工业厂房混凝土排架结构设计相关要点

陈叶锋

摘  要：现今我国社会经济高速发展，极大地促进了工业建设体系的发展，提高了社会生产效率。为满足现代化工业生产需要，现今工业厂房的建设规模之大、功能需求之多与以往相比有较大的不同。作为传统的钢筋混凝土排架结构的设计如何适应新时代工业建设的需要，如何能满足业主较高质量较高标准的设计要求，这些都是作为结构设计人员必须面对和充分考虑的问题，需要设计人员采取一定有效的设计方式。为此，强化研究与探索混凝土排架结构工业厂房的设计意义十分重大。

关键词：工业厂房;混凝土排架结构;设计浅析

Abstract： Nowadays， the rapid development of social economy in China has greatly promoted the development of industrial construction system and improved the efficiency of social production. In order to meet the needs of modern industrial production， the construction scale and functional requirements of industrial factories are quite different from those in the past. As the design of the traditional reinforced concrete bent structure， how to meet the needs of industrial construction in the new era， and how to meet the design requirements of the owners with higher quality and higher standards？ All these problems need to be faced and fully considered by structural designers， and designers are required to adopt certain effective design methods. For this reason， it is of great significance to strengthen the research and exploration of the design of industrial factory buildings with concrete bent structures.

随着社会经济的高速发展，我国制造业迅猛发展，钢铁产量跃居世界第一位，全钢结构形式的厂房也愈来愈多地出现在我国各地，如门式钢架轻型厂房，单层或多层带重型吊车的钢框排架结构厂房等等，大有取代传统的钢筋混凝土排架结构厂房的趋势。然而虽然钢结构厂房越来越多，但钢筋混凝土排架结构厂房因自身具有一些钢结构厂房无法比拟的优点仍旧活跃在我国现代化工业建设的大舞台上。随着业主对厂房的功能要求越来越高，在设计该类工业厂房时需要予以高度重视，不能完全按之前的经验照搬全抄，或是不加甄别的乱套图集，而应在充分了解和熟悉该类结构形式的基础上，实际联系到业主相关功能诉求，利用结构设计理论和国家相关设计规范进行细致的分析和设计，唯有此所做出的设计才能更加准确，滿足业主需要，且安全经济又合理。钢筋混凝土排架结构的组成包括屋面、柱、基础，通常包括多种结构构件的设计，如屋盖结构、纵横向平面排架、基础、支撑、围护结构等。

1 工业厂房中钢筋混凝土排架的基本结构介绍

（1）确定柱网。柱网是指厂房柱定位轴线在平面上排列所形成的网络，具体布置需结合设备工艺的要求，确保能够满足业主的生产需要。另外柱网的确定还应考虑相关构件的模数尺寸，吊车的标准跨度等等，因为非标构件的设计和制作往往带来的是造价增多。

（2）横向结构。在设计工业厂房时，横向排架结构所发挥的承重作用至关重要，通常会涉及到如厂房工程结构自重、风荷载、雪荷载及地震作用等等。在确定横向平面排架设计时需要做好以下工作：第一，认真计算荷载，屋面恒荷载与屋面采用的结构材料的自重有关，屋面恒荷载一般需考虑积雪荷载和积灰荷载。吊车荷载的组成包括竖向及水平荷载。风荷载的确定需按照基本风压、体型变化系数与风压高度系数等来计算得到。第二，横向排架的计算模型一般假定柱下端固接在基础顶面处、柱上端铰接横梁，横梁作为刚性杆不存在任何的横向变形。柱截面高度较大的情况下，下柱可采用工字形截面，有助于降低造价，也有助于减轻结构自重，方便布置吊装与管线。

