浅议工业厂房的设计要点

摘 要：随着改革开放的深入，工业的飞速发展，工艺水平的不断进步，工业厂房越建越多。工业厂房具有基础投资多，占地面积大，受生产工艺条件制约的特点。如何进行工业厂房的结构设计，是结构设计工程师需要认真研究的课题。

关键词：工业厂房；设计；要点

中图分类号：S611 文献标识码： A

前言

伴随着工业化进程的不断加快，工业厂房的数量也在不断的增多，对厂房建筑结构形式的需求也趋于多样化、复杂化，对建筑结构设计水平也提出了更高的要求。工业厂房按其建筑空间型式可分为单层工业建筑和多层工业建筑。多层工业建筑的厂房绝大多数见于轻工、电子、仪表、通信、医药等行业。而机械加工、冶金、纺织等行业的生产厂房一般为单层工业建筑，并且根据生产的需要，更多的是多跨度单层工业厂房，且多数工业厂房内设有吊车。

1.工业厂房结构形式

常见的结构形式有钢筋混凝土框架结构、钢结构中的门式刚架结构、排架结构等。钢筋混凝土框架结构不仅能够保障建筑工程的完整性与整体性，还能够有效分配与传递内力。这种结构框架便于布置、结构轻巧、使用空间比较大。门式刚架结构是目前轻钢结构中应用和发展速度最快的结构形式，具有施工速度快、安装方便快捷、跨度大、用钢最少、造价低廉等优点。排架结构是目前单层厂房的基本结构形式，具有构造简单、施工方便的特点。根据生产工艺和使用要求，排架结构可设计成单跨结构和多跨结构。

2.工业厂房的设计要点

2.1钢筋混凝土框架结构设计要点

2.1.1结构布置。

进行工业厂房钢筋混凝土框架的结构布置，主要是对柱、梁的具置以及跨度进行合理定位。要进行结构平面以及立面布置时，需要按照以下原则进行：（1）按照刚度对称均匀、简单、规则的方式进行，从而有效降低扭矩与偏心。（2）对结构高跨比进行合理控制，进一步降低水平荷载的侧移。（3）对柱网和层高进行统一的规划，从而有效减少构建尺寸和种类。（4）尽可能简化柱与梁的设计。梁、柱、板主要承受上部荷载，在进行平面结构布置时，需要合理确定柱网。确定柱网之后，再确定承重柱的具置、吊车梁、基础梁、屋面板等位置与跨度。

2.1.2 受力分析。

框架结构是能够承受竖向和水平荷载作用的承重结构体系，一般设计成双向梁柱抗侧力体系，主体结构均宜采用刚接模式。抗震设计时，为协调变形和合理分配内力，框架结构不宜设计成单跨结构。竖向荷载作用下，框架结构以梁受弯为主要受力特点，梁端弯矩和跨中弯矩成为梁结构的控制内力。水平荷载作用下，框架柱承担水平剪力和柱端弯矩，并由此产生水平侧移，在梁柱节点处，由于协调变形使梁端产生弯矩和剪力。因此产生于柱上下端截面的轴力、弯矩和剪力是柱的控制内力。

2.1.3 框架设计。

框架结构一般采用的是独立基础，为增强框架结构的安全性，可以根据框架结构的独立基础的埋深的程度，设计不同的拉梁，如果独立基础埋深浅，并且拉梁上有填充物或楼梯柱等作用上的荷载时，可以加大拉梁的截面面积尺寸，把拉梁设置的更为强大。构造基础拉梁的截面的宽度可以取柱中心距1/12～1/18，截面宽度可取1/20～1/30，受力的钢筋可以取柱的最大轴力的设计值的10%，构造基础拉梁顶标高与短柱的标高相同时，可以按偏心受压计算。

框架梁的配筋设计，应根据《混凝土结构设计规范》来计算最小、最大配筋率。在计算时，要注意最小配筋率，不仅和框架的抗震的等级有关，与混凝土的轴心和钢筋的抗拉强度的比值也有关，准确的设计框架梁的配筋率，会对框架结构的稳定性有很大的帮助。框架柱的配筋率一般都很低，有时电算结果为构造配筋，但是实际工程中均不会按此配筋。因为在地震作用下的框架柱，特别是角柱，所受的扭转剪力最大，同时又受双向弯矩作用，而横梁的约束又较小，工作状态下处于双向偏心受压状态，所以其震害严重于内柱。为了满足框架柱在多种内力组合下的强度要求，在配筋计算时应注意以下问题：选择最不利的方向分别进行框架计算，也可对两个方向均进行计算后取较大方向的配筋，并采用对称配筋；控制柱的单边方向纵筋的最少根数；将构造配筋的框架柱的配筋适当放大；框架柱的箍筋形式应选用菱形或井字形，以提高箍筋对混凝土的约束。

2.2 门式钢架轻钢结构设计要点

2.2.1 屋面活荷载取值

根据《钢结构设计规范》（GB50017 -2003）第3.2.1条，《冷弯薄壁型钢结构技术规范》（GB50018-2002） 第4.1.6条和《门式刚架轻型房屋钢结构技术规范》（CECS102：2002） 第 3.2.2条，对于屋面结构，规定活荷载取0.5kN/m2 ，当雪荷载大于0.5 kN/m2 时，应取雪荷载；对水平投影面积超过60m2 且仅承受一个可变荷载的刚架构件时活荷载可取0.3kN/m2。

