工業(yè)廠房鋼與混凝土組合結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法研究

肖 水 廖鵬展

（華電重工股份有限公司，河南 鄭州 450000）

鋼混凝土組合結(jié)構(gòu)是由鋼梁和混凝土板通過栓釘組合起來的新型結(jié)構(gòu)形式，是當(dāng)前工業(yè)廠房建設(shè)所采取的主要結(jié)構(gòu)形式之一。根據(jù)以往工作經(jīng)驗(yàn)，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)在使用過程中容易受到環(huán)境等方面影響而出現(xiàn)鋼筋銹漲開裂而導(dǎo)致的耐久性下降，影響廠房的使用壽命，造成安全事故，因此優(yōu)化鋼與混凝土組合結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是提高廠房質(zhì)量，提高其使用壽命的重要舉措。

1 工業(yè)廠房鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)體系分析

1.1 支撐體系

支撐體系為水平鋼框架和縱向設(shè)計(jì)框架。水平荷載分擔(dān)柱間的有效支護(hù)。此種設(shè)計(jì)成本相對較低，但可能會對以后的使用產(chǎn)生影響。此種設(shè)計(jì)相對適用于橫向短、縱向長的工廠。

1.2 純框架體系

純框架體系設(shè)計(jì)是由鋼框架構(gòu)成，在兩個(gè)方向上都沒有柱間的支撐?？蚣荏w系不影響使用空間，但柱體不適于工字型柱體，使得用鋼量會相應(yīng)增加[1]。

1.3 鋼架支撐體系

鋼架支撐混合體系能有效地降低柱的縱向彎矩，但要求剛度大，要求樓板剛度大，不然無法充分發(fā)揮柱間支撐的作用。

2 工業(yè)廠房鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)

2.1 各種荷載處理

最重要的是進(jìn)行豎向荷載和水平荷載的處理，在設(shè)計(jì)中應(yīng)綜合考慮，以保證結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和可靠性。重力的影響豎向荷載作用，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)需要同時(shí)抵抗水平荷載和豎向荷載，從而提高結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和可靠性，并對結(jié)構(gòu)起到較好的推動作用。豎向荷載雖然影響結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，但最關(guān)鍵的部位仍受水平荷載的影響，應(yīng)引起足夠重視。

2.2 結(jié)構(gòu)變形設(shè)計(jì)

框架結(jié)構(gòu)容易發(fā)生軸向變形，在整個(gè)設(shè)計(jì)過程中必須綜合考慮，并注意工作中的細(xì)節(jié)處理。通常，框架邊柱的軸壓應(yīng)力比中柱小，導(dǎo)致側(cè)柱軸向變形較小。特別是在高層建筑中，這種情況會變得更加明顯，如不及時(shí)處理，可能會帶來更嚴(yán)重后果。為了防止這些情況的發(fā)生，有必要加強(qiáng)思想認(rèn)識，加強(qiáng)處理工作，采取有效措施提高設(shè)計(jì)精度。從而促進(jìn)二者的有效結(jié)合，減少邊柱和中柱的軸向變形，保證結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和可靠性。另外，減小側(cè)移，有效控制側(cè)向位移，保證結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。

2.3 結(jié)構(gòu)延性處理

在設(shè)計(jì)中，對立面和平面進(jìn)行規(guī)則性的布置和處理，以盡量減少地震帶來的不利影響，保證建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和可靠性。使建筑的質(zhì)量和剛度均勻化，使結(jié)構(gòu)合理。并且設(shè)計(jì)中采用精確的高度比，從而確保結(jié)構(gòu)良好的延性，可以更好的承擔(dān)水平荷載，加強(qiáng)對結(jié)構(gòu)的有效保護(hù)，以防止結(jié)構(gòu)的損傷和變形[2]。同時(shí)要提高結(jié)構(gòu)柱和墻體的設(shè)計(jì)水平，增強(qiáng)結(jié)構(gòu)的剛度以及抗震性能，使其能更好保地證結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定運(yùn)行。

