工業(yè)廠房結(jié)構(gòu)設計淺析

張煒

摘要：近年來，現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)發(fā)展迅猛，對于工業(yè)廠房的結(jié)構(gòu)設計提出了越來越高的要求，單一形式和功能的工業(yè)廠房已經(jīng)難以滿足工業(yè)生產(chǎn)要求。加上工業(yè)用地日益緊張，在這種情況下，多層工業(yè)廠房受到了廣大工業(yè)企業(yè)的青睞，發(fā)展前景廣闊。鑒于此，本文將從工業(yè)廠房結(jié)構(gòu)設計進行深入細致的探討，以期能夠促進工業(yè)化的發(fā)展。

關(guān)鍵詞：工業(yè)廠房;結(jié)構(gòu)設計;鋼結(jié)構(gòu);抗震性能

1 工業(yè)廠房結(jié)構(gòu)計算要點

1.1樓面荷載計算

要計算出樓面荷載，就需要根據(jù)業(yè)主方的設備質(zhì)量、設備布局以及樓面均布荷載等內(nèi)容進行合理計算。同時，工業(yè)廠房往往分為多層，各層均有其特殊用途，其在結(jié)構(gòu)形式以及樓面活荷載等方面均有別于民用建筑，相比較而言，工業(yè)廠房的樓面活荷載往往更為嚴格。對于那些中小型機床上樓層以及梁上，可能會涉及吊車荷載，那么在進行結(jié)構(gòu)設計計算前，都必須考慮到位。對于樓面荷載取值問題，不同行業(yè)需要根據(jù)行業(yè)設備、荷載及其動力等綜合考慮。比如說煤炭行業(yè)，對于礦井地面建筑物的樓面荷載取值以及地面荷載取值，在《煤礦礦井建筑結(jié)構(gòu)設計規(guī)范》中均有明確規(guī)定，在設計過程中只需對照規(guī)范荷載取值表即可，并結(jié)合實際情況作出適應性調(diào)整。

1.2節(jié)點核心區(qū)的抗剪驗算

在進行框架節(jié)點設計時，必須堅持“強柱弱梁更強節(jié)點”的原則，對于抗震等級為Ⅰ、Ⅱ級的節(jié)點而言，需要在此原則之上進行受剪承載力計算。

1.3電梯井筒相連框架

過去，在進行電梯計算時，往往根據(jù)純框架進行計算，結(jié)合構(gòu)架配筋完成電梯井壁的計算，這種計算形式會導致電梯井安全系數(shù)不達標，所以，就需要根據(jù)壁式框架計算出框架部分的數(shù)值，按此標準進行配筋，同時，電梯井壁配筋需要根據(jù)剪力墻相關(guān)計算來完成。此外，工業(yè)廠房往往設置多臺吊車，為使操作更加便利，避免意外事故的發(fā)生，需要輸入一臺吊車的數(shù)據(jù)，其余吊車可考慮為活荷載。

2 工業(yè)廠房鋼結(jié)構(gòu)的設計要點

2.1 合理選擇鋼結(jié)構(gòu)廠房的結(jié)構(gòu)形式

將鋼結(jié)構(gòu)應用于工業(yè)廠房設計過程中，能夠使工業(yè)廠房更好地滿足空間及跨度的相關(guān)要求。在實際設計中，為了設計出大跨度結(jié)構(gòu)的工業(yè)廠房，保證其整體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和承載能力，確保設備在工作運行過程中能夠有效地傳遞縱向水平力，防止出現(xiàn)桿件發(fā)生形變、壓桿穩(wěn)定性不足等問題，則需跟進廠房實際跨度和高度選擇合理的鋼結(jié)構(gòu)廠房類型及其支撐系統(tǒng)。目前，鋼結(jié)構(gòu)廠房的結(jié)構(gòu)形式主要包括框架、網(wǎng)殼（架）、輕鋼以及塔桅等幾種。在進行結(jié)構(gòu)類型選擇時，需要充分考慮其各自特點，比如說，對于輕鋼工業(yè)廠房而言，如果有懸掛或移動荷載的需要，則應盡量選擇采用網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，而放棄門式鋼架。很多時候，“適用條件、概念、構(gòu)造”的重要性要超過定量計算。

2.2 防火設計

相對于其他建材而言，鋼結(jié)構(gòu)具有很強的導熱性，其防火能力比較弱，一旦鋼材周圍溫度超過100℃，其抗拉強度就會降低，塑性增大;如果溫度升高至250℃，盡管抗拉強度有所改善，但是塑性就會不斷下降甚至變脆。如果處于500℃及以上的環(huán)境中，鋼結(jié)構(gòu)的強度將達到最低水平，屆時鋼結(jié)構(gòu)廠房極有可能出現(xiàn)倒塌的危險。因此，就需要根據(jù)實際火災危險性類別等完成防火等級的劃分，并嚴格按照相關(guān)規(guī)范及防火要求，采取相關(guān)防火措施，如在鋼結(jié)構(gòu)表面涂抹防火涂料或隔熱保護措施，把火災對鋼結(jié)構(gòu)的不利影響降至最低。此外，還應完善相關(guān)預防措施，設計疏散樓梯或安全通道。另外，還應設計出溫度監(jiān)控系統(tǒng)，當溫度超過臨界值，報警系統(tǒng)就會自行啟動，降低火災對廠房的破壞。

