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摘要：目前越来越多的多层厂房出现，因其施工速度快、自重轻、抗震性好等优点已逐步替代钢筋混凝土结构。本文就多层钢结构厂房的设计问题进行了探讨。
关键词：钢结构；厂房；设计
Abstract: More and more multi-storey plant, because of its fast speed of construction, light weight, good shock resistance, etc. it has gradually replaced the reinforced concrete structure. This paper discussed the design of multi-storey steel plant.Key words: steel; plant; design
中图分类号：TU2文献标识码：A 文章编号：2095-2104（2012）
1结构布置
结构布置是设计中比较难的部分，它既要考虑结构整体刚度大小问题，又要考虑结构整体刚度均匀问题。具体地说，也就是柱子主方向的朝向，支撑、剪力墙设置的位置等。假如不对结构布置做仔细的分析工作，整个结构的抗力有效性、传力途径合理性将得不到充分发挥，从而使经济性不佳。建议初算后，调整结构柱子主方向及支撑、剪力墙位置时，可以尽量参考结构整体变形图和几个主振型图的情况。实际设计工作中结构布置与建筑使用功能往往是有冲突的。针对有冲突的地方，结构布置作出相应的调整，努力做到在满足建筑使用功能的前提下，让结构布置趋于最合理。
1.1支撑布置
在各种类型的钢框架体系中，常规加设柱间支撑框架是最好的抵抗水平侧力的结构体系。横向框架垂直支撑的布置原则是：满足规范要求和工艺要求。横向结构体系采用刚、铰、撑混合体系，横向框架榀榀设撑。为保证空间体系的完整与刚度均匀分布，在局部缺少混凝土楼层处增加楼层水平钢支撑，以满足结构水平作用的合理传递。
1.2结构计算
梁、柱的截面初选时，要考虑构造要求，不宜为了一味追求用钢指标而采用把梁、柱截面高度加大、腹板厚度变薄、翼缘宽度变窄、厚度变薄等措施。如果这样做后，将产生负面效应。首先，這将使梁、柱自身的整体稳定性不宜保证（尤其平面外的稳定）。其次，使得运输、施工中都难以保证构件不发生翘曲变形。结构分析中一定要注意结构分别在风荷载作用下、地震作用下的层间位移、顶点位移、自振周期。设计中常常不重视结构的自振周期，有时结构的层间位移、顶点位移都满足规范要求，但自振周期却比较长，这对于建筑物抗震是十分不利的。当建筑物遇到主要为低频的地震波时，地震波对这种周期长、高柔的建筑影响很大。
2结构设计中应注意的问题
2.1楼面等效荷载的计算工业建筑与一般多高层民用建筑结构形式、楼面活荷载等有许多不同之处,工业建筑楼面活荷载一般大于多高层民用建筑。有的中小型机床上楼层、柱上、梁上还有吊车荷载,它的跨度柱网一般比民用建筑大,层高相对较高,最大特点是整个平面几乎没有内隔墙。工业建筑一般采用现浇钢筋掘凝土板梁柱结构,板厚比一般民用建筑厚,楼板的平面刚度可视为无穷大,电梯货梯间,如不用剪力墙:整个刚度重心移向剪力墙,而电梯或货梯一般设在端头,结构刚度布局就不合理,所以电梯货梯间就使用框架填充墙结构。
2.1节点核心区的抗剪验算框架节点的设计应遵循“强柱弱梁更强节点”的原则,一二级抗震等级的节点还应进行受剪承载力计算。由于多层厂房的梁柱中心线往往不能重合,加之柱的截面比较大,节点偏心也比较大,对柱节点核心区的构造和受力都有较大的不利影响。因此,大跨度、大空间、大荷载的多层厂房的节点核心区的抗剪验算显得更为重要。
2.3与电梯井筒相连框架的考虑过去电梯井设计按纯框架计算,电梯井壁按构造配筋,偏低不安全；框架部分应按壁式框架计算出的数值进行配筋,电梯井壁则应按剪力墙配筋。
2.4结构设计与工艺设计的协调
