探討多層工業(yè)廠房結(jié)構(gòu)設(shè)計及發(fā)展趨勢

摘要：在國家社會經(jīng)濟得到迅速發(fā)展的背景下，原有的功能和形式單一的工廠廠房已經(jīng)不能滿足現(xiàn)代大工業(yè)發(fā)展的需要，諸如聯(lián)合工業(yè)大廈、靈活車間等現(xiàn)代新型多功能廠房在這一背景下相繼出現(xiàn)。功能的多樣化導致工業(yè)廠房的結(jié)構(gòu)復雜，設(shè)計困難，所以必須對多層工業(yè)廠房的結(jié)構(gòu)設(shè)計加強分析，使之能夠?qū)崿F(xiàn)最佳協(xié)調(diào)的結(jié)構(gòu)設(shè)計，以適應現(xiàn)代生產(chǎn)方式的需要。

關(guān)鍵詞：多層廠房；結(jié)構(gòu)；設(shè)計

Abstract: In the rapid development of national socio-economic background, the original function and form a single factory premises can not meet the needs of modern industrial development, such as joint industrial buildings, flexible workshop and modern new multi-functional plant in the background next appear in succession. Functional diversification led to the complex structure of the industrial plant, design difficulties, it is necessary to strengthen the analysis of the structural design of the multi-storey industrial plant, to enable them to achieve optimal coordination of structural design to accommodate the needs of modern production methods.

Keywords: multi-storey factory building; structure; design

1.多層工業(yè)廠房的結(jié)構(gòu)要點

多層廠房一般需要比較大的空間來布置各種生產(chǎn)設(shè)施，結(jié)構(gòu)決定了廠房的空間大小。在工藝條件許可情況下，多層工業(yè)廠房的一般結(jié)構(gòu)通常采用框架結(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)布置普遍遵循以下原則：構(gòu)造體系一定要規(guī)則和簡明，房屋結(jié)構(gòu)的剛度中心要求與廠房的質(zhì)量中心盡量靠攏，避免出現(xiàn)廠房空間結(jié)構(gòu)扭曲的現(xiàn)象。另外，廠房柱網(wǎng)的布置要對稱均勻。同時應該極力避免廠房結(jié)構(gòu)應力過度集中和形態(tài)發(fā)生變化而引起的凹角和收縮，以及由于結(jié)構(gòu)過多的縱向變化引起的內(nèi)部收縮和外部伸展。通過綜合設(shè)計，是廠房的結(jié)構(gòu)特點能夠適應各種需求[1]。

1.1控制橫縱向框架的周期

多層廠房的結(jié)構(gòu)決定了其縱向要以較少的支柱支撐整棟廠房，而且其支柱跨度方向過大，于此同時，柱距方向的尺寸一般很小，柱子多。這一結(jié)構(gòu)特點決定了大型廠房一般都采用橫向控制方法，這樣廠房的縱橫向的抗震能力就比較接近，這使得能有效抗震的同時還能讓廠房結(jié)構(gòu)設(shè)計得更為合理。

1.2合理規(guī)劃電梯的部置

由于多層廠房一般存在貨物與設(shè)備過于沉重人力無法搬運的情況，所以必須貨物搬運的具體位置合理的安排電梯的布置，使之能夠滿足豎向運輸?shù)男枰�。電梯一般為鋼筋混凝土制成，其結(jié)構(gòu)剛度很大，對建筑物的重心有一定的偏移作用，所以在具體的布置上應該盡量避免把電梯布置在建筑物角落處。同時還

要對電梯旁邊的樓板及框架采取必要的加強措施。

1.3地震帶的廠房應少設(shè)防震縫

由于地震區(qū)廠房的伸縮縫是一致的，廠房較長時，對抗震不利。所以最好能夠通過采取一些施工和構(gòu)造措來減少伸縮縫。在具體施工中，應該在結(jié)構(gòu)受力影響最小的地方設(shè)置后澆帶；在容易受溫度影響的底層、頂層和其它墻體等部位，根據(jù)實際情況可以增加鋼筋數(shù)量；通過對廠房設(shè)置架空層以形成通風屋面來增加抗震效果。

2.多層工業(yè)廠房的結(jié)構(gòu)體系

多層工業(yè)廠房的結(jié)構(gòu)體系主要包括框架一支撐體系、純框架體系、鋼架加支撐的混合體系三種。

2.1框架一支撐體系

框架一支撐體系就是廠房橫向采用剛接框架，縱向采用柱一支撐體系，采取柱間支撐方式來抵消水平荷載。這種結(jié)構(gòu)體系在成本上比較節(jié)省，但是柱間支撐會對廠房造成不利影響。橫向較短、縱向過長的廠房一般采用這種結(jié)構(gòu)。

