工業(yè)廠房混凝土排架結構設計相關要點

陳葉鋒

摘? 要：現(xiàn)今我國社會經(jīng)濟高速發(fā)展，極大地促進了工業(yè)建設體系的發(fā)展，提高了社會生產(chǎn)效率。為滿足現(xiàn)代化工業(yè)生產(chǎn)需要，現(xiàn)今工業(yè)廠房的建設規(guī)模之大、功能需求之多與以往相比有較大的不同。作為傳統(tǒng)的鋼筋混凝土排架結構的設計如何適應新時代工業(yè)建設的需要，如何能滿足業(yè)主較高質(zhì)量較高標準的設計要求，這些都是作為結構設計人員必須面對和充分考慮的問題，需要設計人員采取一定有效的設計方式。為此，強化研究與探索混凝土排架結構工業(yè)廠房的設計意義十分重大。

關鍵詞：工業(yè)廠房;混凝土排架結構;設計淺析

Abstract： Nowadays， the rapid development of social economy in China has greatly promoted the development of industrial construction system and improved the efficiency of social production. In order to meet the needs of modern industrial production， the construction scale and functional requirements of industrial factories are quite different from those in the past. As the design of the traditional reinforced concrete bent structure， how to meet the needs of industrial construction in the new era， and how to meet the design requirements of the owners with higher quality and higher standards？ All these problems need to be faced and fully considered by structural designers， and designers are required to adopt certain effective design methods. For this reason， it is of great significance to strengthen the research and exploration of the design of industrial factory buildings with concrete bent structures.

隨著社會經(jīng)濟的高速發(fā)展，我國制造業(yè)迅猛發(fā)展，鋼鐵產(chǎn)量躍居世界第一位，全鋼結構形式的廠房也愈來愈多地出現(xiàn)在我國各地，如門式鋼架輕型廠房，單層或多層帶重型吊車的鋼框排架結構廠房等等，大有取代傳統(tǒng)的鋼筋混凝土排架結構廠房的趨勢。然而雖然鋼結構廠房越來越多，但鋼筋混凝土排架結構廠房因自身具有一些鋼結構廠房無法比擬的優(yōu)點仍舊活躍在我國現(xiàn)代化工業(yè)建設的大舞臺上。隨著業(yè)主對廠房的功能要求越來越高，在設計該類工業(yè)廠房時需要予以高度重視，不能完全按之前的經(jīng)驗照搬全抄，或是不加甄別的亂套圖集，而應在充分了解和熟悉該類結構形式的基礎上，實際聯(lián)系到業(yè)主相關功能訴求，利用結構設計理論和國家相關設計規(guī)范進行細致的分析和設計，唯有此所做出的設計才能更加準確，滿足業(yè)主需要，且安全經(jīng)濟又合理。鋼筋混凝土排架結構的組成包括屋面、柱、基礎，通常包括多種結構構件的設計，如屋蓋結構、縱橫向平面排架、基礎、支撐、圍護結構等。

1 工業(yè)廠房中鋼筋混凝土排架的基本結構介紹

（1）確定柱網(wǎng)。柱網(wǎng)是指廠房柱定位軸線在平面上排列所形成的網(wǎng)絡，具體布置需結合設備工藝的要求，確保能夠滿足業(yè)主的生產(chǎn)需要。另外柱網(wǎng)的確定還應考慮相關構件的模數(shù)尺寸，吊車的標準跨度等等，因為非標構件的設計和制作往往帶來的是造價增多。

（2）橫向結構。在設計工業(yè)廠房時，橫向排架結構所發(fā)揮的承重作用至關重要，通常會涉及到如廠房工程結構自重、風荷載、雪荷載及地震作用等等。在確定橫向平面排架設計時需要做好以下工作：第一，認真計算荷載，屋面恒荷載與屋面采用的結構材料的自重有關，屋面恒荷載一般需考慮積雪荷載和積灰荷載。吊車荷載的組成包括豎向及水平荷載。風荷載的確定需按照基本風壓、體型變化系數(shù)與風壓高度系數(shù)等來計算得到。第二，橫向排架的計算模型一般假定柱下端固接在基礎頂面處、柱上端鉸接橫梁，橫梁作為剛性桿不存在任何的橫向變形。柱截面高度較大的情況下，下柱可采用工字形截面，有助于降低造價，也有助于減輕結構自重，方便布置吊裝與管線。

