淺談工業(yè)建筑結(jié)構(gòu)形式的選擇與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

丁玉洪

摘要：由于工業(yè)建筑是以工業(yè)生產(chǎn)為導(dǎo)向，它的外形、內(nèi)部構(gòu)造與我們熟知的常規(guī)形式和固有類型差別很大，處處彰顯出功能主義的氣息，表現(xiàn)出很強(qiáng)的經(jīng)濟(jì)適用性、靈活性和高科技特征。必須能夠充分理解該建筑的要求與用途，多琢磨生產(chǎn)工藝流程，且要符合設(shè)計(jì)的抗震安全性。

關(guān)鍵詞：工業(yè)建筑；結(jié)構(gòu)形式；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

我們知道，工業(yè)建筑是指供人民從事各類生產(chǎn)活動(dòng)的建筑物和構(gòu)筑物。特點(diǎn)是：建筑物應(yīng)滿足生產(chǎn)工藝的要求；建筑物內(nèi)部有較大的面積和空間；建筑物的結(jié)構(gòu)、構(gòu)造復(fù)雜，技術(shù)要求高。由于工業(yè)建筑是以工業(yè)生產(chǎn)為導(dǎo)向，它的外形、內(nèi)部構(gòu)造與我們熟知的常規(guī)形式和固有類型差別很大，處處彰顯出功能主義的氣息，表現(xiàn)出很強(qiáng)的經(jīng)濟(jì)適用性、靈活性和高科技特征。

1.工業(yè)建筑結(jié)構(gòu)形式的選擇

工業(yè)建筑設(shè)計(jì)中結(jié)構(gòu)的選擇是：根據(jù)生產(chǎn)工藝要求和材料、施工條件，選擇適宜的結(jié)構(gòu)體系。鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)材料易得，施工方便，耐火耐蝕，適應(yīng)面廣，可以預(yù)制，也可現(xiàn)場(chǎng)澆注，為單層和多層廠房所常用。鋼結(jié)構(gòu)則多用在大跨度、大空間或振動(dòng)較大的生產(chǎn)車間，但要采取防火、防腐蝕措施。最好采用工業(yè)化體系建筑，以節(jié)省投資、縮短工期。

由于按照工業(yè)建筑建造后的用途會(huì)有不同的生產(chǎn)工藝、生產(chǎn)要求，所以要注意采用不同的材料和施工條件，要綜合這些因素選擇出一套最適宜的結(jié)構(gòu)體系。目前常用的是鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)與鋼結(jié)構(gòu)，其中：（1）鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的建筑材料比較容易獲得，施工便利，既能預(yù)制也能在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行澆注，而且耐火耐蝕，建造出來的建筑適應(yīng)面較廣。目前我國的廠房常用的就是鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)；（2）鋼結(jié)構(gòu)可以采用工業(yè)化體系進(jìn)行建筑，既能節(jié)省成本，又能縮短工期，但是要注意防火和防腐蝕方面的設(shè)計(jì)。目前鋼結(jié)構(gòu)在我國多用于大跨度、大空間又或是振動(dòng)較大的生產(chǎn)車間建造上。

2.工業(yè)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵

2.1設(shè)計(jì)基本要求

（1）在對(duì)鋼結(jié)構(gòu)應(yīng)力和變形的控制中，有一些要求：①鋼梁應(yīng)力≥強(qiáng)度設(shè)計(jì)值乘以90%，②鋼柱應(yīng)力≥強(qiáng)度設(shè)計(jì)值乘以95%，③鋼構(gòu)件變形=變形容許值乘以100%。（2）在鋼筋混凝土中，結(jié)構(gòu)配筋要求：①框架梁配筋率在百分之一點(diǎn)二至百分之一點(diǎn)七之間，②框架柱配筋率在百分之零點(diǎn)七至百分之一點(diǎn)一之間，③獨(dú)立基礎(chǔ)配筋率大于等于百分之零點(diǎn)一五，④單樁單柱承臺(tái)百分之零點(diǎn)一。

總之，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要圍繞安全性強(qiáng)、經(jīng)濟(jì)合理度高、工程質(zhì)量高三方面依照國家規(guī)程，遵守國家規(guī)定來執(zhí)行。

