合肥工業園10＃廠房工程設計分析

李元，夏堯，高斌斌

（中機第一設計研究院有限公司，合肥230601）

1 引言

隨著我國工業的飛速發展，生產方式也逐漸由以手工為主的傳統的小作坊形式向高度機械化、自動化、專業化、協作化以及產品結構的全面標準化、系列化、規格化、部件化的工業化大生產方向轉換。而現代化的生產廠房是實現工業現代化生產的最基本條件之一。傳統的廠房結構是鋼筋混凝土結構，鋼結構體系作為現代工業建筑的一大標志已成為現代工業建筑的主要建筑結構形式。選擇合適的結構體系用于工業的生產廠房，以有效地創造現代化的生產空間，適應工業生產的各種現代化設備的布置和更新，并有足夠的可靠性和靈活性能，最終達到社會效益、經濟效益和美學觀感的最佳平衡，對工業發展具有顯著的意義。

2 廠房建筑設計

2.1 設計依據

依據GB 50681—2011《機械工業廠房建筑設計規范》、GB 50016—2014《建筑設計防火規范》、GB 50345—2012《屋面工程技術規范》、GB 50037—2013《建筑地面設計規范》、《中華人民共和國工程建筑標準強制性條文 房屋建筑部分》（2013年版）等現行國家及地方的規范、標準進行本項施工圖設計。

2.2 工程概況

該工程為合肥工業園10＃廠房，廠房為地上3 層鋼筋混凝土框架結構，層高為7.2 m、4.2 m、3.6 m，建筑高度15.30 m，室內外高差0.45 m。建筑使用年限為50 a，耐火等級為二級。

2.3 建筑總說明

1)室內外高差定為0.30 m。

2）根據廠房尺寸，大概確定倉庫外圍尺寸，根據建筑的生產工藝或使用需要，對柱距進行設置，跨度取為6～8 m。

3）根據甲方要求，對房間大小、功能進行設計。

4）層高根據使用要求的室內凈高確定。

5）走廊寬度根據模數確定。

6）柱子尺寸暫定為500 mm×500 mm，內部為400 mm×400 mm，最終要根據結構設計結果選定最合適柱尺寸。

7）墻體采用填充墻，采最常用的加氣混凝土砌塊，按砌塊模數墻厚采用200 mm。且為了外側視覺效果，外墻采用偏心布置，與外側柱外側對齊。

8）樓梯的設計，平臺板寬不小于梯段寬度，確定踏步高和寬以及梯段的寬度，具體詳見樓梯圖。

9）門窗的布置以及門窗的尺寸都按規范模數來確定，滿足采光通風的要求。窗臺的高度也按規范定為900 mm，門寬以及門高按模數以及常用的尺寸來確定。門垛寬度按模數為50 來取。

10）樓面地面以及屋頂的做法按工程做法圖集來確定，女兒墻高度也按模數來確定高度。

11）坡道寬度以及坡道的坡度均按規范要求來進行設定。

12）最終建筑設計的細節詳見建筑平立剖面圖。

3 廠房結構設計

3.1 設計依據

設計依據為GB 50009—2012《建筑結構荷載規范》、GB 50011—2010《建筑抗震設計規范》（2016 年版）、GB 50010—2010《混凝土結構設計規范》（2015 年版）、GB 50003—2011《砌體結構設計規范》、GB 50007—2011《建筑地基基礎設計規范》。

3.2 設計信息

本工程地震基本信息見表1。

表1 地震基本信息

3.3 材料說明

本工程采用的混凝土和鋼筋等級見表2。

表2 混凝土和鋼筋等級

3.4 構件尺寸說明

主梁截面高度取跨度的1/12～1/8,梁寬取梁高的1/3～1/2，因此，根據建筑圖取主梁尺寸為200 mm×700 mm。

次梁尺寸選取方式同主梁，因此次梁尺寸有200 mm×500 mm 以及200 mm×400 mm。

衛生間縱橫梁：200 mm×300 mm。

柱子尺寸：500 mm×500 mm。

3.5 荷載統計說明

3.5.1樓面附加恒荷載標準值

樓面（不含衛生間）面層做法及附加恒荷載標準值見表3。

表3 樓面（不含衛生間）面層做法及附加恒荷載標準值

樓面（衛生間）面層做法及附加恒荷載標準值見表4。

表4 樓面（衛生間）面層做法及附加恒荷載標準值

3.5.2上人屋面做法

上人屋面面層做法及附加恒荷載標準值見表5。

表5 上人屋面面層做法及附加恒荷載標準值

屋頂：上人屋面+鋼筋混凝土板底面清理干凈+7 mm 厚水泥∶石灰∶砂漿（1∶1∶4）+5 mm 厚水泥∶石灰∶砂漿（1∶0.5∶3）+表面噴刷涂料另選，故屋頂荷載為2.0+0.24=2.24 kN/m2。此處表面噴刷涂料荷載忽略不計。

3.5.3 樓梯恒荷載計算

折算板厚度約可取梯長（梯段長為2 970 mm 和梯段高為1 800 mm） 的1/30 與踏步高(180 mm) 的一半，即1/30×，取210 mm。

梯板面荷載：25×0.21=5.25kN/m2(25 為混凝土容重，kN/m3)。板面恒荷載：1.20 kN/m2。

板底抹灰（20 mm 厚）：20×0.02=0.4 kN/m2(20 為水泥砂漿抹灰容重，kN/m3)。

欄桿線荷載：0.2 kN/m2。

總計：7.05 kN/m2。

樓梯角α=atan(1 800/2 970)=31.22°，折算樓梯豎向荷載為q=7.05/cosα=7.19 kN/m2，取7.20 kN/m2。

3.5.4 樓面和屋面活荷載的計算

活荷載的取值本著2 個原則：一是嚴格遵守現行的GB 50009—2012；二是根據結構實際情況進行取值。本工程按照GB 50009—2012 取值即可，各功能房間樓面和屋面活荷載標準值見表6。

