工業(yè)廠房結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)分析

■李子良 ■鶴山市友信建筑設(shè)計(jì)有限公司，廣東 鶴山 529700

在工業(yè)廠房設(shè)計(jì)時(shí)，選擇鋼結(jié)構(gòu)可以有效提高建筑結(jié)構(gòu)的性能，降低其建筑造價(jià)，因而在我國目前的應(yīng)用中非常廣泛，實(shí)際應(yīng)用效果也很不錯(cuò)。采用輕鋼結(jié)構(gòu)工業(yè)廠房設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)包括能夠有效提高結(jié)構(gòu)的抗震性能、加快工程施工進(jìn)度、增大建筑物的可用空間等，相比于傳統(tǒng)鋼結(jié)構(gòu)，更能符合工業(yè)廠房的要求。

1 工業(yè)廠房結(jié)構(gòu)布置中需要考慮的問題

1.1 合理布置電梯間

在很多的多層工業(yè)廠房結(jié)構(gòu)中，實(shí)際使用時(shí)會(huì)涉及到很多貨物和機(jī)械設(shè)備的運(yùn)輸，對(duì)于運(yùn)輸系統(tǒng)就提出了較高的要求，一般負(fù)責(zé)豎向運(yùn)輸?shù)氖请娞荨ｄ摻罨炷两Y(jié)構(gòu)中對(duì)電梯井筒的剛度要求很高，其設(shè)置容易導(dǎo)致整個(gè)建筑產(chǎn)生偏心的問題。一般在空間設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)盡量避免將電梯設(shè)計(jì)在結(jié)構(gòu)的端、角等部位，如果不可避免要設(shè)置在這些地方的時(shí)候，需要對(duì)其周邊的框架和樓板體系進(jìn)行一些結(jié)構(gòu)上的加強(qiáng)設(shè)施。

1.2 合理控制縱、橫向框架周期

在進(jìn)行工業(yè)廠房的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，需要仔細(xì)控制好其縱、橫方向的框架的周期在允許范圍內(nèi)。在進(jìn)行廠房建設(shè)時(shí)，要認(rèn)真考慮好其跨度的問題，一般廠房建筑都有比較大的跨度，布置的梁和柱等構(gòu)件的數(shù)量都比較少。但有時(shí)也會(huì)用到柱距比較小的設(shè)計(jì)，其數(shù)量就相應(yīng)地會(huì)增多，此時(shí)應(yīng)當(dāng)對(duì)其橫向周期進(jìn)行有效控制，以提高建筑結(jié)構(gòu)的合理性和其抗震性能。

1.3 地震縫的合理設(shè)置

很多廠房結(jié)構(gòu)都比較長，需要設(shè)置一些結(jié)構(gòu)縫，但是在地震發(fā)生頻率較高的區(qū)域應(yīng)當(dāng)控制地震縫的合理設(shè)置，不應(yīng)當(dāng)通過盲目增設(shè)地震縫來尋求達(dá)到抗震的目的，對(duì)很長的廠房減少地震縫的設(shè)置實(shí)際上是可以提高其抗震效果的。在設(shè)計(jì)和施工過程中，可以采取每隔40m 設(shè)置寬度為1.4m 的后澆帶一道，需要注意的是，后澆帶應(yīng)當(dāng)設(shè)置在對(duì)結(jié)構(gòu)受力影響較小的部位。對(duì)溫度比較敏感的部位，需要適當(dāng)提高其配筋率。另外，還需要適當(dāng)?shù)夭贾靡恍┘芸諏?，增加屋面通風(fēng)效果，或者將屋面的保溫板加厚提高其隔熱效率，以提高建筑的設(shè)計(jì)效率。

2 工業(yè)廠房設(shè)計(jì)常用結(jié)構(gòu)體系簡析

2.1 純框架結(jié)構(gòu)

工業(yè)廠房建筑中應(yīng)用的比較多的一種純框架結(jié)構(gòu)的形式是將廠房在橫向和縱向兩個(gè)方向的框架都設(shè)計(jì)成剛接形式，而不是采用柱間支撐的形式。這種結(jié)構(gòu)體體其建筑空間的穩(wěn)定性比較好，受外界因素影響比較小，但是注意柱子的形式不能采用一般的工字型柱，可以設(shè)計(jì)為箱型截面的柱體，使得柱子在兩個(gè)方向上具有比較接近的慣性矩。

