基于多层工业厂房分析建筑及结构设计的要点

基于多层工业厂房分析建筑及结构设计的要点

李少豪

深圳辰光环保科技有限公司

摘要：不断提高的物质文化生活水平，渐渐的改善人们的居住环境，而且新的建筑理念也被体现。不断发展的科学技术，不断的改进与提升我们工业生产，随之变得复杂还有我们的工艺流程。最佳的工业厂房结构设计应该做到合理、经济，这对只有单一的生产功能与简单的建筑布局的单层厂房来说是很大的冲击，多层工业厂房以其跨度大、荷载大、开洞多等自身较多的特点，在工业生产厂房设计将被广泛应用，拥有更广阔的前景。本文分析多层工业厂房结构设计的要点及结构设计中应注意的问题，以做到合理、经济的最佳结构设计。

关键词：多层厂房；设计；结构

引言

多层工业厂房常用的结构体系主要有框架一体支撑体系、纯框架体系、钢架加支撑的混合体系。在框架一体支撑体系结构设计中，通常将纵向结构设计为柱-支撑体系，将横向结构设计为钢接框架，利用柱间支撑承受水平荷载。框架-支撑体系非常适用于横向较短、纵向较长的厂房，这种结构体系相对比较经济，它的缺点是柱间支撑将会影响厂房的使用。其次，纯框架体系没有设置柱间支撑，将纵横两个方向的结构均设计为刚接框架。它的优点是不影响厂房的使用空间；缺点是不能选用工字型柱，须要使用在纵横两个方向上没有较大的惯性矩差别的截面形式，从而导致用钢量大大增加。最后，钢架加支撑的混合体系和框架一体支撑体系、纯框架体系的不同点是它将纵向设计为支撑与钢架混合的型式，依靠支撑与钢架共同承受水平力。它的优点是能够显著缩短柱的纵向弯矩，缺点是楼面刚度的要求过大，如果楼面刚度不足，就会导致柱间的不协调、变形，难以有效发挥柱间的支撑作用。

一、多层工业厂房常用的结构体系

常用的多层工业厂房结构主要有三种：框架体系、纯框架体系、钢架加支撑的混合体系。

1.框架体系，又称支撑体系

这种体系的横向设计结构为刚接框架，而框架体系纵向设计结构为柱形支撑，那么抵抗水平负荷载重的则是柱子之间的支撑。这种框架体系的优势在于经济实惠，节约环保，但是弊端却是占用大量空间，使得柱子之间的空间出于荒废状态。框架体系比较适用于纵向比例较长，横向比例较短的工业厂房使用。

2.纯框架体系。把厂房纵横两个方向都设计成刚接框架，不设置柱间支撑。其优点是使用空间不受影响，缺点是柱不宜采用工字型柱，而要采用两个方向惯性矩差别不大的截面形式（如箱形柱），使用钢量增加。

3.钢架加支撑的混合体系。这种形式与第一种形式不同之处在把纵向设计成钢架和支撑混合的型式，靠两者共同抵抗水平力。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。

二、多层工业厂房结构设计要点

多层厂房因为工艺布置的要求，一般都需要大空间，结构通常采用框架结构，在层数较多、工艺条件许可的情况下也可以采用框剪结构。结构布置的原则是：尽量使柱网对称均匀布置，使房屋的刚度中心与质量中心相近，以减小房屋的空间扭转作用，结构体系要求简捷、规则、传力明确。避免出现应力集中和变形突变的凹角和收缩，以及竖向变化过多的外挑和内收，力求沿竖向的刚度不突变或少突变。

1.控制横向框架与纵向框架的周期。由于多层厂房跨度方向、尺寸较大，柱子少；而柱距方向尺寸较小，柱子多。一般都是横向控制，使纵横向的抗震能力大致相同，不仅有利于抗震，也使设计更为经济合理。

2.合理布置电梯间的位置。多层厂房由于设备、货物很重，竖向运输的需要，均要设置电梯。钢筋混凝土电梯井筒刚度很大，应充分考虑电梯井筒对建筑物的偏心影响，在结构布置上尽量避免电梯井筒布置在建筑物的角部和端部。当工艺布置需要而不可避免时，应对周围的楼板及框架采取加强措施。

