某高层工业建筑结构体系的确定及设计要点分析

某高层工业建筑结构体系的确定及设计要点分析

摘要：伴随着社会经济发展速度的加快，计算机技术的发展，信息技术水平的逐步提高，使得高层工业建筑行业也取得了一定的发展，工业建筑的形式也更为多样化，且随着工艺专业的需求不断提高，为进一步确保工业建筑的设计质量，推动工业建筑行业的发展。下面笔者基于自身多年工作经验的总结与积累，结合某工程实例，就高层工业建筑结构体系的确定以及设计要点进行研究和分析。

关键词：高层工业建筑；结构体系；确定；设计；要点；分析

一、高层工业建筑常用结构体系

在高层工业建筑中，常用结构体系主要包括以下几种：第一，框架结构，这种结构的平面布置较为灵活，可获较大使用空间，且其延性也比较好，但是这种结构也存在着一定的不足，即整体的侧向刚度相对比较小，在地震的不断作用下，其侧向变形相对比较大，并且适用的高度也比较有限。第二，剪力墙结构，该结构的空间整体性较好，且侧向高度比较大，侧向的变形相对比较小，适用的高度较大，该结构同样也存在着一定的不足与缺陷，即平面布置容易受到限制，所提供的使用空间不是很大，且结构的自重相对比较大。第三，框架剪力墙结构，该结构综合了剪力墙以及框架所具有的特点，在平面布置过程中，使用效果较好，应用比较广泛。

在高层工业建筑的设计与建设过程中，应结合工业建筑自身的生产特点和其对于整个厂区布置、防火防爆等方面的要求，综合考虑楼面荷载、冲水试压、建筑、工艺管道的布置、及结构施工新技术、建筑材料以及施工条件等相关因素，严格按照工业建筑结构设计的相关要求及规范来予以明确和设计，明确满足厂房建设要求且科学环保的结构体系。下面笔者结合某工程实例，就该高层工业建筑结构体系的明确以及设计要点进行详细地阐述。

二、工程概述

该高层工业建筑，按照工艺及其他辅助专业布置的实际需求，该建筑物的总体高度为60米，其中地上为10层，构筑物的平面尺寸为64米×20米，该结构上的设备较多，同时其外形尺寸以及重量也相对比较大，结构平面布置与竖向布置均比较复杂。此外，本工程结构安全等级：二级；设计使用年限５０年；抗震设防烈度：七度；设计基本地震加速度值：0.10ｇ；计地震分组为第二组；抗震设防类别：乙类；；场地类别为II类。本工程按抗震设防烈度七度进行结构计算，抗震措施按八度进行结构设防。

三、工业建筑结构体系的明确

由于该建筑的高度为60米，框架结构体系已超限，再加上该建筑使用空间

的实际需求，不可采取剪力墙结构。因此，从结构上来讲，采用框架剪力墙结构体系为可行方案，然而由于在工业建筑设计中，一般情况下是将剪力墙当作侧向支撑，这种布置方式容易对工艺管道产生不利影响，鉴于此，为提供相应的侧向约束，在本次工业厂房建筑结构设计过程中，决定利用钢支撑来替代剪力墙，即所用结构体系是混凝土框架钢支撑结构。此外，若全部都用这种结构，容易使结构的自重加大，并影响地基基础和大型设备吊装。对此，根据结构工艺专业的实际需求与使用特点，通过多次协商和研究分析，决定超过38米的楼层，所用结构体系为钢框架钢支撑，借助于该结构体系的应用，可有效解决上述这一问题。经过多次程序计算，所获各项参数均符合规范需求，同时在实际应用过程中也符合工艺管道的相关需求，效果相对较好。在本次工业建筑结构体系设计中，因上部的荷重相对比较大，基于当地工程项目的实际地质条件，在本工程项目中所用基础为桩-筏板基础，其中桩为机械成孔灌注桩，筏板的厚度是2000mm。

