工業(yè)廠房混凝土排架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)相關(guān)要點(diǎn)

陳葉鋒

摘? 要：現(xiàn)今我國社會(huì)經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展，極大地促進(jìn)了工業(yè)建設(shè)體系的發(fā)展，提高了社會(huì)生產(chǎn)效率。為滿足現(xiàn)代化工業(yè)生產(chǎn)需要，現(xiàn)今工業(yè)廠房的建設(shè)規(guī)模之大、功能需求之多與以往相比有較大的不同。作為傳統(tǒng)的鋼筋混凝土排架結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)如何適應(yīng)新時(shí)代工業(yè)建設(shè)的需要，如何能滿足業(yè)主較高質(zhì)量較高標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)計(jì)要求，這些都是作為結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員必須面對(duì)和充分考慮的問題，需要設(shè)計(jì)人員采取一定有效的設(shè)計(jì)方式。為此，強(qiáng)化研究與探索混凝土排架結(jié)構(gòu)工業(yè)廠房的設(shè)計(jì)意義十分重大。

關(guān)鍵詞：工業(yè)廠房;混凝土排架結(jié)構(gòu);設(shè)計(jì)淺析

Abstract： Nowadays， the rapid development of social economy in China has greatly promoted the development of industrial construction system and improved the efficiency of social production. In order to meet the needs of modern industrial production， the construction scale and functional requirements of industrial factories are quite different from those in the past. As the design of the traditional reinforced concrete bent structure， how to meet the needs of industrial construction in the new era， and how to meet the design requirements of the owners with higher quality and higher standards？ All these problems need to be faced and fully considered by structural designers， and designers are required to adopt certain effective design methods. For this reason， it is of great significance to strengthen the research and exploration of the design of industrial factory buildings with concrete bent structures.

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，我國制造業(yè)迅猛發(fā)展，鋼鐵產(chǎn)量躍居世界第一位，全鋼結(jié)構(gòu)形式的廠房也愈來愈多地出現(xiàn)在我國各地，如門式鋼架輕型廠房，單層或多層帶重型吊車的鋼框排架結(jié)構(gòu)廠房等等，大有取代傳統(tǒng)的鋼筋混凝土排架結(jié)構(gòu)廠房的趨勢(shì)。然而雖然鋼結(jié)構(gòu)廠房越來越多，但鋼筋混凝土排架結(jié)構(gòu)廠房因自身具有一些鋼結(jié)構(gòu)廠房無法比擬的優(yōu)點(diǎn)仍舊活躍在我國現(xiàn)代化工業(yè)建設(shè)的大舞臺(tái)上。隨著業(yè)主對(duì)廠房的功能要求越來越高，在設(shè)計(jì)該類工業(yè)廠房時(shí)需要予以高度重視，不能完全按之前的經(jīng)驗(yàn)照搬全抄，或是不加甄別的亂套圖集，而應(yīng)在充分了解和熟悉該類結(jié)構(gòu)形式的基礎(chǔ)上，實(shí)際聯(lián)系到業(yè)主相關(guān)功能訴求，利用結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理論和國家相關(guān)設(shè)計(jì)規(guī)范進(jìn)行細(xì)致的分析和設(shè)計(jì)，唯有此所做出的設(shè)計(jì)才能更加準(zhǔn)確，滿足業(yè)主需要，且安全經(jīng)濟(jì)又合理。鋼筋混凝土排架結(jié)構(gòu)的組成包括屋面、柱、基礎(chǔ)，通常包括多種結(jié)構(gòu)構(gòu)件的設(shè)計(jì)，如屋蓋結(jié)構(gòu)、縱橫向平面排架、基礎(chǔ)、支撐、圍護(hù)結(jié)構(gòu)等。

1 工業(yè)廠房中鋼筋混凝土排架的基本結(jié)構(gòu)介紹

（1）確定柱網(wǎng)。柱網(wǎng)是指廠房柱定位軸線在平面上排列所形成的網(wǎng)絡(luò)，具體布置需結(jié)合設(shè)備工藝的要求，確保能夠滿足業(yè)主的生產(chǎn)需要。另外柱網(wǎng)的確定還應(yīng)考慮相關(guān)構(gòu)件的模數(shù)尺寸，吊車的標(biāo)準(zhǔn)跨度等等，因?yàn)榉菢?biāo)構(gòu)件的設(shè)計(jì)和制作往往帶來的是造價(jià)增多。

