沈志刚 常州化工设计院有限公司 江苏常州 213003
摘要：工业建筑是工人们工作生产的场所，在对工业建筑框架结构设计时，不但要保证建筑框架结构的稳定性，还要满足工厂内工作生产的需求。但是由于工业建筑框架结构在设计过程中所涉及的设计内容繁多，并且较为复杂，所以经常会出现一些问题，那么工业建筑框架结构设计的优化措施尤为重要。本文以某多层工业建筑框架结构设计为实例进行分析，并提出了相应的优化策略。
关键词：工业建筑；框架结构；抗震设计；设计优化
近年来我国建筑行业发展迅速，也促进了我国经济水平的提高。工业建筑在用途和生产状况等方面也影响着工业建筑框架结构的设计，根据不同工业厂房的生产需求和用途，相关的设计人员也要选择合适的设计方案进行设计。在我国大多的工业厂房建筑中，钢筋混凝土结构被广泛运用，这种结构在施工中较为方便，并且具有耐火烧、耐腐蚀等特性。但是在一些自然因素或者特殊情况下，工业建筑框架结构如果出现问题，就会给工厂及工作人员带来严重的生命危害及财产损失，因此，需要相关的设计人员对工业建筑框架结构的设计进行优化措施，保障工业建筑的质量，保证人们的生命安全及财产安全。
1工程概况
某多层钢框架工业厂房，纵向长度126m，横向长度72m，檐口高度18m，主体结构采用钢框架结构，屋面采用压型钢板轻钢屋面。柱间距6m，横向3跨，每跨24m。该厂房的平面布置图及横向剖面图分别见图1、2。
图1 图2
2工程地质条件
本工程抗震设防烈度7度(0．159)，设计地震分组为第二组，场地类别为Ⅱ类。考虑到厂房的重要程度，承载力设计时按1．1倍基本风压0．50kN／m2；风荷载作用下层间位移计算时，按基本风压0．45kN／m2取值计算。地面粗糙度类别为B类。基本雪压0．45kN／m2，屋面设计活荷载2．0kN／m2，所有吊车均为软钩吊车，吊车工作级别均为A3～A5。考虑到厂房空间整体作用，采用空间三维整体建模分析。
3吊车梁设计
3．1吊车荷载的确定
根据《建筑结构荷载规范》(GB 50009--2012)的规定，计算吊车水平荷载时，参与组合的吊车数量不多于2台；计算竖向荷载时，单跨厂房参与组合的吊车不多于2台，多跨不多于4台。本厂房吊车工作级别A3～A5，起重量10t，跨度24m，最大轮压P⋯为74．95kN，最小轮压Pmin为19．23kN。
3.2内力计算及截面选择
由于吊车荷载为移动荷载，计算吊车粱内力时首先用力学方法确定使吊车梁产生最大内力(弯矩和剪力)的最不利轮压位置，然后分别求梁的最大弯矩及相应的剪力和梁的最大剪力及相应弯矩，以及横向水平荷载在水平方向产生的最大弯矩。根据内力计算结果及构造要求，并考虑一定的经济性，最终选取吊车梁截面尺寸。
4工业建筑框架结构设计的优化措施
4.1结构平面布置优化
首先，应选择比较规则的平面和立面方案。尽量避免平面凹凸不规则或楼板开大洞，控制平面长宽比，合理设缝，使结构刚度中心与质量中心尽量靠近。竖向应避免有过大的外挑或内收，同时注意限制薄弱层、跃层、转换层等不利因素，使侧向刚度和水平承载力沿高度尽量均匀平缓变化。
其次，应选择合理、均匀的柱网尺寸，减少边跨柱柱距，使结构在平面中 X 向、Y 侧向刚度相差不应过大，实际工程中较长且不能设置横墙的单跨框架结构，可以考虑在框架中设置少量剪力墙或斜向支撑构件，增加结构的纵向刚度，使得板、梁、柱受力合理，从而降低构件的用钢量。
4.2楼（屋）盖结构的设计及优化
4.2.1柱网的尺寸与楼（屋）盖梁的布置。
柱网不宜设计成正方形，尽量采用矩形，并以短跨为主梁，长跨为次梁，短跨与长跨比例小于 0.75，相对比较经济，常用 0.65 ～ 0.75 比较适宜。
首先，在日常工作中，钢筋混凝土构件的混凝土强度越高越好是一种误区，混凝土等级越高，水泥用量越多，现在大多为商品混凝土，为运输和泵送需要，要求坍落度大，现浇梁和板中裂缝也容易出现。因此规范规定，现浇板和框架梁混凝土强度不宜大于 C30 和 C40。
其次，在结构设计中，采用高强度钢筋（HRB500、HRB400）可有效减少配筋量，提高结构的安全度。对于梁柱，如采用 HRB500（主筋）、HRB400（箍筋）分别代替 HRB400、HPB300，总体可节省用钢梁 10% ～ 15%。对于现浇板，用 HRB400 代替 HPB300 钢筋，由最小配筋率控制的配筋量省 21% 左右，对于承载力计算确定配筋量，省钢 20% 左右。
4.3柱下独立基础的优化
对于一般的混凝土基础，其抗剪和抗冲切均能满足要求，但对于坐落在岩石上的独立基础，可能出现抗剪承载力起控制作用的情况，《建筑地基基础设计规范》GB5007-2010 第 8.1.1 条注 4 规定，基础底面处平均压力值超过 300kpa 的混凝土基础，应进行抗剪验算。当冲切高度过大，可考虑提高混凝土强度，使基础截面在比较合理的范围内。
结语：
结合上文我们的分析和探讨，在传统工业建筑框架结构设计时，无论是耗材还是成本上损失相对较大，并且在一些地震等自然灾害下，框架结构的稳定性也有一定的缺陷，因此，相关的设计人员必须要重视工业建筑框架结构设计的优化，找到问题的根本，制定科学合理的对策，并严格按照国家的规范和标准进行设计，才能使工业建筑框架结构设计不断提升，实现建筑的安全性、稳定性及经济性，给企业带来更大的利益。
参考文献：
[1]建筑结构设计优化措施探究[J]. 芦丽. 消防界(电子版). 2016(12)
[2]建筑结构设计优化新方法[J]. 杨国鑫. 建筑工人. 2017(03)
论文作者:沈志刚
论文发表刊物:《中国住宅设施》2018年2月下
论文发表时间:2018/11/1
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