合肥工业园10＃厂房工程设计分析

李元，夏尧，高斌斌

（中机第一设计研究院有限公司，合肥230601）

1 引言

随着我国工业的飞速发展，生产方式也逐渐由以手工为主的传统的小作坊形式向高度机械化、自动化、专业化、协作化以及产品结构的全面标准化、系列化、规格化、部件化的工业化大生产方向转换。而现代化的生产厂房是实现工业现代化生产的最基本条件之一。传统的厂房结构是钢筋混凝土结构，钢结构体系作为现代工业建筑的一大标志已成为现代工业建筑的主要建筑结构形式。选择合适的结构体系用于工业的生产厂房，以有效地创造现代化的生产空间，适应工业生产的各种现代化设备的布置和更新，并有足够的可靠性和灵活性能，最终达到社会效益、经济效益和美学观感的最佳平衡，对工业发展具有显著的意义。

2 厂房建筑设计

2.1 设计依据

依据GB 50681—2011《机械工业厂房建筑设计规范》、GB 50016—2014《建筑设计防火规范》、GB 50345—2012《屋面工程技术规范》、GB 50037—2013《建筑地面设计规范》、《中华人民共和国工程建筑标准强制性条文 房屋建筑部分》（2013年版）等现行国家及地方的规范、标准进行本项施工图设计。

2.2 工程概况

该工程为合肥工业园10＃厂房，厂房为地上3 层钢筋混凝土框架结构，层高为7.2 m、4.2 m、3.6 m，建筑高度15.30 m，室内外高差0.45 m。建筑使用年限为50 a，耐火等级为二级。

2.3 建筑总说明

1)室内外高差定为0.30 m。

2）根据厂房尺寸，大概确定仓库外围尺寸，根据建筑的生产工艺或使用需要，对柱距进行设置，跨度取为6～8 m。

3）根据甲方要求，对房间大小、功能进行设计。

4）层高根据使用要求的室内净高确定。

5）走廊宽度根据模数确定。

6）柱子尺寸暂定为500 mm×500 mm，内部为400 mm×400 mm，最终要根据结构设计结果选定最合适柱尺寸。

7）墙体采用填充墙，采最常用的加气混凝土砌块，按砌块模数墙厚采用200 mm。且为了外侧视觉效果，外墙采用偏心布置，与外侧柱外侧对齐。

8）楼梯的设计，平台板宽不小于梯段宽度，确定踏步高和宽以及梯段的宽度，具体详见楼梯图。

9）门窗的布置以及门窗的尺寸都按规范模数来确定，满足采光通风的要求。窗台的高度也按规范定为900 mm，门宽以及门高按模数以及常用的尺寸来确定。门垛宽度按模数为50 来取。

10）楼面地面以及屋顶的做法按工程做法图集来确定，女儿墙高度也按模数来确定高度。

11）坡道宽度以及坡道的坡度均按规范要求来进行设定。

12）最终建筑设计的细节详见建筑平立剖面图。

3 厂房结构设计

3.1 设计依据

设计依据为GB 50009—2012《建筑结构荷载规范》、GB 50011—2010《建筑抗震设计规范》（2016 年版）、GB 50010—2010《混凝土结构设计规范》（2015 年版）、GB 50003—2011《砌体结构设计规范》、GB 50007—2011《建筑地基基础设计规范》。

3.2 设计信息

本工程地震基本信息见表1。

表1 地震基本信息

3.3 材料说明

本工程采用的混凝土和钢筋等级见表2。

表2 混凝土和钢筋等级

3.4 构件尺寸说明

主梁截面高度取跨度的1/12～1/8,梁宽取梁高的1/3～1/2，因此，根据建筑图取主梁尺寸为200 mm×700 mm。

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

卫生间纵横梁：200 mm×300 mm。

柱子尺寸：500 mm×500 mm。

3.5 荷载统计说明

3.5.1楼面附加恒荷载标准值

楼面（不含卫生间）面层做法及附加恒荷载标准值见表3。

表3 楼面（不含卫生间）面层做法及附加恒荷载标准值

楼面（卫生间）面层做法及附加恒荷载标准值见表4。

表4 楼面（卫生间）面层做法及附加恒荷载标准值

3.5.2上人屋面做法

上人屋面面层做法及附加恒荷载标准值见表5。

表5 上人屋面面层做法及附加恒荷载标准值

屋顶：上人屋面+钢筋混凝土板底面清理干净+7 mm 厚水泥∶石灰∶砂浆（1∶1∶4）+5 mm 厚水泥∶石灰∶砂浆（1∶0.5∶3）+表面喷刷涂料另选，故屋顶荷载为2.0+0.24=2.24 kN/m2。此处表面喷刷涂料荷载忽略不计。

3.5.3 楼梯恒荷载计算

折算板厚度约可取梯长（梯段长为2 970 mm 和梯段高为1 800 mm） 的1/30 与踏步高(180 mm) 的一半，即1/30×，取210 mm。

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

板底抹灰（20 mm 厚）：20×0.02=0.4 kN/m2(20 为水泥砂浆抹灰容重，kN/m3)。

栏杆线荷载：0.2 kN/m2。

总计：7.05 kN/m2。

楼梯角α=atan(1 800/2 970)=31.22°，折算楼梯竖向荷载为q=7.05/cosα=7.19 kN/m2，取7.20 kN/m2。

3.5.4 楼面和屋面活荷载的计算

活荷载的取值本着2 个原则：一是严格遵守现行的GB 50009—2012；二是根据结构实际情况进行取值。本工程按照GB 50009—2012 取值即可，各功能房间楼面和屋面活荷载标准值见表6。