（2）橫向結(jié)構(gòu)。在設(shè)計(jì)工業(yè)廠房時(shí)，橫向排架結(jié)構(gòu)所發(fā)揮的承重作用至關(guān)重要，通常會(huì)涉及到如廠房工程結(jié)構(gòu)自重、風(fēng)荷載、雪荷載及地震作用等等。在確定橫向平面排架設(shè)計(jì)時(shí)需要做好以下工作：第一，認(rèn)真計(jì)算荷載，屋面恒荷載與屋面采用的結(jié)構(gòu)材料的自重有關(guān)，屋面恒荷載一般需考慮積雪荷載和積灰荷載。吊車荷載的組成包括豎向及水平荷載。風(fēng)荷載的確定需按照基本風(fēng)壓、體型變化系數(shù)與風(fēng)壓高度系數(shù)等來計(jì)算得到。第二，橫向排架的計(jì)算模型一般假定柱下端固接在基礎(chǔ)頂面處、柱上端鉸接橫梁，橫梁作為剛性桿不存在任何的橫向變形。柱截面高度較大的情況下，下柱可采用工字形截面，有助于降低造價(jià)，也有助于減輕結(jié)構(gòu)自重，方便布置吊裝與管線。

（3）縱向結(jié)構(gòu)?？v向平面排架設(shè)計(jì)的組成包括柱、連系梁、吊車梁、柱間支撐，旨在維護(hù)廠房結(jié)構(gòu)縱向的穩(wěn)定性、剛性。

（4）屋蓋結(jié)構(gòu)。屋蓋結(jié)構(gòu)是組成工業(yè)廠房鋼筋混凝土排架結(jié)構(gòu)的重要部分，由屋架、屋面板、天窗架等組成，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)荷載的豎向傳遞。

（5）支撐體系。在工業(yè)廠房中支撐體系的組成主要包括兩部分，即屋蓋區(qū)域支撐和柱間支撐。柱間支撐主要有兩部分組成，即上、下柱柱間支撐，柱間支撐需要在臨近中央?yún)^(qū)段布置，且在廠房?jī)啥说牡谝粋€(gè)柱距內(nèi)設(shè)置上柱柱間支撐。屋面支撐有橫向水平支撐和縱向水平支撐。

2 設(shè)計(jì)要點(diǎn)分析

隨著我國工業(yè)的迅猛發(fā)展，人們?cè)絹碓疥P(guān)注工業(yè)廠房的建設(shè)情況，由此提出了更高的工業(yè)廠房建設(shè)質(zhì)量與性能要求，對(duì)于鋼筋混凝土排架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作必須引起相關(guān)設(shè)計(jì)人員的重視，通過深入研究，促進(jìn)我國工業(yè)產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。而工業(yè)廠房的排架結(jié)構(gòu)十分復(fù)雜，在設(shè)計(jì)、施工過程中難免會(huì)遇到各種難點(diǎn)，為此在設(shè)計(jì)此類工業(yè)廠房時(shí)，相關(guān)設(shè)計(jì)人員必須高度重視排架結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)要點(diǎn)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)中的不足，并制定一系列切實(shí)可行的優(yōu)化措施，實(shí)現(xiàn)工業(yè)廠房設(shè)計(jì)的科學(xué)化、安全化與合理化。

（1）結(jié)構(gòu)荷載統(tǒng)計(jì)和計(jì)算要與實(shí)際相符?？蚣芙Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中荷載的輸入往往比較簡(jiǎn)單，設(shè)計(jì)人員只需按照建筑功能根據(jù)荷載規(guī)范選用相關(guān)數(shù)值。然而排架結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)需要設(shè)計(jì)人員對(duì)各種荷載進(jìn)行統(tǒng)計(jì)計(jì)算和處理，例如吊車荷載的輸入需要根據(jù)結(jié)構(gòu)力學(xué)影響線的知識(shí)對(duì)多臺(tái)吊車荷載的輪壓進(jìn)行組合并進(jìn)行折減;例如高低跨屋面雪荷載的輸入需要考慮雪的堆積效應(yīng)根據(jù)規(guī)范進(jìn)行等效計(jì)算;再例如排架柱頂?shù)暮奢d輸入時(shí)，屋架支座埋件中心應(yīng)與柱頂埋件中心重合，柱頂埋件偏心于上柱截面時(shí)，并應(yīng)考慮屋架支座傳來的荷載因與上柱截面中心偏心而產(chǎn)生的彎矩;再例如計(jì)算排架基礎(chǔ)時(shí)應(yīng)按圍護(hù)墻和排架下柱中心的實(shí)際偏心距離來考慮墻體的附加荷載對(duì)基礎(chǔ)產(chǎn)生的偏心彎矩等等。只有荷載的輸入正確符合實(shí)際，才能使得設(shè)計(jì)的廠房結(jié)構(gòu)構(gòu)件具有合乎實(shí)際的承載能力要求。