（3）縱向結構。縱向平面排架設計的組成包括柱、連系梁、吊車梁、柱間支撐，旨在維護廠房結構縱向的穩(wěn)定性、剛性。

（4）屋蓋結構。屋蓋結構是組成工業(yè)廠房鋼筋混凝土排架結構的重要部分，由屋架、屋面板、天窗架等組成，能夠?qū)崿F(xiàn)對荷載的豎向傳遞。

（5）支撐體系。在工業(yè)廠房中支撐體系的組成主要包括兩部分，即屋蓋區(qū)域支撐和柱間支撐。柱間支撐主要有兩部分組成，即上、下柱柱間支撐，柱間支撐需要在臨近中央?yún)^(qū)段布置，且在廠房兩端的第一個柱距內(nèi)設置上柱柱間支撐。屋面支撐有橫向水平支撐和縱向水平支撐。

2 設計要點分析

隨著我國工業(yè)的迅猛發(fā)展，人們越來越關注工業(yè)廠房的建設情況，由此提出了更高的工業(yè)廠房建設質(zhì)量與性能要求，對于鋼筋混凝土排架結構設計工作必須引起相關設計人員的重視，通過深入研究，促進我國工業(yè)產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。而工業(yè)廠房的排架結構十分復雜，在設計、施工過程中難免會遇到各種難點，為此在設計此類工業(yè)廠房時，相關設計人員必須高度重視排架結構的設計要點，及時發(fā)現(xiàn)設計中的不足，并制定一系列切實可行的優(yōu)化措施，實現(xiàn)工業(yè)廠房設計的科學化、安全化與合理化。

（1）結構荷載統(tǒng)計和計算要與實際相符。框架結構設計中荷載的輸入往往比較簡單，設計人員只需按照建筑功能根據(jù)荷載規(guī)范選用相關數(shù)值。然而排架結構的設計需要設計人員對各種荷載進行統(tǒng)計計算和處理，例如吊車荷載的輸入需要根據(jù)結構力學影響線的知識對多臺吊車荷載的輪壓進行組合并進行折減;例如高低跨屋面雪荷載的輸入需要考慮雪的堆積效應根據(jù)規(guī)范進行等效計算;再例如排架柱頂?shù)暮奢d輸入時，屋架支座埋件中心應與柱頂埋件中心重合，柱頂埋件偏心于上柱截面時，并應考慮屋架支座傳來的荷載因與上柱截面中心偏心而產(chǎn)生的彎矩;再例如計算排架基礎時應按圍護墻和排架下柱中心的實際偏心距離來考慮墻體的附加荷載對基礎產(chǎn)生的偏心彎矩等等。只有荷載的輸入正確符合實際，才能使得設計的廠房結構構件具有合乎實際的承載能力要求。

（2）重視結構的變形設計。工業(yè)廠房的內(nèi)部往往存在較多的地面荷載，如設備重量或物料堆載。這些附加荷載的存在會使排架柱基礎產(chǎn)生額外附加沉降，當產(chǎn)生的地基附加沉降量超過一定限值時，吊車頂面與屋架下弦間的凈空以及吊車邊緣和上柱邊緣的距離往往會變小，使得吊車在使用和檢修時受到影響;相鄰排架柱因區(qū)域堆載不同而產(chǎn)生較大的基礎沉降差時會使吊車梁及其上吊車軌道產(chǎn)生傾斜，從而導致吊車行進受阻或受損;此外過大的沉降差還會引起維護墻體產(chǎn)生裂縫，從而導致墻體漏水，墻面受潮發(fā)霉，外立面觀感質(zhì)量變差。此外還有一點值得重視的是，車間里的設備基礎應告知業(yè)主按設備要求進行正規(guī)設計，因為這些設備一般價格昂貴，精度較高，對地基變形異常敏感，地基的變形往往會使設備產(chǎn)生受損以至業(yè)主產(chǎn)生巨大損失，導致業(yè)主對設計人員的不信任。以上種種現(xiàn)象都會直接影響到業(yè)主對廠房的使用感受，給業(yè)主生產(chǎn)加工帶來不利影響，甚至造成安全隱患，作為設計人員在這方面應尤其重視。

（3）重視結構的延性設計。圍繞結構延性，需要相關設計人員制定科學、合理的設計方案，通過對相應立面的設計充分保證廠房結構的延性，增強結構的抗震性能，保證整體廠房的穩(wěn)定與安全。為此，需要制定科學、合理的結構設計方式，防止出現(xiàn)不必要的錯層問題，且對高比度因素進行充分考慮，確保廠房結構延性能夠得到不斷完善，所具有的水平荷載力更強。

