多層工業(yè)廠房的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)探析

李正祥

（中冶華天工程技術(shù)有限公司，江蘇 南京 210019）

1 概述

隨著人們物質(zhì)文化生活水平的不斷提高，人們的居住環(huán)境有了較大的改善，體現(xiàn)了新的建筑理念。在經(jīng)濟(jì)的帶動下，我國的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)有了很大程度的調(diào)整，面對結(jié)構(gòu)調(diào)整和人們新的建筑理念，傳統(tǒng)的廠房設(shè)計(jì)已無法適應(yīng)當(dāng)前社會發(fā)展的需求，廠房從其以功能性為開始向科技和人文等多方面的方向發(fā)展，同時也從單層結(jié)構(gòu)向多層結(jié)構(gòu)發(fā)展，因此在現(xiàn)代化的企業(yè)當(dāng)中，對其廠房的設(shè)計(jì)有了很大的變化，所以需要科學(xué)的設(shè)計(jì)理念滿足現(xiàn)在跨度大、荷載大、開洞多等多層廠房的特點(diǎn)，并針對設(shè)計(jì)過程中的具體進(jìn)行進(jìn)一步的探討。

2 多層工業(yè)廠房結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)

2.1 控制橫向框架與縱向框架的周期

多層廠房不同于多層住宅，其跨度較大，尺寸也大，同時沒有太多的承重柱子，同時柱距多數(shù)情況都是橫向控制的，這樣有效的增加了抗震能力，同時在設(shè)計(jì)上也更趨于經(jīng)濟(jì)合理。

2.2 合理布置電梯間的位置

多層廠房在設(shè)計(jì)時充分考慮豎向運(yùn)輸?shù)男枰?，面對大型的設(shè)備、沉重的貨物，所以電梯在多層廠房中是必不可少的，電梯對豎向運(yùn)輸起著主要的作用。對于電梯位置的配置還有具體的要求，電梯應(yīng)盡量不配置在建筑的角部或是端部，這樣可以防止由于井筒的剛度太大而導(dǎo)致建筑物的偏心現(xiàn)象產(chǎn)生，如果在布置上實(shí)在無法避開這二個部位時，則應(yīng)加強(qiáng)其周圍樓板及框架的強(qiáng)度，減弱偏心現(xiàn)象的發(fā)生。

2.3 地震區(qū)的多層廠房宜少或不設(shè)防震縫

地震區(qū)房屋的伸縮縫是合一的，當(dāng)房屋較長時，宜采取下列一些構(gòu)造措施和施工措施以少設(shè)伸縮縫及防震縫；施工中，每隔40m設(shè)置一道，800mm一個1400mm寬的后澆帶，后澆帶的位置設(shè)在結(jié)構(gòu)受力影響最小的區(qū)段；在溫度影響較大的頂層、底層、山墻和內(nèi)縱墻端開間的墻體等部位，適當(dāng)提高配筋率；加厚屋面隔熱保溫層或設(shè)置架空層形成通風(fēng)屋面。

3 常用的結(jié)構(gòu)體系

3.1 框架一支撐體系

即橫向設(shè)計(jì)成剛接框架，縱向設(shè)計(jì)成柱一支撐體系，用柱間支撐抵抗水平荷載。這種體系經(jīng)濟(jì)節(jié)約，但柱間支撐可能會影響使用。這種形式特別適用于縱向較長，橫向較短的廠房。

3.2 純框架體系

框架體系就是沒有柱間支撐，縱橫方向都采用框架結(jié)構(gòu)，這樣會使廠房的空間部分充分發(fā)揮其功能，但框架體系中的柱要采用箱形，而不能采用工字型，同時使用的鋼量還需要增加。

3.3 鋼架加支撐的混合體系

這種形式可以有效地減少柱的縱向彎矩，但要求樓面剛度大，否則柱子間的變形不協(xié)調(diào)，無法充分發(fā)揮柱間支撐的作用。

4 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中應(yīng)注意的問題

4.1 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與工藝設(shè)計(jì)的協(xié)調(diào)

在對廠房進(jìn)行設(shè)計(jì)的過程中，應(yīng)該保證結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和工藝設(shè)計(jì)的協(xié)調(diào)性，二者之間應(yīng)該互相溝通，盡量的為對方提供方便。在進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)之前，應(yīng)該充分的了解到在廠房中的工藝生產(chǎn)需求，滿足工業(yè)生產(chǎn)。在工藝設(shè)計(jì)階段，應(yīng)該對廠房的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)有充分的了解，在什么地方可以布設(shè)什么設(shè)備，什么地方可以承受一定的荷載等，都需要有清晰的了解。在實(shí)際的設(shè)計(jì)過程中，往往會因?yàn)槎叩臏贤ú粫?，出現(xiàn)了不協(xié)調(diào)的現(xiàn)象，這樣在廠房應(yīng)用的時候，就會出現(xiàn)矛盾，不能有效的利用。如果二者可以有效的溝通了解，不僅在設(shè)計(jì)上會順暢，同時還為施工減輕了負(fù)擔(dān)。

