曹宇星

（江蘇中建工程設計研究院有限公司南通分公司，江蘇 南通 226000）

0 引言

最近幾年，鋼結(jié)構(gòu)因其工廠預制率高、施工周期短、抗震性能好和受荷能力強等特性，在各行業(yè)領(lǐng)域均得到廣泛應用。在設計多層鋼結(jié)構(gòu)工業(yè)廠房時，設計人員應當在前期設計環(huán)節(jié)就建立完整的設計理念，將鋼結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢特性充分發(fā)揮，滿足工業(yè)廠房的各項需求。另外，在多層鋼結(jié)構(gòu)工業(yè)廠房結(jié)構(gòu)設計中，要遵循設計的理念，同時結(jié)合以往成功工程設計經(jīng)驗，尤其是要做好設計過程中的要點把控。

1 鋼結(jié)構(gòu)多層廠房的特點

和普通的民用鋼結(jié)構(gòu)相比較，多層鋼結(jié)構(gòu)廠房有很大的優(yōu)勢，其中有：第一，針對多層鋼結(jié)構(gòu)廠房，可以滿足生產(chǎn)設備的布置和原材料的堆放以及其他生產(chǎn)功能的基本要求，荷載承受能力一般可以達到2.5～20kN/m2的范圍，相比普通的多層民用鋼結(jié)構(gòu)承受能力提高很大。第二，在鋼結(jié)構(gòu)廠房中，經(jīng)常會有集中荷載和懸掛荷載的使用要求，相比普通的多層民用鋼結(jié)構(gòu)受荷情況更復雜。其中集中荷載主要是設備在生產(chǎn)過程中的滿載重量以及生產(chǎn)過程中出現(xiàn)的震動荷載；懸掛荷載主要是室內(nèi)運輸設備、及水、電、風、工藝管線等。第三，多層民用鋼結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)平面布置多規(guī)整和對稱，樓板具有平面連續(xù)性。而多層鋼結(jié)構(gòu)廠房因為生產(chǎn)工藝的要求，經(jīng)常會出現(xiàn)結(jié)構(gòu)平面不規(guī)則、樓面錯層、樓面開洞等現(xiàn)象。因此，樓面完整性較差，如果有地震的發(fā)生，更容易出現(xiàn)扭轉(zhuǎn)的情況。與此同時，由于樓面錯層導致短柱組效應的發(fā)生，會讓水平方向的剪力向著局部柱段作用。第四，和多層民用鋼結(jié)構(gòu)進行比較，多層鋼結(jié)構(gòu)廠房因為生產(chǎn)工藝上的特殊要求，層高一般也會較高，較常見的層高范圍是4～8m，同時由于鋼結(jié)構(gòu)廠房的內(nèi)部空間很大，所以柱網(wǎng)一般也較大，以6～18m 的柱網(wǎng)較為常見。

以上是多層鋼結(jié)構(gòu)廠房的特點，在設計過程中需要采取多種方法綜合分析才能達到正常生產(chǎn)和安全可靠的使用要求。

2 多層鋼結(jié)構(gòu)工業(yè)廠房結(jié)構(gòu)設計實例

2.1 工程概述

以 A 工程為例，該工程為多層鋼結(jié)構(gòu)服裝廠，建筑面積是5684.64m2，其中建筑最高的高度是23.30m，一層的層高是5.85m（標高為-1.850m），二～五層的層高均是3.75m，一層在0.97m 標高設有局部夾層，將局部一層層高分為2.82m 和3.03m。根據(jù)業(yè)主生產(chǎn)工藝的要求，以及工程經(jīng)濟性和施工周期的比較，該多層鋼結(jié)構(gòu)廠房縱橫兩個方向的柱距均確定為6.70m，鋼柱采用方鋼管，鋼梁采用成品H型鋼，樓面采用壓型鋼板混凝土樓面，墻面采用成品NALC 外墻豎板。為了合理的承受整個廠房的荷載，該工程共設置了30 根鋼柱，基礎(chǔ)也采用柱下樁基承臺，采用直徑0.6m 長度16.0m 的鉆孔灌注樁。

2.2 設計分析和計算

該工程抗震設防烈度為6 度，基本地震加速度為0.05g（第二組），場地類別為Ⅲ類，場地特種周期為0.45s。樓面荷載計算方式如下：第一，縫紉機。每臺縫紉機加工作臺的荷載是2kN，根據(jù)實際設備布置情況可等效為面荷載，作用的位置二～四層樓面。第二，熨燙等設備參照縫紉機的受荷情況也可等效為面荷載，作用位置也是在二～四層樓面。第三，空調(diào)風管、電纜橋架及消防管線等重量約0.5kN/m，根據(jù)懸掛位置計算實際集中荷載大小，屬于懸掛荷載，作用位置各層中平面均有。針對荷載的布置情況和業(yè)主實際使用要求，該工程采用STS 鋼框架三維建模，采用SATWE 計算分析。

3 多層鋼結(jié)構(gòu)工業(yè)廠房結(jié)構(gòu)設計要點

3.1 抗震性能的重點關(guān)注

無論是單層還是多層鋼結(jié)構(gòu)廠房，在進行設計時，結(jié)構(gòu)安全始終是要放在第一位的。工業(yè)廠房的安全性方面，最大的威脅因素就是地震。發(fā)生地震時，廠房如果設計不合理，會更容易造成損壞甚至坍塌。因此，抗震設計是結(jié)構(gòu)設計的重中之重。尤其是位于地震頻發(fā)地區(qū)的建筑，在設計時要多參考并結(jié)合以往的成功案例，適當提高建筑的抗震性能。

