论文部分内容阅读
【摘要】:随着高新技术理念更替的日新月异,对工业生产的硬件条件要求越来越高,其中,工业厂房的结构在企业自身发展中就起到了至关重要的作用。笔者从事厂房设计工作多年,针对于现在生产常用的多层工业厂房的整体构架,结构设计中的要点及其注意事项,结合实际工作经验,作以详尽的阐述,望对同行以及相关人士能起到一些借鉴作用。
【关键词】：多层工业厂房；结构设计；设计要点；应用研究
中图分类号：TU318文献标识码： A 文章编号：
引言
新形势下,我国的工业发展步伐日益加快,工业建筑除了作为必备的基础设施之外,也要不断满足不断发展的工业化格局以及工业化大生产的需要,过去单一使用功能的建筑方式已经无法适应现代化的需求。各种附属功能理念的引进,使得工业厂房向多功能方向发展,另外,由于现代社会资源拮据,用地紧张,多层厂房的建立逐渐受到越来越多企业的青睐,由于多层厂房在空间上的优势,使得其能满足更广泛生产工艺的要求。目前我国建立的多层厂房具有如下特点：跨度大、荷载大、开洞多、有多层吊车。由于其建筑格局是一个整体的系统,所以在进行最初结构设计时,有很多问题需要考虑在内。
多层工业厂房常用的结构体系主要有框架一体支撑体系、纯框架体系、钢架加支撑的混合体系。在框架一体支撑体系结构设计中,通常将纵向结构设计为柱-支撑体系,将横向结构设计为钢接框架,利用柱间支撑承受水平荷载。框架-支撑体系非常适用于横向较短、纵向较长的厂房,这种结构体系相对比较经济,它的缺点是柱间支撑将会影响厂房的使用。其次,纯框架体系没有设置柱间支撑,将纵横两个方向的结构均设计为刚接框架。它的优点是不影响厂房的使用空间;缺点是不能选用工字型柱,须要使用在纵横两个方向上没有较大的惯性矩差别的截面形式,从而导致用钢量大大增加。最后,钢架加支撑的混合体系和框架一体支撑体系、纯框架体系的不同点是它将纵向设计为支撑与钢架混合的型式,依靠支撑与钢架共同承受水平力。它的优点是能够显著缩短柱的纵向弯矩,缺点是楼面刚度的要求过大,如果楼面刚度不足,就会导致柱间的不协调、变形,难以有效发挥柱间的支撑作用。
一、多层工业厂房的基本特征
1.平面结构布置和柱网布置多层工业厂房在平面布置中，通常为了满足工艺要求，使结构布局不规整，柱网不规则，布梁不整齐，甚至有工艺要求在主受力构件上开孔的现象。同时厂房内部一般空间较大，柱距多为6~12m，局部有抽柱设计的，柱距会增大到18m以上。这使得结构传力复杂，受力不明确，设计中容易产生应力集中现象。
2.竖向结构布置和层高多层工业厂房的层高较大，能达到4~8m，且竖向布置经常出现错层、夹层，楼板开大洞，这使得楼板无法提供足够的平面内刚度，结构有效质量沿竖向分布不均匀。在地震作用下，结构可能产生“短柱效应”，使得局部柱段水平剪力成为截面设计的控制因素。
3.各种类型的荷载工业厂房的集中荷载主要包括设备自重，有时还需要考虑设备的震动扰力，根据规范要求进行动力计算。悬挂荷载主要包括管道荷载，吊车荷载，有时管道还产生水平荷载及弯矩。板面荷载主要根据生产工艺的要求，在不同的生产楼地面有不同的活荷载取值，但这种活荷载一般均大于民用建筑中的活荷载。
4.楼面及基础形式工业厂房楼面一般采用现浇钢筋混凝土楼面，但由于工艺所提设备荷载要求，楼板或出现开洞，或出现局部厚度变化。厂房的基础形式多采用柱下独立基础，柱下条形基础，若地基承载力低，可采用灰土挤密桩、砂桩等方法处理，亦可采用灌注桩，直接作用在坚硬的土层上面。