2.2 框架-支撐體系

一種應(yīng)用比較普遍的框架-支撐體系是將橫向上的框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為剛接的形式，而縱向的框架則采用柱支撐系統(tǒng)，通過柱間相互支撐來消除水平方向上的作用力。這這結(jié)構(gòu)形式可以有效地降低建筑物的造價(jià)水平，但是柱支撐會(huì)影響到建筑空間的使用，使用范圍有比較大的限制，通常更加適用于橫短縱長的廠房結(jié)構(gòu)形式。

2.3 混合體系

這種混合體系采用的是將鋼架和支撐兩種形式相互結(jié)合的方式進(jìn)行設(shè)計(jì)，主要將純框架結(jié)構(gòu)的縱向改為將支撐系統(tǒng)和鋼架兩者相結(jié)合的混合形式，共同作用來承載水平荷載?；旌象w系能夠使得柱子的縱向彎矩可以有效降低，同時(shí)對(duì)于露面剛度的要求也比較高，以提高柱子相互之間的協(xié)調(diào)性，充分發(fā)揮出柱間支撐在整個(gè)體系中所起到的作用。

3 工業(yè)廠房結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)

3.1 結(jié)構(gòu)布置與生產(chǎn)工藝要協(xié)調(diào)

廠房的設(shè)計(jì)主要是為了工業(yè)生產(chǎn)而進(jìn)行服務(wù)，其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中考慮的問題都應(yīng)當(dāng)結(jié)合具體廠房的用途、生產(chǎn)工藝等的要求考慮進(jìn)去，以發(fā)揮出生產(chǎn)工藝的能力。由于設(shè)計(jì)人員通常對(duì)于生產(chǎn)工藝的具體內(nèi)容并不是很熟悉，在進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)很容易忽略一些工藝上的具體要求，如框架梁上開洞位置的合理選取，設(shè)計(jì)時(shí)常常容易考慮其受力的合理性來選擇位置，然而實(shí)際生產(chǎn)工藝的要求卻往往與此不同，又如設(shè)計(jì)中常常出現(xiàn)把需要沿梁方向布置的荷載設(shè)計(jì)在了跨中位置等問題。因此我們最好在工藝布置圖的基礎(chǔ)上，特別是有特殊器械工藝要求的廠房，我們必須要求甲方提供正確的工藝圖，最大化地保證結(jié)構(gòu)的合理性和安全性。

3.2 結(jié)構(gòu)計(jì)算方面的幾個(gè)問題

當(dāng)前結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的計(jì)算工作通常都是有計(jì)算機(jī)軟件來完成，其計(jì)算效率高，計(jì)算結(jié)果準(zhǔn)確，也最大程度地將設(shè)計(jì)師從繁重的力學(xué)計(jì)算的任務(wù)中解放出來，從而能夠更多地參與到結(jié)構(gòu)的概念設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化和構(gòu)造性措施的設(shè)計(jì)上去，進(jìn)行多種設(shè)計(jì)方案的評(píng)比、構(gòu)件布置的優(yōu)化、建設(shè)成本分析等，可以有效提高建筑結(jié)構(gòu)的合理性和經(jīng)濟(jì)性，提高結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的效率。但在使用計(jì)算機(jī)進(jìn)行輔助設(shè)計(jì)時(shí)，還應(yīng)當(dāng)對(duì)計(jì)算機(jī)的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行充分的復(fù)查和驗(yàn)算工作，以進(jìn)一步消除結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的錯(cuò)誤和不合理的細(xì)節(jié)，優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案，降低結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)隱患。

(1)節(jié)點(diǎn)核心區(qū)抗剪驗(yàn)算。一般在進(jìn)行節(jié)點(diǎn)核心區(qū)的驗(yàn)算工作時(shí)，需要按照強(qiáng)柱弱梁以及節(jié)點(diǎn)強(qiáng)化的原則來進(jìn)行，一、二級(jí)抗震等級(jí)要求的建筑物還需要對(duì)其抗剪承載力水平進(jìn)行計(jì)算。通常來說，柱的截面積比較大，其節(jié)點(diǎn)偏心也就會(huì)相應(yīng)較大，這就對(duì)很多廠房中柱節(jié)點(diǎn)核心部位的構(gòu)造性能和受力性能等帶來一定的不利影響。因而，在進(jìn)行跨度、荷載和空間規(guī)模等比較大的工業(yè)廠房設(shè)計(jì)時(shí)，需要加強(qiáng)對(duì)其節(jié)點(diǎn)核心區(qū)的抗剪驗(yàn)算，確保其設(shè)計(jì)的合理性。

