多层工业厂房结构设计要点探析

文/李焕 烟台金邦冶金工程咨询有限公司 山东烟台 264002

滑成 烟台国泰建筑加固有限公司 山东烟台 264002

工业生产在经济发展的过程中占有更加重要的地位，工业厂房的工艺水平也得到了很大程度上的改善。目前，由于建设用地紧张以及工艺流程的需要，单层厂房已经无法满足企业的发展需求，多层工业厂房以其跨度大、荷载大、开洞多和有多层吊车的优点，在企业的生产建设中发挥着重要的作用 。

1、多层钢结构工业厂房的优势

多层钢结构的反义词就是单层钢结构。与多层钢结构相比，单层钢结构的工业厂房功能十分单一，其厂房也不具备多层钢工业厂房的优势。多层钢结构工业厂房大跨度、大荷载、多开洞，能够集中大批量生产，施工工期较短，施工效率较高，能够节省大量的人力和物力。多层钢结构的材料截面积通常比较小，这样就可以在施工的过程中不断为建筑拓展空间。多层钢结构的材料不会破坏和污染环境，材料可回收利用有效起到节能降耗的作用。多层钢结构的工业厂房不仅稳固，使用寿命长，施工周期短，还十分美观大方。

2、多层工业厂房结构设计的要点

2.1 荷载的数值设计

荷载是多层工业厂房结构设计的要点，在整个体系结构内，荷载占有基础性的影响作用，一旦荷载取值上出现问题，就会干扰多层工业厂房的结构稳定。方案中，设计人员遵循质量要求，规划出设备在多层工业厂房结构中的布置，明确楼面荷载的分布，最主要的是计算出楼面均布荷载的具体数值。多层工业厂房结构为工业用途，与多层民用建筑楼房在楼面荷载上，有很大的差异，本文中的厂房结构设计非常严谨。荷载数值设计期间，应该考虑到多层工业厂房结构的状态，厂房的整个平面中，不设计内隔墙，增加了跨度柱网的高度，而且多层工业厂房的楼层，也会增加。

2.2 节点核心区的抗剪设计

多层工业厂房结构中，框架节点也属于一类设计要点。节点设计围绕强柱弱梁更强节点的原则展开，设计人员根据多层工业厂房结构节点的实际抗震等级，计算出节点核心区的抗剪力，并且验算。结构的中心线不能重合。一旦设计中出现中心线重合的情况，就会增大柱子的截面面积，导致节点变心，无法保障节点核心区处于均匀受力的状态。

2.3 裂缝宽度与地震验算

多层工业厂房结构设计中，裂缝的宽度与地震验算，是不可忽视的设计要点。结构设计中要求，裂缝宽度不能超过0.3mm，验算后结果超出规定数值时，就要增多钢筋数量或减少钢筋截面，解决裂缝宽度的设计误差。如果还是不能处理裂缝的宽度误差，就要重新修改柱梁的截面积。多层工业厂房地震验算设计方面，采取加强构造的设计方法，为了实现大震不倒的状态，就要实行罕遇地震验算的设计，多层工业厂房结构的楼层，屈服强度系数低于0.5的结构，采取罕遇地震验算，确保地震验算设计中，结构薄弱层间，弹塑性位移角数值，小于1/50。

3、多层工业厂房结构设计的注意事项

3.1 结构与工艺设计相互协调

工业厂房的设计与建设，均为生产服务，厂房设计过程中的结构专业作为配套专业，首先应当满足技术工艺要求，而且结构设计必须服从于技术工艺要求和条件。厂房结构技术工艺布置过程中，与结构设计产生矛盾是不可避免的，比如需开洞之处为框架梁，设备本来可沿梁布设，最终却布设在了跨中等。此外，所提荷载偏大，甚至将设备荷载作为均布荷载提出。在方案设计阶段，设计人员应当加强沟通交流以及工艺协调，全面了解技术工艺的布置要求，以免造成不必要的麻烦。

3.2 梁端弯矩的宽度调幅

框架结构可以考虑梁端的塑性变形，对竖向荷载作用下的梁端负弯矩进行调幅。而对梁端弯矩的宽度调幅不太重视，普通框架不进行梁端弯矩的宽度调幅，由于其本身配筋不多，截面小，影响并不大。多层厂房的跨度大，荷载大，框架柱梁的截面也比较大，框架梁的配筋很多，尤其支座处负弯矩很大造成配筋非常密。

裂缝宽度的验算是为了满足正常使用状态的要求，规范规定混凝土梁的裂缝宽度不应大于0.3mm，如计算中超过，可以通过减小钢筋截面、增加钢筋根数来调整，如果还不满足要求，应修改柱梁截面重新计算。抗震设计的原则是三不准，即“小震不坏，中震可修，大震不倒”。

3.3 设置合理的破坏机制

地震等地质灾害会对结构造成不同程度的破坏，损失程度的轻重要视破坏程度而定，所以，优化破坏次序，防止结构因破坏程度加深而造成更严重的损失便成了结构工程师的主要工作内容。在这一规程中，工程师应该把握一个工作原则：避免结构整体先于结构部分的破坏。

3.4 电梯井筒相连接的框架设计

在过去的设计中都是按照纯框架进行计算的，电梯井壁按构造的情况进行配筋，这样的设计偏低不安全，合理的计算方式应该是，框架部分应该按照壁式框架计算出的数值进行配筋，电梯井壁应该按照剪力墙进行配筋；另外一方面，多层厂房在设计中一般都会是多层多吊车的设计，这种设计所采用的方法一般是将一层吊车作为吊车荷载进行输入，其余层次的吊车荷载则作为活荷载进行考虑。

3.5 屋盖支撑系统设计

屋盖支撑系统通常是由垂直支撑、纵向支撑、横向支撑以及系杆组成。屋盖支撑系统的设计应该结合厂房的高度、柱网布置、厂房跨度、屋盖结构形式以及厂房内设备的振动情况进行综合考虑。此外，屋面支撑系统的布置，还应根据柱间支撑的位置总体考虑，使屋面支撑与柱间支撑形成简洁的传力路径，并形成有效的提高厂房刚度的措施。如果厂房内有大型振动设备的厂房，其屋盖还应该设置纵向水平支撑。

总之，实践中为确保工业厂房的正常生产和运行，在设计时需通过优化设计方案，确保厂房地基、结构柱以及梁和板等建筑结构的设计效果，从而构建一个整体性强、安全可靠的工业厂房。