关于多层工业厂房的结构设计研究

郭溥

（贵阳铝镁设计研究院有限公司，贵州贵阳 550081）

0 引言

工业厂房的建设对于工业的生产发展非常重要的。因为所建设的工业厂房室内空间是有限的，为了能够合理的布局工业厂房的各区域，最大限度地运用厂房的资源，最有效的措施就是建设多层工业厂房。工业厂房的建设是工业生产和发展中的关键构成之一，所以在多层厂房的建设中要充分考虑到厂房的安全性以及抗震能力等。在多层工业厂房的结构设计过程中，应以具体的需要为根据，开展合理可靠的厂房设计。多层工业厂房设计如图1所示。

图1 多层工业厂房设计

1 多层厂房的使用范围及介绍

多层工业厂房在轻工业的生产制造中是比较适用的，轻工业可以运用多层工业厂房的楼层来设置更为有效合理的生产条件。依据我国现阶段的工业发展情况来说，轻工业领域中，对多层工业厂房的运用是非常广泛的，比如纺织业、服饰制造业、食品加工生产业等以及其他的轻工业。对于很多的轻工业生产来说，为了更好地达到生产工艺以及生产流程的标准和相关规定，双层工业厂房的使用相较于单层工业厂房是具备更多优势的，比如精密仪表制造业、半导体工业、电子工业等，在其生产过程中为了更好地保证产品或者仪器设备的精密度，必须设定保证温湿度平稳的空调厂房，保证产品干净清洁的厂房，或是根据别的特殊规定设置相对应的工业厂房。比如产品的生产制造对其干净度的要求比较高，如果在单层工业厂房内是很难保证产品的清洁度的，因为产品生产的过程一般比较复杂，在生产期间可能会产生一些污染物等，而如果建立多层工业厂房的话，就可以更加合理的设置厂房的空间，将产品放于工业厂房的较上层，就可以很好地保证产品的清洁度。一般情况下，会将加工厂里的中大型机床放到工业厂房的最底层，较小的机器设备放到楼层内。在工业厂房内主要的运输方式有电梯运输和电瓶车运输。多层工业厂房在城市中建设，能够达到城市规划建设的规定，而且是比较节省用地面积的。在相同的多层工业厂房总面积的条件下，其中四层厂房的工程造价是最经济实惠的。

2 双层工业厂房的结构基础理论体系及特性

2.1 结构基础理论体系

在多层工业厂房的结构设计主要有框架理论体系、纯框架理论体系以及混合体系三种结构理论体系。框架理论体系也叫作支撑体系，其又分为柱形支撑和刚接框架式。柱形支撑是工业厂房的纵向设计结构，刚接框架式是工业厂房的横向结构设计。框架结构体系适用于长方形的厂房结构，是因为它的造价成本较低，而且结构的形状类似长方形，绝大多数工业厂房的结构形状都是长方形，因此支撑体系与工业厂房的结构设计匹配度很高，而且其使用的建筑材料也是非常的少，总之造价是很经济实惠的[1]。纯框架结构与框架结构是不一样的，纯框架结构体系是没有柱形的支撑，纯框架结构都是选用刚接框架的形式，这样的结构体系其使用的材料中间的衔接空隙是比较小的，进而会将工业厂房的安全度提高，但是选择用此结构会提高工业厂房的制造成本费，消耗大量的建筑材料。多层工业厂房框架结构如图2所示。

图2 多层工业厂房框架结构

2.2 多层工业厂房的优势

多层工业厂房相较于其他形式的厂房来说所体现的优势是比较明显的，其中主要表现在节约成本费用、管理便捷、适应范围广3个方面：①节约成本。多层工业厂房和单层工业厂房的结构设计进行对比，可以发现多层工业厂房所需建筑材料少，低成本，占地总面积也小，多层工业厂房所具备的功能更多，而且多层工业厂房的制造成本低也减少其施工的工期。②管理便捷。因为多层工业厂房的结构简易，而且功能丰富，也有很多新型材料的加入，可以将防火、防水、防爆等设计使用到一种材料上，所以这都使多层工业厂房的管理变得更加的便捷。③适应范围广。多层工业厂房有三个结构体系的，技术工程师在工业厂房的设计过程中可以根据具体的需要进行选择，还可以将几种结构体系搭配使用，重新组合出来的新结构，使得多层工业厂房的运用范围更加广泛。

3 多层工业厂房结构设计中应注意的问题

3.1 进行合理的结构布置

双层工业厂房结构的设计涉及很多方面，其中在结构布置上是非常容易发生错误的，这就会导致工业厂房存在安全隐患。就厂房的结构设计来讲，工业厂房的空间结构跨距是比较大的，一般选用组合的框架结构。注意在工业厂房结构的设计中合理的使用柱网结构，柱网是方便进行室内布置的，而且可以较好的分散厂房的重量，在柱子间建立非承重墙，可以对厂房的室内结构进行任意的分割，所以要充分利用好柱网结构进行空间的合理布置。除此之外，工业厂房与城市房屋的建筑是不一样的，工业厂房的保护措施是比较少的，所以在施工建设中更容易受到损坏。这就对工业厂房的设计提出要求，需要在设计中解决这些问题，比如在横向结构中，留意主框架的移动范围；在竖向结构中，留意对重量的分配等，工业厂房结构的设计人员需要在这些关键的方面，对结构进行不断的优化设计，以保证工业厂房能够更好地发挥作用。