5.轻型围护结构工业厂房的围护结构一般不作为承重体系，通常采用轻质材料，屋盖结构多采用钢桁架檩条体系加铺轻质保温层。此种轻型围护材料有利于减轻结构自重，减少地震反应
二、多层工业厂房的结构要点
多层厂房一般需要比较大的空间来布置各种生产设施，结构决定了厂房的空间大小。在工艺条件许可情况下，多层工业厂房的一般结构通常采用框架结构，其结构布置普遍遵循以下原则：构造体系一定要规则和简明，房屋结构的刚度中心要求与厂房的质量中心尽量靠拢，避免出现厂房空间结构扭曲的现象。另外，厂房柱网的布置要对称均匀。同时应该极力避免厂房结构应力过度集中和形态发生变化而引起的凹角和收缩，以及由于结构过多的纵向变化引起的内部收缩和外部伸展。通过综合设计，是厂房的结构特点能够适应各种需求[1]。
1.控制横纵向框架的周期
多层厂房的结构决定了其纵向要以较少的支柱支撑整栋厂房，而且其支柱跨度方向过大，于此同时，柱距方向的尺寸一般很小，柱子多。这一结构特点决定了大型厂房一般都采用横向控制方法，这样厂房的纵横向的抗震能力就比较接近，这使得能有效抗震的同时还能让厂房结构设计得更为合理。
2.合理规划电梯的部置
由于多层厂房一般存在货物与设备过于沉重人力无法搬运的情况，所以必须货物搬运的具体位置合理的安排电梯的布置，使之能够满足竖向运输的需要。电梯一般为钢筋混凝土制成，其结构刚度很大，对建筑物的重心有一定的偏移作用，所以在具体的布置上应该尽量避免把电梯布置在建筑物角落处。同时还要对电梯旁边的楼板及框架采取必要的加强措施。
3.地震带的厂房应少设防震缝
由于地震区厂房的伸缩缝是一致的，厂房较长时，对抗震不利。所以最好能够通过采取一些施工和构造措来减少伸缩缝。在具体施工中，应该在结构受力影响最小的地方设置后浇带；在容易受温度影响的底层、顶层和其它墙体等部位，根据实际情况可以增加钢筋数量；通过对厂房设置架空层以形成通风屋面来增加抗震效果。
三、多层工业厂房的结构体系
多层工业厂房的结构体系主要包括框架一支撑体系、纯框架体系、钢架加支撑的混合体系三种。
1.框架一支撑体系
框架一支撑体系就是厂房横向采用刚接框架，纵向采用柱一支撑体系，采取柱间支撑方式来抵消水平荷载。这种结构体系在成本上比较节省，但是柱间支撑会对厂房造成不利影响。横向较短、纵向过长的厂房一般采用这种结构。
2.纯框架体系
纯框架体系就是不设置柱间支撑，而在纵横两个方向都采用刚接框架。这种结构适合采用横纵向惯性相近的截面形式，对工字型柱使用有限制，其最大的优点就是厂房空间的使用比较自由。
3.钢架加支撑的混合体系
这种混合结构体系把框架一支撑体系和纯框架体系的优点集合在一起，从而凭借两种结构混合优势来抵抗水平拉移力。
四、多层厂房结构设计现状
1.结构设计与工艺设计的协调
多层厂房的建造和使用都是为了生产，结构设计作为厂房建造的辅助专业，应该要服从于工艺要求。在具体的结构设计中，结构设计往往不能满足工艺设计要求，但是工艺条件作为厂房建造使用的首要遵循条件，所以结构设计应该做相应修改以使其能与工艺设计相融合。在方案设计阶段，结构设计人员应多与工艺设计人员交流，尽量了解熟知工艺布置和相应结构要求，避免在设计和施工中产生不必要的麻烦。
2.多层厂房结构计算
现代计算机硬软件的发展使得对多层厂房结构各种计算变得更加快捷准确。