2.2純框架體系

純框架體系就是不設(shè)置柱間支撐，而在縱橫兩個方向都采用剛接框架。這種結(jié)構(gòu)適合采用橫縱向慣性相近的截面形式，對工字型柱使用有限制，其最大的優(yōu)點就是廠房空間的使用比較自由。

2.3鋼架加支撐的混合體系

這種混合結(jié)構(gòu)體系把框架一支撐體系和純框架體系的優(yōu)點集合在一起，從而憑借兩種結(jié)構(gòu)混合優(yōu)勢來抵抗水平拉移力。一般在樓面剛度要求很大的情況下采取這種混合形式，從而能夠發(fā)揮柱間支撐的作用，有效的減少柱的縱向彎矩。

3.多層廠房結(jié)構(gòu)設(shè)計現(xiàn)狀

3.1結(jié)構(gòu)設(shè)計與工藝設(shè)計的協(xié)調(diào)

多層廠房的建造和使用都是為了生產(chǎn)，結(jié)構(gòu)設(shè)計作為廠房建造的輔助專業(yè)，應該要服從于工藝要求。在具體的結(jié)構(gòu)設(shè)計中，結(jié)構(gòu)設(shè)計往往不能滿足工藝設(shè)計要求，但是工藝條件作為廠房建造使用的首要遵循條件，所以結(jié)構(gòu)設(shè)計應該做相應修改以使其能與工藝設(shè)計相融合。在方案設(shè)計階段，結(jié)構(gòu)設(shè)計人員應多與工藝設(shè)計人員交流，盡量了解熟知工藝布置和相應結(jié)構(gòu)要求，避免在設(shè)計和施工中產(chǎn)生不必要的麻煩。

3.2多層廠房結(jié)構(gòu)計算

現(xiàn)代計算機硬軟件的發(fā)展使得對多層廠房結(jié)構(gòu)各種計算變得更加快捷準確。

3.2.1樓面等效荷載的計算

結(jié)構(gòu)計算的條件是樓面荷載計算，荷載取值的準確性對結(jié)構(gòu)計算準確性有很大影響。多層工業(yè)建筑樓面活荷載大于多高層民用建筑。有些中小型機床上柱上和梁上有吊車荷載，其跨度柱網(wǎng)要大于民用建筑，其特征是幾乎整個平面沒有內(nèi)隔墻。多層工業(yè)廠房結(jié)構(gòu)一般為現(xiàn)澆鋼筋混凝土的梁柱結(jié)構(gòu)，比民用建筑板厚粗，而且樓面剛度非常大，因此為減少剛度影響，電梯貨梯間一般使用框架填充墻結(jié)構(gòu)。

3.2.2節(jié)點核心區(qū)的抗剪驗算

“強柱弱梁更強節(jié)點”這一原則應該運用在設(shè)計框架節(jié)點的過程中，同時還要對各級抗震節(jié)點進行相應的受剪承載力計算。實際上，多層廠房的橫梁和支柱中心線并不能以理論值達到重合狀態(tài)，而且其比較大的柱截面和節(jié)點偏心都會對柱節(jié)點核心區(qū)的受力和構(gòu)造狀況造成不良影響。因此，抗剪驗算對于節(jié)點核心區(qū)來說非常重要。

3.2.3罕遇地震的驗算

廠房抗震設(shè)計的原則有三點，就是“小震不壞，中震可修，大震不倒”。根據(jù)“小震不壞”的需要來進行抗震驗算，根據(jù)“中震可修”的情況來加強結(jié)構(gòu)驗算，根據(jù)“大震不倒”的要求來進行罕遇驗算。一般來講，多層廠房建設(shè)經(jīng)費中，對設(shè)備的采購維護投資遠遠多余土建投資，對罕遇地震進行驗算是非常有必要的。

3.2.4與電梯井筒相連框架的考慮

過去多層工業(yè)廠房結(jié)構(gòu)采用純框架計算來給電梯井壁配筋，造成不安全隱患增加�，F(xiàn)在應該采用壁式框架計算數(shù)值來給井壁進行配筋[2]。

4.多層廠房結(jié)構(gòu)設(shè)計的趨勢

4.1向縱深標準化發(fā)展

標準化發(fā)展是促使廠房建設(shè)速度和工程質(zhì)量提高的有效辦法�，F(xiàn)代多層廠房與單層廠房都朝著標準化方向持續(xù)發(fā)展，而且都相應形成了現(xiàn)代的標準化建筑設(shè)計體系，主要包括建筑平面空間設(shè)計的標準化、結(jié)構(gòu)定型的標準化、模數(shù)單元組合方法的標準化等，從而使結(jié)構(gòu)設(shè)計能夠體現(xiàn)較大的靈活性和多樣性，并逐步推廣多層廠房設(shè)計標準應用到民用建筑中。

