工业建筑中单跨框架结构设计方案探讨

工业建筑中单跨框架结构设计方案探讨
摘要：当前我国经济发展迅速，随着城镇化建设的深入推进，建筑行业发展
势头迅猛，也有越来越多先进技术被应用其中。

单跨框架结构作为一种新型结构，去掉了多余的空间结构，在工业厂房的建筑方面得到了广泛应用，但是其抗震性
能较差，难以保证人们的生命财产安全。

基于此，本文对工业建筑中单跨框架结
构设计方案进行了分析，旨在提升其抗震性能。

关键词：工业建筑；单跨框架结构；设计方案
单跨框架结构十分简单，虽然建设成本较低，所使用的耗材量也较少，但是
抗震性能较差，在地质灾害频发地区无法取得理想效果。

《建筑抗震设计规范
（附条文说明）》中有明确规定，单跨框架结构不适用于甲类、乙类建筑，以及
高度大于24m的丙类建筑中。

但是在工业建筑中，受到环境、技术、功能等各方
面因素的限制，不可避免的会用到单跨框架结构，当地质灾害来临时就会造成严
重后果。

因此，应引入概念设计，深入分析工业建筑设计的相关要求，以提升框
架结构的强度和稳定性为主要原则，实现安全可靠和经济合理的统一。

1抗震概念设计原则
1.1整体合理性原则
在建筑设计正式开始之前，需要提前考察建筑结构的实际情况，将建筑结构
的刚硬度和承载能力相结合。

在单跨框架结构设计时，应将抗震概念融入其中，
在发生地质灾害时，能够从不同方面将荷载进行吸收，减少外力对建筑结构稳定
性带来的影响。

可将每部分建筑物进行串联，将其作为一个整体对待，从源头上
解决抗震问题。

1.2建筑设计与抗震设计的结合
抗震设计是以建筑设计作为主要基础的，在工业建筑单跨框架结构设计过程中，可将两者进行有效结合。

例如充分考虑到当地的地质、地形、气候等因素，
合理预测可能出现的意外情况，以提升设计的合理性。

将抗震设计理念融入到建
筑设计中，并非简单的加固建筑物外围，或是利用强度更大的材料，而是要提前
做好一切准备工作，进行周全的考虑。

1.3整体与部分的结合
在工业建筑设计中，任何一个环节设计的不规范，都会引起连锁反应，为后
续工程的顺利进行带来严重影响。

例如部分设计为了保留大面积的底部空间，而
忽略了抗震墙的设计；或是为了美观性，上层墙体和下层墙体之间无法进行有效
对接，这些都让建筑结构稳定性得不到保障。

仅从单跨框架结构的设计来看，应
做到整体和部分的结合，准确把握结构中的薄弱部位，关键处的承载结构一定不
能省略。

2工业建筑中单跨框架结构设计方案分析
2.1在单跨方向设置少量剪力墙
由于单跨框架结构缺乏冗余的约束，在抗震性能方面严重不足。

在实际设计中，应充分考虑当地的地质、地形等特点，是否为地质灾害频发地区，以及过往
发生过的灾害的严重程度，根据实际情况增设抗震防线，使得抗震体系更加科学。

在管线设计方面，应避免和其他结构发生碰撞，保持好相对距离，确保钢心和质
心呈现重合状态。

2.2提升结构竖向刚度分布的均匀性
GB50011-2010《建筑抗震设计规范（附条文说明）（2016年版）》中有明确
的规定，如果本层侧向刚度小于上层的70%，或是小于以上三个楼层侧向刚度平
均值的80%，就被称为侧向刚度不规则，在地震或其他地质灾害发生时，这部分
受到的影响最为严重，裂缝、倒塌等问题都会发生。

