陳麗萍

（唐山三友化工工程設(shè)計(jì)有限公司，河北 唐山 063305）

廠房擴(kuò)建是工業(yè)廠房設(shè)計(jì)中經(jīng)常遇到的設(shè)計(jì)任務(wù)，設(shè)計(jì)中除應(yīng)對(duì)新建結(jié)構(gòu)進(jìn)行計(jì)算外，還應(yīng)結(jié)合原有廠房的結(jié)構(gòu)形式、特點(diǎn)對(duì)原有廠房進(jìn)行改造。

1 工程概況

我公司原有壓濾廠房為17榀跨度21m單跨排架廠房（長(zhǎng)度90.09m，內(nèi)設(shè)5噸LD型電動(dòng)單梁起重機(jī)）。為適應(yīng)生產(chǎn)需要，現(xiàn)對(duì)壓濾廠房進(jìn)行擴(kuò)建，向南增加一個(gè)21m跨，長(zhǎng)度不變，內(nèi)設(shè)5噸LD型電動(dòng)單梁起重機(jī)，擴(kuò)建后成為雙跨單層排架廠房。

2 廠房結(jié)構(gòu)分析

2.1 結(jié)構(gòu)布置變動(dòng)

原結(jié)構(gòu)南側(cè)邊列柱變?yōu)榱酥辛兄蟼?cè)外圍護(hù)墻體需拆除，屋面排水需重新考慮，柱荷載增加需重新核算。

2.2 廠房結(jié)構(gòu)布置

由于原有廠房為排架結(jié)構(gòu)，新增廠房如無特殊要求盡可能與原有廠房結(jié)構(gòu)形式保持一致。柱網(wǎng)布置與原結(jié)構(gòu)相同，柱的下柱的截面幾何中心線和基礎(chǔ)的平面中心線相重合，注意基礎(chǔ)梁與柱的關(guān)系。如無特殊要求新建廠房應(yīng)與原廠房高度、外圍護(hù)結(jié)構(gòu)高度保持一致，便于吊車梁、圈梁、屋面排水的設(shè)置。

3 廠房結(jié)構(gòu)計(jì)算

擴(kuò)建廠房應(yīng)按照擴(kuò)建后的雙跨單層排架廠房建模計(jì)算。單層廠房的主要荷載是通過以橫向平面排架結(jié)構(gòu)為主要受力骨架傳到地基上的。在平面結(jié)構(gòu)布置圖上取相鄰柱距的中線距離的區(qū)域?yàn)橐坏湫陀?jì)算區(qū)段作為排架的計(jì)算單元，然后進(jìn)行荷載的統(tǒng)計(jì)及計(jì)算。

3.1 荷載計(jì)算

1）屋蓋結(jié)構(gòu)荷載，包括屋面恒載和屋面活載。其中恒載包括屋面板（天溝板）、屋架、天窗架、支撐等自重；活載包括屋面均布活荷載、雪荷載和屋面積灰荷載，屋面均布活荷載不與雪荷載同時(shí)考慮，取兩者中的較大值。擴(kuò)建后變?yōu)殡p跨，中柱屋蓋結(jié)構(gòu)荷載為原有荷載2倍。

2）吊車梁及軌道自重。

3）上柱和下柱自重。

4）吊車荷載。

本設(shè)計(jì)吊車為起重量為5t的輕級(jí)吊車。Pmax，k＝42.6kN；Pmin，k＝10.7kN。吊車自重56.6kN，寬4 000mm，輪距3 000mm，起重量50kN，小車重20kN。設(shè)計(jì)考慮兩臺(tái)吊車共同運(yùn)行，圖1為吊車布置示意圖及支座豎向反力影響線圖。

圖1 吊車布置及支座豎向反力影響線圖

計(jì)算Dmax、Dmin及Tmax：

根據(jù)B與K及支座反力影響線圖，可得

作用點(diǎn)高度為標(biāo)高12.400m處。

5）風(fēng)荷載

風(fēng)荷載設(shè)計(jì)值ω＝γQωk＝1.4×βz×μs×μz×ωo，式中字符含義及取值見《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》。

