多層工業(yè)廠房的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)探析

陸原

（煤炭工業(yè)合肥設(shè)計(jì)研究院）

摘 要：工業(yè)廠房屬于房屋建筑類型中的重要代表，不同于民用住宅結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)建設(shè)，工業(yè)廠房的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)在原則和理念方面要更加先進(jìn)，自有其獨(dú)到之處。隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，新工業(yè)化時(shí)期的生產(chǎn)要求不斷提高，為適應(yīng)這種新型變化，工業(yè)廠房結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)水平也不斷提高，多層工業(yè)廠房的結(jié)構(gòu)在企業(yè)自身發(fā)展中就起到了至關(guān)重要的作用。筆者根據(jù)多年的工作經(jīng)驗(yàn)，主要針對多層工業(yè)廠房的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行分析和討論。

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

我國建筑事業(yè)的迅速發(fā)展，近幾年的工業(yè)廠房結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中所需要考慮的因素越來越多，需要關(guān)注的設(shè)計(jì)要點(diǎn)也日益復(fù)雜，由于生產(chǎn)規(guī)模的需要，現(xiàn)在建造的工業(yè)廠房的面積和跨度較大，這里我們所說的多層工業(yè)廠房結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)僅僅是其中比較淺顯的一部分。

1 常用的結(jié)構(gòu)體系

在我國加快社會(huì)主義現(xiàn)代化建設(shè)的過程中，工業(yè)成為國家的重點(diǎn)關(guān)注行業(yè)，工業(yè)的規(guī)模逐漸擴(kuò)大，經(jīng)濟(jì)效益也隨之增加，這都為國家建設(shè)提供了巨大的資金數(shù)額。工業(yè)要獲得發(fā)展，離不開基礎(chǔ)的施工操作基地，也就是工業(yè)廠房的建設(shè)，因而工業(yè)廠房的設(shè)計(jì)建設(shè)與工業(yè)發(fā)展息息相關(guān)。

1.1 框架-支撐體系

在橫向設(shè)計(jì)的時(shí)候采用剛接框架，縱向的時(shí)候設(shè)計(jì)采用成柱間支撐體系，以這種設(shè)計(jì)方式抵消水平的荷載力，這種設(shè)計(jì)方式一般會(huì)在縱向稍長，橫向稍短的廠房中采用，在經(jīng)濟(jì)上是一種比較節(jié)約的設(shè)計(jì)方式，但可能柱間支撐多少會(huì)影響到使用效果。

1.2 純框架體系

縱向橫向兩個(gè)方向均不采用柱間支撐，完全設(shè)計(jì)成剛接框架的結(jié)構(gòu)，這種設(shè)計(jì)的有點(diǎn)就是空間上不會(huì)受到影響，但是柱不適宜采用工字型的柱，通常會(huì)用兩個(gè)方向慣性矩差別不太明顯的截面式，比如箱型柱，這樣使用剛量上也會(huì)增加。

1.3 鋼架和支撐的混合體系

鋼架加支撐的混合體系的橫向設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)和框架體系的剛接框架一樣，縱向設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)則是鋼架和支撐混合的形式，它是靠鋼架和支撐兩者共同抵抗水平力的。這種鋼架和支撐的混合體系很有效的減少柱的縱向彎矩，但是對工業(yè)廠房的樓面鋼韌度要求比較高，保證柱子間的變形很協(xié)調(diào)，否則很有可能致使柱間支撐不能發(fā)揮相應(yīng)的作用，導(dǎo)致浪費(fèi)甚至是事故。

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

多層工業(yè)廠房作為建筑結(jié)構(gòu)領(lǐng)域的常見內(nèi)容，如何更好的開展廠房結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、提高結(jié)構(gòu)節(jié)能性已成為目前業(yè)界工作重點(diǎn)。在目前設(shè)計(jì)水平還有待提高的情況下，相關(guān)設(shè)計(jì)人員要不斷豐富專業(yè)知識(shí)，竭力優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，充分發(fā)揮主觀意識(shí)，提高廠房設(shè)計(jì)水平，為工業(yè)發(fā)展提高良好的生產(chǎn)基地。

2.1 梁端彎矩的寬度調(diào)幅

框架結(jié)構(gòu)可以考慮梁端的塑性變形，對豎向荷載作用下的梁端負(fù)彎矩進(jìn)行調(diào)幅。而對梁端彎矩的寬度調(diào)幅不太重視，普通框架不進(jìn)行梁端彎矩的寬度調(diào)幅，由于其本身配筋不多，截面小，影響并不大。多層廠房的跨度大，荷載大，框架柱梁的截面也比較大，框架梁的配筋很多，尤其支座處負(fù)彎矩很大造成配筋非常密。

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，可以通過減小鋼筋截面、增加鋼筋根數(shù)來調(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”。

