工業(yè)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)

楊云飛

（山西省建筑材料工業(yè)設(shè)計(jì)研究院 山西太原 030013）

工業(yè)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)

楊云飛

（山西省建筑材料工業(yè)設(shè)計(jì)研究院 山西太原 030013）

工業(yè)建筑以工業(yè)生產(chǎn)為核心，其內(nèi)部構(gòu)造與外部形態(tài)與常見的建筑必然會存在較大差異，因?yàn)楣I(yè)建筑受載情況比較復(fù)雜，這對建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提出了特殊的要求。鑒于此，本文從設(shè)計(jì)依據(jù)、結(jié)構(gòu)計(jì)算、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)總說明、地基和基礎(chǔ)、混凝土結(jié)構(gòu)、砌體結(jié)構(gòu)、鋼結(jié)構(gòu)等方面針對工業(yè)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)進(jìn)行了歸納總結(jié)。

工業(yè)建筑；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；要點(diǎn)分析

近年來隨著我國工業(yè)建設(shè)的發(fā)展和科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，工藝技術(shù)不斷更新，工業(yè)建筑的結(jié)構(gòu)體系日趨多樣化、復(fù)雜化，建筑布置與豎向體型也越來越復(fù)雜，工業(yè)基礎(chǔ)設(shè)施更加完善，并擁有了獨(dú)立自主建設(shè)的能力，很多工業(yè)建筑都在朝著高水平、高質(zhì)量的方向發(fā)展，這樣才能與我國不斷發(fā)展的工業(yè)經(jīng)濟(jì)相適應(yīng)。工業(yè)建筑首先要滿足工業(yè)生產(chǎn)的要求，結(jié)構(gòu)本身要承受較大的靜、動荷載以及振動的作用，處處彰顯功能主義氣息，有很強(qiáng)的經(jīng)濟(jì)適用性。本文結(jié)合筆者多年的工作實(shí)踐，主要從設(shè)計(jì)依據(jù)、結(jié)構(gòu)計(jì)算、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)總說明、地基和基礎(chǔ)、混凝土結(jié)構(gòu)、砌體結(jié)構(gòu)、鋼結(jié)構(gòu)等方面，分析了工業(yè)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)需注意的要點(diǎn)。

1 設(shè)計(jì)依據(jù)

1.1 建筑抗震設(shè)防類別

建筑抗震設(shè)計(jì)所采用的建筑抗震設(shè)防類別，必須符合《建筑工程抗震設(shè)防分類標(biāo)準(zhǔn)》（GB50223-2008）的規(guī)定。

1.2 建筑抗震設(shè)計(jì)參數(shù)

（1）正確使用巖土工程勘察報(bào)告所提供的巖土參數(shù)，正確采用巖土工程勘察報(bào)告對基礎(chǔ)形式、地基處理、防腐蝕措施（地下水有腐蝕性時(shí)）等提出的建議并采取了相應(yīng)措施。

（2）建筑抗震設(shè)計(jì)采用的抗震設(shè)防烈度、設(shè)計(jì)基本地震加速度和所屬設(shè)計(jì)地震分組，按《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50011-2010）附錄A采用；對已編制抗震設(shè)防區(qū)劃的城市，按批準(zhǔn)的抗震設(shè)防烈度或設(shè)計(jì)地震參數(shù)采用；對于在規(guī)范上未明確的地區(qū)，地震動參數(shù)的取值應(yīng)由勘察單位依據(jù)GB50011-2001第1.0.4、1.0.5條提供。

2 結(jié)構(gòu)計(jì)算

2.1 軟件的適用性

（1）使用通過有關(guān)部門鑒定的軟件。

（2）計(jì)算軟件的技術(shù)條件，符合現(xiàn)行工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，并闡明其特殊處理的內(nèi)容和依據(jù)。

2.2 計(jì)算分析

（1）計(jì)算模型的建立，必要的簡化計(jì)算與處理，必須符合工程的實(shí)際情況。

（2）所采用軟件的計(jì)算假定和力學(xué)模型，符合工程實(shí)際。

（3）復(fù)雜結(jié)構(gòu)進(jìn)行多遇地震作用下的內(nèi)力和變形分析時(shí)，采用不少于兩個(gè)不同的力學(xué)模型的軟件進(jìn)行計(jì)算，并對其計(jì)算結(jié)果進(jìn)行分析比較。

（4）所有計(jì)算機(jī)計(jì)算結(jié)果，應(yīng)經(jīng)分析判斷確認(rèn)其合理、有效后方可用于工程設(shè)計(jì)。

2.3 結(jié)構(gòu)構(gòu)件及節(jié)點(diǎn)