3.2 排架內(nèi)力分析及組合

排架計(jì)算基本假定：①柱下端固接于基礎(chǔ)頂面，上端與屋架鉸接；②屋架沒有軸向變形。

該廠房為兩跨等高排架，可用剪力分配法進(jìn)行排架內(nèi)力分析，求出各控制截面的內(nèi)力。上柱底面為Ⅰ－Ⅰ上柱控制截面，牛腿頂面和下柱底面分別為Ⅱ－Ⅱ和Ⅲ－Ⅲ下柱控制截面。

荷載組合根據(jù)“荷載規(guī)范”，可以采用簡(jiǎn)化規(guī)則。組合值：①恒荷載＋任一活荷載；②恒荷載＋0.9（任意兩個(gè)或兩個(gè)以上活荷載之和），取最不利值確定。內(nèi)力組合一般考慮4種內(nèi)力組合：①最大正M及相應(yīng)的N和V；②最大負(fù)M及相應(yīng)的N 和V；③最大N及相應(yīng)的M 和V；④最小N及相應(yīng)的M 和V。荷載組合時(shí)應(yīng)注意計(jì)算中考慮多臺(tái)吊車組合荷載折減系數(shù)取值，豎向荷載時(shí)，兩跨的每個(gè)排架，臺(tái)數(shù)取4臺(tái)時(shí)，β＝0.8；考慮多臺(tái)吊車水平荷載時(shí)，臺(tái)數(shù)2臺(tái)時(shí)，β＝0.9。

3.3 排架柱基礎(chǔ)計(jì)算

排架一般采用柱下獨(dú)立基礎(chǔ)，底面采用矩形。由于本地區(qū)地基承載力低，土質(zhì)松軟，本設(shè)計(jì)采用了樁基。按地基承載力確定基礎(chǔ)底面積及埋深或按單樁承載力確定樁數(shù)時(shí)，傳至基礎(chǔ)或承臺(tái)底面上的荷載應(yīng)按正常使用極限狀態(tài)下荷載效應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)組合。相應(yīng)的抗力應(yīng)采用地基承載力特征值或單樁承載力特征值。在確定基礎(chǔ)或樁臺(tái)高度、計(jì)算基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)內(nèi)力、確定配筋和驗(yàn)算材料強(qiáng)度時(shí)，上部結(jié)構(gòu)傳來的荷載效應(yīng)組合和相應(yīng)的基底反力，應(yīng)按承載能力極限狀態(tài)下荷載效應(yīng)的基本組合。

3.4 原有結(jié)構(gòu)核算

根據(jù)對(duì)新排架結(jié)構(gòu)的計(jì)算結(jié)果核算原排架結(jié)構(gòu)的可靠性，若原結(jié)構(gòu)不足，應(yīng)對(duì)原結(jié)構(gòu)進(jìn)行加固或改變方案。本設(shè)計(jì)經(jīng)核算可以在原有結(jié)構(gòu)進(jìn)行擴(kuò)建。

4 排架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)注意的一些問題

4.1 屋架的選擇

壓濾廠房常年處于高溫高濕環(huán)境下，本設(shè)計(jì)采用的是預(yù)應(yīng)力混凝土折線形屋架，此屋架雖不如鋼屋架易施工，延性好，但卻比鋼屋架更適應(yīng)廠房環(huán)境，變形小。屋架形式的選擇應(yīng)根據(jù)屋架自身的性能特點(diǎn)和廠房的實(shí)際情況進(jìn)行比較確定。雙坡折線形屋架的上弦坡度采用1／5（端部）和1／15（中部）。預(yù)應(yīng)力屋架跨中起拱值取ι／1000～ι／900，ι為屋架的跨度。廠房有通風(fēng)要求，需設(shè)天窗。天窗架設(shè)計(jì)時(shí)可先按三鉸拱計(jì)算各鉸接點(diǎn)的反力，再按三角形封閉剛架計(jì)算內(nèi)力。

4.2 柱計(jì)算長(zhǎng)度及抗風(fēng)柱計(jì)算

壓濾廠房采用的是矩形現(xiàn)澆鋼筋混凝土柱，根據(jù)排架計(jì)算所得的控制截面最不利的內(nèi)力組合M和N，按偏心受壓構(gòu)件進(jìn)行設(shè)計(jì)。排架柱計(jì)算長(zhǎng)度應(yīng)按表1取用。

