关于工业厂房的排架结构设计思考

周陶陶 闻斌 薛金科 季震

摘要：随着现代经济发展，大型工业企业为适应市场竞争，要不断进行产品结构调整。厂房要承受吊车、动力机械等动力荷载，为提高生产效率，需要对原有厂房排架结构进行优化设计。本文主要探讨了工业厂房的排架结构的设计要点和优化设计措施，希望能为设计人员提供理论参考。

关键词： 工业厂房；排架结构；设计要点；优化设计

引言：随着国内工业化道路的发展和工业产业转移，中国已经成为世界上最大的制造国。在中国制造走向世界的道路上，工业化建筑的发展也愈来愈快。由于生产规模的需要，现在建造的工业厂房的面积和跨度较大，排架结构成为了很多工业厂房的首选。因此，对工业厂房的排架结构设计进行研究和探索意义重大。

一、工业厂房的排架结构的设计要点

1、基本体系

厂房的基本承重结构为由横梁（屋面梁或屋架）与横向柱列（柱及基础）组成的横向平面排架，竖向荷载（结构自重、屋面活荷载和吊车竖向荷载）及横向水平荷载（风荷载、吊车横向水平荷载和横向水平地震作用）等都主要是通过横向排架传到基础和地基的。纵向平面排架则是由纵向柱列通过抗风柱、屋盖横向水平支撑、连系梁、吊车梁、柱间支撑等构件形成一个骨架体系，称为纵向排架，其主要作用是保证厂房的纵向刚度和稳定性，并承受纵向风荷载、吊车纵向水平荷载、纵向水平地震作用等。

2、排架柱

柱截面尺寸不仅要满足结构承载力要求，而且要满足刚度要求，保证厂房在正常使用过程中不出现过大的变形，排架柱满足钢筋混凝土构造手册中最小截面尺寸限值，可不做变形验算。柱型选择应根据厂房的具体条件灵活考虑，例如当空分厂房位于抗震设防地区，吊车起重量大，为提高柱的抗撞击能力，柱截面高1000～1800mm，也采用矩形截面较合理。有的厂房为方便布置管道，柱截面高800～1000mm，也采用平腹杆双肢柱。予制工字型柱由于施工、予制、和吊装等原因目前在工程中已很少采用。牛腿、轨顶和柱顶等处的标高确定，依据是甲方单位提供的将采用的吊车的各项准确参数。一般应保证屋架下铉的最下部位距吊车的最高部位的净空尺寸不小于200毫米。

3、抗风柱

抗风柱的主要作用是承受纵向风荷载，其下端一般做成固端，其上端《抗规》规定：山墙抗风柱柱顶应设置予埋件，使柱顶与端屋架上弦（屋面梁上翼缘）可靠连接。抗风柱与屋架的連接形式采用铰接（弹簧板）连接。连接部位应位于上弦横向支撑与屋架的连接点处，抗风柱的柱顶标高应低于屋架上铉中心线5O毫米，同时抗风柱变阶处的标高应低于屋架下弦底边200豪米。若是与屋架下弦连接，则屋架相应位置须设置下弦横向水平支撑。

4、支撑设置

一般有檩屋盖单元端开间（或第二柱间）需设置屋架上下弦支撑，垂直支撑布置在有上弦水平支撑的节间，未设置垂直支撑的屋架间在相应于垂直支撑平面内屋架上下弦节点处，设置通长纵向水平系杆相连。一般在厂房中部设置上，下柱间支撑，且下柱支撑应与上柱支撑配套设置；有起重机或8度和9度时，在厂房单元两端增设上柱支撑.

