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【摘要】：本文从结构设计师的角度，介绍了某多层工业建筑柱网为8mx8m时不同的结构设计方案的对比，分析了不同结构设计方案对工程造价以及施工进度的影响,指出结构工程师前期制定合理结构方案的重要性。
【关键词】：多层工业厂房；结构方案；工程造价
引言
随着国家经济的快速发展和人民对商品需求的日益提高，各工业企业迎来了快速发展和扩张。我院近十几年来承接了大量工业厂房的设计任务,这类项目厂房的特点是：建筑体量越来越大，建设周期越来越短，以及工业厂房的多层化。随着近年来原材料价格和人工成本的提高、各专业规范的更新，尤其是今年4月1日《建筑结构可靠性设计统一标准》的执行，对投资方初期投入都有较大幅度的增加。为减少企业初期资金投入，在满足规范和安全的情况下，结构设计师制定一个经济合理的结构方案显得尤为重要，现就以下工程案例进行经济对比：
一、工程概况
某工业厂房占地1.2万㎡，建筑面积2.1万㎡，长x宽=170mx79m，三层（局部单层）。其中三层部分宽48m，层高为6.6m/5.3m/5.3m，根据工艺需求柱网确定为8mx8m，底部两层为混凝土框架，屋面为轻钢屋面，单层部分宽31m，单层混凝土柱+轻钢屋面结构，楼面活载取值均为5kN/㎡，建筑典型的剖面如下：
二、结构方案制定
为降低业主方初期建设成本的投入，降低现场的施工难度以及加快施工速度，施工图设计之初，结构工程师充分发挥技术优势，结合结构布置的原则：结构体系要简捷、规则，传力途径明确，尽量使柱网均匀，使房屋的质量中心和结构中心相近，从而减少房屋的空间扭转作用，对本项目的结构方案进行了如下的分析与对比：
1.单层及三层屋面排架部分：结构传力途径简单清晰，在屋面恒荷载以及活荷载确定的情况下，唯有调整钢梁的截面在合理的高度时达到最优，从钢梁的计算应力、挠度以及用钢量做分析对比，容易确认最优截面，本文章不做详述。
2.二层混凝土框架部分：由于混凝土框架部分体量大，施工周期比较长，制定一个合理的结构方案对项目建设的成败有至关重要的作用，因此本文章重点对二层框架结构的结构方案进行分析：
方案一：8m开间内布置两道次梁(单方向主框梁受力）
此结构梁布置方案在工业、民用建筑中采用较为普遍，优点是：此方案比较成熟，楼板跨度较小，后期因工艺调整设备需要位置移动时相对灵活。缺点是：次梁较多，梁钢筋的绑扎难度相对较大，模板以及满堂脚手架的施工难度大，施工速度较慢、工期较长。
方案二：8m开间内布置一道次梁(单方向主框梁受力）
此结构梁布置方案在工业、民用建筑中相对方案一采用的概率要少些，此案优点是：此方案楼板跨度较大，次梁较少，梁、板的钢筋施工速度加快，模板以及满堂脚手架的施工难度降低，施工速度提升工期缩短。缺点是：后期因工艺调整移动设备位置时需要考虑楼板的承重，不够灵活。
上述两种方案除结构本身的优缺点以外，还会对装修以及机电的产生影响，比如：板底抹灰方案二明显比方案一有优势。机电方面如需要设置烟感时，当梁高超过一定高度时每格内均需设置烟感，次梁多烟感探头设置较多，此时方案二明显优于方案一。
综上所述，从定性角度分析方案二优于方案一。以下做定量分析对比，通过结构计算并绘制施工图进行造价统计。
三、各结构方案建模计算
1.自然条件参数：
该项目抗震设防烈度为7度，设计基本地震加速度：0.10g，设计地震分组:第一组，抗震设防类别丙类，抗震等级：三级。基本风压0.55kN/㎡，基本雪压0.30kN/㎡。楼面活荷载取值为5.0kN/㎡。
