建筑设计评职范文浅析混凝土大跨度工业厂房的结构设计

　　摘要：随着国民经济的迅速发展，工业建筑要不断满足现代化工业生产、工艺不断更新的要求，结构体系日趋多样化，建筑布置与竖向体型也越来越复杂，这就对结构设计提出更高的要求。混凝土大跨度工业厂房的设计需满足相关规范，做到经济合理、安全适用、确保质量，符合节约能源和保护环境的要求。本文首先分析多层混凝土厂房结构的组成部分，然后从四大方面详细探讨了混凝土大跨度工业厂房结构设计的要点。

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　　一、大跨度多层混凝土厂房结构的组成部分

　　(一)空间构造

　　空间构造是多层厂房与单层厂房的重要区别之一。多长厂房的构造在长度上有着明确的规定也即需要设置伸缩缝以避免在施工过程中构件之间产生裂缝进而影响到厂房的安全胜。在设计中需要根据实际需要设置合适的施工缝;另外在多层厂房地基质量较差而厂房竖向高差较大还应设置一定的沉降缝以确保地基与厂房之间的牢固度;对于需要增加抗震设防的多层厂房在设计时，可以将伸缩缝可与防震缝合并，但要注意的是缝的宽度要加大，使之相互作用。

　　(二)楼盖和屋盖结构

　　楼盖和屋盖结构是多层厂房的主体结构之一，主要由主梁与次梁以及板组合而成，是任何多层厂房不可缺少的重要部分。在楼盖和屋盖结构的设计中要充分考虑到楼盖结构的承受荷载和作用，必须要科学合理的计算出楼盖结构的截面承载力以及裂缝宽度。当受有动力作用时，还要按有关规范计算结构的动力效应(楼盖的垂直振幅、结构的水平振幅和振动速度等)，有时也采取隔振措施，以降低因机器本身的扰力引起的结构振动。

　　(三)剪力墙

　　剪力墙又称抗风墙或抗震墙、结构墙。房屋或构筑物中主要承受风荷载或地震作用引起的水平荷载的墙体。剪力墙在多层厂房起着重要作用，通常采用的是钢筋混凝土结构，但在设计中需要着重注意的是其强度等级不可低于C20、存厚度设计上一般情况下不低于楼层高度的1/20且不低于140mm，以防止结构剪切破坏。

　　(四)梁截面

　　在多层厂房混凝土梁的设计中不可忽视的环节就是确定梁的截面尺寸，一般先由梁的高跨比h/l0确定梁的高度h，再由梁的高宽比确定梁的宽度b(b为矩形截面梁的宽度或T形、I形截面梁的腹板宽度)，并将其模数化。对变形和裂缝宽度要求严格的梁，尚应按规定进行扰度验算及裂缝宽度验算。梁截面在大多数建筑中表现为矩形或T形，在设计中除了要确定截面尺寸之外,还应注意梁截面高度与宽度的比值一般不大于4。当楼层高度受限制时，需加大宽度，设置受压钢筋。

　　二、混凝土大跨度工业厂房结构设计的要点

　　(一)厂房设计的主要层高及柱网尺寸

　　多层钢筋混凝土厂房层数多为3～5层，建筑高度控制在24m以下。层高一般较普通结构高，常见的底层层高为5.5～7.0m，上部层高多为4.2～5.0m，某些对净高有特殊要求的厂房上部层高还可达到6m。根据功能需要，一些多层厂房的底层层高高达8～9m，在这种情况下，局部通常会设置夹层作为生产辅房，以充分利用空间。多层钢筋混凝土厂房一般为多跨厂房，各跨度视需要可相同或不同。按照不同的工艺及物流布置，厂房的跨度和柱距也各有不同。不同用途厂房及仓库常用的柱距情况如下：

　　1、电力工业厂房：9m×12m;10m×15m;12m×24m;

　　2、图书库类厂房：8m×12m;9m×12m;

　　3、机械类厂房：9m×12m;

　　4、普通仓库：9m×12m;12m×12m。

　　(二)设计中相关活荷载取值

　　多层钢筋混凝土厂房由于用途不同，活载取值也不尽相同，应满足《建筑结构荷载规范》关于工业建筑楼面活载取值要求。工业厂房中无设备区域的操作荷载，可按均布荷载2.0kN/m2考虑，设备区的荷载需结合厂房的生产用途及业主的需求确定。

　　设计工业厂房楼面梁、墙、柱基基础时，可按荷载规范进行折减，仓库可根据楼面堆放原料或成品较多、较重的区域，应按实际情况考虑;一般的堆放情况可按均布活荷载或等效均布活荷载考虑。在承载能力极限状态下按荷载基本组合进行设计时，活载的分项系数取1.4，对于标准值大于4.0kN/m2的工业房屋楼面结构的活荷载，应取1.3。

　　当工业楼面荷载大于4.0kN/m2时，现行的计算软件无法修正活载的分项系数，在设计时可对活载进行等效，使得结构设计更为合理。如活载为8.0kN/m2时，在计算时可仅考虑7.43kN/m2(1.3×8/1.4=7.43)。

