探讨多层工业厂房的结构设计

探讨多层工业厂房的结构设计

发表时间：2018-08-08T12:11:36.670Z 来源：《防护工程》2018年第7期作者：胡波[导读] 随着改革开放和我国经济的飞速发展，工业建筑要不断满足现代大工业生产，工艺不断更新的要求

身份证号码：372922************ 摘要：随着改革开放和我国经济的飞速发展，工业建筑要不断满足现代大工业生产，工艺不断更新的要求，过去那种单一功能，单一建筑形式已经不适应生产方式改变的需要，联合车间、灵活车间、工业大厦等多功能厂房应运而生。另外，建设用地的紧张以及工艺流程的需要，越来越多的多层厂房甚至高层厂房出现。本文主要探讨多层工业厂房的常用结构设计体系、结构设计要点及结构设计措施。

关键词：工业厂房；结构设计；结构设计要点；问题

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。

一、多层工业厂房的结构体系

常用的多层工业厂房结构主要有三种：框架体系、纯框架体系、钢架加支撑的混合体系。

1.1框架体系，又称支撑体系

这种体系的横向设计结构为刚接框架，而框架体系纵向设计结构为柱形支撑，那么抵抗水平负荷载重的则是柱子之间的支撑。这种框架体系的优势在于经济实惠，节约环保，但是弊端却是占用大量空间，使得柱子之间的空间出于荒废状态。框架体系比较适用于纵向比例较长，横向比例较短的工业厂房使用。

1.2纯框架体系

这一体系的设置相对于框架体系的最大的不同之处在于它的纵向和横向都采用刚接框架，中间没有柱间支撑。纯框架体系相较于框架体系的优势就是空间利用合理充分，但是对钢的使用量却是相对大大增加了，因为纯框架体系的柱不能采用工字型柱，需要运用两个方向惯性矩差别不大的如箱形柱似的截面形式。

1.3钢架和支撑的混合体系

钢架加支撑的混合体系的横向设计结构和框架体系的刚接框架一样，纵向设计结构则是钢架和支撑混合的形式，它是靠钢架和支撑两者共同抵抗水平力的。这种钢架和支撑的混合体系很有效的减少柱的纵向弯矩，但是对工业厂房的楼面钢韧度要求比较高，保证柱子间的变形很协调，否则很有可能致使柱间支撑不能发挥相应的作用，导致浪费甚至是事故。

二、多层工业厂房的结构设计要点

一般情况下由于工业布置的需求，多层厂房要有足够大的空间。通常采用框架结构，如果层数较多，并且工艺条件许可的情况下也可采用框剪结构。工业厂房建筑结构布置的原则是：柱网布置对称均匀；房屋的刚度中心尽量与质量中心相近；为减小厂房的空间扭转作用，要求建筑结构体系规则、简捷、传力明确；尽量避免出现由于应力集中或者变形突变而引起的凹角和收缩；避免竖向变化过多而引起的外挑和内收；尽量保持竖向刚度不变或少变，其中有几点应加以注意： 2.1 厂房电梯间的位置布置要合理

工业厂房的设备和货物很重，为了便于竖向运输，电梯的设置十分必要。一般工业厂房选择钢筋混凝土电梯井筒，由于其刚度很大，所以要充分考虑电梯井筒的位置，一般布置在厂房的端部或角部。如果遇到工艺布置与电梯位置合理性出现冲突时，要对楼板和框架采取加固措施。

2.2 横向框架与纵向框架的周期要控制

多层厂房的跨度方向尺寸较大，柱子少；而柱距方向则与之相反，尺寸小，柱子多。一般情况下是针对横向框架的控制较多，保持纵向与横向之间的抗震能力大体相当。这样既有利于抗震，也使设计更为经济合理。

2.3 防震缝尽可能少设或不设

地震地区房屋的伸缩缝是一体的，以下措施对于地震区较长房屋的设计较为有利：在厂房施工过程中，每隔40米可以设置一道约800毫米、一个1400毫米宽的后浇带，其位置应该设立在结构受力影响最小的区段；适当加厚屋面的隔热层和保温层，或者设置架空层从而形成通风屋面；受温度影响较大的底层、顶层、山墙和内纵墙端开间的墙体部位，要适当提高其配筋率；采用构造措施和施工措施以减少伸缩缝和防震缝的设置。

2.4 保持结构设计与工艺设计相协调

厂房的设计都是为生产活动而设计的，设计目的都是为了满足生产的需要。厂房设计中的结构专业作为配套专业首先应该满足工业设计的需求，结构设计服从于工艺条件。事实上，工艺设计者在布置工艺时经常与结构设计产生矛盾。例如，本来开洞的地方可以选择框架梁，设备可以沿着梁布置的却布置在了跨中等。荷载时常出现偏大的情况，甚至有时将设备的荷载作为均布荷载而提出。因此，特别是在方案阶段，结构设计人员应该与工艺相协调，尽可能多的了解工艺布置原则，使设计和施工减少不必要的麻烦。

