多層工業(yè)廠房結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)探析

文/李煥 煙臺(tái)金邦冶金工程咨詢(xún)有限公司 山東煙臺(tái) 264002

滑成 煙臺(tái)國(guó)泰建筑加固有限公司 山東煙臺(tái) 264002

工業(yè)生產(chǎn)在經(jīng)濟(jì)發(fā)展的過(guò)程中占有更加重要的地位，工業(yè)廠房的工藝水平也得到了很大程度上的改善。目前，由于建設(shè)用地緊張以及工藝流程的需要，單層廠房已經(jīng)無(wú)法滿足企業(yè)的發(fā)展需求，多層工業(yè)廠房以其跨度大、荷載大、開(kāi)洞多和有多層吊車(chē)的優(yōu)點(diǎn)，在企業(yè)的生產(chǎn)建設(shè)中發(fā)揮著重要的作用 。

1、多層鋼結(jié)構(gòu)工業(yè)廠房的優(yōu)勢(shì)

多層鋼結(jié)構(gòu)的反義詞就是單層鋼結(jié)構(gòu)。與多層鋼結(jié)構(gòu)相比，單層鋼結(jié)構(gòu)的工業(yè)廠房功能十分單一，其廠房也不具備多層鋼工業(yè)廠房的優(yōu)勢(shì)。多層鋼結(jié)構(gòu)工業(yè)廠房大跨度、大荷載、多開(kāi)洞，能夠集中大批量生產(chǎn)，施工工期較短，施工效率較高，能夠節(jié)省大量的人力和物力。多層鋼結(jié)構(gòu)的材料截面積通常比較小，這樣就可以在施工的過(guò)程中不斷為建筑拓展空間。多層鋼結(jié)構(gòu)的材料不會(huì)破壞和污染環(huán)境，材料可回收利用有效起到節(jié)能降耗的作用。多層鋼結(jié)構(gòu)的工業(yè)廠房不僅穩(wěn)固，使用壽命長(zhǎng)，施工周期短，還十分美觀大方。

2、多層工業(yè)廠房結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的要點(diǎn)

2.1 荷載的數(shù)值設(shè)計(jì)

荷載是多層工業(yè)廠房結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的要點(diǎn)，在整個(gè)體系結(jié)構(gòu)內(nèi)，荷載占有基礎(chǔ)性的影響作用，一旦荷載取值上出現(xiàn)問(wèn)題，就會(huì)干擾多層工業(yè)廠房的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。方案中，設(shè)計(jì)人員遵循質(zhì)量要求，規(guī)劃出設(shè)備在多層工業(yè)廠房結(jié)構(gòu)中的布置，明確樓面荷載的分布，最主要的是計(jì)算出樓面均布荷載的具體數(shù)值。多層工業(yè)廠房結(jié)構(gòu)為工業(yè)用途，與多層民用建筑樓房在樓面荷載上，有很大的差異，本文中的廠房結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)非常嚴(yán)謹(jǐn)。荷載數(shù)值設(shè)計(jì)期間，應(yīng)該考慮到多層工業(yè)廠房結(jié)構(gòu)的狀態(tài)，廠房的整個(gè)平面中，不設(shè)計(jì)內(nèi)隔墻，增加了跨度柱網(wǎng)的高度，而且多層工業(yè)廠房的樓層，也會(huì)增加。

2.2 節(jié)點(diǎn)核心區(qū)的抗剪設(shè)計(jì)

多層工業(yè)廠房結(jié)構(gòu)中，框架節(jié)點(diǎn)也屬于一類(lèi)設(shè)計(jì)要點(diǎn)。節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)圍繞強(qiáng)柱弱梁更強(qiáng)節(jié)點(diǎn)的原則展開(kāi)，設(shè)計(jì)人員根據(jù)多層工業(yè)廠房結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)的實(shí)際抗震等級(jí)，計(jì)算出節(jié)點(diǎn)核心區(qū)的抗剪力，并且驗(yàn)算。結(jié)構(gòu)的中心線不能重合。一旦設(shè)計(jì)中出現(xiàn)中心線重合的情況，就會(huì)增大柱子的截面面積，導(dǎo)致節(jié)點(diǎn)變心，無(wú)法保障節(jié)點(diǎn)核心區(qū)處于均勻受力的狀態(tài)。