2.2.2柱脚设计

《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》CECS102-2002（第4.1.4条，“门式刚架的柱脚多按铰接支承设计。当用于工业厂房且有5t以上桥式吊车时，宜将柱脚设计成刚接”。有较大吊车的房屋，柱脚采用刚接，使每榀刚架形成超静定结构，能有效地减小柱顶位移，具有更大的安全储备。因此，对于设计5t以上桥式和梁式吊车的门刚结构，柱脚建议均设计成刚接。

2.2.3 钢梁和混凝土柱的连接

在门刚设计过程中，为了减少用钢量，有些甲方要求将钢柱改为混凝土柱，这种做法是可以的。但是有的设计人员在设计过程中将钢梁与混凝土柱刚接，以进一步节省钢材，降低造价，这种做法是不妥的。因为混凝土是一种脆性材料，虽然构件可以通过配筋承受弯矩和剪力，但在连接部位，它的抗拉、抗冲切的性能很差，很难与刚架梁做成理想的刚接，在外力作用下很容易松动和破坏，一旦连接松动，将使钢梁受到比设计内力大得多的弯矩，就极易出现安全问题。因此，若钢柱换成混凝土柱时，与刚架梁的连接应采用铰接，刚架梁为简支梁，按排架结构计算。

2.2.4关于梁、柱平面外计算长度

梁、柱平面外计算长度应取侧向支撑点的距离；当两翼缘侧向支撑点间的距离不等时，应取得最大受压翼缘侧向支撑点的距离，一般取隅撑的间距。《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》（ CECS102-2002）6.1.4条规定，变截面柱平面外稳定应分段计算，当不能满足要求时，应设置侧向支撑点（隅撑），并验算每段平面外的稳定。梁的平面外计算长度一般为3.0m。有交叉支撑的柱平面外计算也可取交叉支撑与柱连接点间的距离。

2.3 大型排架结构工业厂房的设计要点

2.3.1 基本体系

横向平面排架一般是由若干个跨度和截面相同的横向柱列和屋架组成，是厂房的基本承重结构。厂房结构承受的竖向荷载（结构自重、屋面活荷载和吊车竖向荷载）及横向水平荷载（风荷载、吊车横向水平荷载和横向水平地震作用）等都主要是通过横向平面排架传到基础和地基的。纵向平面排架则是由纵向柱列和柱间支撑、屋架支撑、抗风柱等组成，其主要作用是保证厂房的纵向刚度和稳定性，并承受纵向风荷载、吊车纵向水平荷载、纵向水平地震作用等。

2.3.2计算方法

在设计过程中，为计算方便，普遍假定各个横向平面排架之间以及各个纵向平面排架之间是互不联系、独立工作的。而且由于厂房一般都较长，纵向平面排架的柱列较多，抗侧刚度较大，每根柱实际承受的水平力较小，因此，往往不进行纵向排架计算而只进行横向排架计算，可采用PKPM系列软件中的PK软件进行横向排架汁算。建模时考虑2个假定条件：（1）柱下端与基础固接，上端与屋架交接。屋架简化为刚度无限大的刚性杆，其变形忽略不计。（2）不考虑排架之间的空间作用，即各榀排架之间是独立工作，互不联系的平面体系，因此只需要选取其中任意一榀排架进行计算即可。

2.3.3 排架柱

单层厂房竖向荷载一般并不太大且混凝土受压承载力较高，因此宜采用工型柱，这样做不仅能降低造价还能减轻自重，对基础的受力有利。排架柱的截面及牛腿尺寸（含所需埋件等）均可根据厂房吊车起重量、轨顶标高等按国标定型图合理选用，不应过大。设计中更重要的工作是确定牛腿、轨顶和柱顶等处的标高，标高确定的依据是甲方单位提供的将采用的吊车的各项准确参数。一般应保证屋架下铉的最下部位距吊车的最高部位的净空尺寸不小于200毫米。

2.3.4 抗风柱

抗风柱的主要作用是承受纵向风荷载，其下端一般做成固端，上端一般与屋架上弦铰接，抗风柱的柱顶标高应低于屋架上铉中心线5O毫米。设置时应注意必须对应屋架的上弦节点位置，不可随意设置。若是与屋架下弦连接，则屋架相应位置须设置下弦横向水平支撑。抗风柱与排架柱均宜预制，柱脚采用插入现浇基础杯口。

2.3.5 支撑设置

一般端跨需设置屋架上下弦支撑和垂直支撑，仅设上柱支撑。在间距不超过66米的中部跨，需设置上下柱柱间支撑。当单元长度超过66米时，尚应在中部柱间支撑上部设置屋架垂直支撑。对标准模数厂房，可直接按网集设置。

2.3.6 墙体与柱（抗风柱）的拉结

应在墙体不同高度设置3-5 道闭合圈梁并按构造要求与柱或屋面板拉结。一般屋盖处需设置一道，其余圈梁应尽可能与门窗过梁、连梁结合起来，使一种梁能起到多重作用，以节约材料、方便施工。在抗震条件下，还应沿柱高设置8@500 的拉结筋与墙体拉结。

总结

新时期的工业厂房在设计过程中，设计师除了考虑建筑结构的设计要点，还要考虑功能的实用性，市场的经济性，还应以不同于以往的设计理念赋予建筑体现现代工业厂房的艺术美，环境美，实用美。只有这样才能建造出与时代相适应的工业厂房来。

参考文献：

[1]GB 50017-2003，钢结构设计规范[S].

[2]CECS 102∶ 2002，门式刚架轻型房屋钢结构技术规程[S].