4.2 結(jié)構(gòu)計(jì)算

以前由于科學(xué)技術(shù)的不發(fā)達(dá)，結(jié)構(gòu)工程師大量的工作都用于結(jié)構(gòu)計(jì)算上了，從而忽視了結(jié)構(gòu)方案和結(jié)構(gòu)布置。現(xiàn)在隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的廣泛應(yīng)用及軟件技術(shù)的迅速發(fā)展，結(jié)構(gòu)計(jì)算工作通過計(jì)算機(jī)得到可以得到準(zhǔn)確的結(jié)果，使結(jié)構(gòu)工程師有大部分的時間放在結(jié)構(gòu)方案的選擇及結(jié)構(gòu)布置上，從而有效的提高了其設(shè)計(jì)的水平。

4.2.1 樓面等效荷載的計(jì)算

荷載計(jì)算是結(jié)構(gòu)計(jì)算的條件，荷載取值的準(zhǔn)確性直接關(guān)系到計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確性。有的中小型機(jī)床上樓層、柱上、梁上還有吊車荷載，它的跨度柱網(wǎng)一般比民用建筑大，層高相對較高，最大特點(diǎn)是整個平面幾乎沒有內(nèi)隔墻。多層工業(yè)建筑一般采用現(xiàn)澆鋼筋掘凝土板梁柱結(jié)構(gòu)，板厚比一般民用建筑厚，樓板的平面剛度可視為無窮大，電梯貨梯間，使用框架填充墻結(jié)構(gòu)。

4.2.2 節(jié)點(diǎn)核心區(qū)的抗剪驗(yàn)算

框架節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)應(yīng)遵循“強(qiáng)柱弱梁更強(qiáng)節(jié)點(diǎn)”的原則，一二級抗震等級的節(jié)點(diǎn)還應(yīng)進(jìn)行受剪承載力計(jì)算。由于多層廠房的梁柱中心線往往不能重合，加之柱的截面比較大，節(jié)點(diǎn)偏心也比較大，對柱節(jié)點(diǎn)核心區(qū)的構(gòu)造和受力都有較大的不利影響。因此，大跨度、大空間、大荷載的多層廠房的節(jié)點(diǎn)核心區(qū)的抗剪驗(yàn)算顯得更為重要。

4.2.3 裂縫寬度、罕遇地震的驗(yàn)算

裂縫寬度的驗(yàn)算是為了滿足正常使用狀態(tài)的要求，規(guī)范規(guī)定混凝土梁的裂縫寬度不應(yīng)大于0.3mm。抗震設(shè)計(jì)的原則是三不準(zhǔn)，即“小震不壞，中震可修，大震不倒”。所進(jìn)行的抗震驗(yàn)算僅滿足“小震不壞”，構(gòu)造上加強(qiáng)來滿足“中震可修”，罕遇地震的驗(yàn)算則是滿足“大震不倒”，多層廠房的設(shè)備投資經(jīng)常遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于土建投資，罕遇地震的驗(yàn)算應(yīng)屬必要。

4.2.4 與電梯井筒相連框架的考慮

在過去設(shè)計(jì)的過程中，一般都是按照純框架來進(jìn)行計(jì)算的，而對于電梯井的配筋部分也是按照構(gòu)造計(jì)算的，但是這種設(shè)計(jì)方式往往安全度不夠?？蚣懿糠值呐浣?，應(yīng)該根據(jù)壁式框架的結(jié)構(gòu)進(jìn)行計(jì)算，然后得出相應(yīng)的數(shù)值來考慮配筋，而電梯井壁配筋時則應(yīng)該根據(jù)剪力墻來計(jì)算。此外，在多層廠房中，一般情況下，都會有多臺吊車，那么在設(shè)計(jì)的過程中，就應(yīng)該將一層上的吊車按照吊車的荷載輸入，而其他剩余的吊車荷載就不該計(jì)算在內(nèi)，應(yīng)該按照活荷載來進(jìn)行考慮。

結(jié)語

綜上所述，工業(yè)廠房在新形勢下隨著工業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整有了較大的變化，其廠房因生產(chǎn)經(jīng)營的需要開始向多層方向發(fā)展，在對多層廠房進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時，首先要做到結(jié)構(gòu)造型的合理性，施工時嚴(yán)格按照施工圖的設(shè)計(jì)來完成，結(jié)構(gòu)計(jì)算時要經(jīng)過反復(fù)的測試，以求得到準(zhǔn)確的數(shù)值，保證設(shè)計(jì)的最佳化。

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