大跨度工业厂房结构选型方案探讨

中国能源建设集团江苏省电力设计院，江苏 南京 211102

1 工程概述

苏州某单层工业厂房（阀厅）建筑尺寸为183m×25m（长×宽），总高度为14m，建筑面积为4575m2。阀厅内部设有4m宽参观走廊，室内根据安装需求设置单轨吊，用以安装阀组。屋面为现浇钢筋混凝土屋面，屋顶放置各类设备外机（水冷外机+暖通大型空调室外机），平面布置见图1。根据以往工程经验，屋顶设备自重很大，对建筑物梁、柱及基础影响较大。建筑物危险性分类及耐火等级为丁类，结构结构使用年限为50年，抗震设防烈度为7度，建筑场地类别为Ⅲ类。且屋面板上放有大量设备，荷载较大，显然不能采用钢筋混凝土框架结构。对于承重柱，有两种方案，一种是采用钢筋砼柱，另一种是采用钢柱。屋面梁体系需采用钢结构。

图1 工业厂房平面布置图（单位：mm）

3.1 三种结构形式

（1）钢框架。梁柱刚接，柱脚刚接，屋面体系采用压型钢板非组合屋面板，根据经验钢框架结构适用的经济跨度不超过15m，否则就会造成钢梁截面过大，成本高。（2）混凝土柱+管桁架结构。梁柱铰接，柱脚刚接，柱子采用钢筋混凝土结构体系，集混凝土柱压弯承载力强和钢结构轻质高强的优势，但采用混凝土柱后，墙面纵向梁

2 设计荷载

①屋面恒荷载标准值。该工程屋面为结构找坡，屋顶放有大量设备及其基础，其荷载效应按屋面恒荷载来考虑，屋面恒载不小于15kN/m2。②活荷载标准值。该工程屋面为上人屋面，活荷载标准值取2kN/m2。③风、雪荷载。按《建筑结构荷载规范》（GB 50009—2012），50年一遇基本风压为0.45kN/m2。④地震作用。该工程为7度区，水平地震动峰值加速度为0.10g，按7度区标准进行计算，按8度区标准采取抗震措施。⑤吊车荷载。该工程阀厅内拟设置1台5t电动单梁起重机。

3 结构选型

建筑物最大跨度为25m，上部为钢筋混凝土屋面板，也为钢筋混凝土梁，墙面体系为240厚砖砌墙体，需要钢筋绑扎、支模、浇筑、养护、粉刷等工序，施工周期长，交叉施工能力差，严重影响工期，并会产生大量的建筑垃圾，不环保。（3）钢柱+管桁架结构体系。管桁架承载能力强，适合大跨越，钢柱承载能力高，受力可靠，且采用钢结构，能够实现“工业化生产，装配式施工”的绿色施工理念，施工速度快，交叉作业能力强，便于缩短工期。三种结构型式比较见表1。

表1 三种结构形式比较

结合该工程跨度大、屋面荷载大这一实际情况，可发现屋面梁显然不适合采用实腹式钢梁，因此钢框架结构体系在该工程中不予考虑；该工程工期为12个月，土建工作量大，而该建筑物作为该工程中的关键性建筑物，短工期是工程能够顺利投运的关键性保障。若采用混凝土柱，施工易受天气影响，主体结构和基础不能同时开工，施工速度慢，且自重较大，会对软弱下卧层产生不利影响。综合考虑工程重要性、造价、经济、施工速度、工业化程度等因素，该工程推荐采用钢柱+管桁架结构体系，虽然造价相对偏高，但施工速度快，所需人工少，基础造价相对较低，综合经济效益相对较好。

3.2 屋面梁体系

根据上述分析，屋面梁采用管桁架结构体系，上下弦杆拟采用方钢管，斜腹杆和直腹杆也采用方钢管，节点为相贯节点，梁高暂定为2.5m（最高处）。上弦杆之间与钢次梁（H型钢梁）采用铰接，次梁间距为2m，下弦杆之间设置五道纵向支撑，管桁架梁部分节点见图2。

图2 管桁架立面图（单位：mm）

3.3 屋面板

屋面板选用压型钢板为底模的非组合楼板，屋面板厚120mm，压型钢板垂直于次梁方向进行铺设，要求次梁间距不得超过2.5m，否则将须搭设临时支撑。

这种屋面板施工时不需要搭设满堂脚手架，利用压型钢板本身的刚度支撑混凝土重量，施工速度快，节省工期。

4 结束语

该工程单层工业厂房建筑跨度为25m，结构设计时综合考虑工程本身对工期、抗震性能、环保、基础、造价等因素的需求，阀厅部分宜采用钢柱+管桁架梁形式，屋面采用压型钢板混凝土非组合屋面板结构体系，具有自重轻，工期短，造价合理的优点，可使其综合效益达到最优。