多层工业厂房结构设计的理论与应用研究

多层工业厂房结构设计的理论与应用研究

摘要：随着高新技术的不断发展与应用，工业对于工业厂房的要求也越来越高，多层工业厂房也频繁的出现在当前厂房的设计之中，成为了当前工业厂房设计的

热点内容。本文作者根据自身研究多层工业厂房结构设计多年的实际经验，对多

层工业厂房结构设计的理论与应用展开了全面的分析与研究，并根据实际工作经验，提出了多层工业厂房结构设计应该注意的问题以及设计要点，希望能对行业

内的相关工作人员起到一定的借鉴作用。

关键词：多层工业厂房；结构设计；理论；应用

引言

当前，我国工业化与城镇化的步伐正在逐步尽快，而工业建筑除了能够容纳

工业生产所必须的基础设施之外，还要满足当前不断发展的工业化格局以及工业

化生产的具体需求。在这种要求之下，多层工业厂房也受到了越来越多的工业企

业的青睐。与传统厂房相比，多层工业厂房在使用空间上有着独特的优势，能够

满足工业生产的多种需求。而当前我国多层工业厂房的建立也具有跨度大、荷载大、开洞多等特点，需要在结构设计过程之中进行深入而细致的考虑。在进行多

层工业厂房结构设计理论与应用研究时，应该从多层工业厂房结构常用的设计体

系入手，找到多层工业厂房结构设计的设计要点，并根据当前的实际情况，分析

多层工业厂房结构设计之中应该注意的问题，从而能够优化当前工业厂房结构设

计的过程，提升设计质量与设计效率，推动多层工业厂房在我国工业生产行业之

中的深入应用。

一、多层工业厂房结构常用的设计体系

一般情况下来，框架-支撑结构是当前多层工业厂房之中应用最为广泛的体系，这种体系的特点在于通过以横向设计刚接框架与纵向柱-支撑体系来抵抗两个方向的水平荷载。经过科学研究表明，这种体系更具有经济性，在实际的施工过程之

中也更加节约施工资源，然而这设计体系的缺陷在于，柱间支撑可能影响使用要求。第二种常用的设计体系为纯框架体系，这种设计体系的特点在于将厂房横纵

两个方向都采用刚接框架结构设计，将柱间支撑体系去掉。这种设计体系的优势

在于能够有效的节省厂房的使用空间，然而这种设计不宜采用工字形柱，应该采

用两个方向的惯性矩差别较小的截面形式，同时使用的钢材数量也要明显增多。

第三种设计形式为横向钢架与纵向支撑体系混合的设计体系，这种设计体系是依

靠钢架和支撑共同进行双向水平力的抵抗，进而有效的减少柱间的纵向弯矩[1]。

二、多层工业厂房结构设计的设计要点

当前我国多层厂房的建设之中，要求能够满足工业生产与工艺需求，因此对

于空间的要求较高，所以整体结构一般采用的都是框架结构，能够满足多种工业

厂房修建的具体要求。而如果工业厂房本身的层数较多，在确保能够满足其工业

生产流程的条件下可以采用框剪结构设计。在这里要注意的是，对于横向框架与

纵向框架的周期要进行合理的掌握，一般情况下，多层工业厂房的跨度加大，柱

设计较多，而柱间距离也较小，因此在设计过程之中，要确保能够进行横向荷载

的计算与控制，从而使横纵向的抗震能力大体相同，进而提升多层工业厂房结构

设计的科学性与合理性。对于电梯间位置的设计，设计人员要考虑到多层厂房结

构的特殊性以及工业生产之中货物质量较重等多种因素进行设计，尽量避免其负

荷在建筑物角落或者边缘的情况，防止其对整个厂房结构造成偏心的影响。同时，如果出现一些特定因素导致电梯的负荷必须在厂房的角落时，那么在设计上对周

围的结构（包括楼板、框架）需要进行严格的加固处理，从而提升结构的安全性

及电梯设计的稳定性。对于处于地震带的厂房而言，其伸缩缝的设计一般都是一

致的，然而如果厂房较长，这种情况对厂房自身的抗震性能不利，也就是说，处

于地震带的厂房在设计时应该尽量减少伸缩缝和防震缝的设计，即厂房布置尽量

规则，且长度不宜过长。同时，在施工设计之中，每隔40米都应该设计一道后

浇带，其位置应该设计在结构受力最小的位置，从而提升厂房结构的配筋率。在

设计过程之中，应该对相关专业的技术交底和协调工作进行认真处理，时刻谨记

工业厂房的设计应该能够满足工业生产的多种需求，而其结构设计应该能够服从

于工业生产的多种条件，防止出现施工工艺流程与实际工业生产工艺相矛盾的现

象[2]。

三、结构计算之中应该注意的问题

（一）等效荷载的计算问题

荷载的计算是结构受力计算的必要条件，而荷载的取值将直接影响到整个计

算结果的准确性。在荷载的计算之中，应该根据施工设计的布置图和设备的重量

进行取值，并根据当前现行的计算方法和设计规范给出楼面等效荷载的计算方法，从而计算出楼面的均布荷载[3]。

（二）梁端弯矩的宽幅调整

对于框架结构而言，在进行梁两端弯矩的宽幅调整时要考虑到在竖向荷载作

用下，梁端的塑性变形内力重分布，对梁端负弯矩进行调整。普通框架由于其本

身的配筋较少，截面较小，因此梁端弯矩的调整意义并不大，而多层工业厂房的

跨度较大，荷载较强，框架柱梁的截面较大，框架梁的配筋较多，因此需要对于

梁端弯矩的宽幅进行调整。这里要注意的是，裂缝的宽度验算是为了确保多层工

业厂房结构设计能够满足工业生产的使用条件，根据规范标准要求，混凝土梁的

裂缝宽度不应大于0.3毫米，如果在实际计算之中发现与此标准不符，可以通过

提升钢筋根数或者减小钢筋截面的方式来进行调整，如果采用这种方法后仍然无

法满足实际需求，那么应该修改柱梁截面并进行重新计算。

（三）电梯井筒框架的处理方法

在传统的工业厂房结构设计之中，电梯井壁一般按照构造进行配筋，然而这

种配筋方式配筋率较低，而且安全性能难以得到保证，因此框架部分应该按照壁

式框架进行计算，通过其得出的数值进行配筋，而电梯井壁部分的设计则应该按

照剪力墙形式进行设计和配筋，同时要注意加大周围框架的刚度[4]。

（四）节点核心区的剪力计算

一般情况下，框架结构的节点设计应该按照强柱弱梁的原则来进行设计，所

以梁柱节点核心区的安全尤为重要，如果梁柱节点核心区破坏直接影响上述设计

原则。故规范之中要求一级和二级抗震等级的节点应该进行受剪承受力的计算。

这里要注意的是，多层工业厂房的梁柱中心线一般不能重合，柱的截面也较大，

导致节点偏心情况较为严重，因此在进行节点核心区的剪力计算时，应该注意其

对构造和受力造成的不利影响，采用更加科学合理的计算手段和测量方式，进而

使计算数值更加精确，满足当前多层工业厂房结构设计的具体需求。此外，在设

计中还应满足规范规定的各种构造要求，加大节点核心区的安全性。

四、结束语

综上所述，多层工业厂房结构设计常用的结构体系为框架加上支撑结构、纯