試論如何做好多層工業(yè)廠房的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

【摘 要】近幾十年來，我國的工業(yè)廠房結(jié)構(gòu)發(fā)生了巨大的變化，由原來的實(shí)用性的廠房變成更具有現(xiàn)代化的廠房.廠房的功能更加齊全，各種不足也不斷得到完善。工業(yè)廠房結(jié)構(gòu)系統(tǒng)簡單、有規(guī)律、傳力準(zhǔn)確、網(wǎng)柱使用對稱分布均勻，剛度的核心與質(zhì)量相近，這樣可以減小房屋發(fā)生變形，要避免出現(xiàn)變形和凹角收縮還要防止豎向過多的外挑和內(nèi)斂，豎向的剛度不要發(fā)生突變。

【關(guān)鍵詞】多層工業(yè)廠房；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；設(shè)計(jì)方法

引言

本文針對現(xiàn)在建筑中使用多層工業(yè)廠房的相關(guān)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)問題進(jìn)行有關(guān)闡述，主要對多層廠房的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)特點(diǎn)和在結(jié)構(gòu)中進(jìn)行相應(yīng)計(jì)算所遇到的困難，給出相應(yīng)的觀點(diǎn)，對如何做好多層工業(yè)廠房的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提出解決辦法。

一、現(xiàn)代工業(yè)廠房的概況

近年來工業(yè)建筑在國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展和社會(huì)文明進(jìn)步中具有重要的地位并發(fā)揮著重要的作用。全球經(jīng)濟(jì)一體化要求科技產(chǎn)業(yè)化與產(chǎn)業(yè)科技化共同發(fā)展。這兩者一方面給工業(yè)建筑創(chuàng)作提供了多種建筑手法，另一方面也給工業(yè)建筑的實(shí)踐帶來了新的機(jī)遇和挑戰(zhàn)。在這種潮流之下，工業(yè)建筑借鑒民用建筑中比較流行的建筑手法，在發(fā)展中不斷的與自然環(huán)境相協(xié)調(diào)的同時(shí)，也不斷的謀求自身的新的發(fā)展。多層工業(yè)廠房這一建設(shè)思路也就進(jìn)入了人們的視野。

二、多層工業(yè)廠房結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的理念解釋

多層工業(yè)廠房是在單層工業(yè)廠房的基礎(chǔ)上發(fā)展來的。多層工業(yè)廠房具有管理方便、管線集中、占地面積小等優(yōu)點(diǎn)，有利于安排豎向生產(chǎn)流程，促進(jìn)工業(yè)生產(chǎn)。其最大特點(diǎn)是每層之間不僅有水平的聯(lián)系，還有垂直方向的聯(lián)系。這樣，各層間不僅解決了水平方向的聯(lián)系，還更好的解決了豎向?qū)娱g的生產(chǎn)關(guān)系，生產(chǎn)可以在不同標(biāo)高的樓層上同時(shí)進(jìn)行。

1、工業(yè)廠房設(shè)計(jì)的協(xié)調(diào)性。在對多層工業(yè)廠房進(jìn)行設(shè)計(jì)的過程中，應(yīng)該把握好結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和工藝設(shè)計(jì)這兩者之間的協(xié)調(diào)統(tǒng)一。在進(jìn)行工業(yè)廠房結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)之前，必須充分的了解到廠房中的工藝生產(chǎn)需求，滿足工業(yè)生產(chǎn)。在工藝設(shè)計(jì)階段，應(yīng)該對廠房的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)有充分的了解，例如，哪些地方可以放置什么設(shè)備，哪些地方可以承受一定的荷載等，都需要有清晰的了解。然而，在實(shí)際的設(shè)計(jì)過程中，總是因?yàn)槎叩摹皽贤ā辈粫?，出現(xiàn)一些不協(xié)調(diào)的現(xiàn)象發(fā)生，因而在應(yīng)用階段，會(huì)出現(xiàn)廠房不能合理使用的現(xiàn)象。如果二者可以有效的“溝通”，不僅在設(shè)計(jì)上會(huì)順暢，為施工減輕負(fù)擔(dān)，而且還會(huì)最大程度地使廠房資源得到利用。