2.4 結(jié)構(gòu)受力分析

重視結(jié)構(gòu)受力分析，科學(xué)把握結(jié)構(gòu)受力特征，然后采取有效的設(shè)計(jì)方案，促進(jìn)設(shè)計(jì)水平提升。框架結(jié)構(gòu)的受力情況不同，具有其顯著的特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)。通常，上層的框架承受較大的剪力，框架不僅承受水平荷載，而且承受豎向荷載，確保結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和可靠性，有效地滿足了工作的實(shí)際需要。

2.5 合理設(shè)計(jì)框架結(jié)構(gòu)

根據(jù)以上要求進(jìn)行設(shè)計(jì)的前提下，為了進(jìn)一步提升設(shè)計(jì)水平，我們還需要對進(jìn)行施工的建筑進(jìn)行了解，采取相應(yīng)的辦法，根據(jù)以往的慣例，我們常用直接與間接法，最后實(shí)現(xiàn)提高設(shè)計(jì)水平的目的。

2.6 框架直接設(shè)計(jì)

為了更好地運(yùn)行和提高效益，需要充分考慮結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和可靠性，并對工業(yè)廠房的缺陷進(jìn)行改進(jìn)和彌補(bǔ)。比如，現(xiàn)場混凝土澆筑時(shí)，如果根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙來看需要更改澆筑的混凝土型號時(shí)，如果更換的混凝土強(qiáng)度要求達(dá)不到的話，則需要根據(jù)實(shí)際情況，改變構(gòu)件尺寸，采取措施彌補(bǔ)，以保證構(gòu)件的穩(wěn)定性，有效提高管理能力。另外還有施工過程中，我們需要進(jìn)行特殊的防火處理，使結(jié)構(gòu)構(gòu)件保持良好的完整性和安全性。

2.7 框架結(jié)構(gòu)間接設(shè)計(jì)

所謂間接設(shè)計(jì)就是利用預(yù)制件來模擬受力情況，然后根據(jù)壓力的影響設(shè)計(jì)圖紙。該方法能有效地解決問題，減少設(shè)計(jì)后的設(shè)計(jì)變更。用預(yù)應(yīng)力水平拉桿設(shè)計(jì)混凝土受力構(gòu)件。通過間接設(shè)計(jì)可以對整個(gè)建筑進(jìn)行壓力測試，從而滿足施工過程中的設(shè)計(jì)要求。

3 工業(yè)廠房鋼與混凝土組合結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的保障

實(shí)現(xiàn)對工業(yè)廠房與混凝土組織結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的優(yōu)化必須要做好以下工作：一是要把握基本的鋼與混凝土組合設(shè)計(jì)原則，通過設(shè)計(jì)保證廠房使用壽命，強(qiáng)化對廠房的質(zhì)量控制以及達(dá)到最優(yōu)化的經(jīng)濟(jì)目標(biāo)，也就是在設(shè)計(jì)的過程中要綜合考慮建筑項(xiàng)目的全壽命期的成本和效益問題。二是提高設(shè)計(jì)人員的綜合素質(zhì)，優(yōu)化設(shè)計(jì)理念。三是加強(qiáng)施工管理。保證施工工序嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)的要求進(jìn)行，以此保證工業(yè)廠房的質(zhì)量。

總之，鋼-混凝土組合結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)充分發(fā)揮鋼材和混凝土兩種材料優(yōu)點(diǎn)，是一種復(fù)合結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)形式更為合理，受力性能更加優(yōu)異鋼-混凝土組合結(jié)構(gòu)以其承載力高、造價(jià)低、性價(jià)比高等優(yōu)點(diǎn)得到國內(nèi)外專家的廣泛認(rèn)可。隨著施工技術(shù)的不斷改進(jìn)，鋼-混凝土組合結(jié)構(gòu)逐步得到完善，大大拓寬了鋼-混凝土組合結(jié)構(gòu)在國內(nèi)工程結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用范圍。