（3）纵向结构。纵向平面排架设计的组成包括柱、连系梁、吊车梁、柱间支撑，旨在维护厂房结构纵向的稳定性、刚性。

（4）屋盖结构。屋盖结构是组成工业厂房钢筋混凝土排架结构的重要部分，由屋架、屋面板、天窗架等组成，能够实现对荷载的竖向传递。

（5）支撑体系。在工业厂房中支撑体系的组成主要包括两部分，即屋盖区域支撑和柱间支撑。柱间支撑主要有两部分组成，即上、下柱柱间支撑，柱间支撑需要在临近中央区段布置，且在厂房两端的第一个柱距内设置上柱柱间支撑。屋面支撑有横向水平支撑和纵向水平支撑。

2 设计要点分析

随着我国工业的迅猛发展，人们越来越关注工业厂房的建设情况，由此提出了更高的工业厂房建设质量与性能要求，对于钢筋混凝土排架结构设计工作必须引起相关设计人员的重视，通过深入研究，促进我国工业产业的可持续发展。而工业厂房的排架结构十分复杂，在设计、施工过程中难免会遇到各种难点，为此在设计此类工业厂房时，相关设计人员必须高度重视排架结构的设计要点，及时发现设计中的不足，并制定一系列切实可行的优化措施，实现工业厂房设计的科学化、安全化与合理化。

（1）结构荷载统计和计算要与实际相符。框架结构设计中荷载的输入往往比较简单，设计人员只需按照建筑功能根据荷载规范选用相关数值。然而排架结构的设计需要设计人员对各种荷载进行统计计算和处理，例如吊车荷载的输入需要根据结构力学影响线的知识对多台吊车荷载的轮压进行组合并进行折减;例如高低跨屋面雪荷载的输入需要考虑雪的堆积效应根据规范进行等效计算;再例如排架柱顶的荷载输入时，屋架支座埋件中心应与柱顶埋件中心重合，柱顶埋件偏心于上柱截面时，并应考虑屋架支座传来的荷载因与上柱截面中心偏心而产生的弯矩;再例如计算排架基础时应按围护墙和排架下柱中心的实际偏心距离来考虑墙体的附加荷载对基础产生的偏心弯矩等等。只有荷载的输入正确符合实际，才能使得设计的厂房结构构件具有合乎实际的承载能力要求。

（2）重视结构的变形设计。工业厂房的内部往往存在较多的地面荷载，如设备重量或物料堆载。这些附加荷载的存在会使排架柱基础产生额外附加沉降，当产生的地基附加沉降量超过一定限值时，吊车顶面与屋架下弦间的净空以及吊车边缘和上柱边缘的距离往往会变小，使得吊车在使用和检修时受到影响;相邻排架柱因区域堆载不同而产生较大的基础沉降差时会使吊车梁及其上吊车轨道产生倾斜，从而导致吊车行进受阻或受损;此外过大的沉降差还会引起维护墙体产生裂缝，从而导致墙体漏水，墙面受潮发霉，外立面观感质量变差。此外还有一点值得重视的是，车间里的设备基础应告知业主按设备要求进行正规设计，因为这些设备一般价格昂贵，精度较高，对地基变形异常敏感，地基的变形往往会使设备产生受损以至业主产生巨大损失，导致业主对设计人员的不信任。以上种种现象都会直接影响到业主对厂房的使用感受，给业主生产加工带来不利影响，甚至造成安全隐患，作为设计人员在这方面应尤其重视。

（3）重视结构的延性设计。围绕结构延性，需要相关设计人员制定科学、合理的设计方案，通过对相应立面的设计充分保证厂房结构的延性，增强结构的抗震性能，保证整体厂房的稳定与安全。为此，需要制定科学、合理的结构设计方式，防止出现不必要的错层问题，且对高比度因素进行充分考虑，确保厂房结构延性能够得到不断完善，所具有的水平荷载力更强。

（4）重视钢筋混凝土排架结构的支撑系统设计。钢筋混凝土排架结构的支撑系统除了在传递荷载方面起到关键作用外，还是整个厂房结构能否形成一个有机整体的核心因素所在。钢筋混凝土排架结构的各榀排架在柱间支撑系统及吊车梁等相关杆件的联系作用下，厂房结构在沿其纵向的整体性得到加强，刚度变大，在纵向荷载作用下，使得各榀排架的受力更加均匀，结构的安全度可靠性自然而然有很大提高。同理屋面横向水平支撑及纵向水平支撑的设置使得整个屋面结构成为一个几何不变体系，使得整个屋面具有良好的刚度，能够很好的承受屋面荷载，并把荷载均匀地传递到各榀排架中去。