2.2地基形式的選擇

不同的工業(yè)建筑形式，設(shè)計(jì)時(shí)需要選取不同的地基形式，通常載荷較大的地方采用樁基、獨(dú)立基礎(chǔ)、條形基礎(chǔ)、彈性地基梁等。從生產(chǎn)型廠房的設(shè)計(jì)角度看，混凝土標(biāo)號(hào)應(yīng)符合結(jié)構(gòu)耐久性要求（一般采用C25）。地基的配筋應(yīng)盡量降低配筋率。條基交接部位的鋼筋設(shè)置要有詳細(xì)的工程圖。條基交叉處的基底面積只能單獨(dú)使用，不可重復(fù)使用，并要合理調(diào)整基寬。砌體結(jié)構(gòu)局部墻體作用有較大的集中載荷，應(yīng)根據(jù)具體要求適當(dāng)加大地基寬度。另外需特別注意的是柱下條形基礎(chǔ)，如果基礎(chǔ)的翼緣板采用緩坡形式，應(yīng)注意坡角不可過于陡峭，否則施工工藝性較差。

2.3梁和板件的合理設(shè)計(jì)

（1）挑梁的自重相對(duì)總載荷比較小，做成變截面對(duì)減輕自重貢獻(xiàn)不大，所以應(yīng)盡量將挑梁做成等截面形式。在計(jì)算挑梁鋼筋率時(shí)，應(yīng)預(yù)留合適的安全系數(shù)。當(dāng)挑梁載荷大、懸挑大、撓度大時(shí)需適當(dāng)加大底筋。砌體結(jié)構(gòu)挑梁深入墻體的托梁長度應(yīng)滿足構(gòu)造要求，并計(jì)算抗傾翻臨界條件。（2）過梁的設(shè)計(jì)可以按標(biāo)準(zhǔn)圖選用，但要在施工圖中特別標(biāo)明選用方法和具體圖號(hào)。如果門窗洞口較大或過梁作用有集中力時(shí)，應(yīng)通過具體計(jì)算驗(yàn)證過梁的受力強(qiáng)度。在設(shè)計(jì)時(shí)，盡量將過梁與圈梁整體澆注，既便于施工也利于抗震。過梁的鋼筋不可配置過小，以充分考慮地震時(shí)過梁墻體出現(xiàn)裂縫而無法形成支撐的作用。（3）現(xiàn)澆板配筋多借助軟件自動(dòng)生成，例如常用的PMCAD。這樣可以加快速度，減少筆誤。在計(jì)算配筋時(shí)，應(yīng)考慮塑性變形重分布，將板上筋應(yīng)力乘以0.8—0.9的折減系數(shù)，將板下筋乘以1.1—1.2的放大系數(shù)。如果按彈性力學(xué)理論計(jì)算雙向板鋼筋應(yīng)力，結(jié)果偏于保守，不必再人為放大。在給砌體結(jié)構(gòu)的板件進(jìn)行配筋時(shí)，要注意支撐在外墻的板負(fù)筋不宜過大，否則會(huì)對(duì)磚墻產(chǎn)生過大的附加彎矩。板配筋盡量采取大直徑大間距形式，間距值不小于200毫米，板上板下鋼筋宜均勻分布，直徑類型不宜過多。在設(shè)計(jì)時(shí)，要注意將現(xiàn)澆挑板陽角配置輻射狀附加筋，同時(shí)要對(duì)現(xiàn)澆挑板陽角的板下配置斜筋。

2.4柱形件的設(shè)計(jì)要點(diǎn)

在工業(yè)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，軸向受力構(gòu)件的應(yīng)用極為廣泛。柱截面選用時(shí)，為了經(jīng)濟(jì)，宜優(yōu)先選用鋼管混凝土柱或型鋼格構(gòu)柱。如角鋼、槽鋼、工字鋼和鋼管，也可用型鋼或鋼板制成組合截面柱。組合截面柱的腹桿體系有綴條式和綴板式兩種?？紤]到性價(jià)比，在工藝允許的情況下可增加縱向系桿，以減小廠房柱的平面外計(jì)算長度。支撐桿件的結(jié)構(gòu)通常設(shè)計(jì)為單拉桿，或者是一鐮一壓桿件的組合形式。實(shí)際中根據(jù)受力大小和桿件長度靈活選用。單桿設(shè)計(jì)目前處于主流地位，也即在前后片桿件之間不設(shè)置綴條，這樣便于架設(shè)中間穿行管道、樓梯和參觀走廊。

