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

彭紅銳

摘要：隨著社會(huì)進(jìn)步，科技發(fā)展帶動(dòng)工業(yè)的發(fā)展，多層標(biāo)準(zhǔn)廠房因?yàn)槠涔?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(cāng)儲(chǔ)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。

關(guān)鍵詞：標(biāo)準(zhǔn)廠房建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

Abstract: along with the social progress, the development of science and technology driven the development of industry, multilayer standard factory building for the economical use of land the characteristics of investment saving, more and more get the favour of the owner. In the process can be used on the vertical process flow is light industrial (such as textile, chemical fiber, precision instruments, electronics, machinery, chemical storage garment processing, pharmaceutical manufacturing, etc) are suitable for multi-layer standard factory building form.

Keywords: standard factory building design

中圖分類號(hào)：TU3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：

在評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)廠房的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是否合理，在滿足功能需求基礎(chǔ)上，經(jīng)濟(jì)性是個(gè)很大的衡量點(diǎn)。本人從事工業(yè)建筑混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)10余年，在此將標(biāo)準(zhǔn)廠房結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)更具經(jīng)濟(jì)性的一些心得分享如下。（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）

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(zhǎng)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(jià)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(jì)規(guī)范的套用，將造成的總造價(jià)大幅上揚(yáng)，從而單位造價(jià)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(qiáng)，通用性強(qiáng)的特點(diǎn)，但帶來的代價(jià)就是單位造價(jià)高，經(jīng)濟(jì)性差。在設(shè)計(jì)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，本人特意比較過一個(gè)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

結(jié)構(gòu)類型 柱網(wǎng)尺寸（mxm） 混凝土用量

（cm/m2） 鋼材用量

(kg/m2)

三層框架式鋼筋混凝土標(biāo)注廠房 6x6 18.12 30.6

7x6 18.52 32

9x6 19.85 35

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(jì)算數(shù)據(jù)直觀反映，直接影響造價(jià)。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，我認(rèn)為有以下幾點(diǎn)需設(shè)計(jì)人員注意：

1.多層標(biāo)準(zhǔn)廠房甲方一般都會(huì)提出廠房樓層上需開裝貨鏟車的要求。平時(shí)我接觸到的個(gè)別設(shè)計(jì)者是將這個(gè)荷載自己毛估個(gè)值加到活荷載上去，往往這個(gè)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(jì)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(dòng)力系數(shù)后加到樓面的總荷載中去計(jì)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(xiàng)系數(shù)應(yīng)取為1.3，在計(jì)算時(shí)，PM軟件中無法改變區(qū)域活荷載分項(xiàng)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(shí)統(tǒng)一取1.3或1.4活荷分項(xiàng)分項(xiàng)系數(shù)都是不合理和經(jīng)濟(jì)的。我的設(shè)計(jì)取法是，PM軟件中活荷載分項(xiàng)系數(shù)統(tǒng)一取1.4，對(duì)于大于400kg區(qū)域通過調(diào)整輸入的值來解決這個(gè)問題，在此樓面域活荷值乘一個(gè)折減系數(shù)1.3/1.4=0.93。

3.根據(jù)《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》4.1.2條規(guī)定，民用建筑設(shè)計(jì)墻柱和基礎(chǔ)時(shí)可采用折減系數(shù)。標(biāo)準(zhǔn)廠房為工業(yè)建筑，不適用這個(gè)折減系數(shù)。所以許多設(shè)計(jì)者都認(rèn)為多層標(biāo)準(zhǔn)廠房設(shè)計(jì)時(shí)不能進(jìn)行活荷載的折減。其實(shí)工業(yè)廠房的活荷載是在傳遞過程中折減的，樓面均布活荷載從板到次梁再到主梁柱是以不同標(biāo)準(zhǔn)值中表達(dá)出來的。所以如果從科學(xué)經(jīng)濟(jì)性的關(guān)點(diǎn)出發(fā)，我的建議是：根據(jù)《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》附錄C的選項(xiàng)，取用不同的標(biāo)準(zhǔn)值，同時(shí)注意組合值系數(shù)的取值，然后按板、次梁、主框梁（括柱子和基礎(chǔ)）各算一次。綜合匯總出結(jié)構(gòu)圖，這樣得出的結(jié)構(gòu)圖才是最科學(xué)與經(jīng)濟(jì)的。