四、工业建筑设计要点

第一，计算方法。因本次工业建筑工程项目的开孔较多且荷载也比较大，在构建模型时，适当地予以了相应的简化处理，借助于ETABS与PKPK-SA T两种设计软件实施了对比与分析。同时在构造设计以及概念设计上均采取了相应的强化措施，于结构中部以及顶层钢结构的楼面上各自设置了由钢筋混凝土混合形成的楼板，通过竖向支撑位置的科学布置，尽量在满足规范要求下，同时满足工艺及其他专业的要求，使结构质量重心与刚度中心重合，继而进一步提高结构抵抗变形的能力，提高结构自身的抗震性能。

第二，框支层结构的设计。一为框支柱的设计，框支柱设计应该按照柱实际所配的纵筋来进行计算，在柱内所有纵向钢筋，其纵向配筋率不小于1 .2%，同时严格控制轴压比，确保柱具有较好延性，从而达到强剪弱弯的目的；二为框支梁的设计，在本次工程项目中，抗震等级是一级，其中对两端搁置在框支主梁上框支次梁，因其受力和简支梁相类同，对此可根据构造的实际需求来进行支座面筋的配置；三为剪力墙的设计，为使混凝土受压能力得到改善，使其延性得以增强，在设计过程中，要注意墙肢轴压比的控制，墙体水平以及竖向分布筋不仅要符合计算要求，同时还应满足最小配筋率限值，在底部加强区域中的剪力墙，应该根据要求和规范进行约束边缘构件的设置。

第三，钢结构稳定性。在钢结构稳定性设计中，应注意四个方面的内容，即结构与构件自身整体作用、结构方案的布置与构件设计、按照二阶分析来实施稳定计算、综合考虑初始缺陷极值稳定的计算。承受水平荷载的框架，其稳定性可借助于二阶弹塑性来进行分析；承受重力荷载的框架则可借助于转角位移法来对其稳定性进行分析。在稳定设计过程中还要注意支撑问题，通过支撑的设置，不仅能够使框架、压杆以及梁稳定承载性能得到提高，同时在一定程度上还可达到节约钢材的目的，要注意的是支撑并不是不受力构件，其作为一种弹性支座，同样也要满足相应刚度需求，且具备一定承载能力。

第四，混凝土结构耐久性设计。在混凝土结构耐久性设计中，要特别注意环境与材料方面的因素，按照设计的使用年限、结构极限状态、环境类别以及结构

作用等级等来予以设计。同时还应综合考虑所建工程施工质量管控和保证对于结构耐久性可能产生的影响，考虑结构在实际应用中的检测需求以及维修需求。此外，为保障结构耐久性，还应采取相应的裂缝控制、防腐措施以及结构构造等措施，加强混凝土养护湿度以及温度的控制。

第五，楼梯设计与结构抗震设计。楼梯对于主体结构框架的影响并不是很大，但是对于楼梯间框架梁柱所产生的影响却非常大，鉴于此，在进行楼梯的设计时，还应该对楼梯构件实施抗震验算，通过楼梯的设计，使结构抗侧刚度得到增强，以此减少结构自振周期。由于在本次工程项目中，抗震设防烈度为七度，因此还要实施抗震设计，其中要特别注意结构延性，根据工程项目的勘察情况与建筑使用要求，对场地类别进行合理地评价，按照抗震等级明确构造形式、截面形式、配筋率、尺寸限制以及材料规格等。

结束语：

综上所述，近年来，随着社会经济发展速度的加快，使得建筑行业也取得突飞猛进的发展。为深入了解与认识工业建筑结构体系，文章就某高层工业建筑结构体系的明确以及设计要点进行了阐述，望通过本文内容的介绍，可为今后相似工程项目的建设提供相应的参考资料，继而进一步推动工业建筑事业的发展，获得更为理想的经济效益。

参考文献：

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