淺談多層工業(yè)廠房結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)問(wèn)題

摘要：當(dāng)前中國(guó)經(jīng)濟(jì)飛速迅猛的發(fā)展日新月異，工業(yè)生產(chǎn)有了更加大的發(fā)展空間和需求，因?yàn)槭┕ぜ夹g(shù)和適用新的環(huán)境的需要，高層工業(yè)廠房其荷載加大、跨度加大、開(kāi)洞比較多和很多層吊車(chē)的優(yōu)勢(shì)可以取代單層工業(yè)工業(yè)用房，是現(xiàn)代廠房生產(chǎn)建設(shè)的需要。在此根據(jù)多年的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，依據(jù)工程案例，分享高層廠房結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，以供同行業(yè)者參考。

關(guān)健詞：高層工業(yè)廠房;結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì);結(jié)構(gòu)體系;設(shè)計(jì)重點(diǎn)

當(dāng)下科學(xué)技術(shù)有了大的發(fā)展，使得工業(yè)技術(shù)不斷地創(chuàng)新和提高。工藝流程逐漸變得越來(lái)越復(fù)雜，所以高層工業(yè)廠房做到合理、經(jīng)濟(jì)的最佳結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是當(dāng)下重要的問(wèn)題，由于目前建筑布局單調(diào)、生產(chǎn)功能簡(jiǎn)單的單層工業(yè)廠房是必須要跟上時(shí)代生產(chǎn)需要的。時(shí)代的要求我們需要改變單層廠房變成高層工業(yè)廠房。高層廠房以其自身的優(yōu)勢(shì)，將推廣運(yùn)用在工業(yè)生產(chǎn)廠房設(shè)計(jì)，擁有廣闊的發(fā)展空間。這里對(duì)高層工業(yè)廠房結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)許多問(wèn)題展開(kāi)分析，和同行業(yè)設(shè)計(jì)人員共同探討。

1 高層工業(yè)廠房結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)重點(diǎn)

高層廠房因?yàn)楣に嚥贾玫囊?，一般都需要大空間，結(jié)構(gòu)通常采用框架結(jié)構(gòu)，在層數(shù)較多、工藝條件許可的情況下也可以采用框剪結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)布置的原則是：盡量使柱網(wǎng)對(duì)稱均布置，使房屋的剛度中心與質(zhì)量中心相近，以減小房屋的空間扭轉(zhuǎn)作用，結(jié)構(gòu)體系要求簡(jiǎn)捷、規(guī)則、傳力明確。避免出現(xiàn)應(yīng)力集中和變形突變的凹角和收縮，以及豎向變化過(guò)多的外挑和內(nèi)收，力求沿豎向的剛度不突變或少突變。

1.1 控制橫向框架與縱向框架的周期

由于高層廠房跨度方向、尺寸較大，柱子少;而柱距方向尺寸較小，柱子多。一般都是橫向控制，使縱橫向的抗震能力大致相同，不僅有利于抗震，也使設(shè)計(jì)更為經(jīng)濟(jì)合理。

1.2 合理布置電梯間的位置

高層廠房由于設(shè)備、貨物很重，豎向運(yùn)輸?shù)男枰?，均要設(shè)置電梯。鋼筋混凝土電梯井筒剛度很大，應(yīng)充分考慮電梯井筒對(duì)建筑物的偏心影響，在結(jié)構(gòu)布置上盡量避免電梯井筒布置在建筑物的角部和端部。當(dāng)工藝布置需要而不可避免時(shí)，應(yīng)對(duì)周?chē)臉前寮翱蚣懿扇〖訌?qiáng)措施。

1.3 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(zhǎng)時(shí)，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(gè)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(kāi)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。

2 通用的結(jié)構(gòu)體系

2.1 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，但柱問(wèn)支撐可能會(huì)影響使用。這種形式特別適用于縱向較長(zhǎng)，橫向較短的廠房。

2.2 純框架體系。

把廠房縱橫兩個(gè)方向都設(shè)計(jì)成剛接框架，不設(shè)置柱間支撐。其優(yōu)點(diǎn)是使用空間不受影響，缺點(diǎn)是柱不宜采用工字型柱，而要采用兩個(gè)方向慣性矩差別不大的截面形式使用鋼量增加。

2.3 鋼架加支撐的混合體系。

這種形式與第一種形式不同之處在把縱向設(shè)計(jì)成鋼架和支撐混合的型式，靠?jī)烧吖餐挚顾搅?。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(wú)法充分發(fā)揮柱間支撐的作用。

