浅谈多层工业厂房结构设计中的问题

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　　摘要：随着我国经济的不断发展，对于多层工业厂房的使用要求越来越高，在高度、跨度、平面尺度、吊车吨位等方面有着不断加大的趋势。所以，多层工业厂房的结构设计显得越来越重要。本文主要分析多层厂房的常用的结构体系、结构设计特点以及设计过程中应注意的问题，以得到经济、合理的建筑设计。
　　关键词：工业厂房；结构设计；建筑；要点；问题
　　改革开放以来，我国的国民经济迅速发展，工业建筑为了满足不断发展的现代大工业生产，要求建筑工艺不断更新，改变过去的功能单一、建筑形式单一的生产方式，形成灵活车间、联合车间、工业大厦等多功能厂房。除此之外，日益紧张的建筑用地和工艺流程的诸多需要，导致出现越来越多具有荷载大、跨度大、多层吊车、开洞多等特点的多层工业厂房。同时，在设计过程中也出现了很多值得总结和探讨的问题。
　　一、工业厂房常用结构设计体系
　　1、纯框架体系。纯框架体系就是指将工业厂房纵横两个方向都设计成刚接框架的形式，中间不设置支撑柱。优点是：空间不受影响；缺点是：由于不能采用工字型钢柱，只能采用两个方向惯性差距较大的截面形式，例如箱型柱，由此造成用钢量增加。
　　2、框架一支撑体系。框架一支撑体系就是指将工业厂房的横向设计成刚接框架，纵向设计成一支撑体系，利用钢柱间支撑力量抵抗水平荷载。这种结构体系的优点是：节约资金；缺点是：柱间支撑在使用时会受到影响，适用于横向较短、纵向较长的厂房。
　　3、钢架和支撑的混合体系。这种混合体系与框架一支撑体系的不同点在于
　　将工业厂房的纵向设计为钢架与支撑混合的型式，靠两种力量抵抗水平作用力。此种形式的优点是：有效减少柱的纵向弯矩；缺点是：对于楼面的刚度要求较大，否则将出现柱子间的变形，致使柱间的支撑作用无法充分发挥。
　　二、多层工业厂房的结构设计要点
　　一般情况下由于工业布置的需求，多层厂房要有足够大的空间。通常采用框架结构，如果层数较多，并且工艺条件许可的情况下也可采用框剪结构。工业厂房建筑结构布置的原则是：柱网布置对称均匀；房屋的刚度中心尽量与质量中心相近；为减小厂房的空间扭转作用，要求建筑结构体系规则、简捷、传力明确；尽量避免出现由于应力集中或者变形突变而引起的凹角和收缩；避免竖向变化过多而引起的外挑和内收；尽量保持竖向刚度不变或少变。
　　1、厂房电梯间的位置布置要合理
　　工业厂房的设备和货物很重，为了便于竖向运输，电梯的设置十分必要。一般工业厂房选择钢筋混凝土电梯井筒，由于其刚度很大，所以要充分考虑电梯井筒的位置，一般布置在厂房的端部或角部。如果遇到工艺布置与电梯位置合理性出现冲突时，要对楼板和框架采取加固措施。
　　2、横向框架与纵向框架的周期要控制
　　多层厂房的跨度方向尺寸较大，柱子少；而柱距方向则与之相反，尺寸小，柱子多。一般情况下是针对横向框架的控制较多，保持纵向与横向之间的抗震能力大体相当。这样既有利于抗震，也使得设计显得经济合理。
　　3、防震缝应少设或不设。
　　地震地区房屋的伸缩缝是一体的，以下措施对于地震区较长房屋的设计较为有利：在厂房施工过程中，每隔40米可以设置一道约800毫米、一个1400毫米宽的后浇带，其位置应该设立在结构受力影响最小的区段；适当加厚屋面的隔热层和保温层，或者设置架空层从而形成通风屋面；受温度影响较大的底层、顶层、山墙和内纵墙端开间的墙体部位，要适当提高其配筋率；采用构造措施和施工措施以减少伸缩缝和防震缝的设置。
　　4、保持结构设计与工艺设计相协调。