5、围护墙与柱（抗风柱）的拉结

单层钢筋混凝土排架（框排架）厂房的围护墙应采用外贴式，现浇排架（框排架）结构，外贴墙体重量可由排架柱（抗风柱）放置连系梁，通过多道连系梁将墙体荷载层层传至柱和基础；预制柱排架结构，外贴墙体重量全部传至基础梁，通过基础梁再传至基础，墙体中增设多道圈梁，在抗震地区，承担围护墙全部荷载的基础梁不应按墙梁计算，因为受地震影响墙体开裂后，墙体的拱的作用退化严重，上部墙体荷载全部由基础梁承担，按墙梁计算会导致不安全。每开间需设置构造柱与圈梁（联系梁）及墙体拉结。

二、排架结构工业厂房结构优化设计

1、主要荷载

（1）楼面活荷载：电缆夹层4.0kN/m2；配电室10.0kN/m2；部分工段7.5m高主楼层楼面荷载25.0kN/m2。

（2）基本风压0.55kN/m2，地面粗糙度为B类。

（3）基本雪压：0.2kN/m2。

（4）混凝土屋面活荷载：上人屋面（考虑设备安装荷载）15.0kN/m2，不上人屋面0.5 kN/m2。

2、混凝土结构计算

结构整体计算采用SATWE软件，需要注意的几点：

（1）在PMCAD中建模时需注意楼面设备基础下应设置主、次梁承托，当设备基础平面尺寸较大时，可设置多道；模型中输入的缺口梁高度为缺口部位的净尺寸。

（2）在SATWE中输入设计参数，需要注意的是勾选按单偏压计算，以及“考虑双向地震”，计算振型个数根据工况调整等。

（3）在“特殊构件补充定义”中点取角柱，对一些特殊梁进行铰接处理。

（4）SATWE计算分析结果，当“周期振型地震力”中有地震作用最大的方向结果≥±15度时，需调整“总信息”中的“水平力与整体坐标夹角”重新计算。

框排架柱的下部框架的结构位移计算中，仅在计算位移、周期等控制参数时，选择“刚性楼板假定”计算，以满足规范要求的计算条件；但应以弹性楼板假定进行配筋及其他分析。多遇地震作用下二层X、Y方向最大值层间位移角应满足《抗震规范》5.5.1条≤1/550的要求，罕遇地震作用下一层X、Y方向最大值层间位移角应满足《抗震规范》5.5.5条≤1/50的要求。

3、屋面钢结构计算

屋面水平支撑在每个温度区段或分期建设的区段中，应分别设置能独立构成空间稳定结构的支撑体系。屋面横向支撑设在端部的第一跨和最后一跨，为保证屋面钢结构的整体稳定，在刚架的转折处如边柱柱顶、屋脊，沿房屋全长设置刚性系杆。计算时应同时计算刚性系杆的稳定和长细比。屋面刚梁的计算采用PKPM系列软件中的STS程序，需要注意的几点：

（1）选取一榀钢梁输入计算数据及相关参数。应根据《钢结构设计规范》输入设计控制参数：a.受压构件的容许长细比：200；b.受拉构件的容许长细比：400；c.钢梁的挠度允许值：l/400，考虑以钢梁恒载作用下的变形值起拱。

（2）选择杆件截面类型。由于屋面坡度要求1/15，考虑运输、吊装、经济等因素一般要求斜梁构件长度在9m～12m之间，斜梁应分段采用摩擦型高强螺栓拼接，拼接点尽量设在弯矩较小处，并避开顶部檩条及腹部支撑位置。

（3）检验计算结果，进行截面优化，直至构件的强度、平面内稳定性、平面外稳定性、长细比、宽厚比均满足，且各段应力比较接近为宜。

4、传动基础、牛腿柱、开槽楼板设计

传动设备自重虽不大，但基础自重较大，对框架结构抗震不利。采用墙式基础比独立式基础明显减轻自重。考虑振动设备基础下局部无条件布置承托梁，采取把楼板加厚至200mm，提高楼板抗冲切能力。链板机在主楼面上运行，会在楼板上开槽，造成大量缺口梁和楼板降板，计算模型中输入的缺口梁高度为缺口部位的净尺寸。需要注意的是处理好降板、封口梁、缺口梁之间的空间关系，避免降板边缘无支座支撑，次梁比主梁高等情况。

三、结束语

工业厂房的排架结构是比较复杂的结构构造，在设计和施工中存在诸多难点。因此，设计人员在工业厂房设计时必须重视排架结构的设计要点，发现设计中的不足，竭力优化结构设计，实现工业厂房科学化设计、安全化设计、节约化设计。

参考文献

[1]混凝土结构设计规范（GB-50010-2010）

[2]建筑结构荷载规范（GB-50009-2012）

[3]GB50010-2010 混凝土结构设计规范[S]