3.2 把控結(jié)構(gòu)計算環(huán)節(jié)

多層鋼結(jié)構(gòu)工業(yè)廠房在進行結(jié)構(gòu)設計時，應根據(jù)不同的結(jié)構(gòu)形式和結(jié)構(gòu)布置采取最合理的計算方法，廠房的各項結(jié)構(gòu)設計計算參數(shù)才能由此獲得。從安全和經(jīng)濟的角度進行科學分析，要確保原始荷載數(shù)據(jù)的準確性，從而使得設計的成果得到保障。為此，在結(jié)構(gòu)計算前，結(jié)構(gòu)設計人員要和業(yè)主做好充分溝通交流并達成共識，防止在設計理念上出現(xiàn)偏差，導致設計結(jié)果出現(xiàn)矛盾，要確保設計成果的質(zhì)量。同時，在進行結(jié)構(gòu)計算時，應當采用先進的科技方法，遇到復雜結(jié)構(gòu)，更要采用不同的結(jié)構(gòu)計算軟件進行復核，確保設計結(jié)果的準確性和可靠性。

3.3 合理把控設計“四性原則”

“四性原則”在多層鋼結(jié)構(gòu)工業(yè)廠房的結(jié)構(gòu)設計過程中需要我們設計人員始終堅持，并合理平衡?！八男栽瓌t”主要是指：可靠性、安全性、實用性和經(jīng)濟性。許多工業(yè)企業(yè)在多層鋼結(jié)構(gòu)工業(yè)廠房設計過程中，往往只看中經(jīng)濟效益，忽視實用性和安全性。這就需要我們結(jié)構(gòu)設計人員，通過設計過程中的合理把控，在符合國家現(xiàn)行規(guī)范的前提下，將可靠性、安全性、實用性和經(jīng)濟性針對每個具體項目做好差異和綜合分析，從中尋找出各方都能接受的合理平衡點。

3.4 技術(shù)處理要簡化

在結(jié)構(gòu)設計過程中，結(jié)構(gòu)設計人員需要從建筑材料的選用以及結(jié)構(gòu)體系的確定方面進行把控，才能最大程度確保多層鋼結(jié)構(gòu)工業(yè)廠房可靠性，并讓其充分發(fā)揮自身的設計使用功能。一方面，設計成果要能充分發(fā)揮多層鋼結(jié)構(gòu)的性能優(yōu)勢；另一方面，針對建筑材料的用量情況要做到科學、合理。利用全面的分析，讓鋼結(jié)構(gòu)不僅要有支撐的作用，同時還需要有維持工作的作用。就給多層鋼結(jié)構(gòu)廠房在結(jié)構(gòu)上提出了更高的標準和要求。為此，設計人員就需要針對設計參數(shù)、使用環(huán)境條件以及使用功能合理分析和選取，同時要熟練掌握理論知識，對多層鋼結(jié)構(gòu)工業(yè)廠房的設計方案作出綜合的選擇，確保施工能夠正常的開展。

3.5 橫向和縱向設計的把關(guān)

橫向和縱向的分析在進行多層鋼結(jié)構(gòu)工業(yè)廠房結(jié)構(gòu)設計之前就應當提前做好。橫向設計過程中，要重點將多層鋼結(jié)構(gòu)工業(yè)廠房使用功能進行分析，確保多層鋼結(jié)構(gòu)工業(yè)廠房能夠符合企業(yè)生產(chǎn)的多樣性變化。多層鋼結(jié)構(gòu)工業(yè)廠房結(jié)構(gòu)的縱向設計，主要需要設計人員從安全性和穩(wěn)定性角度出發(fā)，把控設計過程中的重點。另外，在進行多層鋼結(jié)構(gòu)工業(yè)廠房的節(jié)點和構(gòu)件設計時，除了要考慮抗震性能和相關(guān)構(gòu)造要求外，更應當考慮到施工因素的影響，根據(jù)構(gòu)件是在工廠制作還是現(xiàn)場制作，采用不同的設計方法，從而確保節(jié)點和構(gòu)件的設計性能正常發(fā)揮。

3.6 合理設置變形縫

雖然鋼結(jié)構(gòu)建筑的變形縫設置限值與混凝土結(jié)構(gòu)相比要寬松很多，但是在設計過程中，設計人員仍應將變形縫的合理設置重點把關(guān)，防止建筑應變形縫的設置不當，而導致質(zhì)量問題的發(fā)生。工業(yè)廠房的規(guī)模一般都比較大，變形縫的設置不當或是施工不當，會對建筑的內(nèi)、外部使用環(huán)境帶來很大影響，比如：濕度、溫度、變形等問題，嚴重的會導致生產(chǎn)設備受損甚至工廠停產(chǎn)。因此，設計環(huán)節(jié)中就應對對變形縫的設置合理分析，才能確保工業(yè)廠房的質(zhì)量、安全和正常使用。

4 結(jié)束語

通過以上分析可以看出，多層鋼結(jié)構(gòu)工業(yè)廠房在結(jié)構(gòu)設計時，對設計要點應當進行重點把控。尤其是建筑物的抗震性能尤為重要，做為結(jié)構(gòu)設計人員，我們應當合理堅持四性原則，確保廠房結(jié)構(gòu)的安全性和可靠性。