排架結構設計中幾點問題分析

【摘要】排架結構主要用于單層工業廠房，是構成整體的空間結構，是廠房的重要載重體系。本文主要詳細地分析工業廠房的排架結構設計問題，對設計人員提出相關意見。

【關鍵詞】排架結構設計、廠房、問題、分析

排架結構設計主要是通過屋架（或屋面梁）、柱、基礎等柱組成橫向平面排架，再由縱向構件將平面排架接連起來，縱向構件主要有屋面板、吊車梁、支撐等等。

排架結構設計自身的平面內承重力和剛度都較強。但是排架間的承載力則較弱，為了避免風荷載的一個推移，發生側面移動，在兩個支架之間必須加上對應的支撐。排架結構有多種形式，可分為等高、不等高等。排架結構的材料也不一樣，可分為：鋼—鋼筋混凝土、鋼筋混凝土和鋼筋混凝土一磚等。排架結構設計中需要考慮幾個因素：基本體系、計算方法、排架柱、抗風柱、支撐設置、維護抗風柱的拉結。

一、基本體系

排架結構的基本體系包括 屋蓋結構、橫向排面結構、縱向排面結構、圍護結構。屋蓋結構有兩個體系，分別無檁體系和有檁體系。屋蓋結構主要的組成物件為屋面板、屋架、檁條、屋蓋支撐。無檁體系沒有檁條，并且其屋面板為大型屋面板。有檁體系有檁條，屋面面板為小型。有檁體系由于其剛度小整體性差，故僅適合于小型廠房。設置有屋面板的天窗架及其支撐，可以滿足廠房的通風和采光需求。為了生產工作或要求抽柱時，廠房設計人員則需在抽柱的屋架下安裝托架。其組成物件的作用各不相同：屋面板主要是直接承載屋面活荷載、積灰荷載、雪荷載、風荷載等，并將重量傳給支構件；天窗架承受天窗傳接的重量，并且將其傳給屋架；檁條除了承受荷載并且傳給屋架，同時能夠加強屋蓋的剛度；屋架承受屋蓋全部荷載，將其傳至排架柱頂；托架承受其上屋架傳來的荷載，并傳給支承柱。總之，屋蓋結構除起承力作用外，還起著圍護作用。

橫向平面排架組成的構件為一系列橫向柱列、橫梁和基礎。橫向平面排架主要承受廠房結構的豎向荷載和橫向水平荷載，并且將其承受的荷載傳達給基礎和地基。由于廠房的主要承力結構是橫面排架結構，設計人員必須對其進行設計運算，以確保其穩定性。

縱向平面排架的組成物件為縱向柱列、連系梁、吊車梁、柱間支撐及基礎等。其作用除了保證廠房結構的縱向剛度和穩定性和承受廠房結構的縱向水平荷載，還把其傳給基礎。縱向排面結構僅采用構造措施即可，一般不需要計算，。但當其遇到縱向柱子少于7根或考慮防地震時，就要計算縱向平面排架。

圍護結構的組成要件，分別為縱橫墻、圈梁、基礎梁、抗風柱等。來自于自重或墻重以及風荷載的重量被這些構建承受。

二 計算方法

橫向平面排架（簡稱橫向排架）承擔主要承受單層廠房結構受到的荷載。橫向排架以廠房縱向等間距排列；除吊車荷載外，結構自重、雪荷載、風荷載等均勻分布于沿縱向。因此，廠房橫向排架所承受的荷載和受力強度均相等。在計算時，憑借相鄰柱距的中線，我們可以取出有代表性的一截作為計算單元。這一單元的橫向排架承擔該計算單元范圍內的全部荷載。由于吊車的大車可以縱向推移，因此，不能按計算單元考慮吊車梁傳接給排架柱的吊車荷載。

為了簡化計算，可以做三條基本假定：第一、排架柱下面堅固地相接于基礎上面；第二、排架柱頂端與屋架或屋面梁交接；第三、橫梁成軸向變形的剛性連桿可忽略不計。

三、排架柱

排架柱有矩形和工字形截面柱及雙肢柱等常用形式。為了保證廠房在使用過程中不出現較大的變形，排架柱的截面尺寸不僅要求滿足截面的承載力，還要具備較強的剛度。對于排架柱的截面尺寸，設計人員可以根據實際的經驗和資料，進行參考設計。

另外，在考慮排架柱形式時，實際情況一般有這樣的規定。當其截面高度h小于或等于500 毫米時，采用矩形截面柱；當高度在600到800毫米時，采用矩形或工字形；當高度在900到1200毫米時，采用工字形；當1300 毫米至1500 毫米時，采用工字形或雙肢柱；當高度大于1600 毫米時，采用雙肢柱。

