浅谈工业建筑结构设计中需注意的问题

2015-04-07冯雪花

四川水泥 2015年4期

关键词：挑梁杆件钢结构

冯雪花

(中昊（大连）化工研究设计院有限公司 116023)

浅谈工业建筑结构设计中需注意的问题

冯雪花

(中昊（大连）化工研究设计院有限公司 116023)

伴随着现代工业生产技术、工艺不断发展更新，工业建筑的结构体系也愈发复杂化，建筑整体布局呈现多样化形态，这对设计者提出了更高的要求。鉴于工业建筑结构涉及多方面知识，它成为近年来需要加以重视和探究的一线课题。笔者基于多年的工作实践，分析了工业建筑设计需注意的要点。

工业建筑结构设计发展趋势

引言

工业建筑在建筑设计领域占有举足轻重的地位，它具有一般建筑的共性，但在设计和施工方面又具有自身的特点。由于工业建筑是以工业生产为导向，它的外形、内部构造与我们熟知的常规形式和固有类型差别很大，处处彰显出功能主义的气息，表现出很强的经济适用性、灵活性和高科技特征。可以说，一个优秀的工业建筑设计作品，既要满足库存、运输、设备安置等生产要求，还要能提供适宜的劳动环境。

1.工业建筑设计中需注意的问题

工业建筑的受载情况复杂，这对诸多构件的材料和结构组合提出特殊要求。同时工业建筑具有大量的预埋件，一有遗漏就需要立即在现场进行修补，不仅增加了成本，而且放慢了施工速度。以下对现场施工中遇到的问题，结合笔者设计经验，简要论述结构设计应注意的一些问题。

1）地基

工业建筑的投资大、占地面积广、地质情况复杂多变，故在设计时需采用多种地基形式。载荷较大的地方采用桩基、独立基础、条形基础、弹性地基梁等。工业建筑的输送皮带支架一般采用底部铰接形式，传给地基的只有剪力和轴力，所以一般把地基设计为桩下条形基础[1]。从设计角度而言，混凝土标号应符合结构耐久性要求（一般采用C25）。地基的配筋应尽量降低配筋率。条基交接部位的钢筋设置要有详细的工程图。条基交叉处的基底面积只能单独使用，不可重复使用，并要合理调整基宽。砌体结构局部墙体作用有较大的集中载荷，应根据具体要求适当加大地基宽度。另外需特别注意的是柱下条形基础，如果基础的翼缘板采用缓坡形式，应注意坡角不可过于陡峭，否则施工工艺性较差。

2）梁和板件的合理设计

工业建筑受载较大，为保证强度要求，常把梁和柱的截面积设计得较大，钢筋粗而密，给施工造成不同程度的困难。某些设计人员为了控制截面高度，将配筋率提高到2.5%，实际中很难做到这一点。如果钢筋分布过于稠密，在梁柱结点区，混凝土很难浇注密实，无法插入探棒，造成钢筋严重移位，留下安全隐患。在设计时，应首先考虑增加截面高度，降低配筋率，在特殊场合可适当增加截面宽度。为了方便施工，尽量避免在梁柱交接处出现大量钢琴堆积的情况。在没有特殊载荷的情况下，配筋率应小于1.7%，利于梁结构塑性铰的形成，提高抗震性能。

挑梁的自重相对总载荷比较小，做成变截面对减轻自重贡献不大，所以应尽量将挑梁做成等截面形式。在计算挑梁钢筋率时，应预留合适的安全系数。当挑梁载荷大、悬挑大、挠度大时需适当加大底筋。砌体结构挑梁深入墙体的托梁长度应满足构造要求，并计算抗倾翻临界条件。

过梁的设计可以按标准图选用，但要在施工图中特别标明选用方法和具体图号。如果门窗洞口较大或过梁作用有集中力时，应通过具体计算验证过梁的受力强度。在设计时，尽量将过梁与圈梁整体浇注，既便于施工也利于抗震。过梁的钢筋不可配置过小，以充分考虑地震时过梁墙体出现裂缝而无法形成支撑的作用。