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。

4.协调。工艺布置应与结构设计相协调。多层工业厂房是为工业生产服务的，因此在设计工业厂房时要与多层工业厂房的工艺设计人员相协商，尽量了解工艺布置，为设计和施工都省下了不少麻烦。主要需要协商的有：设备的布置、所提荷载的多少、开洞的地方等。

三、多层工业厂房结构设计中应注意的问题

（一）平面竖向布置规则，避免突变

因为工艺的布置对多层厂房的要求，要较大的空间跨度，结构体系一般都是运用框架式。柱网均匀、对称是最好的结构安排，房屋的空间扭转作用可以有效的减小，房子的质量中心应近似房屋刚度中心。尽量的简捷、规则是结构体系要考虑的，要可以明确的传力。同时在结构体系设置时，变形、突变的凹角及收缩要注意防止；在竖向的变化上不可过于的外挑或者内收，在竖向的刚度上要尽量减少突变，甚至不应该出现突变。

（二）验算裂缝的宽度、罕遇地震

为了达到正常的使用状态要求是一定要进行裂缝的宽度验算的，在我们室内的一类环境中规范及规定的钢筋混凝土的构件，它的裂缝宽度是不可以大于0.3mm的。若在计算不得到满足、在配筋的面积不增加情况下，可调整试算，如减小钢筋的直径、增加钢筋的根数；但还不达到要求，可通过加大配筋的面积、修改构件截面的尺寸进行再试算。

（三）考虑与电梯井筒相连的框架

过去的一些设计，设计方式的安全度往往是不够，它们的计算一般按照纯框架进行，而按照构造的计算来进行电梯井的配筋部分计算。如今，应该考虑框架这一部分配筋，在结构计算上应该按照壁式框架，计算得出的相应数值再用来考虑配筋，而应该按照剪力墙来计算电梯的井壁配筋。同时要考虑，一般情况下的多层厂房多台吊车是一定需要的，因此在设计中，应一层上的吊车应该根据我们的吊车荷载进行输入，不该把其他的剩下的吊车荷载计算在内，它们应根据活荷载来计算。

（四）楼面的等效荷载的计算

荷载计算是结构计算中首先需要考虑的，计算的结果准确性与荷载的取值是否准确有着直接的关系。在结构的形式、楼面的活荷载等方面，多层的厂房建筑又与同类的民用建筑有着较多不同的地方。在活荷载上，多层工业厂房建筑比同类的民用建筑要大许多，且其层高也相对而言也较高，具有较大的跨度柱网，在整个平面内是无内隔墙的。板厚较厚的多层工业厂房是因为其采用板梁柱的结构，具有较大的楼板平面刚度。

（五）破坏机制应该被合理的设置

厂房结构会被地震等地质灾害造成破坏，破坏的程度直接决定损失程度，因此，我们结构工程师的要通过优化破坏的的次序，防止由于结构因为破坏程度的加深而引起比较严重损失。所以，现在的结构工程师要掌握这样的工作原则：避免结构的部分破坏晚于结构的整体破坏。而要求的主要的工作内容是：首先通过强柱弱梁，避免梁的破坏晚于柱子破坏，因为厂房的整个结构牢固程度的关键看柱子；其次要强节弱杆，避免构件破坏晚于节点的结构破坏，因为结构中节点是与大部分构件关系密切的，一定要保证好节点完整；最后要强剪弱弯，在破坏中发生得比较突然的是剪切破坏，而这个破坏是曲线变化，常常可提前的预知这个危险，同时它是无法提前准确预测的，这样做就可以有效阻止破坏的深一步蔓延。

结束语

总体来说，在如今的多层工业厂房的结构设计中，设计师应根据现实的情况运用合适的厂房结构体系，做精确结构的计算，还要适时的调整截面，这样设计出的多层工业厂房结构才可能符合现代的工艺要求、达到经济与安全的平衡点。同时从多层工业厂房方方面面的特点以及优点来看，它将会是未来这个工业厂房不可否定的主流建筑。

参考文献：

[1]刘芸.多层工业厂房结构设计问题的若干探析[J].中华居民.2016.

[2]康勇.浅论多层工业厂房的结构设计[J].科技向导（建工论坛）.2015.