鋼筋混凝土框架工業(yè)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的問題探討

許 靜

長嶺煉化岳陽工程設(shè)計(jì)有限公司 湖南 岳陽 414000

前言：工業(yè)建筑不同于民用建筑的特點(diǎn)是，工業(yè)建筑都是為生產(chǎn)服務(wù)的，工業(yè)建筑首先要滿足工藝流程的需要，例如建筑物的層高首先要滿足設(shè)備的高度及操作要求，結(jié)構(gòu)的平面布置要根據(jù)工藝設(shè)備的平面布置和荷載來確定，需要考慮泄爆的建筑物需要根據(jù)計(jì)算后的泄爆面積將墻面或屋面設(shè)置為輕質(zhì)墻板，另外包含變電所、配電間等的工業(yè)建筑物局部區(qū)域需要設(shè)置層高較小的夾層等等，這些往往都與建筑結(jié)構(gòu)布置的對稱性、規(guī)則性等的原則是相矛盾的，但鑒于剛度大、承載能力高、抗震性能較好、耐腐蝕性能好等特點(diǎn)，鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)仍然是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員經(jīng)常選擇的結(jié)構(gòu)型式。下面結(jié)合幾個(gè)工程實(shí)例對鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)在工業(yè)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中，由于結(jié)構(gòu)的平面和豎向不規(guī)則導(dǎo)致建模計(jì)算時(shí)側(cè)向剛度比、樓層受剪承載力比、樓層的最大彈性水平位移與該樓層兩端彈性水平位移比超限等常見問題提出了一些解決對策。

1、在薄弱樓層局部增加短肢剪力墻來調(diào)整樓層的側(cè)向剛度比。

某化工廠的動(dòng)力控制樓，長度方向～軸為7mx4=28m，跨度方向～軸分別為6.5m和8.5m，共3層，首層層高4.5m，第二層為電纜夾層，層高僅2.1m且僅在～軸之間有樓板，第三層層高為4.1m。結(jié)構(gòu)型式為鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，鋼筋混凝土柱下條形基礎(chǔ)?？拐鹪O(shè)防類別為乙類，框架的抗震等級為二級。采用PKPM建模計(jì)算后，發(fā)現(xiàn)由于第二層電纜夾層的層高很小造成了第一層側(cè)向剛度與第二層側(cè)向剛度的70%的比值在X向和Y向分別為0.56和0.72，均小于1，不滿足《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》的限值要求，通常樓層的側(cè)向剛度比超限時(shí)人為調(diào)整的辦法為：、降低本層層高或提高上一樓層的層高。、加強(qiáng)本層的柱和梁的剛度（增大柱和梁的截面尺寸，提高本層的混凝土強(qiáng)度等），或適當(dāng)削弱第二層的柱和梁的剛度。但由于首層房間的使用功能為配電室、控制室等，降低層高無法滿足電氣專業(yè)的使用功能要求。而增大梁截面尺寸對側(cè)向剛度比的影響不大，若調(diào)整首層柱的截面尺寸至滿足側(cè)向剛度比的限值要求，則一方面影響首層房間和樓梯間的使用且不美觀，另一方面從經(jīng)濟(jì)方面和施工方面考慮也不盡合理。若在首層、軸及軸的兩端部（框架柱與窗戶之間）分別對稱設(shè)置長度約為1.1m左右的短肢剪力墻，寬度與砌體墻同寬，重新調(diào)整模型計(jì)算后，樓層側(cè)向剛度比隨即滿足了限值要求。這種在薄弱層局部窗間對稱布置短肢剪力墻的方式，即不影響建筑物美觀，又不影響房間的使用功能，在遇到類似情況的結(jié)構(gòu)時(shí)可作為一種有效的結(jié)構(gòu)調(diào)整辦法。