2.3 裂縫寬度與地震驗(yàn)算

多層工業(yè)廠房結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，裂縫的寬度與地震驗(yàn)算，是不可忽視的設(shè)計(jì)要點(diǎn)。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中要求，裂縫寬度不能超過(guò)0.3mm，驗(yàn)算后結(jié)果超出規(guī)定數(shù)值時(shí)，就要增多鋼筋數(shù)量或減少鋼筋截面，解決裂縫寬度的設(shè)計(jì)誤差。如果還是不能處理裂縫的寬度誤差，就要重新修改柱梁的截面積。多層工業(yè)廠房地震驗(yàn)算設(shè)計(jì)方面，采取加強(qiáng)構(gòu)造的設(shè)計(jì)方法，為了實(shí)現(xiàn)大震不倒的狀態(tài)，就要實(shí)行罕遇地震驗(yàn)算的設(shè)計(jì)，多層工業(yè)廠房結(jié)構(gòu)的樓層，屈服強(qiáng)度系數(shù)低于0.5的結(jié)構(gòu)，采取罕遇地震驗(yàn)算，確保地震驗(yàn)算設(shè)計(jì)中，結(jié)構(gòu)薄弱層間，彈塑性位移角數(shù)值，小于1/50。

3、多層工業(yè)廠房結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的注意事項(xiàng)

3.1 結(jié)構(gòu)與工藝設(shè)計(jì)相互協(xié)調(diào)

工業(yè)廠房的設(shè)計(jì)與建設(shè)，均為生產(chǎn)服務(wù)，廠房設(shè)計(jì)過(guò)程中的結(jié)構(gòu)專(zhuān)業(yè)作為配套專(zhuān)業(yè)，首先應(yīng)當(dāng)滿足技術(shù)工藝要求，而且結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)必須服從于技術(shù)工藝要求和條件。廠房結(jié)構(gòu)技術(shù)工藝布置過(guò)程中，與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)產(chǎn)生矛盾是不可避免的，比如需開(kāi)洞之處為框架梁，設(shè)備本來(lái)可沿梁布設(shè)，最終卻布設(shè)在了跨中等。此外，所提荷載偏大，甚至將設(shè)備荷載作為均布荷載提出。在方案設(shè)計(jì)階段，設(shè)計(jì)人員應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)溝通交流以及工藝協(xié)調(diào)，全面了解技術(shù)工藝的布置要求，以免造成不必要的麻煩。

3.2 梁端彎矩的寬度調(diào)幅

框架結(jié)構(gòu)可以考慮梁端的塑性變形，對(duì)豎向荷載作用下的梁端負(fù)彎矩進(jìn)行調(diào)幅。而對(duì)梁端彎矩的寬度調(diào)幅不太重視，普通框架不進(jìn)行梁端彎矩的寬度調(diào)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(fù)彎矩很大造成配筋非常密。

裂縫寬度的驗(yàn)算是為了滿足正常使用狀態(tài)的要求，規(guī)范規(guī)定混凝土梁的裂縫寬度不應(yīng)大于0.3mm，如計(jì)算中超過(guò)，可以通過(guò)減小鋼筋截面、增加鋼筋根數(shù)來(lái)調(diào)整，如果還不滿足要求，應(yīng)修改柱梁截面重新計(jì)算。抗震設(shè)計(jì)的原則是三不準(zhǔn)，即“小震不壞，中震可修，大震不倒”。

3.3 設(shè)置合理的破壞機(jī)制

地震等地質(zhì)災(zāi)害會(huì)對(duì)結(jié)構(gòu)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(yōu)化破壞次序，防止結(jié)構(gòu)因破壞程度加深而造成更嚴(yán)重的損失便成了結(jié)構(gòu)工程師的主要工作內(nèi)容。在這一規(guī)程中，工程師應(yīng)該把握一個(gè)工作原則：避免結(jié)構(gòu)整體先于結(jié)構(gòu)部分的破壞。

3.4 電梯井筒相連接的框架設(shè)計(jì)

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

3.5 屋蓋支撐系統(tǒng)設(shè)計(jì)

屋蓋支撐系統(tǒng)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(tǒng)的設(shè)計(jì)應(yīng)該結(jié)合廠房的高度、柱網(wǎng)布置、廠房跨度、屋蓋結(jié)構(gòu)形式以及廠房?jī)?nèi)設(shè)備的振動(dòng)情況進(jìn)行綜合考慮。此外，屋面支撐系統(tǒng)的布置，還應(yīng)根據(jù)柱間支撐的位置總體考慮，使屋面支撐與柱間支撐形成簡(jiǎn)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?jī)?nèi)有大型振動(dòng)設(shè)備的廠房，其屋蓋還應(yīng)該設(shè)置縱向水平支撐。

總之，實(shí)踐中為確保工業(yè)廠房的正常生產(chǎn)和運(yùn)行，在設(shè)計(jì)時(shí)需通過(guò)優(yōu)化設(shè)計(jì)方案，確保廠房地基、結(jié)構(gòu)柱以及梁和板等建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)效果，從而構(gòu)建一個(gè)整體性強(qiáng)、安全可靠的工業(yè)廠房。