　　厂房的设计都是为生产活动而设计的，一切厂房的设计目的都是为了满足生产的需要。厂房设计中的机构专业作为配套专业受限应该满足工业设计的需求，结构设计服从于工艺条件。事实上，工艺设计者在布置工艺时经常与结构设计产生矛盾。例如，本来开洞的地方可以选择框架梁，设备本来可以沿梁布置却背离的初衷转而布置在了跨中等。荷载时常出现偏大的情况，甚至有时将设备的荷载作为均布荷载而提出。因此，特别是在方案阶段，结构设计人员应该与工艺相协调，尽可能多的了解工艺布置原则，使设计和施工减少不必要的麻烦。
　　三、工业厂房结构计算中需要注意的问题
　　复杂的结构计算问题伴随着计算机硬件的飞速发展被逐步解决了，从而使结构工程师们从繁琐的计算工作中解放出来。他们能够将充足的精力用在结构方案的选择比较上，正确的确定结构布置和结构方案，进而从整体上提高设计水平及设计质量，最终达到降低工程成本的目的。
　　1、楼面等效荷载计算
　　荷载计算是结构计算的前提条件，它的取值是否准确直接关系到整个结构计算的准确性。工艺条件中出现的荷载问题，例如某个工程中，工艺提出楼面的均布荷载是15kN/m²，但是根据实际工艺设备布置图和设备的重量，根据等效荷载的计算方法得出楼面均布荷载是10kN/m²。工业建筑与一般的民用建筑结构和楼面的活荷载等有很多不同之处。工业建筑楼面的楼面荷载比高层民用建筑的活荷载大。例如，一些中小型机床柱上、梁上、上楼层有吊车荷载，其跨度柱网比一般的民用建筑设计要大，厂房的层高相对较高，并且工业建筑的最大特点就是整个平面基本上没有内隔墙。
　　多层工业厂房一般采用现浇钢筋掘凝土板梁结构，楼板的平面刚度很大，厚度也比一般的高层民用建筑所用楼板厚。电梯中的货梯间，如果不使用剪力墙，整个刚度的重心就移向了剪力墙，由于电梯或者货梯一般都设置在端头或角部，这样看来结构的刚度布局显然很不合理。因此，电梯和货梯间需使用框架进行填充。
　　2、验算罕遇地震和裂缝宽度
　　在设计工业建筑时为了满足正常使用状态的要求而进行裂缝宽度的验算，其中规定混凝土梁的裂缝应小于0.3毫米，如果计算中超过了此数值，应通过增加钢筋数量、减小钢筋截面的方法进行调整，如果仍达不到要求，则需要对柱梁截面重心计算。抗震设计的三不准原则是“小震不坏，中震可修，大震不倒”。进行验算时仅需要满足“小震不坏”，然后通过构造加强建筑的抗震能力，达到“中震可修”，对于罕遇地震时的验算则是满足“大震不倒”。工业厂房建筑规范中规定，79度时楼层屈服强度系数在小于0.5的框架结构下较适宜进行高于本地区设防烈度预估的罕遇地震作用下薄弱部位的抗震变形计算，并规定薄弱层之间弹塑性位移角要小于1/50。厂房设备投资一般大于土建投资，因此，对厂房进行罕见地震验算十分必要。
　　3、多层吊车的计算
　　多层工业厂房一般有多层多台吊车，目前PK软件尚不能对多层吊车进行计算，因此在设计中最有效的办法就是将一层吊车作为吊车荷载输入，然后将其余层的吊车荷载作为活荷载的参考，这是对多层吊车计算方法中最接近近似值的方法。
　　4、电梯井筒想练框架的计算
　　以往设计框架，电梯井壁按照构造配筋，这种方法计算数值偏低，没有安全性。框架部分应该按照壁式框架计算出的数据进行配筋，电梯的井壁需按照剪力墙进行配筋
　　四、小结
　　综上所述，要想做好多层工业厂房的结构设计，必须要清楚结构设计的概念，做到选型合理；为避免施工困难，施工图的设计与现场施工相互结合；结构计算要准确、合理、真实，通过反复验算，根据实际情况不断进行调整，只有这样才能达到最佳的设计水平和实际效果。

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