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

廠房的設(shè)計(jì)都是為生產(chǎn)活動(dòng)而設(shè)計(jì)的，設(shè)計(jì)目的都是為了滿足生產(chǎn)的需要。廠房設(shè)計(jì)中的結(jié)構(gòu)專業(yè)作為配套專業(yè)首先應(yīng)該滿足工業(yè)設(shè)計(jì)的需求，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)服從于工藝條件。事實(shí)上，工藝設(shè)計(jì)者在布置工藝時(shí)經(jīng)常與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)產(chǎn)生矛盾。例如，本來開洞的地方可以選擇框架梁，設(shè)備可以沿著梁布置的卻布置在了跨中等。荷載時(shí)常出現(xiàn)偏大的情況，甚至有時(shí)將設(shè)備的荷載作為均布荷載而提出。因此，特別是在方案階段，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員應(yīng)該與工藝相協(xié)調(diào)，盡可能多的了解工藝布置原則，使設(shè)計(jì)和施工減少不必要的麻煩。

2.3 設(shè)置合理的破壞機(jī)制

地震等地質(zhì)災(zāi)害會(huì)對結(jié)構(gòu)造成不同程度的破壞，損失程度的輕重要視破壞程度而定，所以，優(yōu)化破壞次序，防止結(jié)構(gòu)因破壞程度加深而造成更嚴(yán)重的損失便成了結(jié)構(gòu)工程師的主要工作內(nèi)容。在這一規(guī)程中，工程師應(yīng)該把握一個(gè)工作原則：避免結(jié)構(gòu)整體先于結(jié)構(gòu)部分的破壞。工作內(nèi)容主要有：一是強(qiáng)柱弱梁，也就是避免柱子的破壞先于梁的破壞，整個(gè)結(jié)構(gòu)是否牢固關(guān)鍵在于柱子是否牢固；二是強(qiáng)節(jié)弱桿，避免節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)的破壞先于構(gòu)件的破壞，節(jié)點(diǎn)與大部分構(gòu)件緊密相關(guān)，所以要保證節(jié)點(diǎn)完好；三是強(qiáng)剪弱彎，剪切破壞發(fā)生的比較突然，且無法提前做出準(zhǔn)確的預(yù)測，而彎曲破壞有一個(gè)曲線的變化，往往可以提前預(yù)知危險(xiǎn)，這就能有效防止破壞進(jìn)一步蔓延。

2.4 電梯井筒相連接的框架設(shè)計(jì)

在過去的設(shè)計(jì)中都是按照純框架進(jìn)行計(jì)算的，電梯井壁按構(gòu)造的情況進(jìn)行配筋，這樣的設(shè)計(jì)偏低不安全，合理的計(jì)算方式應(yīng)該是，框架部分應(yīng)該按照壁式框架計(jì)算出的數(shù)值進(jìn)行配筋，電梯井壁應(yīng)該按照剪力墻進(jìn)行配筋；另外一方面，多層廠房在設(shè)計(jì)中一般都會(huì)是多層多吊車的設(shè)計(jì)，這種設(shè)計(jì)所采用的方法一般是將一層吊車作為吊車荷載進(jìn)行輸入，其余層次的吊車荷載則作為活荷載進(jìn)行考慮。

2.5 屋蓋支撐系統(tǒng)設(shè)計(jì)

屋蓋支撐系統(tǒng)通常是由垂直支撐、縱向支撐、橫向支撐以及系桿組成。屋蓋支撐系統(tǒng)的設(shè)計(jì)應(yīng)該結(jié)合廠房的高度、柱網(wǎng)布置、廠房跨度、屋蓋結(jié)構(gòu)形式以及廠房內(nèi)設(shè)備的振動(dòng)情況進(jìn)行綜合考慮。此外，屋面支撐系統(tǒng)的布置，還應(yīng)根據(jù)柱間支撐的位置總體考慮，使屋面支撐與柱間支撐形成簡潔的傳力路徑，并形成有效的提高廠房剛度的措施。如果廠房內(nèi)有大型振動(dòng)設(shè)備的廠房，其屋蓋還應(yīng)該設(shè)置縱向水平支撐。

2.6 非結(jié)構(gòu)部件的處理

非結(jié)構(gòu)構(gòu)件指的是隔墻、圍護(hù)墻、女兒墻等非主要承重和承力部件，雖然不屬于主體結(jié)構(gòu)的一部分，但在地震期間卻能夠改變主體結(jié)構(gòu)構(gòu)件在地震中的受力狀態(tài)及分布規(guī)律。所以，非結(jié)構(gòu)部件的處理對于建筑結(jié)構(gòu)整體抗震能力意義重大。因此，首先，或者讓非結(jié)構(gòu)部件成為抗震結(jié)構(gòu)整體的一部分或者讓非結(jié)構(gòu)部件與抗震結(jié)構(gòu)整體不發(fā)生任何關(guān)系；其次，裝飾物與結(jié)構(gòu)整體的連接要可靠；再次，隔墻、圍護(hù)墻要避免對結(jié)構(gòu)抗震帶來的不利影響，其豎向連接要均勻，在平面上的分布要均勻?qū)ΨQ。

結(jié)束語

隨著國民經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，工業(yè)建筑要不斷滿足現(xiàn)代大工業(yè)生產(chǎn)，工藝不斷更新的要求，過去那種單一功能，單一建筑形式已經(jīng)不適應(yīng)生產(chǎn)方式改變的需要，聯(lián)合車間、靈活車間、工業(yè)大廈等多功能廠房應(yīng)運(yùn)而生。多層廠房因?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)。

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