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探讨多层工业厂房结构设计

更新时间:2020-06-29 08:18:10

一、 导言

随着国民经济的快速发展,工业建筑应不断满足现代大规模工业生产和技术不断更新的要求。过去,单一的功能和单一的建筑形式已不能满足生产方式转变的需要。联合车间、柔性车间、工业建筑等多功能车间应运而生。此外,由于建设用地紧张和工艺流程的需要,出现了越来越多的多层甚至高层厂房。多层厂房的特点是跨度大、荷载大、开孔多、多层吊车。在设计过程中,一些问题值得总结和探讨。

二、 多层工业厂房结构设计要点

由于工艺布置的要求,多层厂房一般需要较大的空间,结构一般采用框架结构,在层数较大、工艺条件允许的情况下也可采用。结构布置的原则是尽量使柱网对称均匀,使房屋的刚度中心接近质心,以减小房屋的空间扭转效应。结构体系要求简单、规则、传力清晰。避免应力集中和变形突变的凹角和收缩,以及垂直变化过大的外伸和内收,尽量使垂直刚度不突变或突变较小。

1、控制横向框架和纵向框架的周期。由于多层厂房跨度方向和尺寸较大,柱数较少,而柱间距方向较小,柱数较多。一般采用横向控制,使竖向和水平抗震能力大致相同,既有利于抗震,又使设计更加经济合理。

2、合理安排电梯大堂位置。由于设备和货物较重,多层厂房垂直运输应设置电梯。钢筋混凝土电梯井的刚度很大,应充分考虑电梯井对建筑物的偏心影响,在结构布置上尽量不将电梯井布置在建筑物的转角和末端。当工艺布局是必要的和不可避免的,加强周围的地板和框架。

3、在地震区的多层厂房内,应少设或不设抗震缝。地震区建筑物的伸缩缝是整体的。当建筑物较长时,应采取以下结构措施和施工措施,减少伸缩缝和抗振缝。在施工中,每40m设置一道宽140mm、宽800mm的后浇带,后浇带的位置应设置在结构应力影响最小的地段。主体等部位应在顶层、底层、山墙与内纵墙末端之间设置温度效应较大的墙体,适当提高配筋率;加厚屋面保温层或设置架空层,形成通风屋面。

三、 共同结构体系

1、框架支持系统。也就是说,框架设计为横向刚性连接,纵向为柱支撑体系,水平荷载由柱间支撑抵抗。该系统经济,但柱间支撑可能影响使用。这种形式特别适用于纵向长、横向短的车间。

2、纯框架系统。厂房纵横向均按刚架设计,无柱间支撑。优点是使用空间不受影响,缺点是工字钢柱不适用于柱,但应采用截面形式(如箱形柱),两个方向的惯性矩相差不大,用钢量增加。

3、钢框架支撑混合动力系统。这种形式与_种形式的区别在于,纵向设计是一种钢框架和支架的混合形式,能够共同抵抗水平力。这种形式能有效地降低柱的纵向弯矩,但要求楼层刚度大,否则柱间变形不协调,不能充分发挥柱的支撑作用。

四、 结构设计中的几个问题

1、结构设计与工艺设计的协调。这些厂房都是生产用的。在厂房设计中,结构专业作为配套专业,首先要满足工艺要求,结构设计只能以工艺条件为准。然而,在工艺布局中,工艺设计者往往与结构设计发生冲突。开洞的地方是框架梁。设备本可以沿梁布置,但布置在中跨。荷载往往过大,有时甚至提出设备荷载为均布荷载。特别是在方案阶段,结构设计人员应尽量与工艺配合,了解工艺布置,减少设计和施工中不必要的麻烦。

2、结构计算。随着计算机软硬件的飞速发展,复杂的结构计算问题得到了解决,使结构工程师从繁重琐碎的计算工作中解放出来。它们可以在结构方案的选择和比较上投入大量精力,合理确定结构方案和结构布置,从而提高设计水平和质量,降低工程造价。

(1) 楼层等效荷载计算。荷载计算是结构计算的条件,荷载值的准确性直接关系到计算结果的准确性。工艺条件下的荷载问题,如某工程工艺提出地板均布荷载为15kn/m2,并根据工艺设备布置和设备重量,按规范规定,给出了地板等效荷载的计算方法,计算得出的楼层均布荷载为10kN/m2,值得商榷。由于多层工业建筑与一般多层民用建筑在结构形式、楼层活载等方面存在诸多差异,多层工业建筑的楼层活载大于多层民用建筑。一些中小型机床在地板、立柱和横梁上都有起重荷载。其跨度柱网一般大于民用建筑,层高较高。_的特点是整个平面几乎没有内隔墙。多层工业建筑一般采用现浇钢筋混凝土板梁柱结构,板厚比一般民用建筑厚,楼层平面刚度可视为无穷大,电梯货运电梯间,如不采用剪力墙:整体刚度重心向剪力墙移动,而电梯或货梯一般位于端部,结构刚度布置不合理,故电梯货梯房采用框架填充墙结构。

(2) 节点核心区剪力验算。框架节点的设计应遵循“强柱、弱梁、强节点”的原则,抗震一、二级节点应计算其抗剪承载力。由于多层厂房梁柱中心线往往不重合,且柱截面较大,节点偏心也较大,对柱节点核心区的结构和应力产生较大不利影响。因此,对于大跨度、大空间、大荷载的多层厂房,节点核心区的抗剪强度验算显得尤为重要。

(3) 考虑与电梯井道连接的框架。以往的设计都是以纯框架为基础,电梯井壁按结构进行加固,低侧不安全。框架部分按墙框计算值加固,电梯井墙按剪力墙加固。

另外,多层车间一般有多层和多台起重机。在设计中,将一层吊车荷载作为吊车荷载输入,其余楼层吊车荷载作为活荷载。

五、总结

综上所述,多层工业厂房结构设计的关键在于:概念清晰,结构选型合理;施工图设计与施工相结合,避免施工困难;结构计算准确,试算应重复并调整截面以达到_设计。

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