如何使標(biāo)準(zhǔn)廠房結(jié)構(gòu)設(shè)計更具經(jīng)濟(jì)性

蔡浩良 胡雪瀛

摘要：隨著社會進(jìn)步，科技發(fā)展帶動工業(yè)的發(fā)展，多層標(biāo)準(zhǔn)廠房因為其節(jié)約用地節(jié)省投資的特性，越來越受到業(yè)主的青睞。在工藝上可采用垂直工藝流程的較輕型的工業(yè)（如紡織化纖，精密儀器，電子機(jī)械，倉儲化工，服裝加工，醫(yī)藥制造等行業(yè)）都適合多層標(biāo)準(zhǔn)廠房的形式。

在評判標(biāo)準(zhǔn)廠房的結(jié)構(gòu)設(shè)計是否合理，在滿足功能需求基礎(chǔ)上，經(jīng)濟(jì)性是個很大的衡量點。本文將論述使標(biāo)準(zhǔn)廠房結(jié)構(gòu)設(shè)計更具經(jīng)濟(jì)性的一些方法。（這里所說的標(biāo)準(zhǔn)廠房指多層混凝土框架結(jié)構(gòu)形式的標(biāo)準(zhǔn)廠房）

關(guān)鍵詞：結(jié)構(gòu)設(shè)計 經(jīng)濟(jì)性

中圖分類號：TB482.2

一．建筑形式方面

1.平面外形上：通常情況下多層標(biāo)準(zhǔn)廠房建筑平面形狀長寬比宜接近正方形，這樣在建筑面積相等的情況下，占地面積最小，外墻表面積最小，經(jīng)濟(jì)性最優(yōu)。

2.房屋高度上：一般以3~5層為較常用，此為造價較經(jīng)濟(jì)的層數(shù)。房屋再高甚至達(dá)到高層的高度（高度超過24米），建筑專業(yè)上將適用不同的規(guī)范，結(jié)構(gòu)上風(fēng)荷載，地震荷載的增加及不同結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范的套用，將造成的總造價大幅上揚，從而單位造價不經(jīng)濟(jì)。

3.柱網(wǎng)的確定上：大柱網(wǎng)，大開間具有可布置強，通用性強的特點，但帶來的代價就是單位造價高，經(jīng)濟(jì)性差。在設(shè)計條件（樓屋面荷載，地震力，風(fēng)荷載，層高等）完全相同的情況下，比較一個不同柱網(wǎng)的三層標(biāo)準(zhǔn)廠房的標(biāo)準(zhǔn)樓層單位面積混凝土用量與鋼材用量，得出數(shù)據(jù)詳見下表

二.結(jié)構(gòu)荷載取值方面

樓屋面活荷載取值大小通過結(jié)構(gòu)計算數(shù)據(jù)直觀反映，直接影響造價。標(biāo)準(zhǔn)廠房的活荷載提供值常規(guī)為工藝專業(yè)或甲方提出，一般活荷載都在每平方500kg以上，甚至更大。如無具體活荷載提供，可按廠房工藝特性按照《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范（2006年版）》（GB 50009-2001）中的附錄C進(jìn)行取用。在荷載取值科學(xué)合理性經(jīng)濟(jì)性方面，有以下兩點需設(shè)計人員注意：

1.多層標(biāo)準(zhǔn)廠房甲方一般都會提出廠房樓層上需開裝貨鏟車的要求。個別設(shè)計者是將這個荷載自己毛估個值加到活荷載上去，往往這個值都是偏大偏保守的。正確的做法應(yīng)該是根據(jù)載貨鏟車重，輪胎的受力面積，計算出輪壓，按《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范（2006年版）》（GB 50009-2001）中的附錄B中的方法，將輪壓轉(zhuǎn)換成樓面等效均布活荷載并考慮一定的動力系數(shù)后加到樓面的總荷載中去計算。

2.一般的標(biāo)準(zhǔn)廠房區(qū)域活荷載都是大于每平方400kg的，按照《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》3.2.5條的規(guī)定活荷分項系數(shù)應(yīng)取為1.3，在計算時，PM軟件中無法改變區(qū)域活荷載分項系數(shù)，而一般的工業(yè)廠房標(biāo)準(zhǔn)層又往往設(shè)有面積不小的辦公區(qū)等活荷小于每平方400kg的區(qū)域。這時統(tǒng)一取1.3或1.4活荷分項分項系數(shù)都是不合理和經(jīng)濟(jì)的?？梢詫M軟件中活荷載分項系數(shù)統(tǒng)一取1.4，對于大于400kg區(qū)域通過調(diào)整輸入的值來解決這個問題，在此樓面域活荷值乘一個折減系數(shù)1.3/1.4=0.93。