表1 排架柱計(jì)算長(zhǎng)度

H為從基礎(chǔ)頂面算起的柱子全高；Hu為從裝配式吊車梁底面或現(xiàn)澆式吊車梁頂面算起柱子上部高度；Hι為從基礎(chǔ)頂面至裝配式吊車梁底面或現(xiàn)澆式吊車梁頂面的柱子下部高度。

抗風(fēng)柱設(shè)計(jì)時(shí)近似按受彎構(gòu)件計(jì)算，并應(yīng)考慮正、反兩個(gè)方向上的彎矩。抗風(fēng)柱與屋架連接一般使用豎向可以移動(dòng)、水平方向又有較大剛度的彈簧板連接。

4.3 支撐

廠房支撐包括屋蓋支撐和柱間支撐。支撐雖不是主要的承重構(gòu)件，但卻是聯(lián)系各種主要構(gòu)件并把他們構(gòu)成整體的重要組成部分。支撐的設(shè)置位置及要求應(yīng)符合建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范及其他現(xiàn)行國(guó)家規(guī)范要求。柱間支撐一般采用X字交叉形支撐，它構(gòu)造簡(jiǎn)單、傳力直接，剛度較大。矩形鋼筋混凝土柱的截面高度h≥600mm時(shí)，下部柱間支撐應(yīng)設(shè)計(jì)成雙片，且間距應(yīng)等于柱高減去200mm。本設(shè)計(jì)中使用了雙片L110X70X8的柱間支撐，設(shè)置位置除根據(jù)規(guī)范要求外，還應(yīng)考慮原有廠房設(shè)置的位置。

4.4 外圍護(hù)墻體

砌筑外圍護(hù)墻采用外貼燒結(jié)頁(yè)巖磚，設(shè)置構(gòu)造柱和圈梁保證結(jié)構(gòu)的整體可靠性。墻體內(nèi)設(shè)置現(xiàn)澆鋼筋混凝土圈梁的位置：①梯形屋架端部上弦和柱頂?shù)臉?biāo)高處因各設(shè)一道；②應(yīng)按上密下稀的原則每隔4m左右在窗頂增設(shè)一道圈梁；③山墻沿屋面應(yīng)設(shè)鋼筋混凝土臥梁，并應(yīng)與屋架端部上弦標(biāo)高處的圈梁連接。圈梁兼做過梁時(shí)，過梁部分的鋼筋按計(jì)算用量另行增配。本廠房抗震設(shè)防烈度為8度，柱頂圈梁的縱筋選用了414，轉(zhuǎn)角兩側(cè)各1m范圍內(nèi)的箍筋為φ8＠100，并增設(shè)了314的水平斜筋。圈梁與柱和屋架做好可靠連接，采用412，錨入長(zhǎng)度不小于抗震錨固長(zhǎng)度LaE。墻體與柱可靠連接采用26鋼筋，鋼筋錨入墻內(nèi)500mm，沿墻高每500mm設(shè)置一道。擴(kuò)建廠房與原有廠房外圍護(hù)墻體設(shè)置圈梁標(biāo)高盡可能保持一致，鑿出原有圈梁鋼筋避開新舊結(jié)合處采用雙面焊接連接，保證圈梁閉合。

5 結(jié) 語

擴(kuò)建廠房結(jié)構(gòu)不僅僅要滿足強(qiáng)度要求，還要滿足剛度要求。由于原有結(jié)構(gòu)的存在，在結(jié)構(gòu)形式等方面的選擇上必受其限制，要求我們要做好相應(yīng)的處理。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)根據(jù)工程本身的特點(diǎn)做出合理的方案，運(yùn)用新知識(shí)新技術(shù)解決設(shè)計(jì)中出現(xiàn)的新問題，才可以讓設(shè)計(jì)能夠順利的完成，讓我們的建筑結(jié)構(gòu)更安全更可靠。

［1］ 住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部.混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2011

［2］ 住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部.建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2010

［3］ 王文棟，等.混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)造手冊(cè)（第三版）［M］.北京：中國(guó)有色工程設(shè)計(jì)研究總院，2003