3 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要注意的方面

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

廠房都是為生產(chǎn)服務(wù)的，廠房設(shè)計(jì)中結(jié)構(gòu)專業(yè)作為配套專業(yè)首先應(yīng)滿足工藝要求，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)也只能服從于工藝條件。而工藝設(shè)計(jì)人員在工藝布置時(shí)，經(jīng)常與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)發(fā)生矛盾，要

開(kāi)洞的地方是框架梁，設(shè)備本來(lái)可以沿梁布置卻布置在了跨中等。所提荷載也經(jīng)常偏大，有時(shí)甚至把設(shè)備的荷載作為均布荷載提出。尤其在方案階段，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員應(yīng)多與工藝協(xié)調(diào)，盡量了解工藝布置，使設(shè)計(jì)和施工都減少了許多不必要的麻煩。

3.2 結(jié)構(gòu)計(jì)算

隨著計(jì)算機(jī)軟硬件的迅速發(fā)展，解決了復(fù)雜的結(jié)構(gòu)計(jì)算問(wèn)題，使結(jié)構(gòu)工程師們從繁重的瑣碎的計(jì)算工作中解脫出來(lái)。他們可以把大量的精力放在結(jié)構(gòu)方案的選擇比較上，合理的確定結(jié)構(gòu)方案及結(jié)構(gòu)布置，從而提高設(shè)計(jì)水平及質(zhì)量，降低工程成本。

（1）樓面等效荷載的計(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，工藝條件中的荷

載問(wèn)題，如某個(gè)工程工藝提出樓面均布荷載為15kN/m2，而根據(jù)工藝的設(shè)備布置圖和設(shè)備的重量，根據(jù)規(guī)范給出樓面等效荷載的計(jì)算方法，計(jì)算出的樓面均布荷載按10kN/m2 考慮可。由于高層工業(yè)建筑與一般高層民用建筑結(jié)構(gòu)形式、樓面活荷載等有許多不同之處，高層工業(yè)建筑樓面活荷載大于多高層民用建筑。有的中小型機(jī)床上樓層、柱上、梁上還有吊車(chē)荷載，它的跨度柱網(wǎng)一般比民用建筑大，層高相對(duì)較高，最大特點(diǎn)是整個(gè)平面幾乎沒(méi)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(wú)窮大，電梯貨梯間，如不用剪力墻：整個(gè)剛度重心移向剪力墻，而電梯或貨梯一般設(shè)在端頭，結(jié)構(gòu)剛度布局就不合理，所以電梯貨梯間就使用框架填充墻結(jié)構(gòu)。

（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(jí)抗震等級(jí)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(duì)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。

（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，如計(jì)算中超過(guò)，可以通過(guò)減小鋼筋截面、增加鋼筋根數(shù)來(lái)調(diào)整，如果還不滿足要求，應(yīng)修改柱梁截面重新計(jì)算?？拐鹪O(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(lái)滿足“中震可修”，罕遇地震的驗(yàn)算則是滿足“大震不倒”。規(guī)范規(guī)定79度時(shí)樓層屈服強(qiáng)度系數(shù)小于0.5的框架結(jié)構(gòu)宜進(jìn)行高于本地區(qū)設(shè)防烈度預(yù)估的罕遇地震作用下薄弱層的抗震變形計(jì)算，并且規(guī)定結(jié)構(gòu)薄弱層間彈塑性位移角應(yīng)小于1/50。高層廠房的設(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）與電梯井筒相連框架的考慮

過(guò)去設(shè)計(jì)按純框架計(jì)算，電梯井壁按構(gòu)造配筋，這樣偏低不安全，框架部分應(yīng)按壁式框架計(jì)算出的數(shù)值進(jìn)行配筋，電梯井壁則應(yīng)按剪力墻配筋。另外，高層廠房一般有高層多臺(tái)吊車(chē)，在設(shè)計(jì)中采取的辦法是將一層吊車(chē)作為吊車(chē)荷載輸入，而將其余層的吊車(chē)荷載作為活荷載考慮。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，由于高層工業(yè)建筑的特殊性，必須對(duì)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行全面的分析比較。柱的軸壓比，剪重比，剛重比，振型周期都要求符合規(guī)范，綜上所述，做好高層工業(yè)廠房結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵在于：概念應(yīng)清楚，結(jié)構(gòu)選型應(yīng)做到合理;設(shè)計(jì)應(yīng)與施工相結(jié)合，避免施工困難;結(jié)構(gòu)計(jì)算要準(zhǔn)確，設(shè)計(jì)中應(yīng)反復(fù)試算，調(diào)整截面，以達(dá)到最佳設(shè)計(jì)。以達(dá)到安全和經(jīng)濟(jì)的平衡點(diǎn)。

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