三.結(jié)構(gòu)材料及構(gòu)件大小選用方面

1.結(jié)構(gòu)材料選用上：

多層標(biāo)準(zhǔn)廠房結(jié)構(gòu)具有大柱距，大荷載，梁柱及基礎(chǔ)受力都較大的特點。所以在一般性結(jié)構(gòu)材料的選用上應(yīng)注意以下幾點：

1)鋼筋：國家規(guī)范《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》（GB 50010—2002）推薦使用HRB400級或以上的高強度鋼筋，此類高強度鋼筋鋼筋在冶煉過程中加入了微合金元素，提高了鋼筋塑性指標(biāo)，其物理性能與現(xiàn)在普遍使用的HRB335級鋼筋基本相同，完全適用實際工程需要，同時選用高強度鋼筋可減少鋼筋布置排數(shù)，增大梁的有效計算高度，使梁柱節(jié)點處鋼筋減少對混凝土施工澆筑也有利能保證節(jié)點質(zhì)量。例如：HRB335鋼筋強度設(shè)計值為f y = 300N/mm2 , HRB400鋼筋強度設(shè)計值為f y = 360N/mm2 ,這兩種鋼筋的強度設(shè)計值之比為360/300 =1.2，而市場上鋼筋的價格HRB400鋼筋僅比HRB335鋼筋高出0.05左右，所以在強度價格比上，HRB400鋼筋具有較大的優(yōu)勢。在標(biāo)準(zhǔn)廠房受力較大部位，(比如標(biāo)準(zhǔn)廠房的梁）上如采用等強度梁主筋代換，用HRB400鋼筋替換HRB335鋼筋，將會很大程度上降低用鋼量和工程費用。同理，對于板面鋼筋，多層標(biāo)準(zhǔn)廠房樓面荷載與板跨一般都比較大，板的配筋一般都為受力配筋而非最小配筋率配筋，如果使用高強度的冷軋帶肋鋼筋代替普通鋼筋，可以使板筋造價降低15%左右。

2)混凝土：多層標(biāo)準(zhǔn)廠房因為荷載大，混凝土標(biāo)號取值可以適當(dāng)提高，但并不是一概而論越高越好。當(dāng)梁的配筋率在1.2%以下，提高混凝土的等級對梁的配筋量減小影響極有限，而標(biāo)準(zhǔn)廠房的大多數(shù)梁的配筋率是在1.2%以下的。并且混凝土標(biāo)號的一味提高，不僅會帶來混凝土成本提高，還會帶來混凝土脆性增加，構(gòu)件最小配筋率加大的弊端。但對于多層標(biāo)準(zhǔn)框架柱而言，其結(jié)構(gòu)控制因素一般情況下為由柱下最大軸力決定，提高混凝土強度可以直接提高抗壓強度控制軸壓比，避免出現(xiàn)由柱中鋼筋來受壓的情況。綜合考慮，最好將框架柱的混凝土等級與樓層梁板區(qū)分出來，底層的柱子的混凝土等級比常規(guī)建筑提高級，梁板混凝土等級略微提高或不提高。

2.構(gòu)件尺寸的選用上：

這個問題上涉及內(nèi)容及技巧較多，可參考相關(guān)設(shè)計手冊，有以下兩點需要注意：

1) 標(biāo)準(zhǔn)廠房一般都較規(guī)整，荷載分布較均勻。在梁寬的取值上，框架梁寬不要一味取值都是350mm及以上。梁寬的增加對用鋼量的減小，裂縫寬度的減小是沒用或是作用很微小的。梁寬加大首先帶來的就是混凝土量的增加，然后如過梁寬達(dá)到350mm及以上，就需要四肢箍，增加了箍筋的鋼筋量，非常不經(jīng)濟(jì)。所以除非梁超筋或是鋼筋排不下，一般情況下梁寬盡量取350mm以下。

2)樓梯形式的選用上，現(xiàn)在的樓梯幾乎都設(shè)計成板式樓梯。其實標(biāo)準(zhǔn)廠房的樓梯活荷載都較大（一般都不小于3.5KN/m2），且跨度也往往都是達(dá)到3米以上，如果設(shè)計成板式樓梯，梯板厚度的取值會非常大，所以除非業(yè)主有明確要求，此類情況下，設(shè)計成梁式樓梯會比板式樓梯更加經(jīng)濟(jì)。

總之，如何將多層標(biāo)準(zhǔn)廠房在結(jié)構(gòu)上設(shè)計得更經(jīng)濟(jì)更科學(xué)，需要設(shè)計人員在長期的設(shè)計實踐中精打細(xì)算，不斷摸索，反復(fù)比較，這樣才能提供出一套讓甲方與業(yè)主滿意的結(jié)構(gòu)設(shè)計圖紙。

注：文章內(nèi)所有公式及圖表請以PDF形式查看。