淺談工業建筑的結構選型

摘要：隨著國家機械工業的快速發展，新型建筑材料的生產及應用，建筑的結構選型也越來越多樣化，堅持切合實際.安全適用.技術先進.經濟合理的設計宗則，更多的應用了三新：新技術、新結構、新材料，各地區不同情況不同對待，因地制宜。本文分析了各類工業建筑的使用特點，探討了工業建筑的結構選型方法。

關鍵詞：工業建筑；結構選型；方法

工業建筑是用于工業生產的建筑物，其不僅包括生產車間及倉儲空間，同時還包括宿舍、食堂、辦公樓等配套建筑。在現代管理理論及實踐經驗日漸豐富的今天，企業對生產效率、管理效率的重視日漸增強。

一、各類工業建筑的使用特點

傳統的結構類型和新型的輕鋼結構各有特點：傳統的磚混結構、鋼筋混凝土結構設計、施工技術成熟，大跨度屋架有各種標準圖集可供套用，各地都有大型構件廠制作預制構件。這類結構基本無須保養整修，整體使用年限均可達到五十年。其缺點是結構自重大，跨度受局限，預制構件制作、運輸、吊裝施工周期較長，造價相對較高。新型的輕鋼排架梁、輕鋼剛架和網架結構以其結構自重輕、跨度大、構件制作、運輸、吊裝施工周期短、車間外觀較好，造價低的特點倍受建設單位和結構設計人員的青睞，得以在大跨度工業建筑中廣泛運用。其缺點是金屬材料（主要是其表面涂層）耐久性相對較差，長期使用需要維護，其配合使用的鍍鋅彩鋼板的使用壽命一般不超過十五年。

二、工業建筑的結構選型方法

1.工業建筑結構選型包括結構體系的選擇，柱網的布置，梁的布置，剪力墻的分布，基礎的選型等。設計人員根據建筑物的性質、高度、重要程度、當地的抗震設防列度、風力情況等條件來選擇合適的結構體系。是采用磚混結構、框架結構、框剪結構、框支結構、筒體，還是巨型框架、脊骨體系、選定結構體系后，就要具體決定柱、梁、墻（剪力墻）的分布和尺寸等。工業建筑高度、規模、投資都在日益增大，加上影響結構選型的各種綜合因素增多，都需要更加先進、更優化的結構系統相匹配。在結構設計選型中選擇預應力鋼筋混凝土結構，輕鋼結構和各種輕型空間結構等輕型結構能夠在一定程度上增加建筑的抗載能力。

2.結構概念是指在施工圖階段，對工程結構計算所需的材料性能、力學知識和結構分析方面，必須有一個正確的概念，這對實現總體方案，確保施工圖設計質量是至關重要的。其思維方式習慣于重視橫向思、重視實踐、重視綜合考慮、重視改革創新、重視相對性。在結構選型中采用概念設計能夠在一定程度上控制裂縫形成。概念設計是結構選型的中的一種新思路，能夠用整體概念考慮結構總體系統和各個基本分體之間的力學關系，創造一個良好、安全和經濟的結構總體方案。計算機技術和信息技術的發展使得現在結構分析常常借助于計算機運算，即結構電算。結構電算中的程序選擇和應用分析都和概念設計密切相關。結構計算的過程中要簡化計算模型，簡化計算程序。模型要盡量符合真實受力情況，包括結構構件的空間布置、荷載的分布、結構構件的剛度、形式、約束、連接、位移變形特征等，實際結構的簡化模型應與軟件假定的力學模型相符。

3.結構選型的一般規定

（1）優先選用預應力混凝土裝配式鋼結構，必要時也可采用現澆混凝土結構。當跨度≤15m，柱距≤4m單層廠房，且：第一，柱頂高度≤6.5m無吊車或有≤2t懸掛吊車廠房；第二，吊車起重量≤3t，軌道頂高度≤5.4m輕級、中級工作制廠房，均宜采用磚混結構（磚墻、柱（配筋磚柱）承重，鋼筋混凝土樓板及頂板組成的結構）。

（2）當跨度為18m，柱距為6m的單層廠房，一半采用鋼筋混凝土結構，若材料或施]二有困難，在下列情況之一者，也可采用磚混結構：第一，柱頂標高≤7.5m，無吊車或有≤3t懸掛吊車；第二，吊車≤5t，軌頂≤6m的輕、中級工作制吊車廠房；第三，柱頂≤7m的設有≤0.75t鍛錘的廠房：第四，除頂層外，各層主梁跨度≤6.6m，開問≤4m，樓板荷載≤400kghn，承重隔墻較密的五層（及以下）的試驗樓、辦公樓或生活輔助建筑，宜采用磚混結構，承重隔墻較疏的四層（及以下）的上述構筑物也可采用磚混結構（獨立承重柱超過：三層時，宜采用鋼筋混凝土柱）；第五，除頂層外，各層主梁跨度≤9m，開間≤4m，樓面荷載≤400kg/m，承重隔墻較密的四層（及以下）的試驗樓、辦公樓或生活輔助建筑也可采用磚混結構；第六，除頂層外，各層主梁跨度≤7.5m，樓面荷載≤1000kg/m：，樓層總高度≤15m的四層及以下廠房的試驗樓，可采用鋼筋混凝土內框架結構；第七，獨立磚柱截面不宜超過490mm X 490mm，否則宜采用鋼筋混凝土或組合磚柱。在大中型廠房中，應采用裝配式鋼筋混凝土結構和預應力結構。在特別高大的重型廠房和基礎有特殊要求的廠房宜采用鋼結構或部分鋼結構。