3.2 关于防破坏机制的设计

在大城市里的工业生产厂房是非常少的，绝大多数工业厂房都是建在山区或者城市郊区地带。所处的自然环境是比较恶劣的，极易发生各种各样的地质自然灾害，这不仅会给工厂的产生带来严重的损失，也会对厂房的职工生命造成安全威胁。因而，工业厂房结构设计人员需要对防破坏体制的设计进行充分的考虑[2]。发生自然灾害时对工业厂房主结构造成的影响是比较大的，梁和柱是工业厂房主结构中最重要的部分，在柱受到损坏的时候，工业厂房是不会马上坍塌的，但是如果梁遭到损坏，工业厂房的顶端结构便会坍塌，造成直接的损害。因而，在对工业厂房结构进行设计时要保证柱的质量比梁质量要更高，这可以使梁受到的损坏更晚。除此之外，在设计时还需要留意强节弱杆，各支架之间是需要节点进行连接的，假如节点遭到损坏，那么对工业厂房的结构造成的损害的非常大的，并且这种损害是不可逆的，所以要加强对节点的设计。最后一点，在结构的设计时要注意对结构抗剪承载力的设计，使其是比抗弯承载力更大的。

3.3 电梯井道的设计

在部分大中型工业厂房中，其竖直相对高度是很高的，进行工作时的机械设备也是比较重的，所需的物资体积也是很大，这时就没法通过人力进行运送，所以此时就需要在工业厂房中设计电梯，进行货物及设备的运输，电梯的设计在多层工业厂房中是具有重要意义的。但是在电梯井道的设计中是存在一定安全隐患的，必须要根据工业厂房的结构体系以及楼面等效荷载来进行处理的[3]。由于楼面等效荷载容许的偏差较小，造成的影响较大，所以要优先考虑楼面的等效载荷的设计。在工业厂房的电梯设计安装与厂房结构要配对，并严苛挑选建筑钢筋混凝土，选择合适的参数。多层工业厂房建筑施工如图3所示。

4 确定多层工业厂房设计中的结构

伴随着计算机技术性的迅猛发展，厂房结构设计工作人员慢慢将繁杂的结构计算工作摆脱了，就可以把更多的时间和精力花费在结构设计方案的选择上寻找到最合适的结构布局和结构计划方案，减少工程预算，提高多层工业厂房的设计水准。

（1）需要对楼面的等效荷载进行计算。在开展工业厂房整体结构的计算之前，需要先计算楼面的载荷，荷载值的准确度会对厂房结构的计算结果造成直接的影响[4]。而且多层工业厂房与多层的房屋建筑是存在一定的区别的，比如在楼面活荷载及房屋结构形式都是有不同之处的，多层工业厂房楼面的活荷载是比多层房屋建筑大一些的。而且在多层工业厂房结构设计的时候，它的跨度柱网比较大，并且平面内无隔断墙。所以，需要关注多层工业厂房的楼面荷载的计算。

（2）需要验算在核心区框架节点的抗剪承载力。对结构的框架节点进行设计的时候时通常遵循强节弱杆的节点设计原则，属于核心区域的节点需要计算其抗剪承载力。多层工业厂房梁柱的中心线是不容易重合的，有大的柱横截面，节点偏心也相对比较大，对核心区域节点的受力是有影响的。因而，多层工业厂房其荷载、跨度及空间较大，所以务必开展在核心区节点的抗剪承载力的计算。

（3）需要对裂缝的宽度进行验算。进行验算的主要目的是为了确保多层工业厂房可以达到正常的运用标椎。一般来说，混凝土梁的裂缝宽度应低于0.3mm，假如超出0.3mm，可以利用建筑钢筋总数的增加和钢筋横截面的减少来进行调节。假如仍不符合设计的相关规定，则应改动柱和梁横截面，然后再次进行计算。

（4）在工业厂房的结构设计中需要考虑到电梯井道周边的框架结构。根据纯框架设计来对电梯井壁的配筋进行计算，会使配筋率较低，导致结构的受力部位出现变形，存在安全隐患。所以，应该要根据壁式框架来计算电梯井壁相连部分的有关值，随后电梯井壁要根据剪力墙进行钢筋的设计，加工以及配置。工业厂房电梯井道设计如图4所示。

（5）多层工业厂房的结构设计应该与相关的工艺设计相融合。在设计工业厂房的结构时，设计者应掌握厂房结构的布局，设计的结构和工程施工质量应尽量达到相关的规定。

5 结语

总的来说，设计工作人员在设计多层工业厂房时要考虑到多种因素，依据具体情况挑选合适的结构体系，防止造成施工建设的困难，还需要考虑抵抗自然灾害带来的损害。工业厂房在设计结构时的计算要精确，计算时要不断调节各种各样主要参数，以达到最好的效果。那样，设计的工业厂房可以做到既经济又安全的要求。