厂房都是为生产服务的,厂房设计中结构专业作为配套专业首先应满足工艺要求,结构设计也只能服从于工艺条件。而工艺设计人员在工艺布置时,经常与结构设计发生矛盾,要开洞的地方是框架梁,设备本来可以沿梁布置却布置在了跨中等。所提荷载也经常偏大,有时甚至把设备的荷载作为均布荷载提出。尤其在方案设计阶段,结构设计人员应多与工艺协调,尽量了解工艺布置,使设计和施工都减少了许多不必要的麻烦。
3工业厂房结构设计要点多层厂房因为工艺布置的要求,一般都需要大空间,结构通常采用框架结构,在层数较多、工艺条件许可的情况下也可以采用框剪结构。结构布置的原则是:尽量使柱网对称均匀布置,使房屋的刚度中心与质量中心相近,以减小房屋的空间扭转作用,结构体系要求简捷、规则、传力明确。避免出现应力集中和变形突变的凹角和收缩,以及竖向变化过多的外挑和内收,力求沿竖向的刚度不突变或少突变。3.1地震区的厂房宜少设或不设防震缝
地震区房屋的伸缩缝是合一的,当房屋较长时,宜采取下列一些构造措施和施工措施以少设伸缩缝及防震缝;施工中,每隔40m设置一道800mm一个1400mm宽的后浇带,后浇带的位置设在结构受力影响最小的区段;在温度影响较大的顶层、底层、山墙和内纵墙端开间的墙体等部位,适当提高配筋率;加厚屋面隔热保温层或设置架空层形成通风屋面。3.2合理布置电梯间的位置
多层厂房由于设备、货物很重,竖向运输的需要,均要设置电梯。钢筋混凝土电梯井筒刚度很大,应充分考虑电梯井筒对建筑物的偏心影响,在结构布置上尽量避免电梯井筒布置在建筑物的角部和端部。3.3控制横向框架与纵向框架的周期
由于多层厂房跨度方向尺寸较大,柱子少;而柱距方向尺寸较小,柱子多。一般都是横向控制,使纵横向的抗震能力大致相同,不仅有利于抗震,也使设计更为经济合理。
4对钢结构工业厂房支撑系统的设计原则
为了保证钢结构厂房的空间工作，提高其整体刚度，承受和传递纵向水平力，防止杆件产生过大的变形，避免压杆失稳，以及保证结构的整体稳定性，应根据厂房结构的形式，车间吊车的设置，振动设备以及厂房的跨度、高度，温度区段的长度等情况布置可靠的支撑系统。厂房每一温度区段应设置稳定的柱间支撑系统，并与屋盖横向水平支撑的布置相协调。下柱支撑的位置是决定厂房纵向结构变形方向的重要因素，并影响温度应力的大小，下柱支撑应尽可能设在温度区段的中部，使吊车梁等纵向构件能随着温度变化比较自由地向区段两端伸缩。当温度区段的长度不大时，一般在温度区段的中部设置一道下段柱支撑，但温度区段的长度大于150 米时，为了保证厂房的纵向刚度，应在温度区段内设置两道下段柱支撑，其位置应尽可能布置在温度区段中间三分之一的范围内，为了避免过大的温度应力，两道支撑的中心距离不宜大于72 米。
5对钢结构工业厂房抗震性设计的重点
在对钢结构工业厂房做抗震设计时应注意：首先，在总体布置方面要求厂房结构的质量和刚度均匀分布，使厂房受力均匀，变形协调，尽量避免因结构刚度不均匀对抗震造成不利影响，厂房横向结构宜采用刚架或者使屋架与柱有一定固结的框架，以便充分利用钢结构的受力性能并减少横向结构变形；其次，钢结构厂房的破坏一般情况不是由于杆件强度不足而常常因为杆件失稳而造成，所以合理布置支撑系统，保证厂房结构整体稳定性，对钢结构厂房尤为重要；最后，在地震作用下，存在着低周疲劳作用，设计时应注意其对厂房的影响。对结构连接点的设计，应保证节点的破坏不先于结构构件的全截面屈服，应使结构构件能进入塑性工作，充分吸收地震能量发挥其抗震能力。
6关于施工过程中地脚螺栓的埋设问题分析
可以说地脚螺栓的坚固与否是钢结构工业厂房建筑稳定性的根本所在，地脚螺栓的精度关系到钢结构定位，地脚螺栓的埋设须严格保证其精度，地脚螺栓的埋设精度：轴线位移：±2.0 mm，标高：±5.0 mm。在柱地脚螺栓安装前，将平面控制网的每一条轴线投测到柱基础面上，全部闭合，以保证螺栓的安装精度，然后根据轴线放出柱子外边线，待安装钢柱地脚螺栓的承台架子搭设好以后，将所需标高抄测到钢管架子上。
7结束语