三、多层工业厂房的结构设计

复杂的结构计算问题伴随着计算机硬件的飞速发展被逐步解决了，从而使结构工程师们从繁琐的计算工作中解放出来。他们能够将充足的精力用在结构方案的选择比较上，正确的确定结构布置和结构方案，进而从整体上提高设计水平及设计质量，最终达到降低工程成本的目的。

3.1 楼面等效荷载计算

荷载计算是结构计算的前提条件，它的取值是否准确直接关系到整个结构计算的准确性。工艺条件中出现的荷载问题，例如某个工程中，工艺提出楼面的均布荷载是15KN/m²，但是根据实际工艺设备布置图和设备的重量，根据等效荷载的计算方法得出楼面均布荷载是

10KN/m²。工业建筑与一般的民用建筑结构和楼面的活荷载等有很多不同之处。工业建筑楼面的楼面荷载比高层民用建筑的活荷载大。例如，一些中小型机床柱上、梁上、上楼层有吊车荷载，其跨度柱网比一般的民用建筑设计要大，厂房的层高相对较高，并且工业建筑的最大特点就是整个平面基本上没有内隔墙。

多层工业厂房一般采用现浇钢筋混凝土板梁结构，楼板的平面刚度很大，厚度也比一般的高层民用建筑所用楼板厚。电梯中的货梯间，如果不使用剪力墙，整个刚度的重心就移向了剪力墙，由于电梯或者货梯一般都设置在端头或角部，这样看来结构的刚度布局显然很不合理。因此，电梯和货梯间需使用框架进行填充。

3.2 柱子计算长度的调整

由于厂房一般均有吊车，结构计算软件（如PK）将牛腿作为一个节点输入，计算时软件将牛腿以下作为一层，而将牛腿以上至楼面作为另一层，如对柱子计算长度不加干预，软件即认为柱子计算长度系数分别是一层1.0；二层1.25；三层1.25；四层1.25；这样与实际柱计算长度不符，结果偏于不安全，计算中可将柱子计算长度系数作如下调整，一层1.0H1/L1；二层1.0 H1/L2；三层 1.25 H2/L3；四层1.25 H2/L4。

3.3 梁端弯矩的宽度调幅

框架结构可以考虑梁端的塑性变形，对竖向荷载作用下的梁端负弯矩进行调幅。而对梁端弯矩的宽度调幅不太重视，普通框架不进行梁端弯矩的宽度调幅，由于其本身配筋不多，截面小，影响并不大。多层厂房的跨度大，荷载大，框架柱梁的截面也比较大，框架梁的配筋很多，尤其支座处负弯矩很大造成配筋非常密。给设计和施工都带来很大的麻烦，规范给出了梁端支座弯矩宽度调幅的公式： M支=Mmax-Mmin（0.3×Mmax，BV/3）式中：Mmax，V――支座形心处的弯矩和剪力； B――支座宽度。

由上式可以看出，必须进行宽度调幅。

3.4裂缝宽度、罕遇地震的验算

在设计工业建筑时为了满足正常使用状态的要求而进行裂缝宽度的验算，其中规定混凝土梁的裂缝应小于0.3毫米，如计算中超过，可以通过减小钢筋截面、增加钢筋根数来调整，如果还不满足要求，应修改柱梁截面重新计算。抗震设计的原则是三不准，即“小震不坏，中震可修，大震不倒”。所进行的抗震验算仅满足“小震不坏”，构造上加强来满足“中震可修”，罕遇地震的验算则是满足“大震不倒”，规范规定7度――9度时楼层屈服强度系数小于0.5的框架结构宜进行高于本地区设防烈度预估的罕遇地震作用下薄弱层（部位）的抗震变形计算，并且规定结构薄弱（部位）层间弹塑性位移角应小于 1/50。多层厂房的设备投资经常远远大于土建投资，罕遇地震的验算应属必要。

3.5 多层吊车的计算

多层工业厂房一般有多层多台吊车，目前PK软件尚不能对多层吊车进行计算，因此在设计中最有效的办法就是将一层吊车作为吊车荷载输入，然后将其余层的吊车荷载作为活荷载的参考，这是对多层吊车计算方法中最接近近似值的方法。

3.6 电梯井筒想练框架的计算

以往设计框架，电梯井壁按照构造配筋，这种方法计算数值偏低，没有安全性。框架部分应该按照壁式框架计算出的数据进行配筋，电梯的井壁需按照剪力墙进行配筋。

3.7 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，规范规定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。

结束语

综上所述，要想做好多层工业厂房的结构设计，必须要清楚结构设计的概念，做到选型合理；为避免施工困难，施工图的设计与现场施工相互结合；结构计算要准确、合理、真实，通过反复验算，根据实际情况不断进行调整，只有这样才能达到最佳的设计水平和实际效果。

参考文献：

[1] 李杰生，浅析多层工业厂房的结构设计， 2016.07.

[2]张维斌.多层及高层钢筋混凝土结构设计，2015.04.

[3] 康勇，浅论多层工业厂房的结构设计， 2013.09.