在单跨框架结构设计过程中，有关人员要充分重视结构在竖向刚度分布方面的均匀性，尽可能让各楼层刚度保
持一致，以免在结构设计方面出现明显的缺陷。

工业建筑的设计也要尽可能保证
每层的高度都大致相同，防止相差过大。

2.3保证结构楼板的连续性
楼板的设计和建设不应断断续续，而是应保证连续性，楼板厚度控制在
100mm以上，从而提升其抗震性以及承载能力。

在楼板结构连续性得到保证的基
础上，建筑框架在地震发生时能够吸收更多作用力，可有效抵御水平作用。

在部
分工程设计中，可能会遇到开大洞的情况，应保持有效楼板宽度大于本层楼板宽
度的50%，将开洞总面积控制在该层楼板的30%以内。

为了避免出现强度不足的
问题，可适当增加配筋，或布置次梁。

2.4控制结构的层间形变
从对以往单跨框架结构的设计和实际应用的分析不难看出，稳定性不足是该
结构较为突出的问题。

在实际设计中，要将重点放在提升稳定性方面，刚重比是
不可忽视的重要环节。

钢框架柱的截面应该在500mm*500mm以上，柱轴压比在
0.15以下，遵循由低到高的顺序，沿着框架柱对钢筋进行捆扎和加固处理。

如此
一来，结构出现形变的概率就会大大降低，即便在柱端出铰的情况下，单跨框架
结构仍然具有很强的稳定性。

2.5采用性能优化设计方法
通常来说工业建筑占地面积大，但由于不是主要用于居住使用，在很多项目
设计和建设环节或多或少存在一定问题。

尤其是单跨框架结构本身就有着较为明
显的缺陷，因此在实际设计中，应以结构高度、抗震等级分类、抗震设防烈度等
作为主要参考，确保建筑结构即便在地质灾害发生的情况下，其强度和稳定性依
然能够符合要求。

（1）如果单跨框架结构为单层结构，抗震设防为乙类或丙类，在楼面中并没有质量较大的工业设备，可按多遇地震弹性设计为主。

可适当的提
升建筑结构设计的抗震等级，以更好应对各种突发情况，“小震不坏、中震可修、大震不倒”的原则落到实处；（2）如果工业建筑的高度在24m以下，楼层较多，抗震设防分类为乙类；或是建筑高度在24m以上，抗震设防分类为丙类，那么单
跨框架结构的就按照中震设计原则为主。

想要进一步提升结构主体的性能，应将
抗弯设计、框架梁抗剪设计等考虑在内；（3）如果建筑高度在24m以上，且抗
震设防分类为乙类，那么在设计环节就应该应大震弹性设计作为主要原则。

可将
专家聚集起来进行讨论分析，并对设计图纸进行反复比对。

2.5合理布置楼面次梁
想要提升单跨框架结构设计强度，在楼面次梁的布置方面就应该改变以往单跨框架承担竖向荷载的方式。

可适当提升框架梁的高度和梁截面高度，并确保在跨度的10%以上。

2.6发挥纵横拉墙结的主体作用
圈梁会对建筑墙体产生拉结作用，可按照相应的要求，将横墙设置成凸凹形强力有效的拉结形式，用于抵消地震时产生的作用力，同时做好灾害发生时的抢救工作。

2.7其他建议
通常来说地震在发生之后，还会迎来多次余震，这也是引起建筑结构质量问题的关键因素之一。

如果工业建筑的主体结构强度不足，那么不仅要面对地震的冲击，还要抵御一次又一次的余震。

因此在单跨框架结构设计环节，应增设多条防线，可利用钢筋混凝土结构，充分发挥其非弹性形变的应用优势，提升工业建筑抵抗地震和余震的能力。

结语：
总而言之，在工业建筑中，单跨框架结构的应用十分普遍，但是抗震性能得不到保障，当发生地质灾害时，很容易对建筑结构的稳定性带来严重影响，出现受力不均等问题。

为了避免出现这种情况，可采取适当的手段改变结构形式，在单跨方向设置少量剪力墙，提升结构竖向刚度分布的均匀性，保证结构楼板的连续性，控制结构的层间形变，采用性能优化设计方法，合理布置楼面次梁，从而充分展现单跨框架结构设计优化的作用，让其得到更好的应用。

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