（4）重視鋼筋混凝土排架結構的支撐系統(tǒng)設計。鋼筋混凝土排架結構的支撐系統(tǒng)除了在傳遞荷載方面起到關鍵作用外，還是整個廠房結構能否形成一個有機整體的核心因素所在。鋼筋混凝土排架結構的各榀排架在柱間支撐系統(tǒng)及吊車梁等相關桿件的聯(lián)系作用下，廠房結構在沿其縱向的整體性得到加強，剛度變大，在縱向荷載作用下，使得各榀排架的受力更加均勻，結構的安全度可靠性自然而然有很大提高。同理屋面橫向水平支撐及縱向水平支撐的設置使得整個屋面結構成為一個幾何不變體系，使得整個屋面具有良好的剛度，能夠很好的承受屋面荷載，并把荷載均勻地傳遞到各榀排架中去。

（5）外墻圍護系統(tǒng)設計要與計算假定相符。外墻圍護結構的設計應符合計算假定，例如柱邊與排架柱貼砌而且有鋼筋的拉結時，垂直于排架方向進行縱向地震作用驗算時可計入普通磚墻的折算剛度;輕型墻體與柱采用柔性連接時一般不考慮其縱向剛度而只計入其重量作為附加重量施加于排架柱上進行排架縱向抗震設計。現(xiàn)在的鋼筋混凝土結構排架廠房一般高度較高，外墻圍護砌體高度隨之也愈來愈高，所以在設計外墻圍護結構還應注重對砌體結構的高厚比驗算，外立面窗戶較多且面積較大時如墻體雖然滿足高厚比的驗算要求此時仍應采用相應的加強措施，如大窗戶兩側(cè)加設構造柱，構造柱截面及配筋適當加強，圈梁適當加密等等，使外墻圍護結構有良好的整體剛度。

（6）重視鋼筋混凝土排架結構的埋件設計。鋼筋混凝土排架結構中存在較多的預埋件，如牛腿頂面處、上柱柱頂處，上柱側(cè)邊靠近吊車梁邊緣處以及有柱間支撐跨排架柱的側(cè)面。這些預埋件的受力因與連接構件受力形式的不同而不盡相同，例如牛腿頂面埋件除承受吊車梁傳遞過來的剪力外還承受有吊車梁重、吊車自重及吊重荷載傳遞過來的壓應力;與十字形柱間支撐相連接的預埋件，一般支撐斜桿按拉桿設計，并計入壓桿的卸載效應，埋件的設計主要考慮按拉剪設計;與人字形柱間支撐相連接的預埋件，一般一桿受拉一桿受壓，此時埋件設計應同時考慮壓剪和拉剪兩種工況，取包絡值。埋件錨筋的間距和錨板的厚度因受力形式不同也存在較大的區(qū)別，抗震設防地區(qū)的錨筋計算面積以及錨固長度根據(jù)規(guī)范要求還應乘以相應放大系數(shù)。因現(xiàn)今我國建筑類設計規(guī)范更新速度較快，鋼筋混凝土排架結構的相關配套標準圖集存在更新滯后，甚至有的圖集已經(jīng)不再更新，因此會存在相關設計人員依舊不假思索的沿用舊圖集的相關埋件設計做法，而沒有考慮到現(xiàn)行規(guī)范的修改，從而埋下隱患。綜上所述，設計預埋件首先因分析埋件的受力方式，根據(jù)所承受得荷載計算錨筋面積，并按規(guī)范構造及計算要求調(diào)整錨筋間距及錨板厚度;選用相關圖集標準做法時，一定要查明適用條件并應作計算復核。

3 結束語

總之，鋼筋混凝土排架結構工業(yè)廠房的設計較為繁瑣、復雜，設計人員在設計該類廠房時首先應非常熟悉各類荷載在廠房眾多構件中的傳力路徑和傳遞形式，然后根據(jù)結構理論和設計規(guī)范建立構件的計算模型并進行構件設計;同時，在設計構件的過程中還應注重結構的整體性設計，如柱間支撐系統(tǒng)、屋面支撐系統(tǒng)、外墻圍護系統(tǒng)、吊車系統(tǒng)的設計，做到與主體受力排架有機統(tǒng)一，相輔相成。而不應只重視主體排架結構的設計而忽略或輕視其他系統(tǒng)的設計，這些系統(tǒng)因在一些設計人員眼中被認為是“附屬結構構件”，設計較為隨意和不重視，往往卻是一些事故發(fā)生的關鍵因素所在。當然按照廠房設計的特殊性，除應滿足業(yè)主訴求在做好外部協(xié)調(diào)工作的基礎上還需做好與內(nèi)部各專業(yè)的設計協(xié)調(diào)工作，唯有此所做出的設計才能更加準確，滿足業(yè)主需要，且安全經(jīng)濟又合理。

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