2.3 防腐設計

部分工業(yè)廠房往往會涉及到一些腐蝕性物質(zhì)，造成鋼結(jié)構(gòu)廠房腐蝕生銹，降低其使用壽命。那么就需要設計人員能夠綜合考慮工業(yè)廠房的應用環(huán)境，制定出相應地結(jié)構(gòu)設計方案，并采取有效地防腐措施，避免鋼結(jié)構(gòu)腐蝕。目前，鋼結(jié)構(gòu)廠房主要是通過在其表面涂抹防腐防銹涂料來達到防腐目的。

3 工業(yè)廠房的地面設計要點

3.1 面層設計

地面往往根據(jù)面層材料進行命名，工業(yè)廠房地面按照構(gòu)造和材料特性的不同，一般可分為塊狀、板狀和整體式。實際中，工業(yè)廠房面層往往需要承受各種物理和化學作業(yè)，對地面的破壞是比較大的，因此，需要我們根據(jù)生產(chǎn)特征和使用要求對工業(yè)廠房面層進行合理選擇。

3.2 墊層設計

墊層的主要作用就是承受地面荷載并將其傳遞至基層，地面墊層按照材料性質(zhì)的差異，能夠劃分為柔性、剛性和半剛性墊層。其中，對于剛性墊層而言，主要由瀝青、鋼筋混凝土等材料制成，硬度和強度比較大，整體性良好、具有適當?shù)牟煌杆裕谥行⌒椭行⌒驮O備安裝的地貌中應用較廣。同時，對于需要承受集中荷載且形變較小的地面、侵蝕性介質(zhì)以及水溶液較多的地面也具有較強的適應性。半剛性墊層則是由三、四合土材料以及灰土材料做成，這種墊層受到力的作用時會出現(xiàn)塑性變形，因此，在實際中，還可以利用工業(yè)及建筑廢料制作半剛性墊層。值得注意的是，在選擇地面墊層材料時，盡可能地要與地面層材料相互適應，并對其生產(chǎn)及使用要求進行充分考慮。

3.3 地面基層設計

地面基層是由土壤層構(gòu)成，主要用于承受上部荷載，最普遍的做法就是素土夯實。地基處理的質(zhì)量能否達標直接關(guān)系到工業(yè)廠房地面承載力的大力是否能夠滿足設計要求。通常而言，地基土填料的含水量不能過大、也不能使用腐殖土、淤泥以及凍土，有機物含量超過8%的土也不在選用之列。倘若地基土的穩(wěn)定性不足，還應摻加碎磚、碎石等硬性材料進行夯實，從而提高地基強度。

4 工業(yè)廠房抗震設計

根據(jù)新抗規(guī)的規(guī)定，該規(guī)定對民用建筑和工業(yè)建筑都有較強的適應性，對因工藝需要而建造成單跨框架結(jié)構(gòu)的情況，抗震設計需要按照相關(guān)規(guī)定作出相應處理。對于新抗規(guī)執(zhí)行中所遇到的疑難問題，新抗規(guī)主編王亞勇等人作出了說明，他們指出，工業(yè)建筑往往因為工藝因素的影響而無法避免使用單跨框架結(jié)構(gòu)，且大多是多層結(jié)構(gòu)，此時若按常規(guī)要求處理往往難以實現(xiàn)，而應按照有特殊要求的工業(yè)建筑作出相應處理。比如說，在工程設計過程中，新抗規(guī)并未針對單跨框架結(jié)構(gòu)作出相應的規(guī)定，部分行業(yè)也沒有可供參照的標準。因此，在進行廠房結(jié)構(gòu)設計時，盡可能地避免使用單跨框架結(jié)構(gòu)，如果確需采用，可以不按照新抗規(guī)的要求執(zhí)行，但必須盡可能地與新抗規(guī)的要求靠攏。

4.1 箍筋閃光對焊技術(shù)

箍筋閃光對焊技術(shù)能夠使箍筋形成連續(xù)且抗拉強度均勻的封閉環(huán)式箍筋，使箍筋的受力性能得到有效發(fā)揮，從而對核心混凝土產(chǎn)生較強的約束力，使核心區(qū)混凝土具有較強的抗壓能力，也能促進其抗剪承載力的提升。相較于之前的綁扎箍筋，這種措施最大的好處在于地震時避免柱箍筋炸開，使結(jié)構(gòu)耗能能力得到有效提升，降低地震發(fā)生時對柱頭或柱腳的破壞，使結(jié)構(gòu)抗震性能得以增強。

4.2 設置芯柱

除了可以使用箍筋閃光對焊技術(shù)，還可以采用設置芯柱的方法使框架柱抗震性能得到有效提高。柱截面彎矩多由框架柱周邊鋼筋抵抗，對芯柱核心鋼筋產(chǎn)生較小的影響。一旦混凝土保護層開裂剝落，會導致混凝土與鋼筋的粘結(jié)力減弱，但是混凝土卻與核心鋼筋保持良好的粘結(jié)性。一旦芯柱不受到破壞，或破壞延遲，將會時框架柱所受的地震災害大大減輕，即便是外圍混凝土出現(xiàn)失效問題，而芯柱依舊能有效承受豎向荷載，從而避免了廠房結(jié)構(gòu)的倒塌。

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