麥麗鴻

（廣東鏵建設計有限公司 廣東江門 529000）

1 引言

長期以來，由于受到設計與制造技術(shù)等方面的影響，工業(yè)廠房的形式、功能較為單一，這些工業(yè)建筑已經(jīng)不能滿足工業(yè)生產(chǎn)的需求。新時代的工業(yè)廠房設計除考慮生產(chǎn)運作的實用性，還應體現(xiàn)獨特的設計理念，融合高科技化、多元化、人性化，創(chuàng)造出與時代發(fā)展相適應的靈活且功能多樣的工業(yè)廠房建筑。多層工業(yè)廠房的出現(xiàn)不僅有效解決了國內(nèi)工業(yè)用地緊張的問題，而且多層廠房具有開洞多、跨度大、承壓能力強的優(yōu)勢，廠房配備多層吊車，極大的提升了工業(yè)生產(chǎn)效率。

2 多層工業(yè)廠房的概述

2.1 基本特征

一方面，對于廠房的平面結(jié)構(gòu)以及柱網(wǎng)布置而言，能夠滿足不同生產(chǎn)工藝的要求。多層工業(yè)廠房在平面結(jié)構(gòu)布局方面具有不規(guī)整的特點，柱網(wǎng)布置也不規(guī)則，對于布梁的整齊性也沒有過高要求。一些廠房甚至為了滿足工藝上的要求，需要在主受力構(gòu)件上進行開孔處理。同時，多層廠房的內(nèi)部空間更大，柱距方面主要集中在6～12m之間，局部存在相應的抽柱設計，有的柱距甚至超過了18m。因而，廠房建筑在結(jié)構(gòu)傳力方面較為復雜，構(gòu)件受力不明確。一旦設計不合理，將導致應力集中問題的出現(xiàn)。另一方面，在豎向結(jié)構(gòu)布置以及層高方面，多層工業(yè)廠房有所提升，層高可以達到4～8m。對于豎向布置而言，經(jīng)常存在錯層、夾層以及樓板開洞等現(xiàn)象。這樣一來，就會導致樓板不能滿足平面內(nèi)剛度的需求。地震作用下，廠房結(jié)構(gòu)會出現(xiàn)“短柱效應”。因而，在進行豎向結(jié)構(gòu)設計過程中，要用局部柱段水平剪力進行截面的控制。此外，多層工業(yè)廠房的荷載具有多樣化。其中，廠房建筑的集中荷載包含內(nèi)部設備的自重以及振動效應，同時還包含各種類型的懸掛荷載，比如管道荷載、吊車荷載等等。另外，樓面施工中多采用現(xiàn)澆鋼筋混凝土的形式，受到生產(chǎn)工藝以及設備荷載的影響，樓板有時存在開洞的現(xiàn)象，也有一些樓面存在著局部厚度的變化。多層工業(yè)廠房的基礎一般采用柱下獨立基礎的形式，也有用到柱下條形基礎。如果工程的地基承載力較低，可以利用灰土密樁或者是砂樁進行處理，廠房的輕型圍護結(jié)構(gòu)大多不具有承重的作用，大多情況下會使用一些輕質(zhì)的材料。對于廠房建筑的屋蓋結(jié)構(gòu)而言，主要采用鋼桁架檁條體系，并且根據(jù)當?shù)貧夂驙顩r加鋪一定的保溫層。這樣一來，就可以降低雨雪天氣以及地震作用的影響。

2.2 多層工業(yè)廠房常用的結(jié)構(gòu)體系

總體來說，多層工業(yè)廠房常用到的結(jié)構(gòu)主要分為三種類型：框架體系以及純框架體系、混合體系。①對于框架體系而言，通常情況下又被稱作支撐體系。該體系在橫向設計結(jié)構(gòu)方面多采用剛接框架，但是對于框架體系縱向設計結(jié)構(gòu)而言，大多使用柱形支撐。通過柱子之間的支撐作用，可以滿足水平荷載的要求?？蚣荏w系的造價較低，并且節(jié)約材料、環(huán)保性好。但是，這一體系需要占用大量的空間，現(xiàn)階段在一些縱向比例大、橫向比例小的多層工業(yè)廠房中有著廣泛的應用。②純框架體系。設計過程中，對于廠房的縱橫兩個方向都采用剛接框架，并且不需要設置柱間支撐。這一結(jié)構(gòu)形式的優(yōu)點主要體現(xiàn)在使用空間上，但是設計過程中柱結(jié)構(gòu)不能使用工字型柱，因而增加了用鋼量。③混合體系主要由鋼架與支撐結(jié)構(gòu)組成，該結(jié)構(gòu)形式能夠有效降低柱的縱向彎矩，但是對樓面的剛度要求較大。如果剛度達不到設計要求將導致柱子間出現(xiàn)不協(xié)調(diào)變形問題。