2、把握橫向設(shè)計(jì)和縱向設(shè)計(jì)。多層廠房跨度方向尺度較大，柱子少；柱距方向尺度較小，柱子多。因此，通常都是橫向操控，才能使縱橫向的抗震大致適當(dāng)。這樣，不只有利于抗震，也使規(guī)劃更為經(jīng)濟(jì)合理。并且，電梯間的方位一定要安置合理。為了使貨物設(shè)備等運(yùn)送愈加便利，多層廠房規(guī)劃中通常都要設(shè)置電梯的方位，要考慮到電梯井筒對建筑物的偏心影響。因?yàn)殇摻罨炷岭娞菥矂偠群艽螅谠O(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)位置布置中要盡量避免井筒放在建筑物的角部和端部這兩個(gè)地方，這樣可以防止由于井筒的剛度太大而導(dǎo)致建筑物的偏心現(xiàn)象產(chǎn)生。但是，如果在布置上實(shí)在無法避開這二個(gè)部位時(shí)，則應(yīng)加強(qiáng)其周圍樓板及框架的強(qiáng)度，減弱偏心現(xiàn)象的發(fā)生。縱向設(shè)計(jì)來說，柱子的長度對結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定起了很大的作用，所以，明確柱子的最佳調(diào)整長度是十分重要的。比如在運(yùn)用構(gòu)造核算軟件核算時(shí)，將牛腿作為一個(gè)節(jié)點(diǎn)輸人，牛腿以下作為一層，牛腿以上至樓面作為另一層。如對柱子核算長度不加干涉，軟件即以為柱子核算長度系數(shù)分別是一層1.0，二層1.25，三層1.25，四層1.25。這樣與實(shí)踐柱核算長度不符，結(jié)果偏于不安全，因此，咱們應(yīng)對柱子核算長度系數(shù)作出調(diào)整。

3、控制防震縫的設(shè)計(jì)?？拐鹪O(shè)計(jì)的三個(gè)準(zhǔn)則是“小震不壞，中震可修，大震不倒”。多層廠房的設(shè)備投資經(jīng)常遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于土建投資，其抗震驗(yàn)算應(yīng)嚴(yán)格符合或者高于抗震設(shè)計(jì)的三個(gè)準(zhǔn)則。在地震烈度較高，設(shè)備荷載較大時(shí)，為了減少水平荷載對結(jié)構(gòu)的影響，設(shè)計(jì)及施工人員要控制結(jié)構(gòu)位移，優(yōu)化柱截面，協(xié)調(diào)工藝對結(jié)構(gòu)進(jìn)行支撐系統(tǒng)的布置，增加穩(wěn)定性，增強(qiáng)廠房的整體穩(wěn)定性和空間剛度，把一些水平荷載傳遞到柱等主要承重構(gòu)件。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)定鋼筋混凝土構(gòu)件在室內(nèi)一類環(huán)境下，裂縫寬度不應(yīng)大于0.3mm，若計(jì)算不滿足，在不增加配筋面積的情況下，可通過減小鋼筋直徑，增加鋼筋根數(shù)來調(diào)整試算；如仍不滿足要求，可加大配筋面積或者修改構(gòu)件截面尺寸再試算。

三、柱間支撐結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

從歷次地震中所發(fā)生的多層鋼結(jié)構(gòu)廠房的實(shí)際震害來看，廠房柱間支撐結(jié)構(gòu)的震害主要表現(xiàn)為：上下柱斜撐的平面內(nèi)屈曲，下柱支撐與柱連接節(jié)點(diǎn)的破壞和桿件拼接處的斷裂。柱間支撐是廠房縱向的主要抗震構(gòu)件，因此其設(shè)計(jì)尤為重要，應(yīng)進(jìn)行嚴(yán)格的計(jì)算和采用合理的節(jié)點(diǎn)構(gòu)造。柱間支撐主要是提高廠房的縱向剛度和穩(wěn)定性，并將水平荷載（包括天窗端臂部和廠房山墻上的風(fēng)荷載以及作用于廠房縱向的其他荷載）傳至基礎(chǔ)，并減少柱在平面外的計(jì)算長度，保證廠房的縱向剛度。