（5）外墙围护系统设计要与计算假定相符。外墙围护结构的设计应符合计算假定，例如柱边与排架柱贴砌而且有钢筋的拉结时，垂直于排架方向进行纵向地震作用验算时可计入普通砖墙的折算刚度;轻型墙体与柱采用柔性连接时一般不考虑其纵向刚度而只计入其重量作为附加重量施加于排架柱上进行排架纵向抗震设计。现在的钢筋混凝土结构排架厂房一般高度较高，外墙围护砌体高度随之也愈来愈高，所以在设计外墙围护结构还应注重对砌体结构的高厚比验算，外立面窗户较多且面积较大时如墙体虽然满足高厚比的验算要求此时仍应采用相应的加强措施，如大窗户两侧加设构造柱，构造柱截面及配筋适当加强，圈梁适当加密等等，使外墙围护结构有良好的整体刚度。

（6）重视钢筋混凝土排架结构的埋件设计。钢筋混凝土排架结构中存在较多的预埋件，如牛腿顶面处、上柱柱顶处，上柱侧边靠近吊车梁边缘处以及有柱间支撑跨排架柱的侧面。这些预埋件的受力因与连接构件受力形式的不同而不尽相同，例如牛腿顶面埋件除承受吊车梁传递过来的剪力外还承受有吊车梁重、吊车自重及吊重荷载传递过来的压应力;与十字形柱间支撑相连接的预埋件，一般支撑斜杆按拉杆设计，并计入压杆的卸载效应，埋件的设计主要考虑按拉剪设计;与人字形柱间支撑相连接的预埋件，一般一杆受拉一杆受压，此时埋件设计应同时考虑压剪和拉剪两种工况，取包络值。埋件锚筋的间距和锚板的厚度因受力形式不同也存在较大的区别，抗震设防地区的锚筋计算面积以及锚固长度根据规范要求还应乘以相应放大系数。因现今我国建筑类设计规范更新速度较快，钢筋混凝土排架结构的相关配套标准图集存在更新滞后，甚至有的图集已经不再更新，因此会存在相关设计人员依旧不假思索的沿用旧图集的相关埋件设计做法，而没有考虑到现行规范的修改，从而埋下隐患。综上所述，设计预埋件首先因分析埋件的受力方式，根据所承受得荷载计算锚筋面积，并按规范构造及计算要求调整锚筋间距及锚板厚度;选用相关图集标准做法时，一定要查明适用条件并应作计算复核。

3 结束语

总之，钢筋混凝土排架结构工业厂房的设计较为繁琐、复杂，设计人员在设计该类厂房时首先应非常熟悉各类荷载在厂房众多构件中的传力路径和传递形式，然后根据结构理论和设计规范建立构件的计算模型并进行构件设计;同时，在设计构件的过程中还应注重结构的整体性设计，如柱间支撑系统、屋面支撑系统、外墙围护系统、吊车系统的设计，做到与主体受力排架有机统一，相辅相成。而不应只重视主体排架结构的设计而忽略或轻视其他系统的设计，这些系统因在一些设计人员眼中被认为是“附属结构构件”，设计较为随意和不重视，往往却是一些事故发生的关键因素所在。当然按照厂房设计的特殊性，除应满足业主诉求在做好外部协调工作的基础上还需做好与内部各专业的设计协调工作，唯有此所做出的设计才能更加准确，满足业主需要，且安全经济又合理。

参考文献：

[1]董伊婧.排架结构工业厂房的屋架设计[J].名城繪，2018（04）：222-223.

[2]曹茜.工业厂房钢与混凝土组合结构设计分析[J].建材发展导向（上），2019（03）：181.

[3]朱世腾.论厂房排架结构设计[J].建筑工程技术与设计，2015（25）：410.