2.结构方案：
方案一：8m开间内布置两道次梁(单方向主框梁受力）
框架柱截面暂估为600x600，主框架梁截面暂估为300x800，次方向的框架梁暂估为300x600，次梁暂估为250x600，楼板厚为120mm，结构布置如下：
方案二：8m开间内布置一道次梁(单方向主框梁受力）
框架柱截面暂估为600x600，主框架梁截面暂估为300x800，次方向的框架梁暂估为300x700，次梁暂估为300x700，楼板厚为130mm，结构布置如下：
3.结构计算：
以上两种方案采用PKPM V4.2版软件建模，每种结构方案输入40mx48m(即5x6跨）进行计算，中间标准单元格的计算配筋与实际配筋如下：
四、各结构方案楼面梁、板的造价对比
取各方案中的标准单元进行楼面梁板的工程量计算，其中框架梁仅计算单边的主框梁和次框架梁，根据以上条件绘制的施工图计算工程造价汇总如下：
从以上表格的计算结果得知，方案一比方案二的工程量略低，但由于方案一比方案二的混凝土表面积大，模板工程量比方案二多，因此综合造价方案一比方案二略高。考虑板底抹灰的节省、施工难度降低以及梁多对机电可能产生的影响，方案二整体略优于方案一。
五、结构设计中应注意其他方面的问题
项目结构方案的成败，除了从以上工程施工的难易、经济性上考虑，还要考虑结构布置在满足工艺需求的情况下保证结构的安全，尤其需要切实遵循结构设计的原则，采取措施保证主体结构的安全：
1.楼面荷载的取值要满足工艺设备的需求：由于工艺人员对结构荷载的概念不够清楚，提供给设计院的荷载存在偏大或偏小的可能性，结构工程师需要对工艺提出的设备荷载进行复核，以免因设计输入的荷载条件有误而引起工程的不经济或结构的不安全；
2.控制框架结构的周期比、位移比：通常采用横向承重的结构方案，便于纵横向的抗震能力相近，不仅对抗震有利还使设计经济合理；
3.节点核心区的抗震验算：框架结构的要遵循“强节点弱构件”的设计原则，尤其要注意节点核心区的抗剪验算；
4.多层框架结构厂房宜少设缝或不设缝，尤其是大型洁净电子厂房更应该控制变形缝的设置。当房屋较长时，设计可采取后浇带、加强带等技术措施，或者计算模型中考虑温度应力的影响，在温度影响较大的顶层、山墙等部位，适当提高结构配筋率，同时采取加厚屋顶隔热保温层等措施；
经过以上分析与计算对比，结构方案的合理与否对项目的初期投资多少起到至关重要的作用，结构工程师应为项目的建设充分发挥技术优势。
结束语
市场供需的快速变化导致了多层工业建筑的快速发展和扩张，这类建筑的建设周期很短，随着近年来原材料价格和人工成本的提高，项目初期投资越来越大，因此项目参建各方主体必须通力协作，建设单位除请有经验和实力雄厚的设计院和施工队伍，还需保证建设资金的充足，施工方需制定详细的施工方案和施工计划，严格按计划执行，设计应与施工相结合，图纸设计过程中在满足规范的情况下尽可能的降低施工难度和工程造价。
参考文献:
[1]混凝土结构设计规范（GB50010-2010）[S].北京:中国建筑工业出版社，2015.
[2]建筑抗震设计规范（GB50011-2010）[S]. 北京:中国建筑工业出版社，2016.
[3]建筑结构荷载规范（GB50009-2012）[S]. 北京:中国建筑工业出版社，2012.
论文作者:焦翠平
论文发表刊物:《城镇建设》2019年第04期
论文发表时间:2019/6/11
标签：结构论文; 方案论文; 荷载论文; 框架论文; 截面论文; 楼面论文; 楼板论文; 《城镇建设》2019年第04期论文;