（1）結(jié)構(gòu)構(gòu)件具有足夠的承載能力，必須滿足《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》（GB50009-2012）第3.2.2條、《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50010-2010）第3.3.2條及其它規(guī)范、規(guī)程有關(guān)承載力極限狀態(tài)的設(shè)計(jì)規(guī)定。

（2）結(jié)構(gòu)連接節(jié)點(diǎn)及變截面懸臂構(gòu)件各截面承載力必須滿足規(guī)范、規(guī)程的要求。

3 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)總說明

（1）建筑結(jié)構(gòu)類型及概況，建筑結(jié)構(gòu)安全等級和設(shè)計(jì)使用年限，建筑抗震設(shè)防分類、抗震設(shè)防烈度（設(shè)計(jì)基本地震加速度及設(shè)計(jì)地震分組）、場地類別和結(jié)構(gòu)抗震等級，地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)等級，砌體結(jié)構(gòu)施工質(zhì)量控制等級，基本雪壓和基本風(fēng)壓，地面粗糙度等。

（2）設(shè)計(jì)±0.000標(biāo)高所對應(yīng)的絕對標(biāo)高、持力層土層類型及承載力特征值。

（3）設(shè)計(jì)荷載，包括規(guī)范未做出具體規(guī)定的荷載均應(yīng)注明使用荷載的標(biāo)準(zhǔn)值。

（4）混凝土結(jié)構(gòu)的環(huán)境類別、材料選用、強(qiáng)度等級、材料性能（包括鋼材強(qiáng)屈比等性能指標(biāo)）和施工質(zhì)量的特別要求等。

（5）受力鋼筋混凝土保護(hù)層厚度，結(jié)構(gòu)的統(tǒng)一做法和構(gòu)造要求及標(biāo)準(zhǔn)圖選用。

（6）建筑物的耐火等級、構(gòu)件耐火極限、鋼結(jié)構(gòu)防火、防腐蝕及施工安裝要求等。

（7）施工注意事項(xiàng)及施工質(zhì)量驗(yàn)收的特殊要求等。

4 地基和基礎(chǔ)

4.1 基礎(chǔ)選型與地基處理

（1）合理確定基礎(chǔ)選型、埋深和布置，基礎(chǔ)底面標(biāo)高不同或局部未達(dá)到勘察報(bào)告建議的持力層時(shí)結(jié)構(gòu)的處理措施。

（2）明確樁基類型選擇、樁的布置、試樁要求、成樁方法、終止沉樁條件、樁的檢測及樁基的施工質(zhì)量驗(yàn)收要求。

（3）提出深基礎(chǔ)施工時(shí)，基礎(chǔ)施工中施工單位應(yīng)注意的安全問題，制定基坑開挖和工程降水時(shí)消除對毗鄰建筑物的影響及確保邊坡穩(wěn)定的措施。

4.2 地基和基礎(chǔ)設(shè)計(jì)

（1）單樁承載力的確定是否正確，群樁的承載力計(jì)算是否正確；樁身混凝土強(qiáng)度是否滿足樁的承載力設(shè)計(jì)要求。

（2）筏形基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)計(jì)算方法是否正確，見GB50007-2011 第8.4.14～8.4.18條。

（3）地基承載力及變形計(jì)算、樁基沉降驗(yàn)算是否正確。

（4）基礎(chǔ)設(shè)計(jì)（包括樁基承臺），除抗彎計(jì)算外，是否進(jìn)行了抗沖切及抗剪切驗(yàn)算以及必要時(shí)的局部受壓驗(yàn)算，見GB5007-2011第8.2.7條、8.3.1條、8.3.2條、8.5.17～8.5.23條等。

（5）天然地基基礎(chǔ)是否按《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50011-2010）第4.2.2條進(jìn)行抗震驗(yàn)算。

5 混凝土結(jié)構(gòu)

5.1 結(jié)構(gòu)布置

（1）房屋結(jié)構(gòu)的高度是否在規(guī)范、規(guī)程規(guī)定的最大適用高度以內(nèi)。

（2）結(jié)構(gòu)平面布置是否規(guī)則，抗側(cè)力體系布置、剛度、質(zhì)量分布是否均勻?qū)ΨQ；對平面不規(guī)則的結(jié)構(gòu)（扭轉(zhuǎn)不規(guī)則、凹凸不規(guī)則、樓板局部不連續(xù)等）是否采取了有效措施；不應(yīng)釆用嚴(yán)重不規(guī)則的設(shè)計(jì)方案。

（3）結(jié)構(gòu)豎向高寬比控制、豎向抗側(cè)力構(gòu)件的連續(xù)性及載面尺寸、結(jié)構(gòu)材料強(qiáng)度等級變化是否合理；對豎向不規(guī)則結(jié)構(gòu)（側(cè)向剛度不規(guī)則、豎向抗側(cè)力構(gòu)件不連續(xù)、樓層承載力突變、豎向局部水平外伸或內(nèi)縮及出屋面的小屋等）是否采取了有效措施。

