楊云飛

（山西省建筑材料工業(yè)設計研究院 山西太原 030013）

工業(yè)建筑結構設計要點

楊云飛

（山西省建筑材料工業(yè)設計研究院 山西太原 030013）

工業(yè)建筑以工業(yè)生產為核心，其內部構造與外部形態(tài)與常見的建筑必然會存在較大差異，因為工業(yè)建筑受載情況比較復雜，這對建筑結構設計提出了特殊的要求。鑒于此，本文從設計依據(jù)、結構計算、結構設計總說明、地基和基礎、混凝土結構、砌體結構、鋼結構等方面針對工業(yè)建筑結構設計要點進行了歸納總結。

工業(yè)建筑；結構設計；要點分析

近年來隨著我國工業(yè)建設的發(fā)展和科學技術的進步，工藝技術不斷更新，工業(yè)建筑的結構體系日趨多樣化、復雜化，建筑布置與豎向體型也越來越復雜，工業(yè)基礎設施更加完善，并擁有了獨立自主建設的能力，很多工業(yè)建筑都在朝著高水平、高質量的方向發(fā)展，這樣才能與我國不斷發(fā)展的工業(yè)經(jīng)濟相適應。工業(yè)建筑首先要滿足工業(yè)生產的要求，結構本身要承受較大的靜、動荷載以及振動的作用，處處彰顯功能主義氣息，有很強的經(jīng)濟適用性。本文結合筆者多年的工作實踐，主要從設計依據(jù)、結構計算、結構設計總說明、地基和基礎、混凝土結構、砌體結構、鋼結構等方面，分析了工業(yè)建筑結構設計需注意的要點。

1 設計依據(jù)

1.1 建筑抗震設防類別

建筑抗震設計所采用的建筑抗震設防類別，必須符合《建筑工程抗震設防分類標準》（GB50223-2008）的規(guī)定。

1.2 建筑抗震設計參數(shù)

（1）正確使用巖土工程勘察報告所提供的巖土參數(shù)，正確采用巖土工程勘察報告對基礎形式、地基處理、防腐蝕措施（地下水有腐蝕性時）等提出的建議并采取了相應措施。

（2）建筑抗震設計采用的抗震設防烈度、設計基本地震加速度和所屬設計地震分組，按《建筑抗震設計規(guī)范》（GB50011-2010）附錄A采用；對已編制抗震設防區(qū)劃的城市，按批準的抗震設防烈度或設計地震參數(shù)采用；對于在規(guī)范上未明確的地區(qū)，地震動參數(shù)的取值應由勘察單位依據(jù)GB50011-2001第1.0.4、1.0.5條提供。

2 結構計算

2.1 軟件的適用性

（1）使用通過有關部門鑒定的軟件。

（2）計算軟件的技術條件，符合現(xiàn)行工程建設標準的規(guī)定，并闡明其特殊處理的內容和依據(jù)。

2.2 計算分析

（1）計算模型的建立，必要的簡化計算與處理，必須符合工程的實際情況。

（2）所采用軟件的計算假定和力學模型，符合工程實際。

（3）復雜結構進行多遇地震作用下的內力和變形分析時，采用不少于兩個不同的力學模型的軟件進行計算，并對其計算結果進行分析比較。

（4）所有計算機計算結果，應經(jīng)分析判斷確認其合理、有效后方可用于工程設計。

2.3 結構構件及節(jié)點

（1）結構構件具有足夠的承載能力，必須滿足《建筑結構荷載規(guī)范》（GB50009-2012）第3.2.2條、《混凝土結構設計規(guī)范》（GB50010-2010）第3.3.2條及其它規(guī)范、規(guī)程有關承載力極限狀態(tài)的設計規(guī)定。

（2）結構連接節(jié)點及變截面懸臂構件各截面承載力必須滿足規(guī)范、規(guī)程的要求。

3 結構設計總說明

（1）建筑結構類型及概況，建筑結構安全等級和設計使用年限，建筑抗震設防分類、抗震設防烈度（設計基本地震加速度及設計地震分組）、場地類別和結構抗震等級，地基基礎設計等級，砌體結構施工質量控制等級，基本雪壓和基本風壓，地面粗糙度等。