(1)楼面等效荷载的计算
结构计算的条件是楼面荷载计算，荷载取值的准确性对结构计算准确性有很大影响。多层工业建筑楼面活荷载大于多高层民用建筑。有些中小型机床上柱上和梁上有吊车荷载，其跨度柱网要大于民用建筑，其特征是几乎整个平面沒有内隔墙。多层工业厂房结构一般为现浇钢筋混凝土的梁柱结构，比民用建筑板厚粗，而且楼面刚度非常大，因此为减少刚度影响，电梯货梯间一般使用框架填充墙结构。
(2)节点核心区的抗剪验算
“强柱弱梁更强节点”这一原则应该运用在设计框架节点的过程中，同时还要对各级抗震节点进行相应的受剪承载力计算。实际上，多层厂房的横梁和支柱中心线并不能以理论值达到重合状态，而且其比较大的柱截面和节点偏心都会对柱节点核心区的受力和构造状况造成不良影响。因此，抗剪验算对于节点核心区来说非常重要。
(3)罕遇地震的验算
厂房抗震设计的原则有三点，就是“小震不坏，中震可修，大震不倒”。根据“小震不坏”的需要来进行抗震验算，根据“中震可修”的情况来加强结构验算，根据“大震不倒”的要求来进行罕遇验算。一般来讲，多层厂房建设经费中，对设备的采购维护投资远远多余土建投资，对罕遇地震进行验算是非常有必要的。
(4)与电梯井筒相连框架的考虑
过去多层工业厂房结构采用纯框架计算来给电梯井壁配筋，造成不安全隐患增加。现在应该采用壁式框架计算数值来给井壁进行配筋[2]。
结束语
总而言之,在进行多层工业厂房结构设计时,应当根据实际情况选择合理的结构体系,进行准确的结构计算,不断调整截面,从而设计出符合工艺要求的多层工业厂房结构。
参考文献：
[1]张维斌.多层及高层钢筋混凝土结构设计释疑及工程实例[M].北京:中国建筑工业出版社,2005.
[2]安一清.多层工业厂房结构设计的探讨[J].山西建筑，2003年2月.
[3]李杰生,兰霞.浅析多层工业厂房的结构设计[J].硅谷,2008,(10).
【关键词】：多层工业厂房；结构设计；设计要点；应用研究
中图分类号：TU318文献标识码： A 文章编号：
引言
新形势下,我国的工业发展步伐日益加快,工业建筑除了作为必备的基础设施之外,也要不断满足不断发展的工业化格局以及工业化大生产的需要,过去单一使用功能的建筑方式已经无法适应现代化的需求。各种附属功能理念的引进,使得工业厂房向多功能方向发展,另外,由于现代社会资源拮据,用地紧张,多层厂房的建立逐渐受到越来越多企业的青睐,由于多层厂房在空间上的优势,使得其能满足更广泛生产工艺的要求。目前我国建立的多层厂房具有如下特点：跨度大、荷载大、开洞多、有多层吊车。由于其建筑格局是一个整体的系统,所以在进行最初结构设计时,有很多问题需要考虑在内。
多层工业厂房常用的结构体系主要有框架一体支撑体系、纯框架体系、钢架加支撑的混合体系。在框架一体支撑体系结构设计中,通常将纵向结构设计为柱-支撑体系,将横向结构设计为钢接框架,利用柱间支撑承受水平荷载。框架-支撑体系非常适用于横向较短、纵向较长的厂房,这种结构体系相对比较经济,它的缺点是柱间支撑将会影响厂房的使用。其次,纯框架体系没有设置柱间支撑,将纵横两个方向的结构均设计为刚接框架。它的优点是不影响厂房的使用空间;缺点是不能选用工字型柱,须要使用在纵横两个方向上没有较大的惯性矩差别的截面形式,从而导致用钢量大大增加。最后,钢架加支撑的混合体系和框架一体支撑体系、纯框架体系的不同点是它将纵向设计为支撑与钢架混合的型式,依靠支撑与钢架共同承受水平力。它的优点是能够显著缩短柱的纵向弯矩,缺点是楼面刚度的要求过大,如果楼面刚度不足,就会导致柱间的不协调、变形,难以有效发挥柱间的支撑作用。