（4）結(jié)構(gòu)伸縮縫、沉降縫、防震縫的設(shè)置和構(gòu)造是否符合規(guī)范要求。

（5）填充墻、女兒墻和其他非結(jié)構(gòu)構(gòu)件及其與主體結(jié)構(gòu)的連接是否符合規(guī)范的規(guī)定，是否安全可靠。

5.2 結(jié)構(gòu)計(jì)算

（1）結(jié)構(gòu)平面簡圖和荷載平面簡圖是否正確。

（2）抗震設(shè)計(jì)時(shí)，地震作用計(jì)算原則是否符合規(guī)范GB50011-2010第5.1節(jié)的要求。

（3）需進(jìn)行時(shí)程分析時(shí)，巖土工程勘察報(bào)告是否提供了相關(guān)資料，地震波和加速度有效峰值等計(jì)算參數(shù)的取值是否正確。

（4）結(jié)構(gòu)計(jì)算的分析判斷：

結(jié)構(gòu)計(jì)算總信息參數(shù)輸入是否正確，自振周期、振型、層側(cè)向剛度比、帶轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)的等效側(cè)向剛度比、樓層地震剪力系數(shù)、有效質(zhì)量系數(shù)等是否在工程設(shè)計(jì)的正常范圍內(nèi)并符合規(guī)范、規(guī)程要求；層間彈性位移（含最大位移與平均位移的比）、彈塑性變形驗(yàn)算時(shí)的彈塑性層間位移；首層墻、柱軸壓比、混凝土強(qiáng)度等級及斷面變化處的墻、柱軸壓比、柱有效計(jì)算長度系數(shù)等是否符合規(guī)范規(guī)定。

6 砌體結(jié)構(gòu)

6.1 結(jié)構(gòu)布置

（1）墻體材料（包括±0.000以下的墻體材料）、房屋總高度、層數(shù)、層高、高寬比和橫墻最大間距應(yīng)符合規(guī)范要求；墻體材料還應(yīng)符合工程所在地墻改政策的規(guī)定。

（2）平面布置宜簡單對稱，應(yīng)優(yōu)先采用橫墻承重或縱橫墻共同承重方案，墻體構(gòu)造應(yīng)滿足規(guī)范規(guī)定。

（3）縱橫墻上下應(yīng)連續(xù)，傳力路線應(yīng)清楚；橫墻較少的多層普通磚、多孔磚住宅樓的總高度和層數(shù)接近或達(dá)到《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50011-2010）表7.1.2規(guī)定限值，加強(qiáng)措施應(yīng)符合第7.3.14的要求。

（4）樓、屋蓋與墻體的連接、樓梯間墻體的拉結(jié)連接（包括出屋頂部分）、樓、屋蓋圈梁和構(gòu)造柱（芯柱）的布置應(yīng)符合規(guī)范要求。

6.2 結(jié)構(gòu)計(jì)算

（1）多層砌體房屋的抗震驗(yàn)算和靜力計(jì)算，應(yīng)按規(guī)范規(guī)定進(jìn)行。

（2）抗震設(shè)防地區(qū)的砌體結(jié)構(gòu)除砌體抗剪強(qiáng)度是否滿足規(guī)范要求外，還要注意門窗洞邊形成的小墻垛承壓強(qiáng)度是否滿足規(guī)范要求。

（3）懸挑結(jié)構(gòu)構(gòu)件，除進(jìn)行承載力計(jì)算外，還應(yīng)進(jìn)行抗傾覆和砌體局部受壓承載力驗(yàn)算。

（4）應(yīng)按規(guī)范規(guī)定驗(yàn)算梁端支承處砌體的局部受壓承載力。

7 鋼結(jié)構(gòu)

鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖中是否注明了所采用的鋼材的牌號和質(zhì)量等級（必要時(shí)尚應(yīng)注明鋼材的力學(xué)性能和化學(xué)成分等附加保證項(xiàng)目）、連接材料型號，以及所要求的焊縫質(zhì)量等級，是否注明了鋼結(jié)構(gòu)的耐火等級、除銹等級及涂裝要求。

7.1 普通鋼結(jié)構(gòu)

（1）采用的鋼材和連接材料的強(qiáng)度設(shè)計(jì)值是否符合規(guī)范規(guī)定。

（2）結(jié)構(gòu)構(gòu)件或連接計(jì)算時(shí)，單面連接的單角鋼及施工條件較差的高空安裝焊縫，是否按規(guī)范要求將強(qiáng)度設(shè)計(jì)值乘了相應(yīng)的折減系數(shù)，見《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50017-2003）第3.4.2條。