现浇板配筋多借助软件自动生成，例如常用的PMCAD。这样可以加快速度，减少笔误。在计算配筋时，应考虑塑性变形重分布，将板上筋应力乘以0.8—0.9的折减系数，将板下筋乘以1.1—1.2的放大系数。如果按弹性力学理论计算双向板钢筋应力，结果偏于保守，不必再人为放大。在给砌体结构的板件进行配筋时，要注意支撑在外墙的板负筋不宜过大，否则会对砖墙产生过大的附加弯矩。

板配筋尽量采取大直径大间距形式，间距值不小于200毫米，板上板下钢筋宜均匀分布，直径类型不宜过多。在设计时，要注意将现浇挑板阳角配置辐射状附加筋，同时要对现浇挑板阳角的板下配置斜筋。

3）柱形件的设计要点

工业建筑结构设计中，轴向受力构件的应用极为广泛。柱截面选用时，为了经济，宜优先选用钢管混凝土柱或型钢格构柱。如角钢、槽钢、工字钢和钢管，也可用型钢或钢板制成组合截面柱。组合截面柱的腹杆体系有缀条式和缀板式两种。考虑到性价比，在工艺允许的情况下可增加纵向系杆，以减小厂房柱的平面外计算长度。

支撑杆件的结构通常设计为单拉杆，或者是一镰一压杆件的组合形式。实际中根据受力大小和杆件长度灵活选用。单杆设计目前处于主流地位，也即在前后片杆件之间不设置缀条，这样便于架设中间穿行管道、楼梯和参观走廊。

4）楼梯的设计

工业建筑中的机房、宿舍和办公场所等生活区建筑楼梯多采用板式结构，既美观大方也方便施工。但要给梯梁和梯板之间留下足够的高度，尤其是建筑入口处。梯段高度差不大于20cm，避免绊倒。休息平台与梯段板平行方向的上部筋应拉通，且与梯段板的配筋相配合。特殊条件下，例如板式楼梯跨度大于五米，不容易满足挠度，则要施工图中特别注明加大反拱。第一段梯板的基础要考虑沉降，必要时需设置梯梁增强稳定性。

5）预埋件的合理埋设

工业建筑是一个载体，其中安装有各种设备，这就需要很多预埋件。在施工图中，设计人员要在结施图中明确标明预埋件的大小规格和定位尺寸。某些单位在结施图中漏掉楼梯埋件，需在现场补埋，费时费力。技术交底时，要特别向施工单位阐明埋件要求。埋件要可以承受一定的附加载荷。工业建筑筒体结构库壁的埋件安装要特别注意，否则出现滑膜时会使埋件移位，造成安装困难。

2.钢结构设计要点

工业建筑中钢结构较为常见，钢结构的设计也应具有良好的工艺性，方便施工和检修。例如某工程设计，采用轻型门刚结构设计堆棚，在斜梁与柱的交汇处采用高强度螺栓连接。在现场装配时，最下部的螺栓未留够足够的扳手空间，导致力矩扳手无法完全使用。假若设计时充分考虑施工方便，留下扳手空间或采用其他柔性连接方法，问题就能得到解决。水泥厂的窑尾大量采用钢结构，高强度螺栓广泛应用于梁与柱、梁与梁的连接，施工时要特别注意螺栓的位置排布。另外在结施图中要特别注意钢结构防锈处理、制作安装工序。

节点构造设计在钢结构设计中很重要，杆件设计（杆件内力分析）与节点设计（节点构造分析）是钢结构设计的主要内容[2]。钢结构的安全性在很大程度上取决于节点的构造设计。节点设计要力求构造简单、传力可靠、受力明确、工艺性良好。节点连接设计最好设定10%—15%的安全系数。应力较小的构件，其连接焊缝长度通常大于120mm。在工业厂房钢结构设计中，这些都是至关重要的。施工时不能随意加大杆件截面，以免破坏节点构造的安全性。