3 多層工業(yè)廠房建筑及結(jié)構(gòu)設計的要點

3.1 工業(yè)廠區(qū)建筑總圖設計

隨著我國經(jīng)濟的高速發(fā)展，工業(yè)生產(chǎn)自動化水平的不斷提升，工業(yè)廠房的設計迎來了新的發(fā)展時代。多層廠房建筑設計要與整個生產(chǎn)廠區(qū)的布置緊密聯(lián)系。建筑設計過程中要注重不同類型的組合形式，并且要從廠區(qū)平面布置、廠區(qū)道路、豎向空間上加以疊合。此外，還要對廠區(qū)的實際條件與需求進行分析，合理、科學的進行總圖設計。一方面，總圖設計過程中要進行合理的空間組織，盡量減少占地面積以降低工程的投資，還可以給以后工廠的改建或重建留下發(fā)展空間。另一方面，在進行實際廠區(qū)建筑的設計工作時，要結(jié)合廠區(qū)建筑設計的不同影響因素來靈活設計，提升建筑的安全性與耐久性，通過對廠區(qū)合理的規(guī)劃布局以及獨特的單體廠房設計，使得廠房功能合理、外觀新穎。

3.2 多層工業(yè)廠房建筑設計

工業(yè)廠房是為生產(chǎn)供給工作空間場合的建筑物。在設計工業(yè)廠房時應充分整合工業(yè)生產(chǎn)的工藝流程，提煉出建筑的設計要點，包括建筑平面形狀、柱網(wǎng)尺寸、剖面情況、建筑體型等，選擇最佳的建筑及結(jié)構(gòu)方案和維護結(jié)構(gòu)的類型，以及細部結(jié)構(gòu)設計。在進行單體廠房建筑設計時，不僅要滿足工廠物質(zhì)生產(chǎn)的需要，還應注重建筑的外觀?，F(xiàn)階段，建筑造型設計是多層廠房建筑設計中的一個重要方面。造型設計要與外界環(huán)境、生產(chǎn)技術(shù)以及建筑經(jīng)濟等方面相協(xié)調(diào)。如果建筑外觀設計得當，會給人留下深刻的印象，有助于提高企業(yè)的知名度與品牌效應。另外，在進行多層廠房建筑的設計過程中，可以借鑒其它類型的多層建筑要素，并且將多層廠房建筑的使用功能與材料結(jié)構(gòu)、空間環(huán)境、施工技術(shù)、經(jīng)濟學要素有機的融合在一體，并且考慮人的需求，進而為工業(yè)生產(chǎn)與生活創(chuàng)造一個適用的客觀環(huán)境，以達到提高員工的生活質(zhì)量和工作效率的目標。此外，還應對當?shù)氐臍庀蟆⒌匦我约暗刭|(zhì)、環(huán)境條件、城市總體規(guī)劃等因素進行考慮，提升工業(yè)廠房建筑設計的前瞻性。

3.3 加強對橫向框架和縱向框架周期的控制

多層廠房在跨度方向上有著尺寸大、柱子少的特點，在柱距方向上存在著尺寸小、柱子多的特點。在進行橫向控制時，要使縱橫方向的抗震能力基本一致。這不僅可以提升廠房的抗震效果，同時可以降低施工造價。

3.4 提升電梯間位置的合理性

由于受到生產(chǎn)工藝的影響，多層廠房內(nèi)部經(jīng)常需要進行設備、貨物的豎向搬運，這就要根據(jù)實際狀況合理設置電梯。鋼筋混凝土電梯井筒結(jié)構(gòu)有著較大的剛度，設計過程中要考慮到電梯井筒對于廠房建筑的偏心影響。因而，在結(jié)構(gòu)布置上最好不要將電梯井筒布置于廠房建筑的端部或角部。如果非要布置在這些區(qū)域，應做好加強措施。

3.5 地震區(qū)域應減少防震縫的設置

在地震多發(fā)區(qū)域，多層廠房的伸縮縫是合一的。如果廠房建筑較長，那么要采取以下幾點構(gòu)造與施工措施，降低伸縮縫、防震縫的數(shù)量：一方面，在多層廠房施工過程中，可以每隔40m設置一道后澆帶，其尺寸要求為：長800mm，寬1400mm。后澆帶要設置在廠房結(jié)構(gòu)中受力最小的位置。另一方面，對于受溫度影響較大的位置，比如廠房的頂層、底層以及山墻等部位，要提升配筋率。