做好工业厂房结构设计与施工的关键在于:概念应清楚,结构选型应做到合理;施工图的设计应与施工相结合,避免施工困难;结构计算要准确,施工安全和质量必须严格按规范及要求执行,以达到最佳效果。
关键词：钢结构；厂房；设计
Abstract: More and more multi-storey plant, because of its fast speed of construction, light weight, good shock resistance, etc. it has gradually replaced the reinforced concrete structure. This paper discussed the design of multi-storey steel plant.Key words: steel; plant; design
中图分类号：TU2文献标识码：A 文章编号：2095-2104（2012）
1结构布置
结构布置是设计中比较难的部分，它既要考虑结构整体刚度大小问题，又要考虑结构整体刚度均匀问题。具体地说，也就是柱子主方向的朝向，支撑、剪力墙设置的位置等。假如不对结构布置做仔细的分析工作，整个结构的抗力有效性、传力途径合理性将得不到充分发挥，从而使经济性不佳。建议初算后，调整结构柱子主方向及支撑、剪力墙位置时，可以尽量参考结构整体变形图和几个主振型图的情况。实际设计工作中结构布置与建筑使用功能往往是有冲突的。针对有冲突的地方，结构布置作出相应的调整，努力做到在满足建筑使用功能的前提下，让结构布置趋于最合理。
1.1支撑布置
在各种类型的钢框架体系中，常规加设柱间支撑框架是最好的抵抗水平侧力的结构体系。横向框架垂直支撑的布置原则是：满足规范要求和工艺要求。横向结构体系采用刚、铰、撑混合体系，横向框架榀榀设撑。为保证空间体系的完整与刚度均匀分布，在局部缺少混凝土楼层处增加楼层水平钢支撑，以满足结构水平作用的合理传递。
1.2结构计算
梁、柱的截面初选时，要考虑构造要求，不宜为了一味追求用钢指标而采用把梁、柱截面高度加大、腹板厚度变薄、翼缘宽度变窄、厚度变薄等措施。如果这样做后，将产生负面效应。首先，這将使梁、柱自身的整体稳定性不宜保证（尤其平面外的稳定）。其次，使得运输、施工中都难以保证构件不发生翘曲变形。结构分析中一定要注意结构分别在风荷载作用下、地震作用下的层间位移、顶点位移、自振周期。设计中常常不重视结构的自振周期，有时结构的层间位移、顶点位移都满足规范要求，但自振周期却比较长，这对于建筑物抗震是十分不利的。当建筑物遇到主要为低频的地震波时，地震波对这种周期长、高柔的建筑影响很大。
2结构设计中应注意的问题
2.1楼面等效荷载的计算工业建筑与一般多高层民用建筑结构形式、楼面活荷载等有许多不同之处,工业建筑楼面活荷载一般大于多高层民用建筑。有的中小型机床上楼层、柱上、梁上还有吊车荷载,它的跨度柱网一般比民用建筑大,层高相对较高,最大特点是整个平面几乎没有内隔墙。工业建筑一般采用现浇钢筋掘凝土板梁柱结构,板厚比一般民用建筑厚,楼板的平面刚度可视为无穷大,电梯货梯间,如不用剪力墙:整个刚度重心移向剪力墙,而电梯或货梯一般设在端头,结构刚度布局就不合理,所以电梯货梯间就使用框架填充墙结构。
2.1节点核心区的抗剪验算框架节点的设计应遵循“强柱弱梁更强节点”的原则,一二级抗震等级的节点还应进行受剪承载力计算。由于多层厂房的梁柱中心线往往不能重合,加之柱的截面比较大,节点偏心也比较大,对柱节点核心区的构造和受力都有较大的不利影响。因此,大跨度、大空间、大荷载的多层厂房的节点核心区的抗剪验算显得更为重要。
2.3与电梯井筒相连框架的考虑过去电梯井设计按纯框架计算,电梯井壁按构造配筋,偏低不安全；框架部分应按壁式框架计算出的数值进行配筋,电梯井壁则应按剪力墙配筋。
2.4结构设计与工艺设计的协调
