工業廠房結構設計淺析

張煒

摘要：近年來，現代工業生產發展迅猛，對于工業廠房的結構設計提出了越來越高的要求，單一形式和功能的工業廠房已經難以滿足工業生產要求。加上工業用地日益緊張，在這種情況下，多層工業廠房受到了廣大工業企業的青睞，發展前景廣闊。鑒于此，本文將從工業廠房結構設計進行深入細致的探討，以期能夠促進工業化的發展。

關鍵詞：工業廠房;結構設計;鋼結構;抗震性能

1 工業廠房結構計算要點

1.1樓面荷載計算

要計算出樓面荷載，就需要根據業主方的設備質量、設備布局以及樓面均布荷載等內容進行合理計算。同時，工業廠房往往分為多層，各層均有其特殊用途，其在結構形式以及樓面活荷載等方面均有別于民用建筑，相比較而言，工業廠房的樓面活荷載往往更為嚴格。對于那些中小型機床上樓層以及梁上，可能會涉及吊車荷載，那么在進行結構設計計算前，都必須考慮到位。對于樓面荷載取值問題，不同行業需要根據行業設備、荷載及其動力等綜合考慮。比如說煤炭行業，對于礦井地面建筑物的樓面荷載取值以及地面荷載取值，在《煤礦礦井建筑結構設計規范》中均有明確規定，在設計過程中只需對照規范荷載取值表即可，并結合實際情況作出適應性調整。

1.2節點核心區的抗剪驗算

在進行框架節點設計時，必須堅持“強柱弱梁更強節點”的原則，對于抗震等級為Ⅰ、Ⅱ級的節點而言，需要在此原則之上進行受剪承載力計算。

1.3電梯井筒相連框架

過去，在進行電梯計算時，往往根據純框架進行計算，結合構架配筋完成電梯井壁的計算，這種計算形式會導致電梯井安全系數不達標，所以，就需要根據壁式框架計算出框架部分的數值，按此標準進行配筋，同時，電梯井壁配筋需要根據剪力墻相關計算來完成。此外，工業廠房往往設置多臺吊車，為使操作更加便利，避免意外事故的發生，需要輸入一臺吊車的數據，其余吊車可考慮為活荷載。

2 工業廠房鋼結構的設計要點

2.1 合理選擇鋼結構廠房的結構形式

將鋼結構應用于工業廠房設計過程中，能夠使工業廠房更好地滿足空間及跨度的相關要求。在實際設計中，為了設計出大跨度結構的工業廠房，保證其整體結構穩定性和承載能力，確保設備在工作運行過程中能夠有效地傳遞縱向水平力，防止出現桿件發生形變、壓桿穩定性不足等問題，則需跟進廠房實際跨度和高度選擇合理的鋼結構廠房類型及其支撐系統。目前，鋼結構廠房的結構形式主要包括框架、網殼（架）、輕鋼以及塔桅等幾種。在進行結構類型選擇時，需要充分考慮其各自特點，比如說，對于輕鋼工業廠房而言，如果有懸掛或移動荷載的需要，則應盡量選擇采用網架結構，而放棄門式鋼架。很多時候，“適用條件、概念、構造”的重要性要超過定量計算。

2.2 防火設計

相對于其他建材而言，鋼結構具有很強的導熱性，其防火能力比較弱，一旦鋼材周圍溫度超過100℃，其抗拉強度就會降低，塑性增大;如果溫度升高至250℃，盡管抗拉強度有所改善，但是塑性就會不斷下降甚至變脆。如果處于500℃及以上的環境中，鋼結構的強度將達到最低水平，屆時鋼結構廠房極有可能出現倒塌的危險。因此，就需要根據實際火災危險性類別等完成防火等級的劃分，并嚴格按照相關規范及防火要求，采取相關防火措施，如在鋼結構表面涂抹防火涂料或隔熱保護措施，把火災對鋼結構的不利影響降至最低。此外，還應完善相關預防措施，設計疏散樓梯或安全通道。另外，還應設計出溫度監控系統，當溫度超過臨界值，報警系統就會自行啟動，降低火災對廠房的破壞。

2.3 防腐設計

部分工業廠房往往會涉及到一些腐蝕性物質，造成鋼結構廠房腐蝕生銹，降低其使用壽命。那么就需要設計人員能夠綜合考慮工業廠房的應用環境，制定出相應地結構設計方案，并采取有效地防腐措施，避免鋼結構腐蝕。目前，鋼結構廠房主要是通過在其表面涂抹防腐防銹涂料來達到防腐目的。

