简述工业厂房结构选型与结构设计

简述工业厂房结构选型与结构设计

向涛

关键词：工业厂房；结构选型；结构设计

工业厂房作为工业生产的场所，其结构选型与结构设计的效果不仅影响工业生产的效率，同时关乎工业生产的安全性和项目的成本投入。由于工业厂房结构类型多种多样，使得工业厂房结构选型与结构设计难度增大，相关人员只有具备丰富的实践经验，并合理有效的选择工业厂房的结构形式和结构设计方法，才能确保工业厂房设计的质量，切实发挥工业厂房的使用功能。

1.工业厂房结构选型

1.1单层工业厂房结构选型

单层工业厂房用的比较多的结构形式是排架结构和门式刚架结构。但随着投资方对车间空间使用功能的要求越来越苛刻，出现了较多单层大跨度工业厂房，结构选型时网架结构等结构形式也经常用到。

排架结构是由屋架系统、柱和基础三部分组成，各部分之间相互协调，共同作用。屋架与柱一般采用铰接连接，也可采用刚接，柱与基础采用刚接连接。排架结构多用于厂房屋面有较大的工艺吊挂荷载。设计时，可在屋架下按一定间距的网格预留工艺吊点。工艺吊挂多，且工艺布局改造频繁的厂房选用排架结构优势明显。由于不同厂房其生产工艺和使用要求存在一定的差异，排架结构有等高、不等高以及锯齿形等多种形式，如图1所示。

门式刚架结构具有构件种类少、制作安装简单、屋盖所占用空间高度小等优势，在跨度和屋面荷载较小的情况下比较适用。门式刚架分为单跨、双跨、多跨、带挑檐的、带毗屋的以及带夹层的刚架等形式(见图2）。刚架边柱与斜梁的连接宜采用刚接，多跨刚架中间柱与斜梁的连接可采用铰接。多跨刚架宜采用双坡或单坡屋盖，也可采用由多个双坡屋盖组成的多跨刚架形式。根据跨度、高度和荷载的不同，门式刚架的梁、柱可采用变截面或等截面实腹焊接H型钢或轧制H型钢，厂房跨度及吊车荷载很大时，下段柱可采用十字形柱、箱型柱或格构式柱。设有桥式吊车时，柱宜采用等截面构件。门式刚架柱脚宜采用外露式柱脚，按铰接设计，当厂房有5t以上桥式吊车时，柱脚宜采用刚接柱脚。当门式刚架柱脚弯矩值很大时，也可选用插入式柱脚。

网架结构多用于多跨大跨度工业厂房。和其他结构形式比较，网架结构柱网大，能更好的满足工艺布局的要求，用钢量方面优势明显，且具有较好的整体刚度。

基于不同厂房结构形式，其结构特点和施工工艺不同，因此，在工业厂房结构选型时，一定要综合考虑各种因素的影响，根据具体项目，选择最佳的厂房结构形式，最大限度的降低厂房建造成本。

1.2多层工业厂房结构选型

目前多层工业厂房结构选型经常选用的结构形式主要有钢筋混凝土框架结构和钢框架结构。钢筋混凝土框架结构造价明显低于钢框架结构，但结构自重大，工期长，施工时对周边环境影响大，在投资方对工期和施工环境无特殊要求的情况下，可选用钢筋混凝土框架结构。钢框架结构自重小，大部分工作在工厂完成，现场作业少，工程施工质量好，现场施工工期短，对周边环境影响小，结构构件可重复使用。随着我国经济技术水平的提高，钢框架结构在多层工业厂房设计中应用越来越广泛。钢框架结构纵横两个方向都设计成刚接框架，在柱间不设置柱间支撑，以保障工业厂房物流通道的流畅。为使钢框架结构钢柱在两个方向惯性矩相差不大，设计时一般采用十字形钢柱或箱型柱，为降低厂房建造成本也可采用钢管混凝土柱。