一、多层工业厂房的基本特征
1.平面结构布置和柱网布置多层工业厂房在平面布置中，通常为了满足工艺要求，使结构布局不规整，柱网不规则，布梁不整齐，甚至有工艺要求在主受力构件上开孔的现象。同时厂房内部一般空间较大，柱距多为6~12m，局部有抽柱设计的，柱距会增大到18m以上。这使得结构传力复杂，受力不明确，设计中容易产生应力集中现象。
2.竖向结构布置和层高多层工业厂房的层高较大，能达到4~8m，且竖向布置经常出现错层、夹层，楼板开大洞，这使得楼板无法提供足够的平面内刚度，结构有效质量沿竖向分布不均匀。在地震作用下，结构可能产生“短柱效应”，使得局部柱段水平剪力成为截面设计的控制因素。
3.各种类型的荷载工业厂房的集中荷载主要包括设备自重，有时还需要考虑设备的震动扰力，根据规范要求进行动力计算。悬挂荷载主要包括管道荷载，吊车荷载，有时管道还产生水平荷载及弯矩。板面荷载主要根据生产工艺的要求，在不同的生产楼地面有不同的活荷载取值，但这种活荷载一般均大于民用建筑中的活荷载。
4.楼面及基础形式工业厂房楼面一般采用现浇钢筋混凝土楼面，但由于工艺所提设备荷载要求，楼板或出现开洞，或出现局部厚度变化。厂房的基础形式多采用柱下独立基础，柱下条形基础，若地基承载力低，可采用灰土挤密桩、砂桩等方法处理，亦可采用灌注桩，直接作用在坚硬的土层上面。
5.轻型围护结构工业厂房的围护结构一般不作为承重体系，通常采用轻质材料，屋盖结构多采用钢桁架檩条体系加铺轻质保温层。此种轻型围护材料有利于减轻结构自重，减少地震反应
二、多层工业厂房的结构要点
多层厂房一般需要比较大的空间来布置各种生产设施，结构决定了厂房的空间大小。在工艺条件许可情况下，多层工业厂房的一般结构通常采用框架结构，其结构布置普遍遵循以下原则：构造体系一定要规则和简明，房屋结构的刚度中心要求与厂房的质量中心尽量靠拢，避免出现厂房空间结构扭曲的现象。另外，厂房柱网的布置要对称均匀。同时应该极力避免厂房结构应力过度集中和形态发生变化而引起的凹角和收缩，以及由于结构过多的纵向变化引起的内部收缩和外部伸展。通过综合设计，是厂房的结构特点能够适应各种需求[1]。
1.控制横纵向框架的周期
多层厂房的结构决定了其纵向要以较少的支柱支撑整栋厂房，而且其支柱跨度方向过大，于此同时，柱距方向的尺寸一般很小，柱子多。这一结构特点决定了大型厂房一般都采用横向控制方法，这样厂房的纵横向的抗震能力就比较接近，这使得能有效抗震的同时还能让厂房结构设计得更为合理。
2.合理规划电梯的部置
由于多层厂房一般存在货物与设备过于沉重人力无法搬运的情况，所以必须货物搬运的具体位置合理的安排电梯的布置，使之能够满足竖向运输的需要。电梯一般为钢筋混凝土制成，其结构刚度很大，对建筑物的重心有一定的偏移作用，所以在具体的布置上应该尽量避免把电梯布置在建筑物角落处。同时还要对电梯旁边的楼板及框架采取必要的加强措施。
3.地震带的厂房应少设防震缝
由于地震区厂房的伸缩缝是一致的，厂房较长时，对抗震不利。所以最好能够通过采取一些施工和构造措来减少伸缩缝。在具体施工中，应该在结构受力影响最小的地方设置后浇带；在容易受温度影响的底层、顶层和其它墙体等部位，根据实际情况可以增加钢筋数量；通过对厂房设置架空层以形成通风屋面来增加抗震效果。