3.6 提升結(jié)構(gòu)設計的協(xié)調(diào)性

建筑與結(jié)構(gòu)設計過程中，要盡可能提升工藝布置和結(jié)構(gòu)設計之間的協(xié)調(diào)性。多層工業(yè)廠房的主要用途是提供工業(yè)生產(chǎn)服務，因此在進行具體的設計工作時，要與廠房工藝設計人員進行溝通協(xié)商，盡可能了解廠房工藝布置方面的要求。溝通協(xié)商過程中要對設備的布置狀況進行全面了解，對于廠房荷載要求以及開洞的位置進行記錄與考慮。

3.7 做好罕遇地震以及裂縫寬度的驗算

多層工業(yè)廠房建筑設計時，要確保廠房可以滿足正常使用的狀態(tài)，這一過程中需要進行相應的裂縫寬度驗算。其中，混凝土梁的裂縫不能超過0.3mm。計算過程中，如果發(fā)現(xiàn)超過了這一數(shù)值，要適當?shù)脑黾愉摻顢?shù)量，同時要降低鋼筋的截面尺寸。如果上述做法仍然不能達到要求，那么要進行柱梁截面的重心計算。在進行抗震設計工作時，要確保建筑能夠達到“小震不壞，中震可修，大震不倒”的效果。驗算過程中，只要達到“小震不壞”的要求即可，之后再應用相應的構(gòu)造措施來提升廠房建筑的抗震效果。

4 案例分析

某多層工業(yè)廠房的占地面積為1200m2，建筑面積為4880m2，廠房結(jié)構(gòu)體系采用四層全框架結(jié)構(gòu)。該工業(yè)廠房的耐火等級為一級，生產(chǎn)類別為丙類。其中，首層作為金工車間，二～四層留作裝配車間，廠房建筑布置平面圖如圖1所示。因生產(chǎn)的需要，大跨度適合工業(yè)流程的生產(chǎn)，所以柱網(wǎng)采用（10+10+10）×8m的等跨布置形式，首層的層高為6m，2～4層的層高設計均為4.5m，并設置一個3t的貨梯以滿足生產(chǎn)運輸?shù)男枨蟆Ｍ瑫r，考慮消防疏散的要求，需要設置兩個疏散樓梯。每層平面均設有衛(wèi)生間，考慮到生產(chǎn)員工的需求，讓設計彰顯人性化。建筑立面會有凹凸等變化造型，搭配線條，以達到工業(yè)建筑的造型美，給人以簡潔明快等感覺。

結(jié)構(gòu)設計過程中，詳見廠房結(jié)構(gòu)布置平面圖如圖2所示。本工程為抗震設防工程，工程所在地區(qū)的抗震設防烈度為Ⅶ度，設計基本地震加速度為0.10g，設計地震分組為第一組，場地類別為Ⅱ類，地震作用采取的抗震設防烈度為Ⅶ度，框架抗震等級為三級。首層地面的活荷載標準值為8kN/m2，2～4層為5kN/m2。本工程采用錘擊式高強混凝土管樁φ400基礎。首層柱、梁、板的混凝土強度等級為C35，二層柱、梁、板為C30，3～4層柱、梁、板為C25。本工程砌體采用頁巖燒結(jié)盲孔多孔磚，規(guī)格為240×115×90。在結(jié)構(gòu)設計中，合理調(diào)整柱、梁、板的截面，以使工業(yè)廠房達到最優(yōu)方案，既滿足工業(yè)生產(chǎn)的需要，也滿足建筑的安全要求，同時也做到經(jīng)濟合理。該廠房借助于框架梁承受橫向承重體系進行荷載傳遞。樓蓋設計時，使用整體現(xiàn)澆的形式進行施工。

圖1 全框架廠房建筑布置平面圖

圖2 全框架廠房結(jié)構(gòu)布置平面圖

5 結(jié)束語

隨著國內(nèi)工業(yè)化進程的不斷加快，多層工業(yè)廠房建筑得到了廣泛的應用。在工業(yè)廠房建筑及結(jié)構(gòu)設計中，要考慮生產(chǎn)的需求，要考慮人的需求，合理選擇廠房的結(jié)構(gòu)形式，創(chuàng)造方便、舒適、安全的工作空間，使工業(yè)廠房的工作空間環(huán)境與人相融。此外，要提升結(jié)構(gòu)計算的準確性，不斷進行梁、柱、板截面的合理調(diào)整，進而提升多層工業(yè)廠房的設計質(zhì)量。多層工業(yè)廠房建筑設計堅持以人為本的思想，力求做到實用、經(jīng)濟、美觀。在設計工業(yè)廠房建筑的過程中，應嚴格按照建筑各規(guī)范的要求，并應融合建筑、結(jié)構(gòu)、給排水、電氣、暖通等，考慮到各個工種之間的協(xié)調(diào)，特別是結(jié)構(gòu)與建筑的相互交流與協(xié)調(diào)、結(jié)構(gòu)與施工的相互溝通與跟進，施工過程中亦應嚴格按照圖紙進行操作。