關(guān)于多層工業(yè)廠房的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)研究

郭溥

（貴陽(yáng)鋁鎂設(shè)計(jì)研究院有限公司，貴州貴陽(yáng) 550081）

0 引言

工業(yè)廠房的建設(shè)對(duì)于工業(yè)的生產(chǎn)發(fā)展非常重要的。因?yàn)樗ㄔO(shè)的工業(yè)廠房室內(nèi)空間是有限的，為了能夠合理的布局工業(yè)廠房的各區(qū)域，最大限度地運(yùn)用廠房的資源，最有效的措施就是建設(shè)多層工業(yè)廠房。工業(yè)廠房的建設(shè)是工業(yè)生產(chǎn)和發(fā)展中的關(guān)鍵構(gòu)成之一，所以在多層廠房的建設(shè)中要充分考慮到廠房的安全性以及抗震能力等。在多層工業(yè)廠房的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中，應(yīng)以具體的需要為根據(jù)，開展合理可靠的廠房設(shè)計(jì)。多層工業(yè)廠房設(shè)計(jì)如圖1所示。

圖1 多層工業(yè)廠房設(shè)計(jì)

1 多層廠房的使用范圍及介紹

多層工業(yè)廠房在輕工業(yè)的生產(chǎn)制造中是比較適用的，輕工業(yè)可以運(yùn)用多層工業(yè)廠房的樓層來(lái)設(shè)置更為有效合理的生產(chǎn)條件。依據(jù)我國(guó)現(xiàn)階段的工業(yè)發(fā)展情況來(lái)說(shuō)，輕工業(yè)領(lǐng)域中，對(duì)多層工業(yè)廠房的運(yùn)用是非常廣泛的，比如紡織業(yè)、服飾制造業(yè)、食品加工生產(chǎn)業(yè)等以及其他的輕工業(yè)。對(duì)于很多的輕工業(yè)生產(chǎn)來(lái)說(shuō)，為了更好地達(dá)到生產(chǎn)工藝以及生產(chǎn)流程的標(biāo)準(zhǔn)和相關(guān)規(guī)定，雙層工業(yè)廠房的使用相較于單層工業(yè)廠房是具備更多優(yōu)勢(shì)的，比如精密儀表制造業(yè)、半導(dǎo)體工業(yè)、電子工業(yè)等，在其生產(chǎn)過程中為了更好地保證產(chǎn)品或者儀器設(shè)備的精密度，必須設(shè)定保證溫濕度平穩(wěn)的空調(diào)廠房，保證產(chǎn)品干凈清潔的廠房，或是根據(jù)別的特殊規(guī)定設(shè)置相對(duì)應(yīng)的工業(yè)廠房。比如產(chǎn)品的生產(chǎn)制造對(duì)其干凈度的要求比較高，如果在單層工業(yè)廠房?jī)?nèi)是很難保證產(chǎn)品的清潔度的，因?yàn)楫a(chǎn)品生產(chǎn)的過程一般比較復(fù)雜，在生產(chǎn)期間可能會(huì)產(chǎn)生一些污染物等，而如果建立多層工業(yè)廠房的話，就可以更加合理的設(shè)置廠房的空間，將產(chǎn)品放于工業(yè)廠房的較上層，就可以很好地保證產(chǎn)品的清潔度。一般情況下，會(huì)將加工廠里的中大型機(jī)床放到工業(yè)廠房的最底層，較小的機(jī)器設(shè)備放到樓層內(nèi)。在工業(yè)廠房?jī)?nèi)主要的運(yùn)輸方式有電梯運(yùn)輸和電瓶車運(yùn)輸。多層工業(yè)廠房在城市中建設(shè)，能夠達(dá)到城市規(guī)劃建設(shè)的規(guī)定，而且是比較節(jié)省用地面積的。在相同的多層工業(yè)廠房總面積的條件下，其中四層廠房的工程造價(jià)是最經(jīng)濟(jì)實(shí)惠的。

