠房建筑設計中的一個重要方面。造型設計要與外界環境、生產技術以及建筑經濟等方面相協調。如果建筑外觀設計得當，會給人留下深刻的印象，有助于提高企業的知名度與品牌效應。另外，在進行多層廠房建筑的設計過程中，可以借鑒其它類型的多層建筑要素，并且將多層廠房建筑的使用功能與材料結構、空間環境、施工技術、經濟學要素有機的融合在一體，并且考慮人的需求，進而為工業生產與生活創造一個適用的客觀環境，以達到提高員工的生活質量和工作效率的目標。此外，還應對當地的氣象、地形以及地質、環境條件、城市總體規劃等因素進行考慮，提升工業廠房建筑設計的前瞻性。

3.3 加強對橫向框架和縱向框架周期的控制

多層廠房在跨度方向上有著尺寸大、柱子少的特點，在柱距方向上存在著尺寸小、柱子多的特點。在進行橫向控制時，要使縱橫方向的抗震能力基本一致。這不僅可以提升廠房的抗震效果，同時可以降低施工造價。

3.4 提升電梯間位置的合理性

由于受到生產工藝的影響，多層廠房內部經常需要進行設備、貨物的豎向搬運，這就要根據實際狀況合理設置電梯。鋼筋混凝土電梯井筒結構有著較大的剛度，設計過程中要考慮到電梯井筒對于廠房建筑的偏心影響。因而，在結構布置上最好不要將電梯井筒布置于廠房建筑的端部或角部。如果非要布置在這些區域，應做好加強措施。

3.5 地震區域應減少防震縫的設置

在地震多發區域，多層廠房的伸縮縫是合一的。如果廠房建筑較長，那么要采取以下幾點構造與施工措施，降低伸縮縫、防震縫的數量：一方面，在多層廠房施工過程中，可以每隔40m設置一道后澆帶，其尺寸要求為：長800mm，寬1400mm。后澆帶要設置在廠房結構中受力最小的位置。另一方面，對于受溫度影響較大的位置，比如廠房的頂層、底層以及山墻等部位，要提升配筋率。

3.6 提升結構設計的協調性

建筑與結構設計過程中，要盡可能提升工藝布置和結構設計之間的協調性。多層工業廠房的主要用途是提供工業生產服務，因此在進行具體的設計工作時，要與廠房工藝設計人員進行溝通協商，盡可能了解廠房工藝布置方面的要求。溝通協商過程中要對設備的布置狀況進行全面了解，對于廠房荷載要求以及開洞的位置進行記錄與考慮。

3.7 做好罕遇地震以及裂縫寬度的驗算

多層工業廠房建筑設計時，要確保廠房可以滿足正常使用的狀態，這一過程中需要進行相應的裂縫寬度驗算。其中，混凝土梁的裂縫不能超過0.3mm。計算過程中，如果發現超過了這一數值，要適當的增加鋼筋數量，同時要降低鋼筋的截面尺寸。如果上述做法仍然不能達到要求，那么要進行柱梁截面的重心計算。在進行抗震設計工作時，要確保建筑能夠達到“小震不壞，中震可修，大震不倒”的效果。驗算過程中，只要達到“小震不壞”的要求即可，之后再應用相應的構造措施來提升廠房建筑的抗震效果。

4 案例分析

某多層工業廠房的占地面積為1200m2，建筑面積為4880m2，廠房結構體系采用四層全框架結構。該工業廠房的耐火等級為一級，生產類別為丙類。其中，首層作為金工車間，二～四層留作裝配車間，廠房建筑布置平面圖如圖1所示。因生產的需要，大跨度適合工業流程的生產，所以柱網采用（10+10+10）×8m的等跨布置形式，首層的層高為6m，2～4層的層高設計均為4.5m，并設置一個3t的貨梯以滿足生產運輸的需求。同時，考慮消防疏散的要求，需要設置兩個疏散樓梯。每層平面均設有衛生間，考慮到生產員工的需求，讓設計彰顯人性化。建筑立面會有凹凸等變化造型，搭配線條，以達到工業建筑的造型美，給人以簡潔明快等感覺。

結構設計過程中，詳見廠房結構布置平面圖如圖2所示。本工程為抗震設防工程，工程所在地區的抗震設防烈度為Ⅶ度，設計基本地震加速度為0.10g，設計地震分組為第一組，場地類別為Ⅱ類，地震作用采取的抗震設防烈度為Ⅶ度，框架抗震等級為三級。首層地面的活荷載標準值為8kN/m2，2～4層為5kN/m2。本工程采用錘擊式高強混凝土管樁φ400基礎。首層柱、梁、板的混凝土強度等級為C35，二層柱、梁、板為C30，3～4層柱、梁、板為C25。本工程砌體采用頁巖燒結盲孔多孔磚，規格為240×115×90。在結構設計中，合理調整柱、梁、板的截面，以使工業廠房達到最優方案，既滿足工業生產的需要，也滿足建筑的安全要求，同時也做到經濟合理。該廠房借助于框架梁承受橫向承重體系進行荷載傳遞。樓蓋設計時，使用整體現澆的形式進行施工。

圖1 全框架廠房建筑布置平面圖

圖2 全框架廠房結構布置平面圖

5 結束語

隨著國內工業化進程的不斷加快，多層工業廠房建筑得到了廣泛的應用。在工業廠房建筑及結構設計中，要考慮生產的需求，要考慮人的需求，合理選擇廠房的結構形式，創造方便、舒適、安全的工作空間，使工業廠房的工作空間環境與人相融。此外，要提升結構計算的準確性，不斷進行梁、柱、板截面的合理調整，進而提升多層工業廠房的設計質量。多層工業廠房建筑設計堅持以人為本的思想，力求做到實用、經濟、美觀。在設計工業廠房建筑的過程中，應嚴格按照建筑各規范的要求，并應融合建筑、結構、給排水、電氣、暖通等，考慮到各個工種之間的協調，特別是結構與建筑的相互交流與協調、結構與施工的相互溝通與跟進，施工過程中亦應嚴格按照圖紙進行操作。