2.5科學(xué)選用設(shè)計(jì)材料

針對(duì)不同建筑強(qiáng)度要求選擇不同型號(hào)的鋼板，如受力構(gòu)件選擇Q235-B，平臺(tái)板選擇Q235-A，吊車梁選擇Q345-C等。選擇的鋼材要通過國家相關(guān)質(zhì)量檢測(cè)體系認(rèn)證，確保質(zhì)量可靠。在一些特殊要求的工程中選用特種鋼材，如高爐爐殼選擇BB503，轉(zhuǎn)爐平臺(tái)選擇鑄鐵板等。在鋼板型號(hào)確定后，按照鋼板的型號(hào)配置對(duì)應(yīng)的焊條，如受力構(gòu)件Q235-B選用E4315焊條，受力構(gòu)件對(duì)焊接要求等級(jí)為一級(jí)，必須有足夠的焊接牢固度才能承擔(dān)起結(jié)構(gòu)受力主體的重任，沒有特殊要求的結(jié)構(gòu)可以選擇E4301型焊條。相同原則，助焊劑和焊錫絲也應(yīng)該具體情況分別對(duì)應(yīng)選用。螺栓和螺母也有性能等級(jí)之分，同樣要求符合相關(guān)規(guī)定。

混凝土的墊層與基層應(yīng)分別采用C10和C25型混凝土，結(jié)構(gòu)受力較大的選用C30至C50。此外還有高溫耐熱性和防水性混凝土供不同條件要求選用。

除了上述材料的選用外還應(yīng)該注意鋼結(jié)構(gòu)的防銹涂裝，避免結(jié)構(gòu)生銹，影響建筑的剛度和強(qiáng)度。

2.6預(yù)埋件的合理埋設(shè)

在施工圖中，設(shè)計(jì)人員要在結(jié)施圖中明確標(biāo)明預(yù)埋件的大小規(guī)格和定位尺寸。某些單位在結(jié)施圖中漏掉樓梯埋件，需在現(xiàn)場(chǎng)補(bǔ)埋，費(fèi)時(shí)費(fèi)力。技術(shù)交底時(shí)，要特別向施工單位闡明埋件要求。埋件要可以承受一定的附加載荷。工業(yè)建筑筒體結(jié)構(gòu)庫壁的埋件安裝要特別注意，否則出現(xiàn)滑膜時(shí)會(huì)使埋件移位，造成安裝困難。

2.7防震設(shè)計(jì)應(yīng)達(dá)標(biāo)

現(xiàn)代建筑工程在結(jié)構(gòu)上都反復(fù)強(qiáng)調(diào)防震抗震的要點(diǎn)，它占據(jù)了結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)安全性的第一位。實(shí)際上在工業(yè)建筑中，結(jié)構(gòu)防震抗震的要求更高，因?yàn)樯婕暗缴a(chǎn)過程中的原材料、生產(chǎn)方法和成品等的特殊性，如果沒有做好防震抗震的設(shè)計(jì)，一旦出現(xiàn)意外所帶來的破壞力很可能是毀滅性的，特別是一些易燃易爆方面。我國也屬于多地震的國家之一，盡管發(fā)生大型地震的頻率不高，但是建筑結(jié)構(gòu)的防震設(shè)計(jì)必須加強(qiáng)重視。

總之，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是用結(jié)構(gòu)語言來表達(dá)建筑師及其它專業(yè)工程師所要表達(dá)的東西。用基礎(chǔ)，墻，柱，梁，板，樓梯，大樣細(xì)部等結(jié)構(gòu)元素來構(gòu)成建筑物的結(jié)構(gòu)體系，包括豎向和水平的承重及抗力體系。把各種情況產(chǎn)生的荷載以最簡潔的方式傳遞至基礎(chǔ)。要結(jié)合生產(chǎn)工藝流程與抗震安全性，才能設(shè)計(jì)出既滿足生產(chǎn)使用的要求，又能保障生產(chǎn)安全的建筑作品。