三、多层工业厂房的结构体系
多层工业厂房的结构体系主要包括框架一支撑体系、纯框架体系、钢架加支撑的混合体系三种。
1.框架一支撑体系
框架一支撑体系就是厂房横向采用刚接框架，纵向采用柱一支撑体系，采取柱间支撑方式来抵消水平荷载。这种结构体系在成本上比较节省，但是柱间支撑会对厂房造成不利影响。横向较短、纵向过长的厂房一般采用这种结构。
2.纯框架体系
纯框架体系就是不设置柱间支撑，而在纵横两个方向都采用刚接框架。这种结构适合采用横纵向惯性相近的截面形式，对工字型柱使用有限制，其最大的优点就是厂房空间的使用比较自由。
3.钢架加支撑的混合体系
这种混合结构体系把框架一支撑体系和纯框架体系的优点集合在一起，从而凭借两种结构混合优势来抵抗水平拉移力。
四、多层厂房结构设计现状
1.结构设计与工艺设计的协调
多层厂房的建造和使用都是为了生产，结构设计作为厂房建造的辅助专业，应该要服从于工艺要求。在具体的结构设计中，结构设计往往不能满足工艺设计要求，但是工艺条件作为厂房建造使用的首要遵循条件，所以结构设计应该做相应修改以使其能与工艺设计相融合。在方案设计阶段，结构设计人员应多与工艺设计人员交流，尽量了解熟知工艺布置和相应结构要求，避免在设计和施工中产生不必要的麻烦。
2.多层厂房结构计算
现代计算机硬软件的发展使得对多层厂房结构各种计算变得更加快捷准确。
(1)楼面等效荷载的计算
结构计算的条件是楼面荷载计算，荷载取值的准确性对结构计算准确性有很大影响。多层工业建筑楼面活荷载大于多高层民用建筑。有些中小型机床上柱上和梁上有吊车荷载，其跨度柱网要大于民用建筑，其特征是几乎整个平面沒有内隔墙。多层工业厂房结构一般为现浇钢筋混凝土的梁柱结构，比民用建筑板厚粗，而且楼面刚度非常大，因此为减少刚度影响，电梯货梯间一般使用框架填充墙结构。
(2)节点核心区的抗剪验算
“强柱弱梁更强节点”这一原则应该运用在设计框架节点的过程中，同时还要对各级抗震节点进行相应的受剪承载力计算。实际上，多层厂房的横梁和支柱中心线并不能以理论值达到重合状态，而且其比较大的柱截面和节点偏心都会对柱节点核心区的受力和构造状况造成不良影响。因此，抗剪验算对于节点核心区来说非常重要。
(3)罕遇地震的验算
厂房抗震设计的原则有三点，就是“小震不坏，中震可修，大震不倒”。根据“小震不坏”的需要来进行抗震验算，根据“中震可修”的情况来加强结构验算，根据“大震不倒”的要求来进行罕遇验算。一般来讲，多层厂房建设经费中，对设备的采购维护投资远远多余土建投资，对罕遇地震进行验算是非常有必要的。
(4)与电梯井筒相连框架的考虑
过去多层工业厂房结构采用纯框架计算来给电梯井壁配筋，造成不安全隐患增加。现在应该采用壁式框架计算数值来给井壁进行配筋[2]。
结束语
总而言之,在进行多层工业厂房结构设计时,应当根据实际情况选择合理的结构体系,进行准确的结构计算,不断调整截面,从而设计出符合工艺要求的多层工业厂房结构。
参考文献：
[1]张维斌.多层及高层钢筋混凝土结构设计释疑及工程实例[M].北京:中国建筑工业出版社,2005.
[2]安一清.多层工业厂房结构设计的探讨[J].山西建筑，2003年2月.
[3]李杰生,兰霞.浅析多层工业厂房的结构设计[J].硅谷,2008,(10).