多层钢结构工业厂房设计问题分析.doc

1、多层钢结构工业厂房设计问题分析摘要：随着国民经济建设力度的加快，对我国钢结构工业厂房要求越来越高，在跨度、高度、平面尺度、柱距以及吊车吨位方面取得了良好的发展。随着钢结构设计方案在整个设计中的地位越来越显著，越来越多的多层厂房兴起，由于自重轻、施工速度快、抗震性良好等优点，逐渐替代钢筋混凝土结构。本文结合我国多层钢结构工业厂房设计问题，对多层钢结构工业厂房结构布置、应该注意的问题以及工程实例进行了简要的阐述。 关键词：多层钢结构；工业厂房；设计问题；结构布置 中图分类号： TU391 文章编码： 随着科学技术的不断发展，为了满足现代大型工业建筑生产以及不断更新的工艺技术要求，传统单一的功能形式

2、逐渐被替代。由于传统建筑形式不能胜任当今生产方式改变的需求，工业大厦、灵活车间、联合车间等很多大型多功能厂房应运而生；其次，随着建设用地需求以及工艺流程不断加大，多层厂房以及高层厂房逐渐增多。由于多层厂房开洞多、荷载跨度大，又有很多多层吊车，因此，在设计过程中，必须根据实际存在的问题，不断进行总结探讨，从根本上促进我国多层工业厂房发展。 一、多层钢结构工业厂房结构布置 （一）多层工业厂房结构设计要点 在建筑工程中，多层厂房由于工业布置要求，需要很大的建筑空间，在结构布置中通常采用框架的形式；在工艺条件比较复杂、层数较多的情况下，采用工业厂房框剪结构。在结构布置中，为了保障工业厂房设计合理性，必

3、须尽量让柱网布置均匀，让房屋质量中心和刚度中心靠近，从而减少房屋空间扭转作用，让工业厂房结构体系更加规范、简捷，拥有明确的结构传力方向。为了避免突变变形以及应力集中出现收缩和凹角，或者在竖向变化过程中出现过多的内收和外挑，在结构设计中，应该尽量减少竖向刚度突变或者不变。 在纵向框架和横向框架控制周期中，受多层厂房平面尺寸较大、跨度方向等相关因素影响，在横向控制作用中，让横纵向抗震能力大致一样，从而促进抗震作用发挥，让厂房设计更加科学经济。为了保障电梯间位置合理性，由于多层厂房货物重、垂直运输频繁，在竖向运输的要求下，必须设置对应的电梯。在这个过程中，由于钢筋混凝土井筒刚度很强，在多层工业厂房结

4、构布置中，必须充分结合井筒电梯建筑物偏心力作用，有效避免井筒电梯布置在建筑物端部或者角部。当钢结构工业厂房布置不可避免时，根据四周框架以及楼板特点，采取相应的措施。 由于地震区房屋伸缩缝大多都是合一的，当多层钢结构工业厂房较长时，必须采取施工措施或者构造措施，从根本上有效预防震缝或者减少伸缩缝。为了保障地震区多层厂房建筑安全，在多层厂房四周应该不设或者少设防震缝；在施工中，较长结构厂房楼板为现浇钢筋混凝土楼板时，必须根据规范布置后浇带，后浇带设置为：在间隔 40 米的地方重新设置一道长为 800 毫米，宽为 1400 毫米的后浇带，将后浇带位置放在影响最小的结构受力方向上。对于影响较大的底层、

5、顶层、内纵墙开间以及山墙等墙体位置，通过适当调整配筋率，在屋内保温隔热层加厚的同时，设置对应的架空层，确保整个屋内通风质量。在罕遇地震、裂缝宽度验算中，裂缝宽度验算是为了保障整体刚度和稳定度，让混凝土梁裂缝宽度始终在 0.3 毫米以下，当计算超过时，通过提高钢筋根数、减小钢筋截面的方式进行调整，当不满足相关要求时，再进行柱梁重新计算。 （二）常用结构体系 在多层钢结构工业厂房结构体系中，常用的结构体系主要包括：框架支撑、纯框架以及钢架加支撑的混合体系。 框架支撑体系，在工业厂房横向设计成刚接框架时，纵向设计则为支撑成柱体系，通过柱间支撑，有效抵抗水平荷载影响，这种体系具有节约、经济的特点，由于

6、柱间支撑很可能会影响使用效益，因此，这二种体系一般用于横向较短，纵向相对较长的多层架构工业厂房。 纯框架体系，则是将纵横的厂房方向，通过不设置柱间支撑，将其设计成刚接性框架；由于柱间不设支撑，在使用性能空间不受影响的过程中，通常使用两个方向惯性矩差别很小的箱型柱等截面形式，通过钢量不断增加，形成结构体系。 支撑加钢架的混合体系，这种形式的不同之处则是将纵向设计，通过支撑和钢架的混合型式，在两者的共同作用下，不断抵抗水平力，从而有效降低柱体纵向弯矩。为了避免柱子间有可能出现不协调的现象，楼面刚度必须很大，进而确保柱间支撑作用正常发挥。 （三）其他布置以及构造 在柱网布置中，多层钢结构工业厂房大型