2.工业厂房结构设计

2.1单层工业厂房结构设计

2.1.1柱网布置

单层工业厂房不仅需要承受屋面自重、屋面活荷载、吊车荷载、屋面风荷载等竖向荷载，还要承受墙面风荷载、吊车水平荷载以及水平地震作用等水平荷载。横向水平荷载由厂房横向刚架承受。厂房柱网布置除满足生产工艺的需要外，还应保证厂房纵向有明确、可靠的传力体系，同时还要综合考虑建筑材料、施工技术水平以及经济效果等多种影响因素，以切实提高单层工业厂房的技术水准和建造质量，满足后续扩大生产和技术改造的基本需要。

2.1.2伸缩缝设置

单层工业厂房伸缩缝设置的目的主要是为了减少厂房结构的温度应力，通过设置适量的伸缩缝将工业厂房分为若干个温度区段，以调节厂房温度应力，为工业生产提供良好的工作环境。工业厂房伸缩缝设置宜采用设双柱的形式，伸缩缝处基础采用联合基础。

2.1.3支撑布置

为保证厂房承重结构在安装和使用过程中的整体稳定性，提高结构的空间作用，减小屋架杆件或屋面钢梁在平面外的计算长度，应根据结构的形式、跨度、房屋高度、吊车吨位和所在地区的抗震设防烈度等设置支撑系统。厂房每个温度区段应分别设置能独立构成空间稳定结构的支撑体系。厂房支撑体系主要包括屋面横向支撑、屋面纵向支撑、柱间支撑。结构设计人员应根据厂房结构选型的特点，选择合理的支撑布置形式。通过计算确定支撑杆件的截面尺寸，并应对支撑与主结构的连接节点进行抗震设计。

2.2多层工业厂房结构设计

2.2.1柱网布置

多层工业厂房的柱网布置应满足均匀、对称的原则，房屋的刚度中心要尽量靠近其质量中心，以减小房屋的空间扭转作用，避免其出现应力集中或变形突变而引发的凹角和收缩问题，同时防止竖向变化过多而引发的外挑和内收问题的出现，最大限度的减少房屋竖向刚度突变问题的发生几率。此外，多层工业厂房的横向柱距一般比较大，柱子比较少，而纵向柱距通常比较小，柱子多，这就要求设计人员应严格控制工业厂房的横向框架和纵向框架的刚度和周期，以提升工业厂房的抗震效果，满足工业厂房结构设计的经济化目标。

2.2.2伸缩缝设置

多层钢筋混凝土框架结构可以采取相应的构造措施和施工措施减少变形缝的设置。同时在钢筋混凝土框架结构施工过程中，为减小温度应力，梁、板每隔30~40m设置一道后浇带，宽度为800~1000mm，且后浇带宜布置在剪力较小处的跨度中间1/3跨度范围之内，当结构超长较多时，尚应在结构区段的中部附近增设一道膨胀加强带。对钢筋混凝土框架结构，可适当的提高梁、板配筋率，以减少伸缩缝的设置数量。多层钢框架结构楼板施工时应设置后浇带或切缝。

不论是单层工业厂房还是多层工业厂房都需要进行荷载计算，由于活荷载在整个工业厂房结构总重量中占据的比重比较大，因此应切实确保活荷载计算的准确性，在进行工业厂房结构设计时应严格遵循相关荷载规范和行业标准，提高荷载计算的准确度。

结语

工业厂房是工业生产中必要的基础建筑，其结构选型的合理性和结构设计的质量直接决定了厂房的使用效率和成本投入，因此，相关设计人员在工业厂房选型和结构设计时，应综合考虑各方面的因素，以先进的设计理念为引导，同时积极采用新技术，以提高工业厂房结构设计的经济性，推动工业生产的良性发展。

参考文献

[1]刘建华,李远婵.工业厂房建筑结构形式的选择及处理[J].建材与装饰,2016,（07）:97-98.

[2]方振清.工业厂房建筑结构设计优化研究[J].智能城市,2016,（05）:41.

[3]王胜.工业厂房建筑结构形式选择与结构设计[J].建筑知识,2016,（06）:181+250.