（2）重視結(jié)構(gòu)的變形設(shè)計(jì)。工業(yè)廠房的內(nèi)部往往存在較多的地面荷載，如設(shè)備重量或物料堆載。這些附加荷載的存在會(huì)使排架柱基礎(chǔ)產(chǎn)生額外附加沉降，當(dāng)產(chǎn)生的地基附加沉降量超過一定限值時(shí)，吊車頂面與屋架下弦間的凈空以及吊車邊緣和上柱邊緣的距離往往會(huì)變小，使得吊車在使用和檢修時(shí)受到影響;相鄰排架柱因區(qū)域堆載不同而產(chǎn)生較大的基礎(chǔ)沉降差時(shí)會(huì)使吊車梁及其上吊車軌道產(chǎn)生傾斜，從而導(dǎo)致吊車行進(jìn)受阻或受損;此外過大的沉降差還會(huì)引起維護(hù)墻體產(chǎn)生裂縫，從而導(dǎo)致墻體漏水，墻面受潮發(fā)霉，外立面觀感質(zhì)量變差。此外還有一點(diǎn)值得重視的是，車間里的設(shè)備基礎(chǔ)應(yīng)告知業(yè)主按設(shè)備要求進(jìn)行正規(guī)設(shè)計(jì)，因?yàn)檫@些設(shè)備一般價(jià)格昂貴，精度較高，對(duì)地基變形異常敏感，地基的變形往往會(huì)使設(shè)備產(chǎn)生受損以至業(yè)主產(chǎn)生巨大損失，導(dǎo)致業(yè)主對(duì)設(shè)計(jì)人員的不信任。以上種種現(xiàn)象都會(huì)直接影響到業(yè)主對(duì)廠房的使用感受，給業(yè)主生產(chǎn)加工帶來不利影響，甚至造成安全隱患，作為設(shè)計(jì)人員在這方面應(yīng)尤其重視。

（3）重視結(jié)構(gòu)的延性設(shè)計(jì)。圍繞結(jié)構(gòu)延性，需要相關(guān)設(shè)計(jì)人員制定科學(xué)、合理的設(shè)計(jì)方案，通過對(duì)相應(yīng)立面的設(shè)計(jì)充分保證廠房結(jié)構(gòu)的延性，增強(qiáng)結(jié)構(gòu)的抗震性能，保證整體廠房的穩(wěn)定與安全。為此，需要制定科學(xué)、合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方式，防止出現(xiàn)不必要的錯(cuò)層問題，且對(duì)高比度因素進(jìn)行充分考慮，確保廠房結(jié)構(gòu)延性能夠得到不斷完善，所具有的水平荷載力更強(qiáng)。

（4）重視鋼筋混凝土排架結(jié)構(gòu)的支撐系統(tǒng)設(shè)計(jì)。鋼筋混凝土排架結(jié)構(gòu)的支撐系統(tǒng)除了在傳遞荷載方面起到關(guān)鍵作用外，還是整個(gè)廠房結(jié)構(gòu)能否形成一個(gè)有機(jī)整體的核心因素所在。鋼筋混凝土排架結(jié)構(gòu)的各榀排架在柱間支撐系統(tǒng)及吊車梁等相關(guān)桿件的聯(lián)系作用下，廠房結(jié)構(gòu)在沿其縱向的整體性得到加強(qiáng)，剛度變大，在縱向荷載作用下，使得各榀排架的受力更加均勻，結(jié)構(gòu)的安全度可靠性自然而然有很大提高。同理屋面橫向水平支撐及縱向水平支撐的設(shè)置使得整個(gè)屋面結(jié)構(gòu)成為一個(gè)幾何不變體系，使得整個(gè)屋面具有良好的剛度，能夠很好的承受屋面荷載，并把荷載均勻地傳遞到各榀排架中去。

（5）外墻圍護(hù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)要與計(jì)算假定相符。外墻圍護(hù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)應(yīng)符合計(jì)算假定，例如柱邊與排架柱貼砌而且有鋼筋的拉結(jié)時(shí)，垂直于排架方向進(jìn)行縱向地震作用驗(yàn)算時(shí)可計(jì)入普通磚墻的折算剛度;輕型墻體與柱采用柔性連接時(shí)一般不考慮其縱向剛度而只計(jì)入其重量作為附加重量施加于排架柱上進(jìn)行排架縱向抗震設(shè)計(jì)?，F(xiàn)在的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)排架廠房一般高度較高，外墻圍護(hù)砌體高度隨之也愈來愈高，所以在設(shè)計(jì)外墻圍護(hù)結(jié)構(gòu)還應(yīng)注重對(duì)砌體結(jié)構(gòu)的高厚比驗(yàn)算，外立面窗戶較多且面積較大時(shí)如墻體雖然滿足高厚比的驗(yàn)算要求此時(shí)仍應(yīng)采用相應(yīng)的加強(qiáng)措施，如大窗戶兩側(cè)加設(shè)構(gòu)造柱，構(gòu)造柱截面及配筋適當(dāng)加強(qiáng)，圈梁適當(dāng)加密等等，使外墻圍護(hù)結(jié)構(gòu)有良好的整體剛度。