2、在大面積開洞的鋼筋混凝土屋面層設(shè)剛度大的水平支撐來調(diào)整樓層的彈性位移比。

某石油化工裝置的一個(gè)設(shè)備廠房，X、Y方向均為6mx2=12m，第一層為設(shè)備層，層高4500mm，樓面上有兩臺(tái)重約50噸的震動(dòng)設(shè)備，由于廠房設(shè)有20t吊車，第二層的層高為7500mm。另該廠房內(nèi)設(shè)備有爆炸的危險(xiǎn)，在屋頂面積滿足泄壓面積需要的前提下，該廠房的結(jié)構(gòu)型式確定為鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，輕型屋面?？蚣苤诘踯嚵旱讟?biāo)高處變截面并設(shè)置牛腿，用以支撐吊車梁，混凝土屋面框架梁上預(yù)留埋件以固定屋面檁條。由于PKPM軟件在同一樓層內(nèi)框架柱無法變截面，在吊車梁底標(biāo)高處人為設(shè)置成第二標(biāo)準(zhǔn)層，且在該標(biāo)高處沿廠房外墻設(shè)連系梁，一方面對框架柱起到拉結(jié)作用，減少柱截面及配筋，另一方面可以抵抗吊車的水平荷載，增強(qiáng)該廠房的整體剛度。經(jīng)PKPM建模計(jì)算后，結(jié)果顯示屋面層的樓層豎向構(gòu)件最大的水平位移和該樓層兩端彈性水平位移比超限。分析原因：主要是屋面層為大面積開洞，沒有混凝土樓板，平面剛度差，因此在水平地震力的作用下極易發(fā)生扭轉(zhuǎn)變形，導(dǎo)致位移比超限。若在屋面層增設(shè)A219x10的鋼管水平支撐，一方面增強(qiáng)了屋面的整體剛度，另一方面也可以承擔(dān)風(fēng)、水平地震作用等水平荷載，位移比超限的問題隨即解決。

3、在層高很高的廠房樓層設(shè)置層間梁和柱間支撐來調(diào)整樓層的受剪承載力比和側(cè)向剛度比。

某石油化工催化劑廠的生產(chǎn)廠房，X方向～軸為7.5mx4=30m，Y方向～軸為9mx3=27m，共3層，首層層高13m，為立體庫房。第二、三層層高為4.5m，為設(shè)備層。由于首層的建筑層高為14.4m（包括了地面至承臺(tái)的高度1.4m），結(jié)構(gòu)計(jì)算時(shí)的第一、二層的受剪承載力比及側(cè)向剛度比很難滿足要求，現(xiàn)采取以下措施：、在不影響工藝埋地管道布置的前提下，在靠近地面處，設(shè)置拉梁，以減少首層的計(jì)算層高。、將框架在首層層頂處變截面，首層采用大截面柱，第二、三層采用小截面柱，以減少第一、二層的側(cè)向剛度比和受剪承載力的比。、在首層的層高中部位置設(shè)置層間梁，但由于工藝專業(yè)的要求，僅能設(shè)置在外墻的軸線上，以增大首層的整體剛度。經(jīng)PKPM建模計(jì)算后，結(jié)果顯示首層和第二層的最小剛度比在X向和Y向的值仍然不能滿足規(guī)范限值要求?，F(xiàn)在和軸上的 ～軸之間，和軸上的 ～軸之間對稱布置A377x14的鋼管柱間支撐，用以增強(qiáng)首層的整體剛度和穩(wěn)定性，重新調(diào)整模型計(jì)算后，樓層側(cè)向剛度比滿足了限值要求。

4、結(jié)語

工業(yè)建筑鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)是一個(gè)系統(tǒng)而又全面的過程，它要求設(shè)計(jì)人員在遵循設(shè)計(jì)規(guī)范的前提下，還應(yīng)該具體問題具體分析并結(jié)合自己在工程實(shí)踐中積累的經(jīng)驗(yàn)，碰到問題采用切實(shí)有效的對策，設(shè)計(jì)出實(shí)用、經(jīng)濟(jì)、有效的鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)。筆者希望本文能給一些工業(yè)建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員在進(jìn)行鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的時(shí)候提供一些解決辦法。