工业厂房结构设计要点分析

■李子良 ■鹤山市友信建筑设计有限公司，广东 鹤山 529700

在工业厂房设计时，选择钢结构可以有效提高建筑结构的性能，降低其建筑造价，因而在我国目前的应用中非常广泛，实际应用效果也很不错。采用轻钢结构工业厂房设计的优点包括能够有效提高结构的抗震性能、加快工程施工进度、增大建筑物的可用空间等，相比于传统钢结构，更能符合工业厂房的要求。

1 工业厂房结构布置中需要考虑的问题

1.1 合理布置电梯间

在很多的多层工业厂房结构中，实际使用时会涉及到很多货物和机械设备的运输，对于运输系统就提出了较高的要求，一般负责竖向运输的是电梯。钢筋混凝土结构中对电梯井筒的刚度要求很高，其设置容易导致整个建筑产生偏心的问题。一般在空间设计时，应尽量避免将电梯设计在结构的端、角等部位，如果不可避免要设置在这些地方的时候，需要对其周边的框架和楼板体系进行一些结构上的加强设施。

1.2 合理控制纵、横向框架周期

在进行工业厂房的结构设计时，需要仔细控制好其纵、横方向的框架的周期在允许范围内。在进行厂房建设时，要认真考虑好其跨度的问题，一般厂房建筑都有比较大的跨度，布置的梁和柱等构件的数量都比较少。但有时也会用到柱距比较小的设计，其数量就相应地会增多，此时应当对其横向周期进行有效控制，以提高建筑结构的合理性和其抗震性能。

1.3 地震缝的合理设置

很多厂房结构都比较长，需要设置一些结构缝，但是在地震发生频率较高的区域应当控制地震缝的合理设置，不应当通过盲目增设地震缝来寻求达到抗震的目的，对很长的厂房减少地震缝的设置实际上是可以提高其抗震效果的。在设计和施工过程中，可以采取每隔40m 设置宽度为1.4m 的后浇带一道，需要注意的是，后浇带应当设置在对结构受力影响较小的部位。对温度比较敏感的部位，需要适当提高其配筋率。另外，还需要适当地布置一些架空层，增加屋面通风效果，或者将屋面的保温板加厚提高其隔热效率，以提高建筑的设计效率。

2 工业厂房设计常用结构体系简析

2.1 纯框架结构

工业厂房建筑中应用的比较多的一种纯框架结构的形式是将厂房在横向和纵向两个方向的框架都设计成刚接形式，而不是采用柱间支撑的形式。这种结构体体其建筑空间的稳定性比较好，受外界因素影响比较小，但是注意柱子的形式不能采用一般的工字型柱，可以设计为箱型截面的柱体，使得柱子在两个方向上具有比较接近的惯性矩。

2.2 框架-支撑体系

一种应用比较普遍的框架-支撑体系是将横向上的框架结构设计为刚接的形式，而纵向的框架则采用柱支撑系统，通过柱间相互支撑来消除水平方向上的作用力。这这结构形式可以有效地降低建筑物的造价水平，但是柱支撑会影响到建筑空间的使用，使用范围有比较大的限制，通常更加适用于横短纵长的厂房结构形式。

2.3 混合体系

这种混合体系采用的是将钢架和支撑两种形式相互结合的方式进行设计，主要将纯框架结构的纵向改为将支撑系统和钢架两者相结合的混合形式，共同作用来承载水平荷载。混合体系能够使得柱子的纵向弯矩可以有效降低，同时对于露面刚度的要求也比较高，以提高柱子相互之间的协调性，充分发挥出柱间支撑在整个体系中所起到的作用。

