多层工业厂房的结构设计探析

2013-08-15李正祥

中国新技术新产品 2013年4期

李正祥

（中冶华天工程技术有限公司，江苏南京 210019）

1 概述

随着人们物质文化生活水平的不断提高，人们的居住环境有了较大的改善，体现了新的建筑理念。在经济的带动下，我国的产业结构有了很大程度的调整，面对结构调整和人们新的建筑理念，传统的厂房设计已无法适应当前社会发展的需求，厂房从其以功能性为开始向科技和人文等多方面的方向发展，同时也从单层结构向多层结构发展，因此在现代化的企业当中，对其厂房的设计有了很大的变化，所以需要科学的设计理念满足现在跨度大、荷载大、开洞多等多层厂房的特点，并针对设计过程中的具体进行进一步的探讨。

2 多层工业厂房结构设计要点

2.1 控制横向框架与纵向框架的周期

多层厂房不同于多层住宅，其跨度较大，尺寸也大，同时没有太多的承重柱子，同时柱距多数情况都是横向控制的，这样有效的增加了抗震能力，同时在设计上也更趋于经济合理。

2.2 合理布置电梯间的位置

多层厂房在设计时充分考虑竖向运输的需要，面对大型的设备、沉重的货物，所以电梯在多层厂房中是必不可少的，电梯对竖向运输起着主要的作用。对于电梯位置的配置还有具体的要求，电梯应尽量不配置在建筑的角部或是端部，这样可以防止由于井筒的刚度太大而导致建筑物的偏心现象产生，如果在布置上实在无法避开这二个部位时，则应加强其周围楼板及框架的强度，减弱偏心现象的发生。

2.3 地震区的多层厂房宜少或不设防震缝

地震区房屋的伸缩缝是合一的，当房屋较长时，宜采取下列一些构造措施和施工措施以少设伸缩缝及防震缝；施工中，每隔40m设置一道，800mm一个1400mm宽的后浇带，后浇带的位置设在结构受力影响最小的区段；在温度影响较大的顶层、底层、山墙和内纵墙端开间的墙体等部位，适当提高配筋率；加厚屋面隔热保温层或设置架空层形成通风屋面。

3 常用的结构体系

3.1 框架一支撑体系

即横向设计成刚接框架，纵向设计成柱一支撑体系，用柱间支撑抵抗水平荷载。这种体系经济节约，但柱间支撑可能会影响使用。这种形式特别适用于纵向较长，横向较短的厂房。

3.2 纯框架体系

框架体系就是没有柱间支撑，纵横方向都采用框架结构，这样会使厂房的空间部分充分发挥其功能，但框架体系中的柱要采用箱形，而不能采用工字型，同时使用的钢量还需要增加。

3.3 钢架加支撑的混合体系

这种形式可以有效地减少柱的纵向弯矩，但要求楼面刚度大，否则柱子间的变形不协调，无法充分发挥柱间支撑的作用。

4 结构设计中应注意的问题

4.1 结构设计与工艺设计的协调

在对厂房进行设计的过程中，应该保证结构设计和工艺设计的协调性，二者之间应该互相沟通，尽量的为对方提供方便。在进行结构设计之前，应该充分的了解到在厂房中的工艺生产需求，满足工业生产。在工艺设计阶段，应该对厂房的结构设计有充分的了解，在什么地方可以布设什么设备，什么地方可以承受一定的荷载等，都需要有清晰的了解。在实际的设计过程中，往往会因为二者的沟通不畅，出现了不协调的现象，这样在厂房应用的时候，就会出现矛盾，不能有效的利用。如果二者可以有效的沟通了解，不仅在设计上会顺畅，同时还为施工减轻了负担。

4.2 结构计算

以前由于科学技术的不发达，结构工程师大量的工作都用于结构计算上了，从而忽视了结构方案和结构布置。现在随着计算机技术的广泛应用及软件技术的迅速发展，结构计算工作通过计算机得到可以得到准确的结果，使结构工程师有大部分的时间放在结构方案的选择及结构布置上，从而有效的提高了其设计的水平。

4.2.1 楼面等效荷载的计算

荷载计算是结构计算的条件，荷载取值的准确性直接关系到计算结果的准确性。有的中小型机床上楼层、柱上、梁上还有吊车荷载，它的跨度柱网一般比民用建筑大，层高相对较高，最大特点是整个平面几乎没有内隔墙。多层工业建筑一般采用现浇钢筋掘凝土板梁柱结构，板厚比一般民用建筑厚，楼板的平面刚度可视为无穷大，电梯货梯间，使用框架填充墙结构。

4.2.2 节点核心区的抗剪验算

框架节点的设计应遵循“强柱弱梁更强节点”的原则，一二级抗震等级的节点还应进行受剪承载力计算。由于多层厂房的梁柱中心线往往不能重合，加之柱的截面比较大，节点偏心也比较大，对柱节点核心区的构造和受力都有较大的不利影响。因此，大跨度、大空间、大荷载的多层厂房的节点核心区的抗剪验算显得更为重要。

4.2.3 裂缝宽度、罕遇地震的验算

裂缝宽度的验算是为了满足正常使用状态的要求，规范规定混凝土梁的裂缝宽度不应大于0.3mm。抗震设计的原则是三不准，即“小震不坏，中震可修，大震不倒”。所进行的抗震验算仅满足“小震不坏”，构造上加强来满足“中震可修”，罕遇地震的验算则是满足“大震不倒”，多层厂房的设备投资经常远远大于土建投资，罕遇地震的验算应属必要。

4.2.4 与电梯井筒相连框架的考虑

在过去设计的过程中，一般都是按照纯框架来进行计算的，而对于电梯井的配筋部分也是按照构造计算的，但是这种设计方式往往安全度不够。框架部分的配筋，应该根据壁式框架的结构进行计算，然后得出相应的数值来考虑配筋，而电梯井壁配筋时则应该根据剪力墙来计算。此外，在多层厂房中，一般情况下，都会有多台吊车，那么在设计的过程中，就应该将一层上的吊车按照吊车的荷载输入，而其他剩余的吊车荷载就不该计算在内，应该按照活荷载来进行考虑。