(2)樓面等效荷載驗(yàn)算。整個(gè)工業(yè)廠房的結(jié)構(gòu)計(jì)算都是建立在荷載的合理選取和正確計(jì)算的基礎(chǔ)之上的，其結(jié)果的準(zhǔn)確性對(duì)于整個(gè)建筑結(jié)構(gòu)的整理力學(xué)性能、結(jié)構(gòu)布置和造價(jià)水平等都有直接的影響。樓面荷載的選擇除了滿足結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范中的基本要求以外，還應(yīng)當(dāng)綜合考慮到工業(yè)生產(chǎn)的工藝的影響，如根據(jù)某工程中生產(chǎn)工藝要求其露面均布荷載取值要求為20kN/m2，然而根據(jù)實(shí)際的工藝中的設(shè)備空間布置情況、荷載水平，按照規(guī)范推薦的計(jì)算方法進(jìn)行荷載計(jì)算時(shí)發(fā)現(xiàn)，實(shí)際荷載值只需要按照15kN/m2進(jìn)行選取即可。

(3)裂縫寬度的驗(yàn)算。為了保證工業(yè)廠房在遭遇罕遇地震的情況下能夠保證正常使用的基本要求，必須對(duì)結(jié)構(gòu)中混凝土梁的裂縫寬度水平進(jìn)行嚴(yán)格控制和驗(yàn)算，滿足規(guī)范要求的0.3mm 的水平。如果在計(jì)算中發(fā)現(xiàn)其裂縫寬度已經(jīng)超出了要求的正常范圍內(nèi)，則可以將鋼筋截面改小和增加鋼筋的數(shù)量來對(duì)梁的裂縫寬度進(jìn)行調(diào)整和限制，如果還達(dá)不到規(guī)范要求，則需要將梁柱截面進(jìn)行重新調(diào)整和重新計(jì)算，直到裂縫水平滿足設(shè)計(jì)要求為止。與所有的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)一樣，工業(yè)廠房的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)也應(yīng)當(dāng)嚴(yán)格遵守“小震不壞、中震可修、大震不倒”的設(shè)計(jì)原則進(jìn)行設(shè)計(jì)。首先應(yīng)當(dāng)滿足小震不壞的要求，在此基礎(chǔ)之上通過結(jié)構(gòu)調(diào)整和構(gòu)造上的加強(qiáng)來進(jìn)一步達(dá)到中震不壞的要求，提高建筑結(jié)構(gòu)的抗震性能，再進(jìn)一步按照大震不倒的要求對(duì)罕遇地震進(jìn)行最終的驗(yàn)算和優(yōu)化設(shè)計(jì)。根據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，在7 至9 度地震是，如果工業(yè)廠房的樓層屈服強(qiáng)度值小于或等于0.5，還應(yīng)當(dāng)在高于當(dāng)?shù)卦O(shè)防烈度估計(jì)值的條件下對(duì)其薄弱層進(jìn)行進(jìn)一步的抗震變形的驗(yàn)算工作，還要求結(jié)構(gòu)薄弱層之間，其彈塑性位移角不能大于1/50。

4 結(jié)語

工業(yè)廠房的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，必須配合工藝使用要求對(duì)其整個(gè)方案進(jìn)行優(yōu)化和調(diào)整，做到:設(shè)計(jì)概念清晰，結(jié)構(gòu)形式選擇合理，與實(shí)際工藝和使用要求相配套，計(jì)算結(jié)果準(zhǔn)確合理，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行驗(yàn)算和截面的調(diào)整工作，以同時(shí)滿足結(jié)構(gòu)在使用中的功能和安全性的要求，同時(shí)還應(yīng)當(dāng)滿足建筑競技性的要求，實(shí)現(xiàn)建筑設(shè)計(jì)的最大經(jīng)濟(jì)效益。

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