（6）重視鋼筋混凝土排架結(jié)構(gòu)的埋件設(shè)計(jì)。鋼筋混凝土排架結(jié)構(gòu)中存在較多的預(yù)埋件，如牛腿頂面處、上柱柱頂處，上柱側(cè)邊靠近吊車梁邊緣處以及有柱間支撐跨排架柱的側(cè)面。這些預(yù)埋件的受力因與連接構(gòu)件受力形式的不同而不盡相同，例如牛腿頂面埋件除承受吊車梁傳遞過來的剪力外還承受有吊車梁重、吊車自重及吊重荷載傳遞過來的壓應(yīng)力;與十字形柱間支撐相連接的預(yù)埋件，一般支撐斜桿按拉桿設(shè)計(jì)，并計(jì)入壓桿的卸載效應(yīng)，埋件的設(shè)計(jì)主要考慮按拉剪設(shè)計(jì);與人字形柱間支撐相連接的預(yù)埋件，一般一桿受拉一桿受壓，此時(shí)埋件設(shè)計(jì)應(yīng)同時(shí)考慮壓剪和拉剪兩種工況，取包絡(luò)值。埋件錨筋的間距和錨板的厚度因受力形式不同也存在較大的區(qū)別，抗震設(shè)防地區(qū)的錨筋計(jì)算面積以及錨固長(zhǎng)度根據(jù)規(guī)范要求還應(yīng)乘以相應(yīng)放大系數(shù)。因現(xiàn)今我國建筑類設(shè)計(jì)規(guī)范更新速度較快，鋼筋混凝土排架結(jié)構(gòu)的相關(guān)配套標(biāo)準(zhǔn)圖集存在更新滯后，甚至有的圖集已經(jīng)不再更新，因此會(huì)存在相關(guān)設(shè)計(jì)人員依舊不假思索的沿用舊圖集的相關(guān)埋件設(shè)計(jì)做法，而沒有考慮到現(xiàn)行規(guī)范的修改，從而埋下隱患。綜上所述，設(shè)計(jì)預(yù)埋件首先因分析埋件的受力方式，根據(jù)所承受得荷載計(jì)算錨筋面積，并按規(guī)范構(gòu)造及計(jì)算要求調(diào)整錨筋間距及錨板厚度;選用相關(guān)圖集標(biāo)準(zhǔn)做法時(shí)，一定要查明適用條件并應(yīng)作計(jì)算復(fù)核。

3 結(jié)束語

總之，鋼筋混凝土排架結(jié)構(gòu)工業(yè)廠房的設(shè)計(jì)較為繁瑣、復(fù)雜，設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)該類廠房時(shí)首先應(yīng)非常熟悉各類荷載在廠房眾多構(gòu)件中的傳力路徑和傳遞形式，然后根據(jù)結(jié)構(gòu)理論和設(shè)計(jì)規(guī)范建立構(gòu)件的計(jì)算模型并進(jìn)行構(gòu)件設(shè)計(jì);同時(shí)，在設(shè)計(jì)構(gòu)件的過程中還應(yīng)注重結(jié)構(gòu)的整體性設(shè)計(jì)，如柱間支撐系統(tǒng)、屋面支撐系統(tǒng)、外墻圍護(hù)系統(tǒng)、吊車系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，做到與主體受力排架有機(jī)統(tǒng)一，相輔相成。而不應(yīng)只重視主體排架結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)而忽略或輕視其他系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，這些系統(tǒng)因在一些設(shè)計(jì)人員眼中被認(rèn)為是“附屬結(jié)構(gòu)構(gòu)件”，設(shè)計(jì)較為隨意和不重視，往往卻是一些事故發(fā)生的關(guān)鍵因素所在。當(dāng)然按照廠房設(shè)計(jì)的特殊性，除應(yīng)滿足業(yè)主訴求在做好外部協(xié)調(diào)工作的基礎(chǔ)上還需做好與內(nèi)部各專業(yè)的設(shè)計(jì)協(xié)調(diào)工作，唯有此所做出的設(shè)計(jì)才能更加準(zhǔn)確，滿足業(yè)主需要，且安全經(jīng)濟(jì)又合理。

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