2 雙層工業(yè)廠房的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)理論體系及特性

2.1 結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)理論體系

在多層工業(yè)廠房的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)主要有框架理論體系、純框架理論體系以及混合體系三種結(jié)構(gòu)理論體系?？蚣芾碚擉w系也叫作支撐體系，其又分為柱形支撐和剛接框架式。柱形支撐是工業(yè)廠房的縱向設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，剛接框架式是工業(yè)廠房的橫向結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)?？蚣芙Y(jié)構(gòu)體系適用于長(zhǎng)方形的廠房結(jié)構(gòu)，是因?yàn)樗脑靸r(jià)成本較低，而且結(jié)構(gòu)的形狀類似長(zhǎng)方形，絕大多數(shù)工業(yè)廠房的結(jié)構(gòu)形狀都是長(zhǎng)方形，因此支撐體系與工業(yè)廠房的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)匹配度很高，而且其使用的建筑材料也是非常的少，總之造價(jià)是很經(jīng)濟(jì)實(shí)惠的[1]。純框架結(jié)構(gòu)與框架結(jié)構(gòu)是不一樣的，純框架結(jié)構(gòu)體系是沒有柱形的支撐，純框架結(jié)構(gòu)都是選用剛接框架的形式，這樣的結(jié)構(gòu)體系其使用的材料中間的銜接空隙是比較小的，進(jìn)而會(huì)將工業(yè)廠房的安全度提高，但是選擇用此結(jié)構(gòu)會(huì)提高工業(yè)廠房的制造成本費(fèi)，消耗大量的建筑材料。多層工業(yè)廠房框架結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 多層工業(yè)廠房框架結(jié)構(gòu)

2.2 多層工業(yè)廠房的優(yōu)勢(shì)

多層工業(yè)廠房相較于其他形式的廠房來(lái)說(shuō)所體現(xiàn)的優(yōu)勢(shì)是比較明顯的，其中主要表現(xiàn)在節(jié)約成本費(fèi)用、管理便捷、適應(yīng)范圍廣3個(gè)方面：①節(jié)約成本。多層工業(yè)廠房和單層工業(yè)廠房的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行對(duì)比，可以發(fā)現(xiàn)多層工業(yè)廠房所需建筑材料少，低成本，占地總面積也小，多層工業(yè)廠房所具備的功能更多，而且多層工業(yè)廠房的制造成本低也減少其施工的工期。②管理便捷。因?yàn)槎鄬庸I(yè)廠房的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)易，而且功能豐富，也有很多新型材料的加入，可以將防火、防水、防爆等設(shè)計(jì)使用到一種材料上，所以這都使多層工業(yè)廠房的管理變得更加的便捷。③適應(yīng)范圍廣。多層工業(yè)廠房有三個(gè)結(jié)構(gòu)體系的，技術(shù)工程師在工業(yè)廠房的設(shè)計(jì)過程中可以根據(jù)具體的需要進(jìn)行選擇，還可以將幾種結(jié)構(gòu)體系搭配使用，重新組合出來(lái)的新結(jié)構(gòu)，使得多層工業(yè)廠房的運(yùn)用范圍更加廣泛。

3 多層工業(yè)廠房結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中應(yīng)注意的問題

3.1 進(jìn)行合理的結(jié)構(gòu)布置

雙層工業(yè)廠房結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)涉及很多方面，其中在結(jié)構(gòu)布置上是非常容易發(fā)生錯(cuò)誤的，這就會(huì)導(dǎo)致工業(yè)廠房存在安全隱患。就廠房的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)來(lái)講，工業(yè)廠房的空間結(jié)構(gòu)跨距是比較大的，一般選用組合的框架結(jié)構(gòu)。注意在工業(yè)廠房結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)中合理的使用柱網(wǎng)結(jié)構(gòu)，柱網(wǎng)是方便進(jìn)行室內(nèi)布置的，而且可以較好的分散廠房的重量，在柱子間建立非承重墻，可以對(duì)廠房的室內(nèi)結(jié)構(gòu)進(jìn)行任意的分割，所以要充分利用好柱網(wǎng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行空間的合理布置。除此之外，工業(yè)廠房與城市房屋的建筑是不一樣的，工業(yè)廠房的保護(hù)措施是比較少的，所以在施工建設(shè)中更容易受到損壞。這就對(duì)工業(yè)廠房的設(shè)計(jì)提出要求，需要在設(shè)計(jì)中解決這些問題，比如在橫向結(jié)構(gòu)中，留意主框架的移動(dòng)范圍；在豎向結(jié)構(gòu)中，留意對(duì)重量的分配等，工業(yè)廠房結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)人員需要在這些關(guān)鍵的方面，對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行不斷的優(yōu)化設(shè)計(jì)，以保證工業(yè)廠房能夠更好地發(fā)揮作用。

