探讨多层工业厂房结构设计及发展趋势
探讨多层工业厂房结构设计及发展趋势
摘要：在国家社会经济得到迅速发展的背景下，原有的功能和形式单一的工厂厂房已经不能满足现代大工业发展的需要，诸如联合工业大厦、灵活车间等现代新型多功能厂房在这一背景下相继出现。功能的多样化导致工业厂房的结构复杂，设计困难，所以必须对多层工业厂房的结构设计加强分析，使之能够实现最佳协调的结构设计，以适应现代生产方式的需要。
关键词：多层厂房；结构；设计
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.多层工业厂房的结构要点
多层厂房一般需要比较大的空间来布置各种生产设施，结构决定了厂房的空间大小。在工艺条件许可情况下，多层工业厂房的一般结构通常采用框架结构，其结构布置普遍遵循以下原则：构造体系一定要规则和简明，房屋结构的刚度中心要求与厂房的质量中心尽量靠拢，避免出现厂房空间结构扭曲的现象。另外，厂房柱网的布置要对称均匀。同时应该极力避免厂房结构应力过度集中和形态发生变化而引起的凹角和收缩，以及由于结构过多的纵向变化引起的内部收缩和外部伸展。通过综合设计，是厂房的结构特点能够适应各种需求[1]。
1.1控制横纵向框架的周期
多层厂房的结构决定了其纵向要以较少的支柱支撑整栋厂房，而且其支柱跨度方向过大，于此同时，柱距方向的尺寸一般很小，柱子多。这一结构特点决定了大型厂房一般都采用横向控制方法，这样厂房的纵横向的抗震能力就比较接近，这使得能有效抗震的同时还能让厂房结构设计得更为合理。
1.2合理规划电梯的部置
由于多层厂房一般存在货物与设备过于沉重人力无法搬运的情况，所以必须货物搬运的具体位置合理的安排电梯的布置，使之能够满足竖向运输的需要。电梯一般为钢筋混凝土制成，其结构刚度很大，对建筑物的重心有一定的偏移作用，所以在具体的布置上应该尽量避免把电梯布置在建筑物角落处。同时还
要对电梯旁边的楼板及框架采取必要的加强措施。
1.3地震带的厂房应少设防震缝
由于地震区厂房的伸缩缝是一致的，厂房较长时，对抗震不利。所以最好能够通过采取一些施工和构造措来减少伸缩缝。在具体施工中，应该在结构受力影响最小的地方设置后浇带；在容易受温度影响的底层、顶层和其它墙体等部位，根据实际情况可以增加钢筋数量；通过对厂房设置架空层以形成通风屋面来增加抗震效果。
2.多层工业厂房的结构体系
多层工业厂房的结构体系主要包括框架一支撑体系、纯框架体系、钢架加支撑的混合体系三种。
2.1框架一支撑体系
框架一支撑体系就是厂房横向采用刚接框架，纵向采用柱一支撑体系，采取柱间支撑方式来抵消水平荷载。这种结构体系在成本上比较节省，但是柱间支撑会对厂房造成不利影响。横向较短、纵向过长的厂房一般采用这种结构。
2.2纯框架体系
纯框架体系就是不设置柱间支撑，而在纵横两个方向都采用刚接框架。这种结构适合采用横纵向惯性相近的截面形式，对工字型柱使用有限制，其最大的优点就是厂房空间的使用比较自由。
2.3钢架加支撑的混合体系
这种混合结构体系把框架一支撑体系和纯框架体系的优点集合在一起，从而凭借两种结构混合优势来抵抗水平拉移力。一般在楼面刚度要求很大的情况下采取这种混合形式，从而能够发挥柱间支撑的作用，有效的减少柱的纵向弯矩。
3.多层厂房结构设计现状
3.1结构设计与工艺设计的协调
多层厂房的建造和使用都是为了生产，结构设计作为厂房建造的辅助专业，应该要服从于工艺要求。在具体的结构设计中，结构设计往往不能满足工艺设计要求，但是工艺条件作为厂房建造使用的首要遵循条件，所以结构设计应该做相应修改以使其能与工艺设计相融合。在方案设计阶段，结构设计人员应多与工艺设计人员交流，尽量了解熟知工艺布置和相应结构要求，避免在设计和施工中产生不必要的麻烦。
3.2多层厂房结构计算
现代计算机硬软件的发展使得对多层厂房结构各种计算变得更加快捷准确。
3.2.1楼面等效荷载的计算
结构计算的条件是楼面荷载计算，荷载取值的准确性对结构计算准确性有很大影响。多层工业建筑楼面活荷载大于多高层民用建筑。有些中小型机床上柱上和梁上有吊车荷载，其跨度柱网要大于民用建筑，其特征是几乎整个平面没有内隔墙。多层工业厂房结构一般为现浇钢筋混凝土的梁柱结构，比民用建筑板厚粗，而且楼面刚度非常大，因此为减少刚度影响，电梯货梯间一般使用框架填充墙结构。