4.2向大柱距大跨度發(fā)展

信息科學技術(shù)的進步使人們的社會生活方式發(fā)生改變。擁有較大室內(nèi)空間的多層廠房應該有足夠的應變能力，這樣才能為結(jié)構(gòu)革新創(chuàng)造必備條件。為達到這一要求，應該在多廠房設(shè)計中著重考慮加大跨度和柱距，擴大廠房的柱網(wǎng)。擴大柱網(wǎng)可以增加廠房的靈活性和經(jīng)濟效果，所以應該根據(jù)國情和技術(shù)來考慮適當擴大柱網(wǎng)。

4.3向聯(lián)合高層大廈發(fā)展

現(xiàn)代化城市對垂直運輸較為重視，導致大量聯(lián)合性工業(yè)大廈逐年增加。聯(lián)合高層大廈擁有許多優(yōu)勢。一，有利于綜合管理，能夠較好適應生產(chǎn)的需要。二，造型壯麗，美化了市容。三，節(jié)約大量的工業(yè)用地，綜合經(jīng)濟效益高。四，節(jié)約的土地在綠化后有利生態(tài)平衡，有較高的社會效益。因此，發(fā)展聯(lián)合綜合性的工業(yè)大廈在未來具有非常好的前途。

4.4向雙層和單層混合發(fā)展

今年有些機械、冶金等重設(shè)備的工業(yè)生產(chǎn)廠房將原有的單層廠房改為雙層，雙層廠房底層較單層廠房有許多優(yōu)點。第一，雙層廠房的生產(chǎn)設(shè)備能夠較為緊湊的布置，可以減少運輸距離，從而減少生產(chǎn)管道和運輸設(shè)施。第二，通過將原來地下設(shè)施搬到地面，可以方便的管理和施工。這些都能夠取得較好的經(jīng)濟效益，同時還節(jié)約了大量相關(guān)的建設(shè)經(jīng)費。

4.5向多層和立體倉庫方向發(fā)展

原有的單層倉庫占地多，存放貨物去相對有限，隨著自動化生產(chǎn)技術(shù)的提高，單層倉庫模式已不再符合現(xiàn)代生產(chǎn)發(fā)展的要求。而多層和立體倉庫因為樓層和貨架增多，貨物貯存量也相應的大幅增加。而且，自動化信息技術(shù)的發(fā)展已經(jīng)可以讓計算機代替人類管理倉庫，從而大幅提高了工作效率。

4.6向綜合環(huán)境設(shè)計和處理方向發(fā)展

在考慮現(xiàn)代化廠房結(jié)構(gòu)設(shè)計時，要把環(huán)境、管理、工藝緊密結(jié)合起來提高勞動功效。環(huán)境設(shè)計和綜合處理主要體現(xiàn)以下方面：廠房周邊環(huán)境的總體設(shè)計；廠房外部空間的規(guī)劃；廠房與環(huán)境的互相協(xié)調(diào)設(shè)計；廠房內(nèi)部空間的環(huán)境結(jié)構(gòu)規(guī)劃；廠房內(nèi)部空間聲光電等物理環(huán)境的綜合設(shè)計[3]。

5.結(jié)語

總而言之，工業(yè)廠房采用多層化結(jié)構(gòu)設(shè)計方式會越來越深入的發(fā)展并在更大范圍內(nèi)得到推廣運用。在設(shè)計多層廠房結(jié)構(gòu)前，要選擇好結(jié)構(gòu)設(shè)計類型，做到設(shè)計圖紙與施工結(jié)合，并在反復對結(jié)構(gòu)計算后不斷調(diào)整截面，以達到最佳設(shè)計。同時，設(shè)計人員要不斷探究，準備定向工業(yè)廠房結(jié)構(gòu)設(shè)計趨勢，設(shè)計出符合時代

潮流和需求的廠房結(jié)構(gòu)。

參考文獻：

[1]安一清.多層工業(yè)廠房結(jié)構(gòu)設(shè)計的探討[J].山西建筑，2011（2）.

[2]鄭敏楠.多層工業(yè)廠房結(jié)構(gòu)計算的探討[J].福建建筑，2010（7）.

[3]張華.多層工業(yè)建筑結(jié)構(gòu)國內(nèi)外現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢[J].黑龍江冶金，2011（3）.