淺談多層工業(yè)廠房混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

信息產(chǎn)業(yè)電子第十一設(shè)計(jì)研究院科技工程股份有限公司大連分公司 遼寧大連 116600

摘要：工業(yè)化的深入，有力地推動(dòng)了工業(yè)廠房建設(shè)技術(shù)的發(fā)展，然而在工業(yè)廠房建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面，同時(shí)又面臨著挑戰(zhàn)，傳統(tǒng)廠房建筑形式和功能單一，其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)已經(jīng)不適應(yīng)現(xiàn)代工業(yè)化發(fā)展的需要，因而涌現(xiàn)出諸多問(wèn)題。本文圍繞多層工業(yè)廠房混凝土的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)展開探究。

關(guān)鍵詞：多層工業(yè)廠房；混凝土；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

前言

隨著建筑技術(shù)水平的不斷提高，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)逐漸被廣泛地應(yīng)用與推廣，因此對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)進(jìn)行研究具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。本文主要就多層廠房的混凝土結(jié)構(gòu)的相關(guān)問(wèn)題進(jìn)行簡(jiǎn)要的分析與研究，以期為提高多層建筑的設(shè)計(jì)水平以及建筑工程的質(zhì)量提供堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)。

1.多層工業(yè)廠房的基本特征

1.1平面結(jié)構(gòu)布置和柱網(wǎng)布置

在進(jìn)行多層工業(yè)廠房的平面布置中，往往為了使工藝要求得到滿足，使結(jié)構(gòu)進(jìn)行不規(guī)整的布局，布梁不整齊，同時(shí)柱網(wǎng)也不規(guī)則，更甚至有的工藝需要在主受力構(gòu)件上進(jìn)行開孔的現(xiàn)象。另外，多層工業(yè)廠房的內(nèi)部空間一般相對(duì)較大，大多數(shù)的柱距約為6～12m，有局部存在抽柱設(shè)計(jì)的，會(huì)將柱距提高到18m 以上。這樣一來(lái)，會(huì)使結(jié)構(gòu)傳力變得復(fù)雜，受力并不明確，在設(shè)計(jì)時(shí)就會(huì)容易導(dǎo)致應(yīng)力集中的現(xiàn)象。

1.2豎向結(jié)構(gòu)的布置以及層高

一般情況下，對(duì)于多層工業(yè)廠房來(lái)說(shuō)，其層高比較大，可以高達(dá)4-8米的范圍，同時(shí)在豎向布置上，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)夾層錯(cuò)層，樓板進(jìn)行開洞的情況，這樣一來(lái)，會(huì)導(dǎo)致樓板不能提供滿足要求的平面內(nèi)剛度，在豎向上結(jié)構(gòu)的有效質(zhì)量 分布未能達(dá)到均勻。如果出現(xiàn)地震，廠房的結(jié)構(gòu)就可能會(huì)產(chǎn)生“短柱效應(yīng)”，導(dǎo)致在局部柱段的水平剪力對(duì)截面設(shè)計(jì)產(chǎn)生重要影響。

1.3各類型的荷載要求

在工業(yè)廠房建筑中，在集中荷載方面主要有設(shè)備自重，有時(shí)候還應(yīng)對(duì)設(shè)備的震動(dòng)擾力進(jìn)行考慮，嚴(yán)格依據(jù)規(guī)范與標(biāo)準(zhǔn)要求對(duì)動(dòng)力進(jìn)行精確的計(jì)算。在懸掛荷載方面，主要有吊車荷載以及管道荷載，有時(shí)管道會(huì)使水平彎矩或者荷載。而在板面荷載上，主要是根據(jù)相關(guān)的生產(chǎn)工藝的要求與標(biāo)準(zhǔn)，在不相同的生產(chǎn)樓地面設(shè)置不一樣的活荷載取值，但是這樣的活荷載大小一般情況下都會(huì)大于工業(yè)建筑中的活荷載大小。

1.4樓面以及基礎(chǔ)形式

在多層工業(yè)廠房中，大部分使用現(xiàn)澆白鋼筋混凝土樓面，但是在樓板會(huì)出現(xiàn)開洞或者局部厚度的變化。而在廠房的基礎(chǔ)形式方面，大多數(shù)應(yīng)用的是柱下獨(dú)立基礎(chǔ)或者柱下條形基礎(chǔ)，如果地基承載力較差，可應(yīng)用灰土擠或者砂樁密樁的方法進(jìn)行施工，同時(shí)還可利用灌注樁，直接在堅(jiān)硬的土層上面進(jìn)行施工。