厂房都是为生产服务的,厂房设计中结构专业作为配套专业首先应满足工艺要求,结构设计也只能服从于工艺条件。而工艺设计人员在工艺布置时,经常与结构设计发生矛盾,要开洞的地方是框架梁,设备本来可以沿梁布置却布置在了跨中等。所提荷载也经常偏大,有时甚至把设备的荷载作为均布荷载提出。尤其在方案设计阶段,结构设计人员应多与工艺协调,尽量了解工艺布置,使设计和施工都减少了许多不必要的麻烦。
3工业厂房结构设计要点多层厂房因为工艺布置的要求,一般都需要大空间,结构通常采用框架结构,在层数较多、工艺条件许可的情况下也可以采用框剪结构。结构布置的原则是:尽量使柱网对称均匀布置,使房屋的刚度中心与质量中心相近,以减小房屋的空间扭转作用,结构体系要求简捷、规则、传力明确。避免出现应力集中和变形突变的凹角和收缩,以及竖向变化过多的外挑和内收,力求沿竖向的刚度不突变或少突变。3.1地震区的厂房宜少设或不设防震缝
地震区房屋的伸缩缝是合一的,当房屋较长时,宜采取下列一些构造措施和施工措施以少设伸缩缝及防震缝;施工中,每隔40m设置一道800mm一个1400mm宽的后浇带,后浇带的位置设在结构受力影响最小的区段;在温度影响较大的顶层、底层、山墙和内纵墙端开间的墙体等部位,适当提高配筋率;加厚屋面隔热保温层或设置架空层形成通风屋面。3.2合理布置电梯间的位置
多层厂房由于设备、货物很重,竖向运输的需要,均要设置电梯。钢筋混凝土电梯井筒刚度很大,应充分考虑电梯井筒对建筑物的偏心影响,在结构布置上尽量避免电梯井筒布置在建筑物的角部和端部。3.3控制横向框架与纵向框架的周期
由于多层厂房跨度方向尺寸较大,柱子少;而柱距方向尺寸较小,柱子多。一般都是横向控制,使纵横向的抗震能力大致相同,不仅有利于抗震,也使设计更为经济合理。
4对钢结构工业厂房支撑系统的设计原则
为了保证钢结构厂房的空间工作，提高其整体刚度，承受和传递纵向水平力，防止杆件产生过大的变形，避免压杆失稳，以及保证结构的整体稳定性，应根据厂房结构的形式，车间吊车的设置，振动设备以及厂房的跨度、高度，温度区段的长度等情况布置可靠的支撑系统。厂房每一温度区段应设置稳定的柱间支撑系统，并与屋盖横向水平支撑的布置相协调。下柱支撑的位置是决定厂房纵向结构变形方向的重要因素，并影响温度应力的大小，下柱支撑应尽可能设在温度区段的中部，使吊车梁等纵向构件能随着温度变化比较自由地向区段两端伸缩。当温度区段的长度不大时，一般在温度区段的中部设置一道下段柱支撑，但温度区段的长度大于150 米时，为了保证厂房的纵向刚度，应在温度区段内设置两道下段柱支撑，其位置应尽可能布置在温度区段中间三分之一的范围内，为了避免过大的温度应力，两道支撑的中心距离不宜大于72 米。
5对钢结构工业厂房抗震性设计的重点
在对钢结构工业厂房做抗震设计时应注意：首先，在总体布置方面要求厂房结构的质量和刚度均匀分布，使厂房受力均匀，变形协调，尽量避免因结构刚度不均匀对抗震造成不利影响，厂房横向结构宜采用刚架或者使屋架与柱有一定固结的框架，以便充分利用钢结构的受力性能并减少横向结构变形；其次，钢结构厂房的破坏一般情况不是由于杆件强度不足而常常因为杆件失稳而造成，所以合理布置支撑系统，保证厂房结构整体稳定性，对钢结构厂房尤为重要；最后，在地震作用下，存在着低周疲劳作用，设计时应注意其对厂房的影响。对结构连接点的设计，应保证节点的破坏不先于结构构件的全截面屈服，应使结构构件能进入塑性工作，充分吸收地震能量发挥其抗震能力。
6关于施工过程中地脚螺栓的埋设问题分析
可以说地脚螺栓的坚固与否是钢结构工业厂房建筑稳定性的根本所在，地脚螺栓的精度关系到钢结构定位，地脚螺栓的埋设须严格保证其精度，地脚螺栓的埋设精度：轴线位移：±2.0 mm，标高：±5.0 mm。在柱地脚螺栓安装前，将平面控制网的每一条轴线投测到柱基础面上，全部闭合，以保证螺栓的安装精度，然后根据轴线放出柱子外边线，待安装钢柱地脚螺栓的承台架子搭设好以后，将所需标高抄测到钢管架子上。
7结束语
做好工业厂房结构设计与施工的关键在于:概念应清楚,结构选型应做到合理;施工图的设计应与施工相结合,避免施工困难;结构计算要准确,施工安全和质量必须严格按规范及要求执行,以达到最佳效果。