四、抗風柱、

設置抗風柱將山墻分為若干個區域，在單層廠房的端橫墻（山墻）受面積較大的強風時，就需要承受較強的風荷載，將其直接傳給縱向的柱列，另外一部分則憑借連接抗風柱與屋架上弦或下弦傳給其下基礎。，為了加強抗風柱風荷載傳接作用，使其可靠地傳達屋架直至縱向柱列的風荷載，抗風柱與屋架既要保證連接，又要允許兩者有豎向移位的選擇性避免廠房與抗風柱由于下降不均勻產生不利的影響。

廠房的跨度和高度對廠房的建設有一定的影響。當廠房的跨度和高度較大時，應在其里面側向設置鋼筋混凝土材料的抗風柱，并將鋼筋與山墻相連接。相反，廠房的跨度為九米到十二米并且高度在小于8 米時，抗風柱將選擇使用與山墻同時砌筑的磚壁柱。抗風柱與屋架既要可靠的連接，以保證把風荷載有效地傳給屋架直至縱向柱列；又要允許兩者之間具有一定豎向位移的可能性，以防廠房與抗風柱沉降不均勻時產生不利的影響。在實際工程中，抗風柱與屋架常采用橫向有較大剛度，而豎向又可位移的鋼制彈簧板連接。如在設計鋼筋混凝土抗風柱時，上柱宜采用矩形截面大于或等于350x350的面積；下柱可采用寬度大于350 mm，截面高度大于600 mm，且h大于He/25的矩形截面或工字形截面（He為抗風柱基礎頂至和屋架連）

五、支撐設置

所有的支撐體系需要按照設計要求并且依據合理的計算方式。當房屋考慮防震要求時，應符合以下規定。

（1）一般，設置上、下柱間支撐在廠房的中部，且上柱支撐與下柱支撐間有配套的設置；

（2）如果有吊車或八度和九度時，那么我們應該在廠房單元兩端增加上柱支撐的設置；

（3）如果廠房單元較長或八度Ⅲ、Ⅳ類場地和九度時，那么我們可設置兩道柱間支撐在廠房單元中部三分之一的區段內。

（4）應采用鋼型，交叉式的柱間支撐，并且其斜桿與水平面的夾角不大于55°。

（5）支撐桿件的長度與粗細度不宜超過具體情況的相關科學數值。

（6）在交叉點，應設置厚度不應小于10mm的節點板，并且焊接斜桿與交叉節點板 及端節點板

六、維護墻與抗風柱的拉結

單層廠房的整體空間受力結構由屋蓋結構、橫向及縱向平面排架、圍護結構四部分組成。

圍護結構的組成部分為縱墻、橫墻（山墻）、圈梁、基礎梁、抗風柱。來自墻重以及作用在墻面上的風荷載被圍護墻承受。抗風柱主要承接的風荷載由廠房端橫墻（山墻）傳來，接著并將其傳給基礎及屋蓋結構。縱墻和橫墻主要是承自重砌體墻，但是有的大型廠房也可以采用預制板。廠房結構受到的風荷載由墻體傳接給柱子。

結束語：分析排架結構的幾個問題，有利于我們研究實際操作中遇到的疑難問題，將所學的知識運用于實踐之中，領悟其精髓使知識靈活運用，更有助于解決實際生活中的房子排架結構設計問題，提高自身的技術水平。

【參考文獻】

[1] 施衛星，符佳勇，李振剛. 鋼筋混凝土超長框、排架結構溫度作用非線性研究[J]. 結構工程師. 2007（03）

[2] 蔡元奇，盧文汀，朱以文，俞新. 復雜結構的模態選取方法及在連體結構中的應用[J]. 武漢大學學報（工學版）. 2007（01）

[3] 吳濤，劉伯權，白國良，李紅星. 大型廠房鋼筋混凝土框排架結構中異型節點的抗震性能和設計方法研究[J]. 土木工程學報. 2006（04）

[4] 吳濤，劉伯權，白國良，朱佳寧，李紅星，王亮. 大型火力發電廠鋼筋混凝土框架異型邊節點抗震性能及設計方法研究[J]. 建筑結構學報. 2005（05）

[5] 王元清，黃怡，陳宏，溫四清. 遇合法則及振型數目對超高層反應譜分析影響[J]. 華中科技大學學報（城市科學版）. 2005（03）