舉例說明：一廠房各列柱都設(shè)柱間支撐，中列柱的柱間支撐與邊列柱的柱間支撐布置在同一柱間；下層柱間支撐布置在溫度區(qū)段的中部，以減少縱向溫度應(yīng)力的影響，當(dāng)溫度變化或混凝土收縮時(shí)，廠房可向兩側(cè)自由變形，不致產(chǎn)生較大的溫度或收縮應(yīng)力，并在柱頂設(shè)置通長剛性系桿來傳遞荷載。上層柱間支撐除了在下層柱間支撐布置的柱間設(shè)置外，還在每個(gè)溫度區(qū)段的兩端設(shè)置。位于吊車梁上部的支撐承受作用在山墻上的水平力并保證廠房上部的縱向剛度；位于吊車梁下部的支撐承受上部支撐傳來的力和吊車梁傳來的吊車縱向水平制動(dòng)力，并把它們傳至基礎(chǔ)。此廠房柱間支撐采用H型鋼，具有構(gòu)造簡單、傳力直接、剛度較大等特點(diǎn)。考慮在實(shí)際受力體系中，將是整個(gè)多層廠房作為一整個(gè)結(jié)構(gòu)體系來抵御地震力、風(fēng)荷載、吊車水平制動(dòng)力以及其他一些水平荷載，計(jì)算時(shí)選取整個(gè)廠房作為結(jié)構(gòu)單元，來考慮柱間支撐的選型，使柱間支撐和整個(gè)受力體系共同抵御水平荷載。正常規(guī)劃的柱間支撐損壞多發(fā)生于節(jié)點(diǎn)處。柱間支撐的節(jié)點(diǎn)規(guī)劃通常有螺栓連接和焊縫連接兩種方式。震害統(tǒng)計(jì)表明，螺栓連接節(jié)點(diǎn)的危害率高于焊縫連接節(jié)點(diǎn)，原因是連接節(jié)點(diǎn)存在構(gòu)造缺陷。螺栓連接在節(jié)點(diǎn)上的開孔削弱了節(jié)點(diǎn)板的受力面積，形成孔邊應(yīng)力的匯集，致使開裂損壞。主張節(jié)點(diǎn)規(guī)劃可采用少數(shù)裝置螺栓加焊縫的連接方式，但焊縫必須依據(jù)核算確定。對節(jié)點(diǎn)規(guī)劃要確保節(jié)點(diǎn)強(qiáng)度大于桿件強(qiáng)度。

四、柱腳設(shè)計(jì)

柱腳是鋼結(jié)構(gòu)中上部主體結(jié)構(gòu)與基礎(chǔ)連接的重要節(jié)點(diǎn)，是決定其穩(wěn)定承載力的重要因素，在結(jié)構(gòu)中起著重要的作用。鋼結(jié)構(gòu)的柱腳主要有以下幾種：外露式、插入式、埋入式和外包式柱腳。上例中的工業(yè)廠房設(shè)計(jì)采用插入式柱腳，既能保證傳遞柱身承載力，又便于施工。

結(jié)束語

在多層工業(yè)廠房結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)中，我們要精確地掌握相應(yīng)的概念并根據(jù)相應(yīng)的需求設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)方案。即要做好多層次的工業(yè)廠房結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，概念要清楚明白，合理選擇結(jié)構(gòu)形式；施工和施工圖的設(shè)計(jì)兩者要緊密結(jié)合，避免施工中出現(xiàn)不必要的困難和問題；要計(jì)算精準(zhǔn)，遇到測量計(jì)算的環(huán)節(jié)一定要反復(fù)試算。在進(jìn)行結(jié)構(gòu)計(jì)算時(shí)，對相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行取值一定要按正確的方法取值，要保證數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，可以進(jìn)行反復(fù)的數(shù)據(jù)計(jì)算和調(diào)整相關(guān)數(shù)據(jù)，使在施工時(shí)達(dá)到最佳的設(shè)計(jì)效果。同時(shí)也應(yīng)該注意施工中容易出現(xiàn)安全隱患的部門，保證施工質(zhì)量和施工人員安全。做好結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)至關(guān)重要，不僅可以使建筑更加美觀和實(shí)用，也可讓工程中的每個(gè)部分發(fā)揮出最大的功能，還可以對工程的投入減少，達(dá)到預(yù)期的結(jié)果。

參考文獻(xiàn)：

[1]周德強(qiáng).芻議工業(yè)廠房的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)[J].中華民居（下旬刊）.2013（10）.

[2]李正祥.多層工業(yè)廠房的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)探析[J].中國新技術(shù)新產(chǎn)品.2013（04）.

[3]康勇，宋磊，陳相宇.淺論多層工業(yè)廠房的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)[J].科技致富向?qū)?2012（02）.