多層工業廠房的結構設計探析

陸原

（煤炭工業合肥設計研究院）

摘 要：工業廠房屬于房屋建筑類型中的重要代表，不同于民用住宅結構設計建設，工業廠房的結構設計在原則和理念方面要更加先進，自有其獨到之處。隨著社會經濟的發展，新工業化時期的生產要求不斷提高，為適應這種新型變化，工業廠房結構設計水平也不斷提高，多層工業廠房的結構在企業自身發展中就起到了至關重要的作用。筆者根據多年的工作經驗，主要針對多層工業廠房的結構設計進行分析和討論。

關鍵詞：工業；多層廠房；結構；設計

我國建筑事業的迅速發展，近幾年的工業廠房結構設計中所需要考慮的因素越來越多，需要關注的設計要點也日益復雜，由于生產規模的需要，現在建造的工業廠房的面積和跨度較大，這里我們所說的多層工業廠房結構設計僅僅是其中比較淺顯的一部分。

1 常用的結構體系

在我國加快社會主義現代化建設的過程中，工業成為國家的重點關注行業，工業的規模逐漸擴大，經濟效益也隨之增加，這都為國家建設提供了巨大的資金數額。工業要獲得發展，離不開基礎的施工操作基地，也就是工業廠房的建設，因而工業廠房的設計建設與工業發展息息相關。

1.1 框架-支撐體系

在橫向設計的時候采用剛接框架，縱向的時候設計采用成柱間支撐體系，以這種設計方式抵消水平的荷載力，這種設計方式一般會在縱向稍長，橫向稍短的廠房中采用，在經濟上是一種比較節約的設計方式，但可能柱間支撐多少會影響到使用效果。

1.2 純框架體系

縱向橫向兩個方向均不采用柱間支撐，完全設計成剛接框架的結構，這種設計的有點就是空間上不會受到影響，但是柱不適宜采用工字型的柱，通常會用兩個方向慣性矩差別不太明顯的截面式，比如箱型柱，這樣使用剛量上也會增加。

1.3 鋼架和支撐的混合體系

鋼架加支撐的混合體系的橫向設計結構和框架體系的剛接框架一樣，縱向設計結構則是鋼架和支撐混合的形式，它是靠鋼架和支撐兩者共同抵抗水平力的。這種鋼架和支撐的混合體系很有效的減少柱的縱向彎矩，但是對工業廠房的樓面鋼韌度要求比較高，保證柱子間的變形很協調，否則很有可能致使柱間支撐不能發揮相應的作用，導致浪費甚至是事故。

2 多層工業廠房結構設計注意事項

多層工業廠房作為建筑結構領域的常見內容，如何更好的開展廠房結構設計、提高結構節能性已成為目前業界工作重點。在目前設計水平還有待提高的情況下，相關設計人員要不斷豐富專業知識，竭力優化結構設計，充分發揮主觀意識，提高廠房設計水平，為工業發展提高良好的生產基地。

2.1 梁端彎矩的寬度調幅

框架結構可以考慮梁端的塑性變形，對豎向荷載作用下的梁端負彎矩進行調幅。而對梁端彎矩的寬度調幅不太重視，普通框架不進行梁端彎矩的寬度調幅，由于其本身配筋不多，截面小，影響并不大。多層廠房的跨度大，荷載大，框架柱梁的截面也比較大，框架梁的配筋很多，尤其支座處負彎矩很大造成配筋非常密。

裂縫寬度的驗算是為了滿足正常使用狀態的要求，規范規定混凝土梁的裂縫寬度不應大于0.3mm，如計算中超過，可以通過減小鋼筋截面、增加鋼筋根數來調整，如果還不滿足要求，應修改柱梁截面重新計算。抗震設計的原則是三不準，即“小震不壞，中震可修，大震不倒”。

2.2 結構設計與工藝設計相協調

廠房的設計都是為生產活動而設計的，設計目的都是為了滿足生產的需要。廠房設計中的結構專業作為配套專業首先應該滿足工業設計的需求，結構設計服從于工藝條件。事實上，工藝設計者在布置工藝時經常與結構設計產生矛盾。例如，本來開洞的地方可以選擇框架梁，設備可以沿著梁布置的卻布置在了跨中等。荷載時常出現偏大的情況，甚至有時將設備的荷載作為均布荷載而提出。因此，特別是在方案階段，結構設計人員應該與工藝相協調，盡可能多的了解工藝布置原則，使設計和施工減少不必要的麻煩。

2.3 設置合理的破壞機制

地震等地質災害會對結構造成不同程度的破壞，損失程度的輕重要視破壞程度而定，所以，優化破壞次序，防止結構因破壞程度加深而造成更嚴重的損失便成了結構工程師的主要工作內容。在這一規程中，工程師應該把握一個工作原則：避免結構整體先于結構部分的破壞。工作內容主要有：一是強柱弱梁，也就是避免柱子的破壞先于梁的破壞，整個結構是否牢固關鍵在于柱子是否牢固；二是強節弱桿，避免節點結構的破壞先于構件的破壞，節點與大部分構件緊密相關，所以要保證節點完好；三是強剪弱彎，剪切破壞發生的比較突然，且無法提前做出準確的預測，而彎曲破壞有一個曲線的變化，往往可以提前預知危險，這就能有效防止破壞進一步蔓延。

2.4 電梯井筒相連接的框架設計

在過去的設計中都是按照純框架進行計算的，電梯井壁按構造的情況進行配筋，這樣的設計偏低不安全，合理的計算方式應該是，框架部分應該按照壁式框架計算出的數值進行配筋，電梯井壁應該按照剪力墻進行配筋；另外一方面，多層廠房在設計中一般都會是多層多吊車的設計，這種設計所采用的方法一般是將一層吊車作為吊車荷載進行輸入，其余層次的吊車荷載則作為活荷載進行考慮。

2.5 屋蓋支撐系統設計

屋蓋支撐系統通常是由垂直支撐、縱向支撐、橫向支撐以及系桿組成。屋蓋支撐系統的設計應該結合廠房的高度、柱網布置、廠房跨度、屋蓋結構形式以及廠房內設備的振動情況進行綜合考慮。此外，屋面支撐系統的布置，還應根據柱間支撐的位置總體考慮，使屋面支撐與柱間支撐形成簡潔的傳力路徑，并形成有效的提高廠房剛度的措施。如果廠房內有大型振動設備的廠房，其屋蓋還應該設置縱向水平支撐。

2.6 非結構部件的處理

非結構構件指的是隔墻、圍護墻、女兒墻等非主要承重和承力部件，雖然不屬于主體結構的一部分，但在地震期間卻能夠改變主體結構構件在地震中的受力狀態及分布規律。所以，非結構部件的處理對于建筑結構整體抗震能力意義重大。因此，首先，或者讓非結構部件成為抗震結構整體的一部分或者讓非結構部件與抗震結構整體不發生任何關系；其次，裝飾物與結構整體的連接要可靠；再次，隔墻、圍護墻要避免對結構抗震帶來的不利影響，其豎向連接要均勻，在平面上的分布要均勻對稱。

結束語

隨著國民經濟的迅速發展，工業建筑要不斷滿足現代大工業生產，工藝不斷更新的要求，過去那種單一功能，單一建筑形式已經不適應生產方式改變的需要，聯合車間、靈活車間、工業大廈等多功能廠房應運而生。多層廠房因為工藝布置的要求，一般都需要大空間，結構通常采用框架結構，在層數較多、工藝條件許可的情況下也可以采用框剪結構。

參考文獻

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