淺談工業(yè)建筑的結(jié)構(gòu)選型

摘要：隨著國家機(jī)械工業(yè)的快速發(fā)展，新型建筑材料的生產(chǎn)及應(yīng)用，建筑的結(jié)構(gòu)選型也越來越多樣化，堅(jiān)持切合實(shí)際.安全適用.技術(shù)先進(jìn).經(jīng)濟(jì)合理的設(shè)計(jì)宗則，更多的應(yīng)用了三新：新技術(shù)、新結(jié)構(gòu)、新材料，各地區(qū)不同情況不同對(duì)待，因地制宜。本文分析了各類工業(yè)建筑的使用特點(diǎn)，探討了工業(yè)建筑的結(jié)構(gòu)選型方法。

關(guān)鍵詞：工業(yè)建筑；結(jié)構(gòu)選型；方法

工業(yè)建筑是用于工業(yè)生產(chǎn)的建筑物，其不僅包括生產(chǎn)車間及倉儲(chǔ)空間，同時(shí)還包括宿舍、食堂、辦公樓等配套建筑。在現(xiàn)代管理理論及實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)日漸豐富的今天，企業(yè)對(duì)生產(chǎn)效率、管理效率的重視日漸增強(qiáng)。

一、各類工業(yè)建筑的使用特點(diǎn)

傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)類型和新型的輕鋼結(jié)構(gòu)各有特點(diǎn)：傳統(tǒng)的磚混結(jié)構(gòu)、鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、施工技術(shù)成熟，大跨度屋架有各種標(biāo)準(zhǔn)圖集可供套用，各地都有大型構(gòu)件廠制作預(yù)制構(gòu)件。這類結(jié)構(gòu)基本無須保養(yǎng)整修，整體使用年限均可達(dá)到五十年。其缺點(diǎn)是結(jié)構(gòu)自重大，跨度受局限，預(yù)制構(gòu)件制作、運(yùn)輸、吊裝施工周期較長(zhǎng)，造價(jià)相對(duì)較高。新型的輕鋼排架梁、輕鋼剛架和網(wǎng)架結(jié)構(gòu)以其結(jié)構(gòu)自重輕、跨度大、構(gòu)件制作、運(yùn)輸、吊裝施工周期短、車間外觀較好，造價(jià)低的特點(diǎn)倍受建設(shè)單位和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員的青睞，得以在大跨度工業(yè)建筑中廣泛運(yùn)用。其缺點(diǎn)是金屬材料（主要是其表面涂層）耐久性相對(duì)較差，長(zhǎng)期使用需要維護(hù)，其配合使用的鍍鋅彩鋼板的使用壽命一般不超過十五年。

二、工業(yè)建筑的結(jié)構(gòu)選型方法

1.工業(yè)建筑結(jié)構(gòu)選型包括結(jié)構(gòu)體系的選擇，柱網(wǎng)的布置，梁的布置，剪力墻的分布，基礎(chǔ)的選型等。設(shè)計(jì)人員根據(jù)建筑物的性質(zhì)、高度、重要程度、當(dāng)?shù)氐目拐鹪O(shè)防列度、風(fēng)力情況等條件來選擇合適的結(jié)構(gòu)體系。是采用磚混結(jié)構(gòu)、框架結(jié)構(gòu)、框剪結(jié)構(gòu)、框支結(jié)構(gòu)、筒體，還是巨型框架、脊骨體系、選定結(jié)構(gòu)體系后，就要具體決定柱、梁、墻（剪力墻）的分布和尺寸等。工業(yè)建筑高度、規(guī)模、投資都在日益增大，加上影響結(jié)構(gòu)選型的各種綜合因素增多，都需要更加先進(jìn)、更優(yōu)化的結(jié)構(gòu)系統(tǒng)相匹配。在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)選型中選擇預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，輕鋼結(jié)構(gòu)和各種輕型空間結(jié)構(gòu)等輕型結(jié)構(gòu)能夠在一定程度上增加建筑的抗載能力。