3 工业厂房结构设计注意事项

3.1 结构布置与生产工艺要协调

厂房的设计主要是为了工业生产而进行服务，其结构设计中考虑的问题都应当结合具体厂房的用途、生产工艺等的要求考虑进去，以发挥出生产工艺的能力。由于设计人员通常对于生产工艺的具体内容并不是很熟悉，在进行结构设计时很容易忽略一些工艺上的具体要求，如框架梁上开洞位置的合理选取，设计时常常容易考虑其受力的合理性来选择位置，然而实际生产工艺的要求却往往与此不同，又如设计中常常出现把需要沿梁方向布置的荷载设计在了跨中位置等问题。因此我们最好在工艺布置图的基础上，特别是有特殊器械工艺要求的厂房，我们必须要求甲方提供正确的工艺图，最大化地保证结构的合理性和安全性。

3.2 结构计算方面的几个问题

当前结构设计中的计算工作通常都是有计算机软件来完成，其计算效率高，计算结果准确，也最大程度地将设计师从繁重的力学计算的任务中解放出来，从而能够更多地参与到结构的概念设计、结构设计优化和构造性措施的设计上去，进行多种设计方案的评比、构件布置的优化、建设成本分析等，可以有效提高建筑结构的合理性和经济性，提高结构设计的效率。但在使用计算机进行辅助设计时，还应当对计算机的计算结果进行充分的复查和验算工作，以进一步消除结构设计中的错误和不合理的细节，优化结构设计方案，降低结构设计隐患。

(1)节点核心区抗剪验算。一般在进行节点核心区的验算工作时，需要按照强柱弱梁以及节点强化的原则来进行，一、二级抗震等级要求的建筑物还需要对其抗剪承载力水平进行计算。通常来说，柱的截面积比较大，其节点偏心也就会相应较大，这就对很多厂房中柱节点核心部位的构造性能和受力性能等带来一定的不利影响。因而，在进行跨度、荷载和空间规模等比较大的工业厂房设计时，需要加强对其节点核心区的抗剪验算，确保其设计的合理性。

(2)楼面等效荷载验算。整个工业厂房的结构计算都是建立在荷载的合理选取和正确计算的基础之上的，其结果的准确性对于整个建筑结构的整理力学性能、结构布置和造价水平等都有直接的影响。楼面荷载的选择除了满足结构设计规范中的基本要求以外，还应当综合考虑到工业生产的工艺的影响，如根据某工程中生产工艺要求其露面均布荷载取值要求为20kN/m2，然而根据实际的工艺中的设备空间布置情况、荷载水平，按照规范推荐的计算方法进行荷载计算时发现，实际荷载值只需要按照15kN/m2进行选取即可。

(3)裂缝宽度的验算。为了保证工业厂房在遭遇罕遇地震的情况下能够保证正常使用的基本要求，必须对结构中混凝土梁的裂缝宽度水平进行严格控制和验算，满足规范要求的0.3mm 的水平。如果在计算中发现其裂缝宽度已经超出了要求的正常范围内，则可以将钢筋截面改小和增加钢筋的数量来对梁的裂缝宽度进行调整和限制，如果还达不到规范要求，则需要将梁柱截面进行重新调整和重新计算，直到裂缝水平满足设计要求为止。与所有的结构设计一样，工业厂房的结构设计也应当严格遵守“小震不坏、中震可修、大震不倒”的设计原则进行设计。首先应当满足小震不坏的要求，在此基础之上通过结构调整和构造上的加强来进一步达到中震不坏的要求，提高建筑结构的抗震性能，再进一步按照大震不倒的要求对罕遇地震进行最终的验算和优化设计。根据结构设计的相关标准，在7 至9 度地震是，如果工业厂房的楼层屈服强度值小于或等于0.5，还应当在高于当地设防烈度估计值的条件下对其薄弱层进行进一步的抗震变形的验算工作，还要求结构薄弱层之间，其弹塑性位移角不能大于1/50。

4 结语

工业厂房的结构设计时，必须配合工艺使用要求对其整个方案进行优化和调整，做到:设计概念清晰，结构形式选择合理，与实际工艺和使用要求相配套，计算结果准确合理，并在此基础上进行验算和截面的调整工作，以同时满足结构在使用中的功能和安全性的要求，同时还应当满足建筑竞技性的要求，实现建筑设计的最大经济效益。

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