（2）設計±0.000標高所對應的絕對標高、持力層土層類型及承載力特征值。

（3）設計荷載，包括規(guī)范未做出具體規(guī)定的荷載均應注明使用荷載的標準值。

（4）混凝土結構的環(huán)境類別、材料選用、強度等級、材料性能（包括鋼材強屈比等性能指標）和施工質量的特別要求等。

（5）受力鋼筋混凝土保護層厚度，結構的統(tǒng)一做法和構造要求及標準圖選用。

（6）建筑物的耐火等級、構件耐火極限、鋼結構防火、防腐蝕及施工安裝要求等。

（7）施工注意事項及施工質量驗收的特殊要求等。

4 地基和基礎

4.1 基礎選型與地基處理

（1）合理確定基礎選型、埋深和布置，基礎底面標高不同或局部未達到勘察報告建議的持力層時結構的處理措施。

（2）明確樁基類型選擇、樁的布置、試樁要求、成樁方法、終止沉樁條件、樁的檢測及樁基的施工質量驗收要求。

（3）提出深基礎施工時，基礎施工中施工單位應注意的安全問題，制定基坑開挖和工程降水時消除對毗鄰建筑物的影響及確保邊坡穩(wěn)定的措施。

4.2 地基和基礎設計

（1）單樁承載力的確定是否正確，群樁的承載力計算是否正確；樁身混凝土強度是否滿足樁的承載力設計要求。

（2）筏形基礎的設計計算方法是否正確，見GB50007-2011 第8.4.14～8.4.18條。

（3）地基承載力及變形計算、樁基沉降驗算是否正確。

（4）基礎設計（包括樁基承臺），除抗彎計算外，是否進行了抗沖切及抗剪切驗算以及必要時的局部受壓驗算，見GB5007-2011第8.2.7條、8.3.1條、8.3.2條、8.5.17～8.5.23條等。

（5）天然地基基礎是否按《建筑抗震設計規(guī)范》（GB50011-2010）第4.2.2條進行抗震驗算。

5 混凝土結構

5.1 結構布置

（1）房屋結構的高度是否在規(guī)范、規(guī)程規(guī)定的最大適用高度以內。

（2）結構平面布置是否規(guī)則，抗側力體系布置、剛度、質量分布是否均勻對稱；對平面不規(guī)則的結構（扭轉不規(guī)則、凹凸不規(guī)則、樓板局部不連續(xù)等）是否采取了有效措施；不應釆用嚴重不規(guī)則的設計方案。

（3）結構豎向高寬比控制、豎向抗側力構件的連續(xù)性及載面尺寸、結構材料強度等級變化是否合理；對豎向不規(guī)則結構（側向剛度不規(guī)則、豎向抗側力構件不連續(xù)、樓層承載力突變、豎向局部水平外伸或內縮及出屋面的小屋等）是否采取了有效措施。

（4）結構伸縮縫、沉降縫、防震縫的設置和構造是否符合規(guī)范要求。

（5）填充墻、女兒墻和其他非結構構件及其與主體結構的連接是否符合規(guī)范的規(guī)定，是否安全可靠。

5.2 結構計算

（1）結構平面簡圖和荷載平面簡圖是否正確。

（2）抗震設計時，地震作用計算原則是否符合規(guī)范GB50011-2010第5.1節(jié)的要求。

（3）需進行時程分析時，巖土工程勘察報告是否提供了相關資料，地震波和加速度有效峰值等計算參數(shù)的取值是否正確。

（4）結構計算的分析判斷：

結構計算總信息參數(shù)輸入是否正確，自振周期、振型、層側向剛度比、帶轉換層結構的等效側向剛度比、樓層地震剪力系數(shù)、有效質量系數(shù)等是否在工程設計的正常范圍內并符合規(guī)范、規(guī)程要求；層間彈性位移（含最大位移與平均位移的比）、彈塑性變形驗算時的彈塑性層間位移；首層墻、柱軸壓比、混凝土強度等級及斷面變化處的墻、柱軸壓比、柱有效計算長度系數(shù)等是否符合規(guī)范規(guī)定。

6 砌體結構

6.1 結構布置

（1）墻體材料（包括±0.000以下的墻體材料）、房屋總高度、層數(shù)、層高、高寬比和橫墻最大間距應符合規(guī)范要求；墻體材料還應符合工程所在地墻改政策的規(guī)定。

（2）平面布置宜簡單對稱，應優(yōu)先采用橫墻承重或縱橫墻共同承重方案，墻體構造應滿足規(guī)范規(guī)定。

（3）縱橫墻上下應連續(xù)，傳力路線應清楚；橫墻較少的多層普通磚、多孔磚住宅樓的總高度和層數(shù)接近或達到《建筑抗震設計規(guī)范》（GB50011-2010）表7.1.2規(guī)定限值，加強措施應符合第7.3.14的要求。