2.結(jié)構(gòu)概念是指在施工圖階段，對(duì)工程結(jié)構(gòu)計(jì)算所需的材料性能、力學(xué)知識(shí)和結(jié)構(gòu)分析方面，必須有一個(gè)正確的概念，這對(duì)實(shí)現(xiàn)總體方案，確保施工圖設(shè)計(jì)質(zhì)量是至關(guān)重要的。其思維方式習(xí)慣于重視橫向思、重視實(shí)踐、重視綜合考慮、重視改革創(chuàng)新、重視相對(duì)性。在結(jié)構(gòu)選型中采用概念設(shè)計(jì)能夠在一定程度上控制裂縫形成。概念設(shè)計(jì)是結(jié)構(gòu)選型的中的一種新思路，能夠用整體概念考慮結(jié)構(gòu)總體系統(tǒng)和各個(gè)基本分體之間的力學(xué)關(guān)系，創(chuàng)造一個(gè)良好、安全和經(jīng)濟(jì)的結(jié)構(gòu)總體方案。計(jì)算機(jī)技術(shù)和信息技術(shù)的發(fā)展使得現(xiàn)在結(jié)構(gòu)分析常常借助于計(jì)算機(jī)運(yùn)算，即結(jié)構(gòu)電算。結(jié)構(gòu)電算中的程序選擇和應(yīng)用分析都和概念設(shè)計(jì)密切相關(guān)。結(jié)構(gòu)計(jì)算的過程中要簡(jiǎn)化計(jì)算模型，簡(jiǎn)化計(jì)算程序。模型要盡量符合真實(shí)受力情況，包括結(jié)構(gòu)構(gòu)件的空間布置、荷載的分布、結(jié)構(gòu)構(gòu)件的剛度、形式、約束、連接、位移變形特征等，實(shí)際結(jié)構(gòu)的簡(jiǎn)化模型應(yīng)與軟件假定的力學(xué)模型相符。

3.結(jié)構(gòu)選型的一般規(guī)定

（1）優(yōu)先選用預(yù)應(yīng)力混凝土裝配式鋼結(jié)構(gòu)，必要時(shí)也可采用現(xiàn)澆混凝土結(jié)構(gòu)。當(dāng)跨度≤15m，柱距≤4m單層廠房，且：第一，柱頂高度≤6.5m無吊車或有≤2t懸掛吊車廠房；第二，吊車起重量≤3t，軌道頂高度≤5.4m輕級(jí)、中級(jí)工作制廠房，均宜采用磚混結(jié)構(gòu)（磚墻、柱（配筋磚柱）承重，鋼筋混凝土樓板及頂板組成的結(jié)構(gòu)）。

（2）當(dāng)跨度為18m，柱距為6m的單層廠房，一半采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，若材料或施]二有困難，在下列情況之一者，也可采用磚混結(jié)構(gòu)：第一，柱頂標(biāo)高≤7.5m，無吊車或有≤3t懸掛吊車；第二，吊車≤5t，軌頂≤6m的輕、中級(jí)工作制吊車廠房；第三，柱頂≤7m的設(shè)有≤0.75t鍛錘的廠房：第四，除頂層外，各層主梁跨度≤6.6m，開問≤4m，樓板荷載≤400kghn，承重隔墻較密的五層（及以下）的試驗(yàn)樓、辦公樓或生活輔助建筑，宜采用磚混結(jié)構(gòu)，承重隔墻較疏的四層（及以下）的上述構(gòu)筑物也可采用磚混結(jié)構(gòu)（獨(dú)立承重柱超過：三層時(shí)，宜采用鋼筋混凝土柱）；第五，除頂層外，各層主梁跨度≤9m，開間≤4m，樓面荷載≤400kg/m，承重隔墻較密的四層（及以下）的試驗(yàn)樓、辦公樓或生活輔助建筑也可采用磚混結(jié)構(gòu)；第六，除頂層外，各層主梁跨度≤7.5m，樓面荷載≤1000kg/m：，樓層總高度≤15m的四層及以下廠房的試驗(yàn)樓，可采用鋼筋混凝土內(nèi)框架結(jié)構(gòu)；第七，獨(dú)立磚柱截面不宜超過490mm X 490mm，否則宜采用鋼筋混凝土或組合磚柱。在大中型廠房中，應(yīng)采用裝配式鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)和預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)。在特別高大的重型廠房和基礎(chǔ)有特殊要求的廠房宜采用鋼結(jié)構(gòu)或部分鋼結(jié)構(gòu)。

（3）具有高溫的廠房建筑物，當(dāng)構(gòu)件表面溫度長(zhǎng)期處于50℃ 以上時(shí)，不應(yīng)采用木結(jié)構(gòu)，當(dāng)構(gòu)件表面溫度長(zhǎng)期處于150℃ 以上時(shí)，應(yīng)采用鋼結(jié)構(gòu)，并須采取相應(yīng)隔熱防護(hù)措施，使構(gòu)件表面溫度保持在150℃ 以內(nèi)，當(dāng)鋼筋混凝土構(gòu)件表面溫度：吊車梁≥60℃，屋架、屋面梁、托架≥80℃，以及其他構(gòu)件≥100℃時(shí)，必須采取隔熱防護(hù)措施，但采取措施的表面溫度仍≥60℃時(shí)，計(jì)算時(shí)應(yīng)對(duì)其鋼筋混凝土強(qiáng)度和彈性模量進(jìn)行折減。