3.2 關(guān)于防破壞機(jī)制的設(shè)計(jì)

在大城市里的工業(yè)生產(chǎn)廠房是非常少的，絕大多數(shù)工業(yè)廠房都是建在山區(qū)或者城市郊區(qū)地帶。所處的自然環(huán)境是比較惡劣的，極易發(fā)生各種各樣的地質(zhì)自然災(zāi)害，這不僅會(huì)給工廠的產(chǎn)生帶來(lái)嚴(yán)重的損失，也會(huì)對(duì)廠房的職工生命造成安全威脅。因而，工業(yè)廠房結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員需要對(duì)防破壞體制的設(shè)計(jì)進(jìn)行充分的考慮[2]。發(fā)生自然災(zāi)害時(shí)對(duì)工業(yè)廠房主結(jié)構(gòu)造成的影響是比較大的，梁和柱是工業(yè)廠房主結(jié)構(gòu)中最重要的部分，在柱受到損壞的時(shí)候，工業(yè)廠房是不會(huì)馬上坍塌的，但是如果梁遭到損壞，工業(yè)廠房的頂端結(jié)構(gòu)便會(huì)坍塌，造成直接的損害。因而，在對(duì)工業(yè)廠房結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)要保證柱的質(zhì)量比梁質(zhì)量要更高，這可以使梁受到的損壞更晚。除此之外，在設(shè)計(jì)時(shí)還需要留意強(qiáng)節(jié)弱桿，各支架之間是需要節(jié)點(diǎn)進(jìn)行連接的，假如節(jié)點(diǎn)遭到損壞，那么對(duì)工業(yè)廠房的結(jié)構(gòu)造成的損害的非常大的，并且這種損害是不可逆的，所以要加強(qiáng)對(duì)節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)。最后一點(diǎn)，在結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)時(shí)要注意對(duì)結(jié)構(gòu)抗剪承載力的設(shè)計(jì)，使其是比抗彎承載力更大的。

3.3 電梯井道的設(shè)計(jì)

在部分大中型工業(yè)廠房中，其豎直相對(duì)高度是很高的，進(jìn)行工作時(shí)的機(jī)械設(shè)備也是比較重的，所需的物資體積也是很大，這時(shí)就沒法通過人力進(jìn)行運(yùn)送，所以此時(shí)就需要在工業(yè)廠房中設(shè)計(jì)電梯，進(jìn)行貨物及設(shè)備的運(yùn)輸，電梯的設(shè)計(jì)在多層工業(yè)廠房中是具有重要意義的。但是在電梯井道的設(shè)計(jì)中是存在一定安全隱患的，必須要根據(jù)工業(yè)廠房的結(jié)構(gòu)體系以及樓面等效荷載來(lái)進(jìn)行處理的[3]。由于樓面等效荷載容許的偏差較小，造成的影響較大，所以要優(yōu)先考慮樓面的等效載荷的設(shè)計(jì)。在工業(yè)廠房的電梯設(shè)計(jì)安裝與廠房結(jié)構(gòu)要配對(duì)，并嚴(yán)苛挑選建筑鋼筋混凝土，選擇合適的參數(shù)。多層工業(yè)廠房建筑施工如圖3所示。

4 確定多層工業(yè)廠房設(shè)計(jì)中的結(jié)構(gòu)

伴隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)性的迅猛發(fā)展，廠房結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作人員慢慢將繁雜的結(jié)構(gòu)計(jì)算工作擺脫了，就可以把更多的時(shí)間和精力花費(fèi)在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案的選擇上尋找到最合適的結(jié)構(gòu)布局和結(jié)構(gòu)計(jì)劃方案，減少工程預(yù)算，提高多層工業(yè)廠房的設(shè)計(jì)水準(zhǔn)。

