工业厂房结构设计浅析

张炜

摘要：近年来，现代工业生产发展迅猛，对于工业厂房的结构设计提出了越来越高的要求，单一形式和功能的工业厂房已经难以满足工业生产要求。加上工业用地日益紧张，在这种情况下，多层工业厂房受到了广大工业企业的青睐，发展前景广阔。鉴于此，本文将从工业厂房结构设计进行深入细致的探讨，以期能够促进工业化的发展。

关键词：工业厂房;结构设计;钢结构;抗震性能

1 工业厂房结构计算要点

1.1楼面荷载计算

要计算出楼面荷载，就需要根据业主方的设备质量、设备布局以及楼面均布荷载等内容进行合理计算。同时，工业厂房往往分为多层，各层均有其特殊用途，其在结构形式以及楼面活荷载等方面均有别于民用建筑，相比较而言，工业厂房的楼面活荷载往往更为严格。对于那些中小型机床上楼层以及梁上，可能会涉及吊车荷载，那么在进行结构设计计算前，都必须考虑到位。对于楼面荷载取值问题，不同行业需要根据行业设备、荷载及其动力等综合考虑。比如说煤炭行业，对于矿井地面建筑物的楼面荷载取值以及地面荷载取值，在《煤矿矿井建筑结构设计规范》中均有明确规定，在设计过程中只需对照规范荷载取值表即可，并结合实际情况作出适应性调整。

1.2节点核心区的抗剪验算

在进行框架节点设计时，必须坚持“强柱弱梁更强节点”的原则，对于抗震等级为Ⅰ、Ⅱ级的节点而言，需要在此原则之上进行受剪承载力计算。

1.3电梯井筒相连框架

过去，在进行电梯计算时，往往根据纯框架进行计算，结合构架配筋完成电梯井壁的计算，这种计算形式会导致电梯井安全系数不达标，所以，就需要根据壁式框架计算出框架部分的数值，按此标准进行配筋，同时，电梯井壁配筋需要根据剪力墙相关计算来完成。此外，工业厂房往往设置多台吊车，为使操作更加便利，避免意外事故的发生，需要输入一台吊车的数据，其余吊車可考虑为活荷载。

2 工业厂房钢结构的设计要点

2.1 合理选择钢结构厂房的结构形式

将钢结构应用于工业厂房设计过程中，能够使工业厂房更好地满足空间及跨度的相关要求。在实际设计中，为了设计出大跨度结构的工业厂房，保证其整体结构稳定性和承载能力，确保设备在工作运行过程中能够有效地传递纵向水平力，防止出现杆件发生形变、压杆稳定性不足等问题，则需跟进厂房实际跨度和高度选择合理的钢结构厂房类型及其支撑系统。目前，钢结构厂房的结构形式主要包括框架、网壳（架）、轻钢以及塔桅等几种。在进行结构类型选择时，需要充分考虑其各自特点，比如说，对于轻钢工业厂房而言，如果有悬挂或移动荷载的需要，则应尽量选择采用网架结构，而放弃门式钢架。很多时候，“适用条件、概念、构造”的重要性要超过定量计算。

2.2 防火设计

相对于其他建材而言，钢结构具有很强的导热性，其防火能力比较弱，一旦钢材周围温度超过100℃，其抗拉强度就会降低，塑性增大;如果温度升高至250℃，尽管抗拉强度有所改善，但是塑性就会不断下降甚至变脆。如果处于500℃及以上的环境中，钢结构的强度将达到最低水平，届时钢结构厂房极有可能出现倒塌的危险。因此，就需要根据实际火灾危险性类别等完成防火等级的划分，并严格按照相关规范及防火要求，采取相关防火措施，如在钢结构表面涂抹防火涂料或隔热保护措施，把火灾对钢结构的不利影响降至最低。此外，还应完善相关预防措施，设计疏散楼梯或安全通道。另外，还应设计出温度监控系统，当温度超过临界值，报警系统就会自行启动，降低火灾对厂房的破坏。

2.3 防腐设计

部分工业厂房往往会涉及到一些腐蚀性物质，造成钢结构厂房腐蚀生锈，降低其使用寿命。那么就需要设计人员能够综合考虑工业厂房的应用环境，制定出相应地结构设计方案，并采取有效地防腐措施，避免钢结构腐蚀。目前，钢结构厂房主要是通过在其表面涂抹防腐防锈涂料来达到防腐目的。

