多层工业厂房的结构设计

【关键词】结构体系；多层工业厂房；结构设计要点 

　　一、多层工业厂房三个主要的结构体系 

　　现在常用的支撑体系、纯框架体系、钢架加支撑的混合体是多层工业厂房结构的三种主要体系。 

　　1、支撑体系也是框架体系，刚接框架是其横向设计结构，柱间支撑为这个框架体系的纵向结构设计，抵抗着水平负荷的载重。纵向较长、横向较短的厂房适用这种体系，因为它相对来说是比较的经济，而柱间支撑影响着我们厂房的使用情况则是它的缺点。 

　　2、是纯框架的体系，相比我们的框架体系，纯框架体系设置的最特别之处是它中间是没有柱间支撑的，钢接框架在纵向和横向都被采用。把厂房纵横两个方向都设计成刚接框架，不设置柱间支撑。其优点是使用空间不受影响，缺点是柱不宜采用工字型柱，而要采用两个方向惯性矩差别不大的截面形式（如箱形柱），这样就导致用钢量有所增加。 

　　3、钢架加支撑的混合体系，在横向设计结构上，它的框架体系与刚接框架是一样，而在纵向设计结构上，它则是由钢架和支撑混合构成的的形式 它的抵抗水平力是由钢架和支撑两者共同形成的。纵向弯矩被缩短能够突出它的优点，要求过大的楼面刚度是它的缺点，变形楼面、柱间的不协调都是由于刚度不足导致的，刚度不足就很难有效的发挥支撑效果。 

　　二、多层工业厂房的基本特征 

　　1、平面结构布置和柱网布置 

　　多层工业厂房在平面布置中，通常为了满足工艺要求，使结构布局不规整，柱网不规则，布梁不整齐，甚至有工艺要求在主受力构件上开孔的现象。同时厂房内部一般空间较大，柱距多为6～12m，局部有抽柱设计的，柱距会增大到18m 以上。这使得结构传力复杂，受力不明确，设计中容易产生应力集中现象。 

　　2、竖向结构布置和层高 

　　多层工业厂房的层高较大，能达到4～8m，且竖向布置经常出现错层、夹层，楼板开大洞，这使得楼板无法提供足够的平面内刚度，结构有效质量沿竖向分布不均匀。在地震作用下，结构可能产生“短柱效应”，使得局部柱段水平剪力成为截面设计的控制因素。 

　　3、各种类型的荷载 

　　工业厂房的集中荷载主要包括设备自重，有时还需要考虑设备的震动扰力，根据规范要求进行动力计算。悬挂荷载主要包括管道荷载，吊车荷载，有时管道还产生水平荷载及弯矩。板面荷载主要根据生产工艺的要求，在不同的生产楼地面有不同的活荷载取值，但这种活荷载一般均大于民用建筑中的活荷载。 

　　4、楼面及基础形式 

　　工业厂房楼面一般采用现浇钢筋混凝土楼面，但由于工艺所提设备荷载要求，楼板或出现开洞，或出现局部厚度变化。 

　　厂房的基础形式多采用柱下独立基础，柱下条形基础，若地基承载力低，可采用灰土挤密桩、砂桩等方法处理，亦可采用灌注桩，直接作用在坚硬的土层上面。 

　　5、轻型围护结构 

　　工业厂房的围护结构一般不作为承重体系，通常采用轻质材料，屋盖结构多采用钢桁架檩条体系加铺轻质保温层。此种轻型围护材料有利于减轻结构自重，减少地震反应。 

　　三、多层工业厂房结构设计要点 

　　多层厂房结构设计中一定要遵循几点原则：第一要使柱网的位置对称均匀；第二使房屋的刚度中心和质量中心尽量相近，这样可以减少屋子空间扭转作用；第三是结构尽量简捷、规则。这样做的目的都是为了避免出现应力集中和变形突变的凹角和收缩，避免竖向变化过多的外挑和内收，要求沿竖向的刚度不发生突变或者少突变的情况出现。一般多层厂房的结构都是采用的框架结构，有的也采用框剪结构（比方说层数比较多或者工艺条件许可的情况下可以采用），多层厂房在一般情况下来说都需要较大的空间。 