（4）樓、屋蓋與墻體的連接、樓梯間墻體的拉結連接（包括出屋頂部分）、樓、屋蓋圈梁和構造柱（芯柱）的布置應符合規(guī)范要求。

6.2 結構計算

（1）多層砌體房屋的抗震驗算和靜力計算，應按規(guī)范規(guī)定進行。

（2）抗震設防地區(qū)的砌體結構除砌體抗剪強度是否滿足規(guī)范要求外，還要注意門窗洞邊形成的小墻垛承壓強度是否滿足規(guī)范要求。

（3）懸挑結構構件，除進行承載力計算外，還應進行抗傾覆和砌體局部受壓承載力驗算。

（4）應按規(guī)范規(guī)定驗算梁端支承處砌體的局部受壓承載力。

7 鋼結構

鋼結構設計圖中是否注明了所采用的鋼材的牌號和質量等級（必要時尚應注明鋼材的力學性能和化學成分等附加保證項目）、連接材料型號，以及所要求的焊縫質量等級，是否注明了鋼結構的耐火等級、除銹等級及涂裝要求。

7.1 普通鋼結構

（1）采用的鋼材和連接材料的強度設計值是否符合規(guī)范規(guī)定。

（2）結構構件或連接計算時，單面連接的單角鋼及施工條件較差的高空安裝焊縫，是否按規(guī)范要求將強度設計值乘了相應的折減系數(shù)，見《鋼結構設計規(guī)范》（GB50017-2003）第3.4.2條。

（3）在建筑物的每一個溫度區(qū)段內，是否按規(guī)范GB50017-2003第8.1.4條的要求設立了獨立的空間穩(wěn)定支撐系統(tǒng)。

（4）拉彎構件和壓彎構件，除強度計算外，還應進行平面內和平面外的穩(wěn)定性計算。

（5）柱腳設計時，不得用柱腳錨栓來承受柱腳底部的水平反力，見GB50011-2010第9.2.16.4條。

（6）柱腳錨栓埋置在基礎中的深度，是否符合規(guī)范GB50017-2003第8.4.14條的要求。構件拼接時，拼接設計彎矩的取值是否符合規(guī)范GB50017-2003第9.3.4條的要求。

（7）受彎構件設計時，除強度計算外，還應進行局部穩(wěn)定和整體穩(wěn)定計算，以及撓度計算，并滿足規(guī)范的相關規(guī)定和構造。

（8）受壓構件（軸心受壓構件和壓彎構件）的局部穩(wěn)定應符合GB50017-2003第5.4節(jié)的規(guī)定。

（9）鋼構件的焊接連接設計中，應注意角焊縫的焊腳尺寸和板件厚度的關系、焊縫長度及節(jié)點板的設計計算和構造是否符合規(guī)范要求。

7.2 薄壁型鋼結構

（1）設計剛架、屋架、檁條和墻梁時，是否考慮由于風吸力作用引起構件內力變化的不利影響（如檁條自由翼緣的穩(wěn)定性等），此時永久荷載的分項系數(shù)應取1.0。天溝及跨度較大、坡度較小的輕鋼結構屋面是否考慮了積水荷載、或積灰荷載的作用。

（2）采用的鋼材和連接材料的強度設計值是否符合規(guī)范的規(guī)定。

（3）結構構件或連接計算時，在GB50018-2002第4.2.7條所列舉的五種情況下，是否按規(guī)范要求對強度設計值乘了相應的折減系數(shù)。

（4）屋蓋是否設置了支撐體系；當支撐為圓鋼時，是否設置了拉緊裝置。

（5）門式剛架是否設置了支撐體系，在設置柱間支撐的開間是否同時設置了屋蓋橫向水平支撐；當支撐體系設置在第二開間時，第一開間的相應位置是否設置了剛性系桿；剛架轉折處（邊柱柱項和屋脊處）及多跨房屋相應位置的中間柱頂，是否沿房屋縱向全長設置了剛性系桿。

（6）在剛架橫梁的受壓翼緣及剛架柱頂內側翼緣受壓區(qū)，是否按規(guī)范規(guī)定設置了隅撐。

（7）受壓板件和壓彎板件是否考慮了有效寬度。

（8）構件端板連接是否采用了高強度螺栓，端板厚度是否進行了設計計算。

8 結語

綜上所述，在工業(yè)建筑結構設計工作中，結構設計要考慮的事項很多，鑒于此設計工作者一定要嚴格按照相關規(guī)范、標準進行設計，對影響因素進行全方位的考慮，進一步優(yōu)化結構設計，這樣才能使建筑的技術性能與經(jīng)濟性能得到有效的統(tǒng)一。

[1]《建筑地基基礎設計規(guī)范》（GB50007-2011）[S].

[2]《建筑結構荷載規(guī)范》（GB50009-2012）[S].

[3]《混凝土結構設計規(guī)范》（GB50010-2010）[S].

[4]《建筑抗震設計規(guī)范》（GB50011-2010）[S].

[5]《鋼結構設計規(guī)范》（GB50017-2003）[S].

[6]建筑工程施工圖設計文件審查要點.

TU318

A

1673-0038（2015）24-0015-03

2015-4-25

楊云飛（1983-），男，工程師，本科，主要從事建筑、結構設計工作。