3 工业厂房的地面设计要点

3.1 面层设计

地面往往根据面层材料进行命名，工业厂房地面按照构造和材料特性的不同，一般可分为块状、板状和整体式。实际中，工业厂房面层往往需要承受各种物理和化学作业，对地面的破坏是比较大的，因此，需要我们根据生产特征和使用要求对工业厂房面层进行合理选择。

3.2 垫层设计

垫层的主要作用就是承受地面荷载并将其传递至基层，地面垫层按照材料性质的差异，能够划分为柔性、刚性和半刚性垫层。其中，对于刚性垫层而言，主要由沥青、钢筋混凝土等材料制成，硬度和强度比较大，整体性良好、具有适当的不透水性，在中小型中小型设备安装的地貌中应用较广。同时，对于需要承受集中荷载且形变较小的地面、侵蚀性介质以及水溶液较多的地面也具有较强的适应性。半刚性垫层则是由三、四合土材料以及灰土材料做成，这种垫层受到力的作用时会出现塑性变形，因此，在实际中，还可以利用工业及建筑废料制作半刚性垫层。值得注意的是，在选择地面垫层材料时，尽可能地要与地面层材料相互适应，并对其生产及使用要求进行充分考虑。

3.3 地面基层设计

地面基层是由土壤层构成，主要用于承受上部荷载，最普遍的做法就是素土夯实。地基处理的质量能否达标直接关系到工业厂房地面承载力的大力是否能够满足设计要求。通常而言，地基土填料的含水量不能过大、也不能使用腐殖土、淤泥以及冻土，有机物含量超过8%的土也不在选用之列。倘若地基土的稳定性不足，还应掺加碎砖、碎石等硬性材料进行夯实，从而提高地基强度。

4 工业厂房抗震设计

根据新抗规的规定，该规定对民用建筑和工业建筑都有较强的适应性，对因工艺需要而建造成单跨框架结构的情况，抗震设计需要按照相关规定作出相应处理。对于新抗规执行中所遇到的疑难问题，新抗规主编王亚勇等人作出了说明，他们指出，工业建筑往往因为工艺因素的影响而无法避免使用单跨框架结构，且大多是多层结构，此时若按常规要求处理往往难以实现，而应按照有特殊要求的工业建筑作出相应处理。比如说，在工程设计过程中，新抗规并未针对单跨框架结构作出相应的规定，部分行业也没有可供参照的标准。因此，在进行厂房结构设计时，尽可能地避免使用单跨框架结构，如果确需采用，可以不按照新抗规的要求执行，但必须尽可能地与新抗规的要求靠拢。

4.1 箍筋闪光对焊技术

箍筋闪光对焊技术能够使箍筋形成连续且抗拉强度均匀的封闭环式箍筋，使箍筋的受力性能得到有效发挥，从而对核心混凝土产生较强的约束力，使核心区混凝土具有较强的抗压能力，也能促进其抗剪承载力的提升。相较于之前的绑扎箍筋，这种措施最大的好处在于地震时避免柱箍筋炸开，使结构耗能能力得到有效提升，降低地震发生时对柱头或柱脚的破坏，使结构抗震性能得以增强。

4.2 设置芯柱

除了可以使用箍筋闪光对焊技术，还可以采用设置芯柱的方法使框架柱抗震性能得到有效提高。柱截面弯矩多由框架柱周边钢筋抵抗，对芯柱核心钢筋产生较小的影响。一旦混凝土保护层开裂剥落，会导致混凝土与钢筋的粘结力减弱，但是混凝土却与核心钢筋保持良好的粘结性。一旦芯柱不受到破坏，或破坏延迟，将会时框架柱所受的地震灾害大大减轻，即便是外围混凝土出现失效问题，而芯柱依旧能有效承受竖向荷载，从而避免了厂房结构的倒塌。

参考文献：

[1]潘霖.工业厂房结构设计的优化策略分析[J].建筑工程技术与设计，2017（2）.

[2]郝耀斌.关于工业厂房结构设计的探讨[J].建筑建材装饰，2017（7）.

[3]董天舒.工业厂房建筑结构设计优化的探究[J].建筑·建材·装饰，2017（7）.

[4]丁莉.钢筋混凝土结构工业厂房设计分析——以某工业厂房为例[J].住宅与房地产，2017（29）.