工业建筑体系发展特点及结构设计深层探析

摘要：进入21世纪以来，以生产厂商为主体的工业化建筑体系不断发展，日趋完善，实现了以标准化为基础的多样化、工业化的基本特点，国外许多工业发达国家已从一般的“ 标准设计”走向工业化建筑体系。

关键词：工业建筑发展特点结构分析优化设计

中图分类号： [F287.2] 文献标识码： A 文章编号：

现代工业建筑体系的发展已有二百多年的历史，起源于工业革命最早的英国，随后在美国、德国以及欧洲的几个工业发展较快的国家，我国在解放后新建和扩建了大量工厂和工业基地，当时比较有名的比如：河南平顶山锦纶帘子布厂是单、多层结合的工业建筑，总建筑面积17.31万㎡，荣获1984 年国家优质工程银质奖；1996年5月建成使用的北京空港四机位机库，建筑面积53848㎡，机库大厅净跨为150m×150m，进深59.4m，下弦高26.5m，可同时并排容纳4 架波音747-400，2 架波音747-SP 及4架波音737； 再如北京空港配餐楼

（国外一般称之谓工业化厨房）、波音747 模拟试验培训中心等建筑都达到了新的水平。但当时结构设计方面的几个问题也在困扰着工业建筑的灵活发展。

一、工业建筑体系发展特点

进入21世纪以来，以生产厂商为主体的工业化建筑体系不断发展，日趋完善，国外许多工业发达国家已从一般的“ 标准设计”走向工业化建筑体系。其中包括结构体系（钢结构、钢筋混凝土结构、轻钢结构、膜结构）、采光天窗体系、通风气楼体系、门窗体系、色彩标志体系、地砖面砖体系等。比如：由中国建筑建造的巴基斯坦JF-17飞机建线， 主要是枭龙（JF-17）战机在巴基斯坦生产线，建筑面积107231m2，工程结构形式复杂多样；大连STX精工曲轴工厂项目，建筑面积41140㎡，是韩国STX（大连）船舶产业在大连长兴岛临港工业区的首个大型造船产业项目；由中建七局安装工程有限公司施工的年产20万吨差别化粘胶短纤维项目的主车间，由新加坡金鹰集团在中国福建投资建设，总建筑面积达100000㎡，单层层高最高达20m，跨度48m。

二、工业建筑体系结构几个特殊问题

随着“机器上楼”，工业建筑层数增多、高度增高和荷载增大，由竖向荷载和水平荷载产生的内力将会使框架下面的梁、柱截面尺寸增大到不合理或不经济的地步。为了解决这一问题，往往在框架结构平面中适当位置增加刚性较大的剪力墙为代替部分框架，使之与框架协同工作，使大部分水平荷载由剪力墙来承担；而框架本身则主要承担竖向荷载。因此，框架-剪力墙结构承载能力大，且建筑布置灵活。

变形缝的设置

由于温度、地基的不均匀沉降以及地震力的影响，使结构构件产生附加的变形和内力。通常均采用设置变形缝的办法，将建筑物分成若干独立的部分来减少这些不利的影响。变形缝可分为伸缩缝、沉降缝和防震缝三种；在布置变形缝时，宜将伸缩缝、沉降缝和防震缝结合处理，从而提高建筑物的整体稳定性。比如由中建七局安装工程有限公司施工的年产20万吨差别化粘胶短纤维项目的主车间工程，其中某车间轴线长204m，楼层上最重的设备达20吨，共设计了一道防振缝、四道沉降缝，基本上每间隔34m就设置了一道变形缝，及大的提高了结构的整体稳定性能。

2、减振隔振的处理

在工业建筑物楼层上，当生产设备或通风机等振源的频率与建筑物结构的频率相近时将产生共振，不但会导致生产无法正常进行，可能还会引起建筑物的破坏。

工程实践中，常用增大建筑物结构的固有频率，如改变建筑物的质量、增强建筑物的刚度、改变建筑物的跨度等方法，使机器振源频率和系统的固有频率差值增大，从而控制共振现象的发生。

3、提高抗震设防

经济的发展要与环境的发展相协调，工业建筑的发展也越来越强调节约用地、建筑节能要求，并以划入国家强制性标准。随着建筑物的层数和高度在逐步增多和增高，从结构上分析会更多地遇到结构的各种各样的抗震防震问题；而框架结构是目前我国多层工业建筑最常用的结构形式，对框架进行抗震设防时，主要从以下几方面考虑：

满足“强柱弱梁”、 “强节点”、“强剪弱弯”的要求。

因为框架节点发生剪切脆性破坏时，抗弯能力极小，节点核心区基本上处于弹性状态，不出现明显的剪切裂缝，所以“强节点”结构是最重要的。

设置多道抗震防线。一方面要求结构具有良好的吸震能

力；另一方面要求结构具有尽可能多的赘余度。结构系统的吸能和耗能能力，主要依靠结构或构件在预定部位产生塑性铰，使这些非危险的部位有意识地首先形成塑性铰，使主要承重结构得到保护。

4、如何提高空间利用的灵活性

现代工业建筑要求层高增高、大跨度、大柱距、大宽度的方向发展。小柱网的多层建筑限制了生产工艺的可变性，扩大柱网可以提高建筑物的使用面积，增加生产使用上的灵活性，更好的展现建筑物使用功能，降低业主投资成本。

目前我国多层现浇部分预应力混凝土框架结构正在普遍采用；整体预应力板柱结构体系，具有无梁、无柱帽、内外墙轻且布置灵活等特点，不仅能满足不同类型工业厂房生产工艺、防尘和降低噪声等要求，而且还可以为将来扩大再生产，改进工艺等提供便利条件。

5、优化设计，减轻自重，提高安全性能，降低成本

一般工业建筑，为了提高其结构自身的稳定性和刚度，都会选择全钢筋混凝土结构。但是与近几年国家提倡的建筑节能、低能减排的思路是不完全一致的；因此，就要求我们要对结构进行优化设计。

比如，对于多层且顶层层高较高的工业建筑，我们可以考虑采用钢结构屋面的设计，增设顶部框架梁来增强整体稳定性能，还可以利用加设玻璃天窗进行自然采光。优化设计的优点如下：

由钢筋混凝土屋面变更为钢结构屋面（根据工艺要求加

设保温材料），可以提高施工效率，还可以大大降低施工过程中的脚手架、模板的超高措施施工费。

利用玻璃天窗进行自然采光，降低电能消耗，减少资源

浪费。同时，对于化工行业可以把天窗增设电动开启装置，在有毒气体泄漏时可以紧急打开，提高有毒气体的迅速扩散，避免造成人身安全。

党的“十八”大刚刚胜利召开，贯彻可持续发展原则，全面实现清洁生产，提高工业建筑的灵活性、通用性、节能性、环保性，以满足现代工艺、科学技术飞快发展与环境发展相协调，是我们每一位建筑师和建造师们共同的愿望，也是一份责任。要改善工业建筑建筑配件和结构构件的标准化、节能化和多样化，对于工业建筑、城市环境设计、节能、节地、环境保护、防污染等问题必须给予极大重视。提高构配件的质量及配套程度，着力发展新型、高科技的工业建筑体系。

参考文献：

[1]汤雪飞. 现代工业建筑发展趋势. 河南建材,2008.

[2] 周铁军等，《工业建筑中的可持续性设计初探》。

[3] 崔晓丽等，《多层工业建筑结构国内外现状及发展趋势》