　　多层钢筋混凝土厂房活载与民用建筑相比有许多不同之处，在厂房结构设计时需结合厂房的功能及工艺充分考虑地面、楼面、屋面及其他特殊区域的活载。

　　1、地面活载

　　工业厂房地坪可采用建筑构造地坪和结构架空楼板两种做法，建筑地坪荷载一般为30.0kN/m2～80.0kN/m2;当采用架空楼板时，荷载一般为15.0kN/m2～35.0kN/m2。

　　2、楼面活载

　　常见的多层工业厂房楼面活载一般为5.0kN/m2~10.0kN/m2，发电机房及变配电房的活载为15.0kN/m2～20.0kN/m2。某些特殊功能的仓库，楼面荷载也可达到15.0kN/m2～20.0kN/m2，如冻库的蛋品和果蔬储存区，荷载考虑15.0kN/m2，而其中的机房荷载则达到20.0kN/m2。其他按实际情况考虑。

　　3、屋面活载

　　屋面分上人屋面和不上人屋面，一般按规范考虑的活载为2.0kN/m2和0.5kN/m2。多层工业厂房屋面通常考虑后期放置设备，如风机基础，小水箱等，除了特定设备区域外，其他区域活载一般为4.0kN/m2～5.0kN/m2。

　　4、其他区域活载

　　生产车间的楼梯活载，可按实际情况采用，但不宜小于3.5kN/m2;生产车间的参观走廊荷载，可采用3.5kN/m2。

　　(三)板、梁、柱断面合理选择

　　多层钢筋混凝土厂房结构构件应结合厂房的物流、建筑功能、荷载等影响因素并参考相关的工程实例选择，既要确保结构安全、受力合理，同时兼顾经济合理。框架的主次梁布置需结合内部的工艺物流净高要求，确定主次梁体系、井字梁格布置，板格形成单向板或双向板。

　　通过对比分析可知，在柱网为8m×8m且荷载小于5.0kN/m2的情况下，布置单向梁格较为经济(若板面有较大的振动荷载，建议考虑双向板);在柱网为8m×12m且荷载为5.0kN/m2的情况下，布置单向梁格较为经济，考虑后期荷载和改造需求，建议使用双向梁格;柱网为8m×12m或12m×12m且荷载10.0kN/m2～15.0kN/m2的情况下，采用井字梁格布置对受力和梁格大。

　　在建筑防火分类为丙类建筑时，在设计满足要求的情况下，井字梁格的次梁腹板高度(梁底至板底的净高)宜≤600mm，有利于电专业在造价方面的控制(设置防火报警装置的区域，如未加设吊顶时，次梁腹板高度大于600mm，须在每一个梁格内设置报警装置)小均比较合理。

　　(四)构件配筋设计要点及注意细节

　　多层钢筋混凝土厂房结构荷载较大，在地震作用下既要使结构具有足够的承载力，又要使结构有一定的延性，结构构件的配筋及构造措施尤为重要。

　　1、板

　　板配筋应满足计算及构造相关要求，在温度及收缩应力较大的现浇板区域，应在板的表面双向配置防裂构造钢筋。当结构超长未设置伸缩缝时，施工中可结合工期要求采用膨胀加强带。

　　2、梁

　　(1)在厂房结构中，荷载较大，主次梁节点处剪力较大，根据混凝土规范此处的剪力由附加钢筋承担，需设置附加箍筋或吊筋。一般活载为5.0kN/m2～8.0kN/m2时，在主次梁节点处的主梁上设置5～6道附加箍筋或设置吊筋2、14及3道附加箍筋，承担次梁传来的剪力。

　　(2)工业厂房荷载较大，梁剪力比普通结构大，箍筋加密区随受力特征的变化设置也有所不同。当结构布置为井字梁格时，箍筋通常加密至第一道次梁。

　　3、柱

　　(1)由于厂房荷载较大，梁断面高达350×1000或400×1200时，为满足强柱弱梁的措施，使得结构在地震作用下形成梁端先出铰的耗能体系，建议柱子轴压比的限值比规范要求普通框架结构降低些，并加强柱子配筋及构造。

　　(2)柱子纵筋应采用HRB400级及以上的高强钢筋，箍筋采用复合箍筋。角柱应采用双偏压验算，并适当加强配筋。

　　(3)柱子混凝土强度等级不应低于C30，底层可根据层数及荷载将混凝土强度等级提高到C35～C40，满足轴压比要求，兼顾配筋和断面合理。

　　梁柱节点区的设计也应引起重视，一、二、三级框架的节点核芯区应进行抗震验算，四级框架可不进行抗震验算，但应符合抗震构造措施。

　　结语

　　综上，多层钢筋混凝土厂房应用越来越广泛，其结构布置的合理性和经济性也备受关注;由于其平面布局较为规整，在柱网选择和相关断面选择上对结构设计师提出更加精细化的要求。结合今年来类似项目的工程经验，建议设计人员在进行结构设计之前，充分了勘成果合理利用地形的优势，在方案阶段提出合理的平面布局(包含柱网布置)，结合使用荷载和后期使用要求，根据规范相关规定确定合理的计算荷载，进行充分的对比分析，确定合理的构件断面取值，并注重特殊节点部位的构造处理。

　　参考文献：

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