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(diǎn)。所以在一般性結(jié)構(gòu)材料的選用上應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：

1)鋼筋：國(guó)家規(guī)范《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50010—2002）推薦使用HRB400級(jí)或以上的高強(qiáng)度鋼筋，此類高強(qiáng)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(jí)鋼筋基本相同，完全適用實(shí)際工程需要，同時(shí)選用高強(qiáng)度鋼筋可減少鋼筋布置排數(shù)，增大梁的有效計(jì)算高度，使梁柱節(jié)點(diǎn)處鋼筋減少對(duì)混凝土施工澆筑也有利能保證節(jié)點(diǎn)質(zhì)量。例如：HRB335鋼筋強(qiáng)度設(shè)計(jì)值為f y = 300N/mm2 , HRB400鋼筋強(qiáng)度設(shè)計(jì)值為f y = 360N/mm2 ,這兩種鋼筋的強(qiáng)度設(shè)計(jì)值之比為360/300 =1.2，而市場(chǎng)上鋼筋的價(jià)格HRB400鋼筋僅比HRB335鋼筋高出0.05左右，所以在強(qiáng)度價(jià)格比上，HRB400鋼筋具有較大的優(yōu)勢(shì)。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(qiáng)度梁主筋代換，用HRB400鋼筋替換HRB335鋼筋，將會(huì)很大程度上降低用鋼量和工程費(fèi)用。同理，對(duì)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(qiáng)度的冷軋帶肋鋼筋代替普通鋼筋，可以使板筋造價(jià)降低15%左右。

2)混凝土：多層標(biāo)準(zhǔn)廠房因?yàn)楹奢d大，混凝土標(biāo)號(hào)取值可以適當(dāng)提高，但并不是一概而論越高越好。根據(jù)我平時(shí)的統(tǒng)計(jì)觀察，當(dāng)梁的配筋率在1.2%以下，提高混凝土的等級(jí)對(duì)梁的配筋量減小影響極有限，而我們的標(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(hào)的一味提高，不僅會(huì)帶來混凝土成本提高，還會(huì)帶來混凝土脆性增加，構(gòu)件最小配筋率加大的弊端。但對(duì)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(qiáng)度可以直接提高抗壓強(qiáng)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，我認(rèn)為是，最好將框架柱的混凝土等級(jí)與樓層梁板區(qū)分出來，底層的柱子的混凝土等級(jí)比常規(guī)建筑提高級(jí)，梁板混凝土等級(jí)略微提高或不提高。

2.構(gòu)件尺寸的選用上：

這個(gè)問題上涉及內(nèi)容及技巧較多，可參考相關(guān)設(shè)計(jì)手冊(cè)，這里我拋磚引玉談兩個(gè)平時(shí)不太被注意的小誤區(qū)：

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(duì)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(jì)成板式樓梯。其實(shí)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(jì)成板式樓梯，梯板厚度的取值會(huì)非常大，所以除非業(yè)主有明確要求，此類情況下，設(shè)計(jì)成梁式樓梯會(huì)比板式樓梯更加經(jīng)濟(jì)。

如何將多層標(biāo)準(zhǔn)廠房在結(jié)構(gòu)上設(shè)計(jì)得更經(jīng)濟(jì)更科學(xué)，需要設(shè)計(jì)人員在長(zhǎng)期的設(shè)計(jì)實(shí)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(jì)圖紙。

注：文章內(nèi)所有公式及圖表請(qǐng)用PDF形式查看。