三、工業(yè)建筑實(shí)例

1.電廠煤斗。煤斗屬于大型設(shè)備，具有體積大、高度高的特點(diǎn)，會(huì)產(chǎn)生水平地震作用。對(duì)其支承構(gòu)件造成的附加彎矩、扭矩等內(nèi)力，則需要相應(yīng)的計(jì)算補(bǔ)償其附加內(nèi)力。具體做法為：在設(shè)備重心位置增加設(shè)置支承結(jié)構(gòu)，降低附加內(nèi)力；在支承梁桿軸心垂直的方向增設(shè)梁結(jié)構(gòu)，使支承梁的扭矩轉(zhuǎn)成為作用于梁上的彎矩。而梁的抗彎能力是非常強(qiáng)的，從而使危險(xiǎn)轉(zhuǎn)移；支承結(jié)構(gòu)抗扭配筋加強(qiáng)，樓板強(qiáng)度加強(qiáng)。

2.磨煤機(jī)隔振。

（1）火電廠的發(fā)電離不開將煤炭作為燃料，磨煤機(jī)是重要的設(shè)備工具。振動(dòng)程度較大會(huì)干擾其他設(shè)備的正常運(yùn)行，尤其是配電裝置和發(fā)電機(jī)組所在的控制室。為了解決這些外界干擾問題，彈性支承系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生。該系統(tǒng)隔振能力較好，使用彈簧隔振器來消除振動(dòng)的影響效果明顯。

（2）磨煤機(jī)基礎(chǔ)采用彈簧隔振系統(tǒng)后，與常規(guī)塊式基礎(chǔ)相比具有許多優(yōu)勢(shì)。第一，采用彈簧隔振系統(tǒng)后，磨煤機(jī)基礎(chǔ)臺(tái)座的體積或重量大約只有常規(guī)基礎(chǔ)塊的一半。因而減小了占地空間，有利于工藝布置。第二，采用彈簧隔振系統(tǒng)后，減小了磨煤機(jī)產(chǎn)生的振動(dòng)，減小了磨煤機(jī)對(duì)周圍廠房及工作人員的振動(dòng)影響。不會(huì)有明顯的振動(dòng)傳遞到主廠房上?；A(chǔ)的隔振效率可達(dá)到90%以上，并可降低噪聲。另外，由振動(dòng)引起的鍋爐及鍋爐內(nèi)襯的損壞和由于振動(dòng)而造成的火力發(fā)電廠的運(yùn)行事故也可以避免。由于磨煤機(jī)基礎(chǔ)臺(tái)座與鍋爐房廠房結(jié)構(gòu)分離，磨煤機(jī)基礎(chǔ)的施工相對(duì)獨(dú)立，并有很大的靈活性。磨煤機(jī)基礎(chǔ)的施工可以交叉進(jìn)行，可以縮短施工周期。第三，簡(jiǎn)化磨煤機(jī)的調(diào)平，其基礎(chǔ)沉降可以通過彈簧隔振器得到調(diào)平。第四，采用彈簧隔振系統(tǒng)后，磨煤機(jī)本身所受的動(dòng)荷載很小，降低了磨煤機(jī)的磨損，使磨煤機(jī)的運(yùn)行可靠性提高。同時(shí)還可以延長(zhǎng)磨煤機(jī)的使用壽命，延長(zhǎng)磨煤機(jī)的大修周期。與常規(guī)基礎(chǔ)相比，采用彈簧隔振系統(tǒng)后，磨煤機(jī)基礎(chǔ)的振動(dòng)具有可控性。采用彈簧隔振基礎(chǔ)后，傳到基礎(chǔ)下面的荷載較小，因而可以減少地基基礎(chǔ)的處理費(fèi)用。

3.吊車水平載荷。很多工廠的生產(chǎn)都需要吊車運(yùn)送沉重的貨物，吊車載荷分為水平和豎直兩個(gè)方向。在結(jié)構(gòu)分析中能夠?qū)⒌踯嚨乃捷d荷以等效靜載荷的形式施加在排架柱上，豎直載荷則通過移動(dòng)靜載荷方式施加。具體步驟為：縱向水平載荷的標(biāo)準(zhǔn)值確立；橫向水平載荷的標(biāo)準(zhǔn)值確立；吊車水平載荷施加；吊車豎向載荷施加；吊車載荷輸入。橋梁模塊能夠?qū)Φ踯囕d荷結(jié)構(gòu)進(jìn)行整體優(yōu)化，減少數(shù)據(jù)計(jì)算人員的工作量。

工業(yè)建筑結(jié)構(gòu)要滿足生產(chǎn)需要根據(jù)使用功能、自身?xiàng)l件、環(huán)境因素等多方面進(jìn)行設(shè)計(jì)和選擇。盡量達(dá)到合理性和經(jīng)濟(jì)性。在設(shè)計(jì)的過程中還要考慮對(duì)裂縫的影響，在設(shè)計(jì)之初就做好裂縫預(yù)防措施，能夠在很大程度上避免結(jié)構(gòu)裂縫，保障建筑的質(zhì)量。

參考文獻(xiàn)：

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