1.5輕型圍護(hù)結(jié)構(gòu)

在多層工業(yè)廠房設(shè)計(jì)中，其圍護(hù)結(jié)構(gòu)一般作為主要的承重體系，大多數(shù)情況應(yīng)用輕質(zhì)的原材料，在屋蓋結(jié)構(gòu)方面應(yīng)用鋼桁架檁條體系，再用輕質(zhì)保溫層加鋪。這一種材料與設(shè)計(jì)有助于使結(jié)構(gòu)自身重量減輕，使地震的反應(yīng)降低。

2.混凝土結(jié)構(gòu)

目前，混凝土結(jié)構(gòu)具有非常多的優(yōu)勢(shì)，它的 物理力學(xué)性能良好、取材相對(duì)容易，同時(shí)造價(jià)又可觀的優(yōu)點(diǎn)，但是它的主要優(yōu)點(diǎn)在于耐久性很好，雖然易被腐蝕，但是有混凝土的保護(hù)層進(jìn)行包裹保護(hù)，阻隔了與空氣的接觸，不容易導(dǎo)致銹蝕，因此混凝土結(jié)構(gòu)的使用壽命是非常長(zhǎng)的。因而成為了現(xiàn)代工程建筑使用最廣泛的結(jié)構(gòu)形式之一。但是如果只片面地考慮混凝土的耐久性，而忽略混凝土結(jié)構(gòu)的整體耐久性，會(huì)影響建筑的結(jié)構(gòu)安全性。同時(shí)在很多地區(qū)屬于地震多發(fā)段，地震對(duì)建筑物結(jié)構(gòu)的危害非常大，因此必須對(duì)抗震性，特別是對(duì)于多層工業(yè)建筑中，抗震性顯得重要，高樓層的頂部當(dāng)受到地震作用的時(shí)候，側(cè)向的位移也會(huì)越大，就更容易導(dǎo)致坍塌現(xiàn)象的出現(xiàn)。

3.混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的原則

1.1混凝土結(jié)構(gòu)的實(shí)用性原則

設(shè)計(jì)的混凝土結(jié)構(gòu)必須具有實(shí)用性，實(shí)用是混凝土結(jié)構(gòu)的主要要求，只有突出混凝土結(jié)構(gòu)的實(shí)用性，整個(gè)混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)也才能適應(yīng)市場(chǎng)的需要，也才能滿足使用者的各類需求，混凝土結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)工作也才能找到實(shí)施的基礎(chǔ)。

1.2混凝土結(jié)構(gòu)的安全性原則

混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程中應(yīng)該突出安全，一方面要確?；炷两Y(jié)構(gòu)施工過(guò)程中安全目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)，要為混凝土結(jié)構(gòu)施工創(chuàng)造一個(gè)安全的環(huán)境，這是進(jìn)行混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的必要前提。另一方面要確?；炷两Y(jié)構(gòu)使用的安全，力爭(zhēng)在建筑物和混凝土結(jié)構(gòu)的使用壽命中做到對(duì)安全的保證.

1.3混凝土結(jié)構(gòu)的整體性原則

應(yīng)該將混凝土結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)工作進(jìn)一步深化，使整體性原則得到進(jìn)一步落實(shí)，讓整個(gè)混凝土結(jié)構(gòu)達(dá)到一個(gè)性能綜合、結(jié)構(gòu)連續(xù)的整體，在實(shí)現(xiàn)對(duì)建筑物功能維護(hù)的同時(shí)，確保整個(gè)工程的統(tǒng)一。

4.多層混凝土廠房結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)

因企業(yè)單位在進(jìn)行生產(chǎn)時(shí)，多層廠房大部分都需要進(jìn)行大空間與大跨度的設(shè)計(jì)，而在結(jié)構(gòu)方面，一般情況下應(yīng)用的是框架結(jié)構(gòu)。在布置多層廠房整體結(jié)構(gòu)時(shí)，為了保證工業(yè)廠房的剛度中心與質(zhì)量中心相接近，使 廠房在空間上的扭轉(zhuǎn)作用降低，應(yīng)盡可能地對(duì)稱均衡布置柱網(wǎng)。具體設(shè)計(jì)要求主要有以下幾方面：