7、设备布置对柱网具有重要影响，柱距一般在 6 米左右，为了保障实际需求，通常采用 4.5 到 12 米的柱网形式。对于重型设备，必须根据建筑设计规范相关要求，在布置单独的圈柱中，让厂房设备和柱体重合，从而有效降低地震作用下大型设备出现的巨大倾覆力距，对建筑支撑梁造成不利影响。在楼盖布置中，楼盖主要包括：装配式预制、装配整体式以及普通现浇混凝土楼板。 在支撑体系中，为了不影响生产操作，必须根据操作规范，沿着厂房纵向设置垂直或者水平支撑，在努力遵循水平地震和侧力作用重合原则的同时，保证支撑体系。其中，以偏心支撑和中心支撑最为重要，普通的多层钢结构工业厂房一般使用人字、交叉或者单斜杆支撑等中心支撑形式

8、，避免 K 型支撑造成的不良影响。由于中心支撑只适合构造简单、地震力相对较小的结构，一旦厂房在强震区或者高层钢结构时，必须采用耗能水平、延性更好的偏心支撑。 在节点构造中，钢结构主要包括：梁柱节点、构件节点、连接节点、接头节点以及柱脚节点等。目前，根据以往典型栓焊钢节点不足，逐渐出现新型的刚接形式，如：托座式、盖板式、切缝式、狗骨式节点，对于普通的多层钢结构厂房仍然采用典型的梁柱钢接节点；对于强震区则使用思想先进，能充分将塑性自梁端外移的狗骨式节点。 二、多层钢结构工业厂房设计应该注意的问题及工程实例 （一）多层钢结构工业厂房设计应该注意的问题 为了保障工艺设计和结构设计的协调性，厂房的专业结

9、构必须根据配套专业特点，不断适应工艺要求，让结构设计进一步满足工艺条件。在工艺设计中，由于设计人员经常和结构设计发生矛盾；例如：在框架梁施工中，设备本可以设置在梁端部，由于各种因素影响却设置在跨中，从而导致梁荷载与截面偏大，既不经济，也不科学。因此，在拟定方案中，必须根据工程特点，让工艺和结构设计人员协调，在尽量了解工艺布置的过程中，为设计、施工减省不必要的麻烦。 在结构计算中，随着网络硬件的快速发展，让结构工程师逐步从琐碎的计算中解脱，可以将精力放在结构方案中，进而增强工程设计水平，有效境地工程成本消耗。在楼面荷载等效计算中，荷载计算作为结构计算的重要内容，荷载准确性直接关系着计算结果精确性

10、；例如：某工程楼面荷载位 15KNm2,根据工艺设备重量和设备布置图，必须规范楼面等效荷载计算方法，根据楼面布置，得到相应的结果。 在核心节点区抗剪验算中，节点设计必须根据弱梁强柱原则，对于一二等级的抗震节点进行承载力计算；在实际工作中，由于梁柱中心线不能切实重合，在截面、节点偏心较大的同时，对柱节点受力以及构造造成了很大的影响。因此，在厂房设计中必须注重大荷载、大空间、大跨度多层厂房节点核心区域验算工作。 （二）工程实例 某工程作为电石冶炼的多层钢结构厂房，首层层高为 4.4 米，二层标高为 12.0 米，总体建筑面积达到 400 平方米；局部二层为 16.0 米和 7.0米；局部一层为 1

11、0.5 米，高度为 22.2 米，层高为 4.5 米。为了保障工艺需求，柱距横向为 4 到 15 米，纵向为 5 到 11 米；为了保障承重需求，每台设备周围都必须设置箱形柱，为了降低造价，箱柱在 12.0 米以上的部位承载屋面荷载，将截面和框架转变为工字型柱，独立基础刚性和柱连接。在屋面结构中，使用 C 型钢擦条以及夹芯板，由于功能限制，只有纵向外围没有交叉型柱（如图所示） 。 多层钢结构示意图 在荷载计算中，基本风压和地震烈度确定，地震加速度为 0.10g，以0.35 为阻尼比（如表一所示） 。在荷载工况中，根据荷载规范，该工程必须结合地震力 X 方向 Y 方向作用、风力 X 方向 Y 方

12、向作用、活载以及恒载作用下的标准内力。在计算方法中，通过 STS 空间进行空间建模，使用 SATWE 相关软件进行结构内里计算等。 表一：主要荷载 在自振周期和结构振型中，由于没有明显的振型，表明结构刚度和质量分布合理。在主要构件尺寸中，该框架结构根据八根集中的柱子，使用柱外箱形，通过工字形截面焊接，采用双槽钢进行支撑。在结算结果中，根据计算分析表明，各种柱、梁设计，必须控制在应力运行的范围内，当设计允许限值为 90%时，该构件稳定性、刚度、强度良好，各种节点验算满足多层钢结构工业厂房设计要求（如表二） 。 表二：梁柱截面形式 三、结束语 多层钢结构工业厂房作为工业厂房结构发展的重要方向，具有

13、很大的潜力，由于认识不够全面，导致很多工程都没有采用最佳钢结构体系。因此，在实际工作中，必须明确多层钢结构设计概念，转变设计观念，在保障结构设计合理的同时，让施工方案和施工图设计相结合，避免施工困难以及结构不准确造成的影响，从而推动我国多层钢结构工业厂房设计效益。 参考文献： 1邸小坛,孟玉洁.混凝土结构设计规范简介J.建筑科学,2011,27(z1):54-56. 2罗开海,周一航,姚志华等.建筑抗震设计规范 GB50011-2010 问题解答(四)J.工程抗震与加固改造,2012,34(5):137-140. 3金新阳.建筑结构荷载规范修订原则与要点J.建筑结构学报,2011,32(12):79-85. 4徐有邻.混凝土结构理论及规范的发展纪念我国混凝土结构设计规范的奠基者李明顺教授J.建筑结构学报,2010,31(6):17-21.