（1）需要對(duì)樓面的等效荷載進(jìn)行計(jì)算。在開展工業(yè)廠房整體結(jié)構(gòu)的計(jì)算之前，需要先計(jì)算樓面的載荷，荷載值的準(zhǔn)確度會(huì)對(duì)廠房結(jié)構(gòu)的計(jì)算結(jié)果造成直接的影響[4]。而且多層工業(yè)廠房與多層的房屋建筑是存在一定的區(qū)別的，比如在樓面活荷載及房屋結(jié)構(gòu)形式都是有不同之處的，多層工業(yè)廠房樓面的活荷載是比多層房屋建筑大一些的。而且在多層工業(yè)廠房結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的時(shí)候，它的跨度柱網(wǎng)比較大，并且平面內(nèi)無(wú)隔斷墻。所以，需要關(guān)注多層工業(yè)廠房的樓面荷載的計(jì)算。

（2）需要驗(yàn)算在核心區(qū)框架節(jié)點(diǎn)的抗剪承載力。對(duì)結(jié)構(gòu)的框架節(jié)點(diǎn)進(jìn)行設(shè)計(jì)的時(shí)候時(shí)通常遵循強(qiáng)節(jié)弱桿的節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)原則，屬于核心區(qū)域的節(jié)點(diǎn)需要計(jì)算其抗剪承載力。多層工業(yè)廠房梁柱的中心線是不容易重合的，有大的柱橫截面，節(jié)點(diǎn)偏心也相對(duì)比較大，對(duì)核心區(qū)域節(jié)點(diǎn)的受力是有影響的。因而，多層工業(yè)廠房其荷載、跨度及空間較大，所以務(wù)必開展在核心區(qū)節(jié)點(diǎn)的抗剪承載力的計(jì)算。

（3）需要對(duì)裂縫的寬度進(jìn)行驗(yàn)算。進(jìn)行驗(yàn)算的主要目的是為了確保多層工業(yè)廠房可以達(dá)到正常的運(yùn)用標(biāo)椎。一般來(lái)說(shuō)，混凝土梁的裂縫寬度應(yīng)低于0.3mm，假如超出0.3mm，可以利用建筑鋼筋總數(shù)的增加和鋼筋橫截面的減少來(lái)進(jìn)行調(diào)節(jié)。假如仍不符合設(shè)計(jì)的相關(guān)規(guī)定，則應(yīng)改動(dòng)柱和梁橫截面，然后再次進(jìn)行計(jì)算。

（4）在工業(yè)廠房的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中需要考慮到電梯井道周邊的框架結(jié)構(gòu)。根據(jù)純框架設(shè)計(jì)來(lái)對(duì)電梯井壁的配筋進(jìn)行計(jì)算，會(huì)使配筋率較低，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)的受力部位出現(xiàn)變形，存在安全隱患。所以，應(yīng)該要根據(jù)壁式框架來(lái)計(jì)算電梯井壁相連部分的有關(guān)值，隨后電梯井壁要根據(jù)剪力墻進(jìn)行鋼筋的設(shè)計(jì)，加工以及配置。工業(yè)廠房電梯井道設(shè)計(jì)如圖4所示。

（5）多層工業(yè)廠房的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)該與相關(guān)的工藝設(shè)計(jì)相融合。在設(shè)計(jì)工業(yè)廠房的結(jié)構(gòu)時(shí)，設(shè)計(jì)者應(yīng)掌握廠房結(jié)構(gòu)的布局，設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)和工程施工質(zhì)量應(yīng)盡量達(dá)到相關(guān)的規(guī)定。

5 結(jié)語(yǔ)

總的來(lái)說(shuō)，設(shè)計(jì)工作人員在設(shè)計(jì)多層工業(yè)廠房時(shí)要考慮到多種因素，依據(jù)具體情況挑選合適的結(jié)構(gòu)體系，防止造成施工建設(shè)的困難，還需要考慮抵抗自然災(zāi)害帶來(lái)的損害。工業(yè)廠房在設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)時(shí)的計(jì)算要精確，計(jì)算時(shí)要不斷調(diào)節(jié)各種各樣主要參數(shù)，以達(dá)到最好的效果。那樣，設(shè)計(jì)的工業(yè)廠房可以做到既經(jīng)濟(jì)又安全的要求。