（3）在建筑物的每一個(gè)溫度區(qū)段內(nèi)，是否按規(guī)范GB50017-2003第8.1.4條的要求設(shè)立了獨(dú)立的空間穩(wěn)定支撐系統(tǒng)。

（4）拉彎構(gòu)件和壓彎構(gòu)件，除強(qiáng)度計(jì)算外，還應(yīng)進(jìn)行平面內(nèi)和平面外的穩(wěn)定性計(jì)算。

（5）柱腳設(shè)計(jì)時(shí)，不得用柱腳錨栓來承受柱腳底部的水平反力，見GB50011-2010第9.2.16.4條。

（6）柱腳錨栓埋置在基礎(chǔ)中的深度，是否符合規(guī)范GB50017-2003第8.4.14條的要求。構(gòu)件拼接時(shí)，拼接設(shè)計(jì)彎矩的取值是否符合規(guī)范GB50017-2003第9.3.4條的要求。

（7）受彎構(gòu)件設(shè)計(jì)時(shí)，除強(qiáng)度計(jì)算外，還應(yīng)進(jìn)行局部穩(wěn)定和整體穩(wěn)定計(jì)算，以及撓度計(jì)算，并滿足規(guī)范的相關(guān)規(guī)定和構(gòu)造。

（8）受壓構(gòu)件（軸心受壓構(gòu)件和壓彎構(gòu)件）的局部穩(wěn)定應(yīng)符合GB50017-2003第5.4節(jié)的規(guī)定。

（9）鋼構(gòu)件的焊接連接設(shè)計(jì)中，應(yīng)注意角焊縫的焊腳尺寸和板件厚度的關(guān)系、焊縫長度及節(jié)點(diǎn)板的設(shè)計(jì)計(jì)算和構(gòu)造是否符合規(guī)范要求。

7.2 薄壁型鋼結(jié)構(gòu)

（1）設(shè)計(jì)剛架、屋架、檁條和墻梁時(shí)，是否考慮由于風(fēng)吸力作用引起構(gòu)件內(nèi)力變化的不利影響（如檁條自由翼緣的穩(wěn)定性等），此時(shí)永久荷載的分項(xiàng)系數(shù)應(yīng)取1.0。天溝及跨度較大、坡度較小的輕鋼結(jié)構(gòu)屋面是否考慮了積水荷載、或積灰荷載的作用。

（2）采用的鋼材和連接材料的強(qiáng)度設(shè)計(jì)值是否符合規(guī)范的規(guī)定。

（3）結(jié)構(gòu)構(gòu)件或連接計(jì)算時(shí)，在GB50018-2002第4.2.7條所列舉的五種情況下，是否按規(guī)范要求對強(qiáng)度設(shè)計(jì)值乘了相應(yīng)的折減系數(shù)。

（4）屋蓋是否設(shè)置了支撐體系；當(dāng)支撐為圓鋼時(shí)，是否設(shè)置了拉緊裝置。

（5）門式剛架是否設(shè)置了支撐體系，在設(shè)置柱間支撐的開間是否同時(shí)設(shè)置了屋蓋橫向水平支撐；當(dāng)支撐體系設(shè)置在第二開間時(shí)，第一開間的相應(yīng)位置是否設(shè)置了剛性系桿；剛架轉(zhuǎn)折處（邊柱柱項(xiàng)和屋脊處）及多跨房屋相應(yīng)位置的中間柱頂，是否沿房屋縱向全長設(shè)置了剛性系桿。

（6）在剛架橫梁的受壓翼緣及剛架柱頂內(nèi)側(cè)翼緣受壓區(qū)，是否按規(guī)范規(guī)定設(shè)置了隅撐。

（7）受壓板件和壓彎板件是否考慮了有效寬度。

（8）構(gòu)件端板連接是否采用了高強(qiáng)度螺栓，端板厚度是否進(jìn)行了設(shè)計(jì)計(jì)算。

8 結(jié)語

綜上所述，在工業(yè)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作中，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要考慮的事項(xiàng)很多，鑒于此設(shè)計(jì)工作者一定要嚴(yán)格按照相關(guān)規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計(jì)，對影響因素進(jìn)行全方位的考慮，進(jìn)一步優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，這樣才能使建筑的技術(shù)性能與經(jīng)濟(jì)性能得到有效的統(tǒng)一。

[1]《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50007-2011）[S].

[2]《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》（GB50009-2012）[S].

[3]《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50010-2010）[S].

[4]《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50011-2010）[S].

[5]《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50017-2003）[S].

[6]建筑工程施工圖設(shè)計(jì)文件審查要點(diǎn).

TU318

A

1673-0038（2015）24-0015-03

2015-4-25

楊云飛（1983-），男，工程師，本科，主要從事建筑、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作。