　　1、控制横向框架与纵向框架的周期 

　　多层厂房的特点是跨度大，所以一定要注意控制横向框架与纵向框架的周期。因为横向跨度大，柱子少，而纵向柱间距离比较小，柱子多，所以一般情况下采取横向控制，使纵横方向的抗震能力能基本上相同。 

　　2、电梯间的位置一定要布置合理 

　　为了更加适应货物设备等运输方便，多层厂房一般都要设置电梯的位置，在设计的过程中要考虑到电梯井筒对建筑物的偏心影响，因为钢筋混凝土电梯井筒刚度很大，在设计结构位置布置中要尽量避免井筒放在建筑物的角部和端部这两个地方，万一遇到工艺需要布置在这样的位置时，那对其周期的楼板和框架要采取加强的措施。 

　　3、地震区的多层厂房宜少或不设防震 

　　地震区房屋的伸缩缝是合一的，当房屋较长时，宜采取下列一些构造措施和施工措施以少设伸缩缝及防震缝；施工中，每隔40m设置一道，800mm――1400mm宽的后浇带，后浇带的位置设在结构受力影响最小的区段；在温度影响较大的顶层、底层、山墙和内纵墙端开间的墙体等部位，适当提高配筋率；加厚屋面隔热保温层或设置架空层形成通风屋面。 

　　4、支撑系统的设计 

　　对于钢结构的厂房来说，通常为了确保厂房整体刚度，控制厂房位移，以及明确地传递纵向水平力，同时还要考虑到厂房中设备运行对钢结构的影响，必须结合厂房高度、跨度、温度区段的长度等具体情况来设置支撑系统。钢结构的支撑系统目前主要有屋盖支撑和柱间支撑。 

　　（1）柱间支撑系统 

　　厂房设计过程中必须要在每一温度区段内设置柱间支撑系统，同时也要充分考虑到屋盖横向水平支撑的协同工作问题。由于下柱支撑的位置是决定钢结构纵向变形的主要因素，同时还会影响到温度应力的大小，因而当厂房长度较长时不宜将柱间支撑设置在纵向端头跨内，否则吊车梁等纵向机构不能够随着环境温度变化向温度区段的两端伸缩。根据《建筑抗震设计规范》的要求，当7度厂房单元长度大于120m（采用轻型围护材料时为150m）、8度和9度厂房单元大于90m（采用轻型围护材料时为120m）时，应在厂房单元1/3区段内各布置一道下柱支撑。为了提升厂房结构上部的纵向刚度，以及传递纵向地震作用和山墙的风力，还应该在温度区段的两端柱间设计上柱支撑。 

　　（2）屋盖支撑系统 

　　屋盖支撑系统通常是由垂直支撑、纵向支撑、横向支撑以及系杆组成。屋盖支撑系统的设计应该结合厂房的高度、柱网布置、厂房跨度、屋盖结构形式以及厂房内设备的振动情况进行综合考虑。此外，屋面支撑系统的布置，还应根据柱间支撑的位置总体考虑，使屋面支撑与柱间支撑形成简洁的传力路径，并形成有效的提高厂房刚度的措施。如果厂房内有大型振动设备的厂房，其屋盖还应该设置纵向水平支撑。 

　　结束语：做好多层工业厂房的关键是清晰明了结构设计的理念，加强结构设计和施工的沟通，避免施工过程中产生困难，同时，结构设计过程中要更加的反复验算，调整梁柱界面，以达到最佳设计。 

　　参考文献： 

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　　[4] 刘震.工业厂房钢结构设计体会[J].中国科技信息，2012（06）.