表6 各功能房間樓面和屋面活荷載標準值

3.5.5 梁上線恒荷載的計算

梁上線恒荷載主要有內墻、內隔墻和外墻，各種不同墻體對應的做法及面荷載標準值見表7～表9。

表7 內墻做法及面荷載標準值

表8 內隔墻做法及面荷載標準值

表9 外墻做法及面荷載標準值

該建筑層高為3.6 m，梁的尺寸分別為250 mm×500 mm，200 mm×400 mm，150 mm×300 mm。對有門窗洞口的內外墻體，開洞率一律取20%。從層高中扣除梁高可得墻高。這樣可以得到1～3 層的內墻外墻梁上線荷載標準值。表10 給出了3 層梁上墻高及線恒荷載標準值。

表10 3 層梁上墻高及線恒荷載標準值

女兒墻高0.6 m，折合成厚100 mm 的混凝土欄板，其梁上線荷載=［26×0.10+0.65 (外墻裝飾)+0.4（內墻粉刷）］×0.6=2.19 kN/m，取2.2 kN/m。

3.6 結構計算軟件需輸入的參數說明

該設計應用2017 版PKPM V4.3 系列軟件中PMCAD 進行建模、SATWE 進行計算和梁板柱施工圖繪制施工圖[1]這3項功能。

3.6.1 總信息

結構體系為框架結構，根據GB 50068—2001《建筑結構可靠度設計統一標準》7.0.3 條對安全等級為二級或設計使用年限為50a 的結構構件，結構重要性系數應不小于1.0。室內正常環境的環境類別為一類，根據GB 50010—2010《混凝土結構設計規范》（2015 年版）8.2.1 條規定，梁柱保護層厚度為20 mm。在豎向荷載作用下，可考慮框架梁端塑性變形內力重分布對梁端負彎矩乘以調幅系數進行調幅，這主要是考慮到如果支座彎矩太大，支座鋼筋太密，就無法布置和施工。并且梁端應具有形成塑性鉸的能力。根據JGJ 3—2010《高層建筑混凝土結構技術規程》[2]5.2.3 規定，現澆框架梁端彎矩調幅系數取0.85。

3.6.2 地震信息

由GB 50011—2010《建筑抗震設計規范》（2016 年版）附錄A 查合肥市地震烈度7 度（0.10g），場地類別為二類。根據2016 年版GB 50011—2010 表6.1.2，設防烈度、結構類型以及高度確定抗震等級為三級。3 層結構計算振型個數取為9，計算結構自振周期時考慮非承重墻體的剛度影響予以折減，根據JGJ 3—2010《高層建筑混凝土結構設計規程》4.3.17 條規定，周期折減系數取0.7。

對于多層框架結構，2016 年版GB 50011—2010 要求：質量和剛度分布明顯不對稱的結構，應計入雙向水平地震作用下的扭轉影響；其他情況，應允許采用調整地震作用效應的方法計入扭轉影響；JGJ 3—2010 則要求在地震作用下采用附加偏心距計算得到的內力參與內力組合，以增大結構抗扭能力。程序是按JGJ 3—2010 方法編制，所以對于本工程也應選“偶然偏心”。JGJ 3—2010 中4.3.2 條對應該計算豎向地震作用的情況予以說明，該工程只需考慮水平地震作用，因此，不考慮“雙向地震作用”。

3.6.3 風荷載信息

查GB 50009—2012《建筑結構荷載規范》表E.5，修正后基本風壓為0.35，由8.2.1 條該建筑屬于房屋比較稀疏的鄉鎮，因此，地面粗糙度類別為B 類。矩形平面，體型系數為1.3。

根據GB 50009—2012 附錄E.2.1，對于鋼筋混凝土結構，鋼筋混凝土結構的基本自振周期T1=(0.05～0.10)n，n為建筑層數，即為3，因此可取0.27。在“結構基本自振周期”中填入0.27 進行試算，試算后得到的結構基本自震周期為0.95；在“風荷信息”下拉參數欄“結構基 本自振周期”中填入0.95，以取代第一次填入的0.27，第二次進行計算。

3.6.4 活荷載信息

由于在PMCAD 中未對活荷載進行折減，所以均應對“柱、墻設計時活荷載”及“傳給基礎的活荷載”進行折減。梁活荷不利布置最高為3 層。1 層折減系數為1.0，2～3 層折減系數為0.85。

3.6.5 設計信息

梁柱重疊部分簡化為剛域。當梁柱截面較大時，梁柱節點區重疊部分體積很大。如果勾選此項，該處就成為剛性區域。那么梁的計算長度就要扣除節點區梁柱重疊部分，也就是扣除剛域部分，這樣梁的計算長度變小了，同時由于剛域的存在，梁的剛度變大，扣除剛域后的梁自重也減少了，梁端彎矩就會減小。

如果不考慮剛域，那么節點區的部分就作為梁的一部分更合理，才會達到更好的安全性與經濟性；同時應注意當前和長遠結合，隨著科技進步和工藝革新的加快，在設計時，需考慮今后改建的可能性和簡便性。