（3）具有高溫的廠房建筑物，當構件表面溫度長期處于50℃ 以上時，不應采用木結構，當構件表面溫度長期處于150℃ 以上時，應采用鋼結構，并須采取相應隔熱防護措施，使構件表面溫度保持在150℃ 以內，當鋼筋混凝土構件表面溫度：吊車梁≥60℃，屋架、屋面梁、托架≥80℃，以及其他構件≥100℃時，必須采取隔熱防護措施，但采取措施的表面溫度仍≥60℃時，計算時應對其鋼筋混凝土強度和彈性模量進行折減。

三、工業建筑實例

1.電廠煤斗。煤斗屬于大型設備，具有體積大、高度高的特點，會產生水平地震作用。對其支承構件造成的附加彎矩、扭矩等內力，則需要相應的計算補償其附加內力。具體做法為：在設備重心位置增加設置支承結構，降低附加內力；在支承梁桿軸心垂直的方向增設梁結構，使支承梁的扭矩轉成為作用于梁上的彎矩。而梁的抗彎能力是非常強的，從而使危險轉移；支承結構抗扭配筋加強，樓板強度加強。

2.磨煤機隔振。

（1）火電廠的發電離不開將煤炭作為燃料，磨煤機是重要的設備工具。振動程度較大會干擾其他設備的正常運行，尤其是配電裝置和發電機組所在的控制室。為了解決這些外界干擾問題，彈性支承系統應運而生。該系統隔振能力較好，使用彈簧隔振器來消除振動的影響效果明顯。

（2）磨煤機基礎采用彈簧隔振系統后，與常規塊式基礎相比具有許多優勢。第一，采用彈簧隔振系統后，磨煤機基礎臺座的體積或重量大約只有常規基礎塊的一半。因而減小了占地空間，有利于工藝布置。第二，采用彈簧隔振系統后，減小了磨煤機產生的振動，減小了磨煤機對周圍廠房及工作人員的振動影響。不會有明顯的振動傳遞到主廠房上。基礎的隔振效率可達到90%以上，并可降低噪聲。另外，由振動引起的鍋爐及鍋爐內襯的損壞和由于振動而造成的火力發電廠的運行事故也可以避免。由于磨煤機基礎臺座與鍋爐房廠房結構分離，磨煤機基礎的施工相對獨立，并有很大的靈活性。磨煤機基礎的施工可以交叉進行，可以縮短施工周期。第三，簡化磨煤機的調平，其基礎沉降可以通過彈簧隔振器得到調平。第四，采用彈簧隔振系統后，磨煤機本身所受的動荷載很小，降低了磨煤機的磨損，使磨煤機的運行可靠性提高。同時還可以延長磨煤機的使用壽命，延長磨煤機的大修周期。與常規基礎相比，采用彈簧隔振系統后，磨煤機基礎的振動具有可控性。采用彈簧隔振基礎后，傳到基礎下面的荷載較小，因而可以減少地基基礎的處理費用。

3.吊車水平載荷。很多工廠的生產都需要吊車運送沉重的貨物，吊車載荷分為水平和豎直兩個方向。在結構分析中能夠將吊車的水平載荷以等效靜載荷的形式施加在排架柱上，豎直載荷則通過移動靜載荷方式施加。具體步驟為：縱向水平載荷的標準值確立；橫向水平載荷的標準值確立；吊車水平載荷施加；吊車豎向載荷施加；吊車載荷輸入。橋梁模塊能夠對吊車載荷結構進行整體優化，減少數據計算人員的工作量。

工業建筑結構要滿足生產需要根據使用功能、自身條件、環境因素等多方面進行設計和選擇。盡量達到合理性和經濟性。在設計的過程中還要考慮對裂縫的影響，在設計之初就做好裂縫預防措施，能夠在很大程度上避免結構裂縫，保障建筑的質量。

參考文獻：

[1]廉樂樂：《高層住宅建筑結構設計優化》，《城市建設理論研究》，2012（6）。

[2]《建筑結構設計綜合手冊》編委會編著.2012.04.河南科技出版社.

[3]《結構概念和體系》高立人等譯.s.D斯多合斯伯利著.2009年，中建工版