3 工業廠房的地面設計要點

3.1 面層設計

地面往往根據面層材料進行命名，工業廠房地面按照構造和材料特性的不同，一般可分為塊狀、板狀和整體式。實際中，工業廠房面層往往需要承受各種物理和化學作業，對地面的破壞是比較大的，因此，需要我們根據生產特征和使用要求對工業廠房面層進行合理選擇。

3.2 墊層設計

墊層的主要作用就是承受地面荷載并將其傳遞至基層，地面墊層按照材料性質的差異，能夠劃分為柔性、剛性和半剛性墊層。其中，對于剛性墊層而言，主要由瀝青、鋼筋混凝土等材料制成，硬度和強度比較大，整體性良好、具有適當的不透水性，在中小型中小型設備安裝的地貌中應用較廣。同時，對于需要承受集中荷載且形變較小的地面、侵蝕性介質以及水溶液較多的地面也具有較強的適應性。半剛性墊層則是由三、四合土材料以及灰土材料做成，這種墊層受到力的作用時會出現塑性變形，因此，在實際中，還可以利用工業及建筑廢料制作半剛性墊層。值得注意的是，在選擇地面墊層材料時，盡可能地要與地面層材料相互適應，并對其生產及使用要求進行充分考慮。

3.3 地面基層設計

地面基層是由土壤層構成，主要用于承受上部荷載，最普遍的做法就是素土夯實。地基處理的質量能否達標直接關系到工業廠房地面承載力的大力是否能夠滿足設計要求。通常而言，地基土填料的含水量不能過大、也不能使用腐殖土、淤泥以及凍土，有機物含量超過8%的土也不在選用之列。倘若地基土的穩定性不足，還應摻加碎磚、碎石等硬性材料進行夯實，從而提高地基強度。

4 工業廠房抗震設計

根據新抗規的規定，該規定對民用建筑和工業建筑都有較強的適應性，對因工藝需要而建造成單跨框架結構的情況，抗震設計需要按照相關規定作出相應處理。對于新抗規執行中所遇到的疑難問題，新抗規主編王亞勇等人作出了說明，他們指出，工業建筑往往因為工藝因素的影響而無法避免使用單跨框架結構，且大多是多層結構，此時若按常規要求處理往往難以實現，而應按照有特殊要求的工業建筑作出相應處理。比如說，在工程設計過程中，新抗規并未針對單跨框架結構作出相應的規定，部分行業也沒有可供參照的標準。因此，在進行廠房結構設計時，盡可能地避免使用單跨框架結構，如果確需采用，可以不按照新抗規的要求執行，但必須盡可能地與新抗規的要求靠攏。

4.1 箍筋閃光對焊技術

箍筋閃光對焊技術能夠使箍筋形成連續且抗拉強度均勻的封閉環式箍筋，使箍筋的受力性能得到有效發揮，從而對核心混凝土產生較強的約束力，使核心區混凝土具有較強的抗壓能力，也能促進其抗剪承載力的提升。相較于之前的綁扎箍筋，這種措施最大的好處在于地震時避免柱箍筋炸開，使結構耗能能力得到有效提升，降低地震發生時對柱頭或柱腳的破壞，使結構抗震性能得以增強。

4.2 設置芯柱

除了可以使用箍筋閃光對焊技術，還可以采用設置芯柱的方法使框架柱抗震性能得到有效提高。柱截面彎矩多由框架柱周邊鋼筋抵抗，對芯柱核心鋼筋產生較小的影響。一旦混凝土保護層開裂剝落，會導致混凝土與鋼筋的粘結力減弱，但是混凝土卻與核心鋼筋保持良好的粘結性。一旦芯柱不受到破壞，或破壞延遲，將會時框架柱所受的地震災害大大減輕，即便是外圍混凝土出現失效問題，而芯柱依舊能有效承受豎向荷載，從而避免了廠房結構的倒塌。

參考文獻：

[1]潘霖.工業廠房結構設計的優化策略分析[J].建筑工程技術與設計，2017（2）.

[2]郝耀斌.關于工業廠房結構設計的探討[J].建筑建材裝飾，2017（7）.

[3]董天舒.工業廠房建筑結構設計優化的探究[J].建筑·建材·裝飾，2017（7）.

[4]丁莉.鋼筋混凝土結構工業廠房設計分析——以某工業廠房為例[J].住宅與房地產，2017（29）.