鋼筋混凝土框架工業建筑結構設計中的問題探討

許 靜

長嶺煉化岳陽工程設計有限公司 湖南 岳陽 414000

前言：工業建筑不同于民用建筑的特點是，工業建筑都是為生產服務的，工業建筑首先要滿足工藝流程的需要，例如建筑物的層高首先要滿足設備的高度及操作要求，結構的平面布置要根據工藝設備的平面布置和荷載來確定，需要考慮泄爆的建筑物需要根據計算后的泄爆面積將墻面或屋面設置為輕質墻板，另外包含變電所、配電間等的工業建筑物局部區域需要設置層高較小的夾層等等，這些往往都與建筑結構布置的對稱性、規則性等的原則是相矛盾的，但鑒于剛度大、承載能力高、抗震性能較好、耐腐蝕性能好等特點，鋼筋混凝土框架結構仍然是結構設計人員經常選擇的結構型式。下面結合幾個工程實例對鋼筋混凝土框架結構在工業建筑結構設計過程中，由于結構的平面和豎向不規則導致建模計算時側向剛度比、樓層受剪承載力比、樓層的最大彈性水平位移與該樓層兩端彈性水平位移比超限等常見問題提出了一些解決對策。

1、在薄弱樓層局部增加短肢剪力墻來調整樓層的側向剛度比。

某化工廠的動力控制樓，長度方向～軸為7mx4=28m，跨度方向～軸分別為6.5m和8.5m，共3層，首層層高4.5m，第二層為電纜夾層，層高僅2.1m且僅在～軸之間有樓板，第三層層高為4.1m。結構型式為鋼筋混凝土框架結構，鋼筋混凝土柱下條形基礎。抗震設防類別為乙類，框架的抗震等級為二級。采用PKPM建模計算后，發現由于第二層電纜夾層的層高很小造成了第一層側向剛度與第二層側向剛度的70%的比值在X向和Y向分別為0.56和0.72，均小于1，不滿足《建筑抗震設計規范》的限值要求，通常樓層的側向剛度比超限時人為調整的辦法為：、降低本層層高或提高上一樓層的層高。、加強本層的柱和梁的剛度（增大柱和梁的截面尺寸，提高本層的混凝土強度等），或適當削弱第二層的柱和梁的剛度。但由于首層房間的使用功能為配電室、控制室等，降低層高無法滿足電氣專業的使用功能要求。而增大梁截面尺寸對側向剛度比的影響不大，若調整首層柱的截面尺寸至滿足側向剛度比的限值要求，則一方面影響首層房間和樓梯間的使用且不美觀，另一方面從經濟方面和施工方面考慮也不盡合理。若在首層、軸及軸的兩端部（框架柱與窗戶之間）分別對稱設置長度約為1.1m左右的短肢剪力墻，寬度與砌體墻同寬，重新調整模型計算后，樓層側向剛度比隨即滿足了限值要求。這種在薄弱層局部窗間對稱布置短肢剪力墻的方式，即不影響建筑物美觀，又不影響房間的使用功能，在遇到類似情況的結構時可作為一種有效的結構調整辦法。

2、在大面積開洞的鋼筋混凝土屋面層設剛度大的水平支撐來調整樓層的彈性位移比。

某石油化工裝置的一個設備廠房，X、Y方向均為6mx2=12m，第一層為設備層，層高4500mm，樓面上有兩臺重約50噸的震動設備，由于廠房設有20t吊車，第二層的層高為7500mm。另該廠房內設備有爆炸的危險，在屋頂面積滿足泄壓面積需要的前提下，該廠房的結構型式確定為鋼筋混凝土框架結構，輕型屋面。框架柱在吊車梁底標高處變截面并設置牛腿，用以支撐吊車梁，混凝土屋面框架梁上預留埋件以固定屋面檁條。由于PKPM軟件在同一樓層內框架柱無法變截面，在吊車梁底標高處人為設置成第二標準層，且在該標高處沿廠房外墻設連系梁，一方面對框架柱起到拉結作用，減少柱截面及配筋，另一方面可以抵抗吊車的水平荷載，增強該廠房的整體剛度。經PKPM建模計算后，結果顯示屋面層的樓層豎向構件最大的水平位移和該樓層兩端彈性水平位移比超限。分析原因：主要是屋面層為大面積開洞，沒有混凝土樓板，平面剛度差，因此在水平地震力的作用下極易發生扭轉變形，導致位移比超限。若在屋面層增設A219x10的鋼管水平支撐，一方面增強了屋面的整體剛度，另一方面也可以承擔風、水平地震作用等水平荷載，位移比超限的問題隨即解決。

3、在層高很高的廠房樓層設置層間梁和柱間支撐來調整樓層的受剪承載力比和側向剛度比。

某石油化工催化劑廠的生產廠房，X方向～軸為7.5mx4=30m，Y方向～軸為9mx3=27m，共3層，首層層高13m，為立體庫房。第二、三層層高為4.5m，為設備層。由于首層的建筑層高為14.4m（包括了地面至承臺的高度1.4m），結構計算時的第一、二層的受剪承載力比及側向剛度比很難滿足要求，現采取以下措施：、在不影響工藝埋地管道布置的前提下，在靠近地面處，設置拉梁，以減少首層的計算層高。、將框架在首層層頂處變截面，首層采用大截面柱，第二、三層采用小截面柱，以減少第一、二層的側向剛度比和受剪承載力的比。、在首層的層高中部位置設置層間梁，但由于工藝專業的要求，僅能設置在外墻的軸線上，以增大首層的整體剛度。經PKPM建模計算后，結果顯示首層和第二層的最小剛度比在X向和Y向的值仍然不能滿足規范限值要求。現在和軸上的 ～軸之間，和軸上的 ～軸之間對稱布置A377x14的鋼管柱間支撐，用以增強首層的整體剛度和穩定性，重新調整模型計算后，樓層側向剛度比滿足了限值要求。

4、結語

工業建筑鋼筋混凝土框架結構的設計是一個系統而又全面的過程，它要求設計人員在遵循設計規范的前提下，還應該具體問題具體分析并結合自己在工程實踐中積累的經驗，碰到問題采用切實有效的對策，設計出實用、經濟、有效的鋼筋混凝土框架結構。筆者希望本文能給一些工業建筑的結構設計人員在進行鋼筋混凝土框架結構設計的時候提供一些解決辦法。