大跨度工業廠房結構選型方案探討

中國能源建設集團江蘇省電力設計院，江蘇 南京 211102

1 工程概述

蘇州某單層工業廠房（閥廳）建筑尺寸為183m×25m（長×寬），總高度為14m，建筑面積為4575m2。閥廳內部設有4m寬參觀走廊，室內根據安裝需求設置單軌吊，用以安裝閥組。屋面為現澆鋼筋混凝土屋面，屋頂放置各類設備外機（水冷外機+暖通大型空調室外機），平面布置見圖1。根據以往工程經驗，屋頂設備自重很大，對建筑物梁、柱及基礎影響較大。建筑物危險性分類及耐火等級為丁類，結構結構使用年限為50年，抗震設防烈度為7度，建筑場地類別為Ⅲ類。且屋面板上放有大量設備，荷載較大，顯然不能采用鋼筋混凝土框架結構。對于承重柱，有兩種方案，一種是采用鋼筋砼柱，另一種是采用鋼柱。屋面梁體系需采用鋼結構。

圖1 工業廠房平面布置圖（單位：mm）

3.1 三種結構形式

（1）鋼框架。梁柱剛接，柱腳剛接，屋面體系采用壓型鋼板非組合屋面板，根據經驗鋼框架結構適用的經濟跨度不超過15m，否則就會造成鋼梁截面過大，成本高。（2）混凝土柱+管桁架結構。梁柱鉸接，柱腳剛接，柱子采用鋼筋混凝土結構體系，集混凝土柱壓彎承載力強和鋼結構輕質高強的優勢，但采用混凝土柱后，墻面縱向梁

2 設計荷載

①屋面恒荷載標準值。該工程屋面為結構找坡，屋頂放有大量設備及其基礎，其荷載效應按屋面恒荷載來考慮，屋面恒載不小于15kN/m2。②活荷載標準值。該工程屋面為上人屋面，活荷載標準值取2kN/m2。③風、雪荷載。按《建筑結構荷載規范》（GB 50009—2012），50年一遇基本風壓為0.45kN/m2。④地震作用。該工程為7度區，水平地震動峰值加速度為0.10g，按7度區標準進行計算，按8度區標準采取抗震措施。⑤吊車荷載。該工程閥廳內擬設置1臺5t電動單梁起重機。

3 結構選型

建筑物最大跨度為25m，上部為鋼筋混凝土屋面板，也為鋼筋混凝土梁，墻面體系為240厚磚砌墻體，需要鋼筋綁扎、支模、澆筑、養護、粉刷等工序，施工周期長，交叉施工能力差，嚴重影響工期，并會產生大量的建筑垃圾，不環保。（3）鋼柱+管桁架結構體系。管桁架承載能力強，適合大跨越，鋼柱承載能力高，受力可靠，且采用鋼結構，能夠實現“工業化生產，裝配式施工”的綠色施工理念，施工速度快，交叉作業能力強，便于縮短工期。三種結構型式比較見表1。

表1 三種結構形式比較

結合該工程跨度大、屋面荷載大這一實際情況，可發現屋面梁顯然不適合采用實腹式鋼梁，因此鋼框架結構體系在該工程中不予考慮；該工程工期為12個月，土建工作量大，而該建筑物作為該工程中的關鍵性建筑物，短工期是工程能夠順利投運的關鍵性保障。若采用混凝土柱，施工易受天氣影響，主體結構和基礎不能同時開工，施工速度慢，且自重較大，會對軟弱下臥層產生不利影響。綜合考慮工程重要性、造價、經濟、施工速度、工業化程度等因素，該工程推薦采用鋼柱+管桁架結構體系，雖然造價相對偏高，但施工速度快，所需人工少，基礎造價相對較低，綜合經濟效益相對較好。

3.2 屋面梁體系

根據上述分析，屋面梁采用管桁架結構體系，上下弦桿擬采用方鋼管，斜腹桿和直腹桿也采用方鋼管，節點為相貫節點，梁高暫定為2.5m（最高處）。上弦桿之間與鋼次梁（H型鋼梁）采用鉸接，次梁間距為2m，下弦桿之間設置五道縱向支撐，管桁架梁部分節點見圖2。

圖2 管桁架立面圖（單位：mm）

3.3 屋面板

屋面板選用壓型鋼板為底模的非組合樓板，屋面板厚120mm，壓型鋼板垂直于次梁方向進行鋪設，要求次梁間距不得超過2.5m，否則將須搭設臨時支撐。

這種屋面板施工時不需要搭設滿堂腳手架，利用壓型鋼板本身的剛度支撐混凝土重量，施工速度快，節省工期。

4 結束語

該工程單層工業廠房建筑跨度為25m，結構設計時綜合考慮工程本身對工期、抗震性能、環保、基礎、造價等因素的需求，閥廳部分宜采用鋼柱+管桁架梁形式，屋面采用壓型鋼板混凝土非組合屋面板結構體系，具有自重輕，工期短，造價合理的優點，可使其綜合效益達到最優。