钢筋混凝土框架工业建筑结构设计中的问题探讨

许 静

长岭炼化岳阳工程设计有限公司 湖南 岳阳 414000

前言：工业建筑不同于民用建筑的特点是，工业建筑都是为生产服务的，工业建筑首先要满足工艺流程的需要，例如建筑物的层高首先要满足设备的高度及操作要求，结构的平面布置要根据工艺设备的平面布置和荷载来确定，需要考虑泄爆的建筑物需要根据计算后的泄爆面积将墙面或屋面设置为轻质墙板，另外包含变电所、配电间等的工业建筑物局部区域需要设置层高较小的夹层等等，这些往往都与建筑结构布置的对称性、规则性等的原则是相矛盾的，但鉴于刚度大、承载能力高、抗震性能较好、耐腐蚀性能好等特点，钢筋混凝土框架结构仍然是结构设计人员经常选择的结构型式。下面结合几个工程实例对钢筋混凝土框架结构在工业建筑结构设计过程中，由于结构的平面和竖向不规则导致建模计算时侧向刚度比、楼层受剪承载力比、楼层的最大弹性水平位移与该楼层两端弹性水平位移比超限等常见问题提出了一些解决对策。

1、在薄弱楼层局部增加短肢剪力墙来调整楼层的侧向刚度比。

某化工厂的动力控制楼，长度方向～轴为7mx4=28m，跨度方向～轴分别为6.5m和8.5m，共3层，首层层高4.5m，第二层为电缆夹层，层高仅2.1m且仅在～轴之间有楼板，第三层层高为4.1m。结构型式为钢筋混凝土框架结构，钢筋混凝土柱下条形基础。抗震设防类别为乙类，框架的抗震等级为二级。采用PKPM建模计算后，发现由于第二层电缆夹层的层高很小造成了第一层侧向刚度与第二层侧向刚度的70%的比值在X向和Y向分别为0.56和0.72，均小于1，不满足《建筑抗震设计规范》的限值要求，通常楼层的侧向刚度比超限时人为调整的办法为：、降低本层层高或提高上一楼层的层高。、加强本层的柱和梁的刚度（增大柱和梁的截面尺寸，提高本层的混凝土强度等），或适当削弱第二层的柱和梁的刚度。但由于首层房间的使用功能为配电室、控制室等，降低层高无法满足电气专业的使用功能要求。而增大梁截面尺寸对侧向刚度比的影响不大，若调整首层柱的截面尺寸至满足侧向刚度比的限值要求，则一方面影响首层房间和楼梯间的使用且不美观，另一方面从经济方面和施工方面考虑也不尽合理。若在首层、轴及轴的两端部（框架柱与窗户之间）分别对称设置长度约为1.1m左右的短肢剪力墙，宽度与砌体墙同宽，重新调整模型计算后，楼层侧向刚度比随即满足了限值要求。这种在薄弱层局部窗间对称布置短肢剪力墙的方式，即不影响建筑物美观，又不影响房间的使用功能，在遇到类似情况的结构时可作为一种有效的结构调整办法。

2、在大面积开洞的钢筋混凝土屋面层设刚度大的水平支撑来调整楼层的弹性位移比。

某石油化工装置的一个设备厂房，X、Y方向均为6mx2=12m，第一层为设备层，层高4500mm，楼面上有两台重约50吨的震动设备，由于厂房设有20t吊车，第二层的层高为7500mm。另该厂房内设备有爆炸的危险，在屋顶面积满足泄压面积需要的前提下，该厂房的结构型式确定为钢筋混凝土框架结构，轻型屋面。框架柱在吊车梁底标高处变截面并设置牛腿，用以支撑吊车梁，混凝土屋面框架梁上预留埋件以固定屋面檩条。由于PKPM软件在同一楼层内框架柱无法变截面，在吊车梁底标高处人为设置成第二标准层，且在该标高处沿厂房外墙设连系梁，一方面对框架柱起到拉结作用，减少柱截面及配筋，另一方面可以抵抗吊车的水平荷载，增强该厂房的整体刚度。经PKPM建模计算后，结果显示屋面层的楼层竖向构件最大的水平位移和该楼层两端弹性水平位移比超限。分析原因：主要是屋面层为大面积开洞，没有混凝土楼板，平面刚度差，因此在水平地震力的作用下极易发生扭转变形，导致位移比超限。若在屋面层增设A219x10的钢管水平支撑，一方面增强了屋面的整体刚度，另一方面也可以承担风、水平地震作用等水平荷载，位移比超限的问题随即解决。

3、在层高很高的厂房楼层设置层间梁和柱间支撑来调整楼层的受剪承载力比和侧向刚度比。

某石油化工催化剂厂的生产厂房，X方向～轴为7.5mx4=30m，Y方向～轴为9mx3=27m，共3层，首层层高13m，为立体库房。第二、三层层高为4.5m，为设备层。由于首层的建筑层高为14.4m（包括了地面至承台的高度1.4m），结构计算时的第一、二层的受剪承载力比及侧向刚度比很难满足要求，现采取以下措施：、在不影响工艺埋地管道布置的前提下，在靠近地面处，设置拉梁，以减少首层的计算层高。、将框架在首层层顶处变截面，首层采用大截面柱，第二、三层采用小截面柱，以减少第一、二层的侧向刚度比和受剪承载力的比。、在首层的层高中部位置设置层间梁，但由于工艺专业的要求，仅能设置在外墙的轴线上，以增大首层的整体刚度。经PKPM建模计算后，结果显示首层和第二层的最小刚度比在X向和Y向的值仍然不能满足规范限值要求。现在和轴上的 ～轴之间，和轴上的 ～轴之间对称布置A377x14的钢管柱间支撑，用以增强首层的整体刚度和稳定性，重新调整模型计算后，楼层侧向刚度比满足了限值要求。

4、结语

工业建筑钢筋混凝土框架结构的设计是一个系统而又全面的过程，它要求设计人员在遵循设计规范的前提下，还应该具体问题具体分析并结合自己在工程实践中积累的经验，碰到问题采用切实有效的对策，设计出实用、经济、有效的钢筋混凝土框架结构。笔者希望本文能给一些工业建筑的结构设计人员在进行钢筋混凝土框架结构设计的时候提供一些解决办法。