（1）對(duì)電梯間的位置合理布置。因?yàn)榇蟛糠值亩鄬訌S房都是為需要應(yīng)用大型機(jī)器作業(yè)的企業(yè)提供的，所以合理設(shè)計(jì)電梯間的科學(xué)非常重要。企業(yè)在進(jìn)行大型設(shè)備及產(chǎn)品或者貨物的運(yùn)輸時(shí)就需要電梯間發(fā)揮作用，如果電梯間設(shè)計(jì)合理，有利于運(yùn)輸?shù)那闆r下，就能夠?yàn)槠髽I(yè)節(jié)省一部分的人流與物力。在設(shè)置電梯間位置時(shí)，必須充分地考慮電梯井筒對(duì)建筑物的偏心影響，在結(jié)構(gòu)布置方面盡可能地避免電梯井筒在建筑物的角部與端部布置。如果因工藝布置需要而不可避免的時(shí)候，必須采取措施加強(qiáng)周圍的樓板以及框架的結(jié)構(gòu)。

（2）對(duì)框架周期科學(xué)設(shè)計(jì)。多層廠房因?yàn)榭臻g較大、跨度大、柱子較少，同時(shí)部分多層廠房的柱距方向尺寸也較小，柱子數(shù)量多，這時(shí)在進(jìn)行在廠房結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，就必須采用橫向控制，以例橫向的抗震能力擴(kuò)大，這樣的設(shè)計(jì)不但能提高廠房的抗震能力同時(shí)也可以為企業(yè)節(jié)省成本。因此，相關(guān)工程的設(shè)計(jì)者必須科學(xué)合理地對(duì)橫向框架與縱向框架的周期進(jìn)行設(shè)置。此外，框架結(jié)構(gòu)及框架--抗震墻等結(jié)構(gòu)，因?yàn)樘畛鋲Φ拇嬖?，使結(jié)構(gòu)的計(jì)算剛度小于實(shí)際剛度，計(jì)算周期超過(guò)實(shí)際周期，所以計(jì)算結(jié)果的地震剪力偏小，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)的不安全性，因而要折減結(jié)構(gòu)的計(jì)算周期。

（3）合理設(shè)置防震縫。我國(guó)的國(guó)土面積較大，同時(shí)地形較復(fù)雜，有不少地區(qū)處于地震多發(fā)帶，對(duì)于地震高發(fā)區(qū)，進(jìn)行多層廠房的設(shè)計(jì)時(shí)，必須充分考慮防震設(shè)計(jì)，它是衡量廠房質(zhì)量的重要標(biāo)準(zhǔn)之一。在廠房的抗震設(shè)計(jì)上應(yīng)盡可能地減少或盡量避免防震縫的設(shè)置，因?yàn)樵诘卣饏^(qū)域的廠房的伸縮縫是合一的。如果實(shí)際需求的多層廠房跨度較大，一般情況下適宜相隔30至40m進(jìn)行一道800至1000mm寬的后澆帶設(shè)置，同時(shí)后澆帶的位置應(yīng)該在廠房結(jié)構(gòu)受力影響最小的區(qū)段進(jìn)行設(shè)置，以起到減少伸縮縫及防震縫的作用；除此之外，還要要注意的，在廠房晝夜溫差相對(duì)較大的頂層與底層以及內(nèi)縱墻端開間的墻體等位置，在設(shè)計(jì)的時(shí)候要盡可能地提高配筋率，以使廠房的壽命提升，另外還應(yīng)對(duì)屋面隔熱保溫層加厚或或者設(shè)置架空層以形成通風(fēng)屋面。

總結(jié)語(yǔ)

多層混凝土廠房是企業(yè)提供工業(yè)生產(chǎn)的場(chǎng)所，因而其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的科學(xué)合理性是影響企業(yè)穩(wěn)定發(fā)展的重要因素。在進(jìn)行多層混凝土廠房結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的時(shí)候，必須充分考慮各方面的因素以及各項(xiàng)科學(xué)計(jì)算參數(shù)，才能設(shè)計(jì)出高質(zhì)量的建筑作品以滿足企業(yè)可持續(xù)發(fā)展的需要。

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