表6 各功能房间楼面和屋面活荷载标准值

3.5.5 梁上线恒荷载的计算

梁上线恒荷载主要有内墙、内隔墙和外墙，各种不同墙体对应的做法及面荷载标准值见表7～表9。

表7 内墙做法及面荷载标准值

表8 内隔墙做法及面荷载标准值

表9 外墙做法及面荷载标准值

该建筑层高为3.6 m，梁的尺寸分别为250 mm×500 mm，200 mm×400 mm，150 mm×300 mm。对有门窗洞口的内外墙体，开洞率一律取20%。从层高中扣除梁高可得墙高。这样可以得到1～3 层的内墙外墙梁上线荷载标准值。表10 给出了3 层梁上墙高及线恒荷载标准值。

表10 3 层梁上墙高及线恒荷载标准值

女儿墙高0.6 m，折合成厚100 mm 的混凝土栏板，其梁上线荷载=［26×0.10+0.65 (外墙装饰)+0.4（内墙粉刷）］×0.6=2.19 kN/m，取2.2 kN/m。

3.6 结构计算软件需输入的参数说明

该设计应用2017 版PKPM V4.3 系列软件中PMCAD 进行建模、SATWE 进行计算和梁板柱施工图绘制施工图[1]这3项功能。

3.6.1 总信息

结构体系为框架结构，根据GB 50068—2001《建筑结构可靠度设计统一标准》7.0.3 条对安全等级为二级或设计使用年限为50a 的结构构件，结构重要性系数应不小于1.0。室内正常环境的环境类别为一类，根据GB 50010—2010《混凝土结构设计规范》（2015 年版）8.2.1 条规定，梁柱保护层厚度为20 mm。在竖向荷载作用下，可考虑框架梁端塑性变形内力重分布对梁端负弯矩乘以调幅系数进行调幅，这主要是考虑到如果支座弯矩太大，支座钢筋太密，就无法布置和施工。并且梁端应具有形成塑性铰的能力。根据JGJ 3—2010《高层建筑混凝土结构技术规程》[2]5.2.3 规定，现浇框架梁端弯矩调幅系数取0.85。

3.6.2 地震信息

由GB 50011—2010《建筑抗震设计规范》（2016 年版）附录A 查合肥市地震烈度7 度（0.10g），场地类别为二类。根据2016 年版GB 50011—2010 表6.1.2，设防烈度、结构类型以及高度确定抗震等级为三级。3 层结构计算振型个数取为9，计算结构自振周期时考虑非承重墙体的刚度影响予以折减，根据JGJ 3—2010《高层建筑混凝土结构设计规程》4.3.17 条规定，周期折减系数取0.7。

对于多层框架结构，2016 年版GB 50011—2010 要求：质量和刚度分布明显不对称的结构，应计入双向水平地震作用下的扭转影响；其他情况，应允许采用调整地震作用效应的方法计入扭转影响；JGJ 3—2010 则要求在地震作用下采用附加偏心距计算得到的内力参与内力组合，以增大结构抗扭能力。程序是按JGJ 3—2010 方法编制，所以对于本工程也应选“偶然偏心”。JGJ 3—2010 中4.3.2 条对应该计算竖向地震作用的情况予以说明，该工程只需考虑水平地震作用，因此，不考虑“双向地震作用”。

3.6.3 风荷载信息

查GB 50009—2012《建筑结构荷载规范》表E.5，修正后基本风压为0.35，由8.2.1 条该建筑属于房屋比较稀疏的乡镇，因此，地面粗糙度类别为B 类。矩形平面，体型系数为1.3。

根据GB 50009—2012 附录E.2.1，对于钢筋混凝土结构，钢筋混凝土结构的基本自振周期T1=(0.05～0.10)n，n为建筑层数，即为3，因此可取0.27。在“结构基本自振周期”中填入0.27 进行试算，试算后得到的结构基本自震周期为0.95；在“风荷信息”下拉参数栏“结构基 本自振周期”中填入0.95，以取代第一次填入的0.27，第二次进行计算。

3.6.4 活荷载信息

由于在PMCAD 中未对活荷载进行折减，所以均应对“柱、墙设计时活荷载”及“传给基础的活荷载”进行折减。梁活荷不利布置最高为3 层。1 层折减系数为1.0，2～3 层折减系数为0.85。

3.6.5 设计信息

梁柱重叠部分简化为刚域。当梁柱截面较大时，梁柱节点区重叠部分体积很大。如果勾选此项，该处就成为刚性区域。那么梁的计算长度就要扣除节点区梁柱重叠部分，也就是扣除刚域部分，这样梁的计算长度变小了，同时由于刚域的存在，梁的刚度变大，扣除刚域后的梁自重也减少了，梁端弯矩就会减小。

如果不考虑刚域，那么节点区的部分就作为梁的一部分更合理，才会达到更好的安全性与经济性；同时应注意当前和长远结合，随着科技进步和工艺革新的加快，在设计时，需考虑今后改建的可能性和简便性。