3.2.2节点核心区的抗剪验算
“强柱弱梁更强节点”这一原则应该运用在设计框架节点的过程中，同时还要对各级抗震节点进行相应的受剪承载力计算。实际上，多层厂房的横梁和支柱中心线并不能以理论值达到重合状态，而且其比较大的柱截面和节点偏心都会对柱节点核心区的受力和构造状况造成不良影响。因此，抗剪验算对于节点核心区来说非常重要。
3.2.3罕遇地震的验算
厂房抗震设计的原则有三点，就是“小震不坏，中震可修，大震不倒”。根据“小震不坏”的需要来进行抗震验算，根据“中震可修”的情况来加强结构验算，根据“大震不倒”的要求来进行罕遇验算。一般来讲，多层厂房建设经费中，对设备的采购维护投资远远多余土建投资，对罕遇地震进行验算是非常有必要的。
3.2.4与电梯井筒相连框架的考虑
过去多层工业厂房结构采用纯框架计算来给电梯井壁配筋，造成不安全隐患增加。现在应该采用壁式框架计算数值来给井壁进行配筋[2]。
4.多层厂房结构设计的趋势
4.1向纵深标准化发展
标准化发展是促使厂房建设速度和工程质量提高的有效办法。现代多层厂房与单层厂房都朝着标准化方向持续发展，而且都相应形成了现代的标准化建筑设计体系，主要包括建筑平面空间设计的标准化、结构定型的标准化、模数单元组合方法的标准化等，从而使结构设计能够体现较大的灵活性和多样性，并逐步推广多层厂房设计标准应用到民用建筑中。
4.2向大柱距大跨度发展
信息科学技术的进步使人们的社会生活方式发生改变。拥有较大室内空间的多层厂房应该有足够的应变能力，这样才能为结构革新创造必备条件。为达到这一要求，应该在多厂房设计中着重考虑加大跨度和柱距，扩大厂房的柱网。扩大柱网可以增加厂房的灵活性和经济效果，所以应该根据国情和技术来考虑适当扩大柱网。
4.3向联合高层大厦发展
现代化城市对垂直运输较为重视，导致大量联合性工业大厦逐年增加。联合高层大厦拥有许多优势。一，有利于综合管理，能够较好适应生产的需要。二，造型壮丽，美化了市容。三，节约大量的工业用地，综合经济效益高。四，节约的土地在绿化后有利生态平衡，有较高的社会效益。因此，发展联合综合性的工业大厦在未来具有非常好的前途。
4.4向双层和单层混合发展
今年有些机械、冶金等重设备的工业生产厂房将原有的单层厂房改为双层，双层厂房底层较单层厂房有许多优点。第一，双层厂房的生产设备能够较为紧凑的布置，可以减少运输距离，从而减少生产管道和运输设施。第二，通过将原来地下设施搬到地面，可以方便的管理和施工。这些都能够取得较好的经济效益，同时还节约了大量相关的建设经费。
4.5向多层和立体仓库方向发展
原有的单层仓库占地多，存放货物去相对有限，随着自动化生产技术的提高，单层仓库模式已不再符合现代生产发展的要求。而多层和立体仓库因为楼层和货架增多，货物贮存量也相应的大幅增加。而且，自动化信息技术的发展已经可以让计算机代替人类管理仓库，从而大幅提高了工作效率。
4.6向综合环境设计和处理方向发展
在考虑现代化厂房结构设计时，要把环境、管理、工艺紧密结合起来提高劳动功效。环境设计和综合处理主要体现以下方面：厂房周边环境的总体设计；厂房外部空间的规划；厂房与环境的互相协调设计；厂房内部空间的环境结构规划；厂房内部空间声光电等物理环境的综合设计[3]。
5.结语
总而言之，工业厂房采用多层化结构设计方式会越来越深入的发展并在更大范围内得到推广运用。在设计多层厂房结构前，要选择好结构设计类型，做到设计图纸与施工结合，并在反复对结构计算后不断调整截面，以达到最佳设计。同时，设计人员要不断探究，准备定向工业厂房结构设计趋势，设计出符合时代
潮流和需求的厂房结构。
参考文献：
[1]安一清.多层工业厂房结构设计的探讨[J].山西建筑，2011（2）.
[2]郑敏楠.多层工业厂房结构计算的探讨[J].福建建筑，2010（7）.
[3]张华.多层工业建筑结构国内外现状及发展趋势[J].黑龙江冶金，2011（3）.
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