探析单层多跨工业厂房的结构设计

探析单层多跨工业厂房的结构设计

摘要：伴随着国民经济不断发展，社会生产规模不断扩大，工业化生产成为时代发展的必然趋势。为满足不同行业的不同需求，各种形式的厂房不断涌现，厂房结构越来越复杂，其中单层多跨的厂房是众多厂房中其中一种常见形式。文章以某单层多跨工业厂房为例，从结构设计来对其进行相应的探析。

关键词：单层厂房结构设计；单层钢筋混凝土柱厂房；工业厂房；

引 言

工业厂房作为工业发展过程中的基础性工程，在工业发展过程中发挥着不可替代的重要作用，是工业化的中心环节之一。厂房的结构设计、材料运用和抗震抗灾能力都是建设过程中需要思考的问题。使用单层多跨厂房是工业厂房建设过程中的发展需求，也符合国家对工业发展的可持续化发

展的具体要求。做好单层多跨厂房的结构优化设计具有重要的发展价值和现实意义。

1. 单层多跨厂房的结构设计问题

1.1单层多跨钢结构厂房单榀钢架的平面外刚度小

单层多跨钢结构厂房和传统的混凝土为主要建设材料的厂房相比，具有重量轻、可回收、节能环保、施工周期短等优势，但是多跨钢结构厂房的单榀钢架的平面外刚度较小，通俗地来说就是结构不够稳定且刚度较小，受力一旦超过结构承受的最大范围，钢结构就会发生弯曲、变形、移位、扭曲等情况，这严重地威胁了厂房内部工作人员的安全和设施设备的平稳运行，该问题是设计人员在单层多跨钢结构中需要面临的重要问题，事关整个工程和后续投入使用的安全性。

1.2设计不够准确容易出现误差

设计人员在单层多跨钢结构厂房的设计过程中往往将工作的重点难点都放在了横向平面钢架的计算中，而缺乏对钢架平面外计算的考虑，这会直接导致厂房的实际设计空间会被简化成为平面化的结构，这会直接导致后期观察出现不一致、厂房不够安全等情况，加上相关的建模和平面的计算需要同时结合工程设计人员的预判估计，除此之外还要做好厂房整体受力情况的计算，设计人员容易因计算结果不够准确出现一定的误差，影响厂房建设。

2. 单层多跨工业厂房的结构设计

结合某单层厂房工程建设（以下简称厂房A），厂房位于7度抗震设防区内，场地类别为Ⅲ类，设计地震分组为第一组，设计基本地震加速度值为0.10g，场地特征周期值为0.45s；风荷载基本风压W0=0.60kN/m2，地面粗糙度类别为B类；厂房高度11.32米，厂房为排架结构，采用钢筋混凝土柱，屋盖采用钢屋架。

2.1单层多跨工业厂房结构布置

对于单层钢结构厂房结构设计时，应该综合考虑到单层多跨结构设计中的具体要求，分析各种因素，从而可以使得结构设计方案更加的科学合理。单层多跨钢结构厂房设计中，其钢梁、跨度、纵向柱距等方面对于结构的设计质量存在直接的影响。总体上主要分为两部分，即厂房的横向跨度和厂房的纵向柱距。对于钢结构厂房的设计中，柱网设计需要满足行业规范的需要，做好后续的维护与管理工作，为整体结构性能的提升奠定坚实的基础。此外，还需要充分考虑到伸缩缝的设置方面，要合理地确定其位置、尺寸等参数，选择科学合理的设计方案，厂房的纵向柱网尺寸一般可为 6m，确保厂房横纵柱网结构的尺寸达到最优化的要求。钢结构厂房设计的过程中，横向跨度一般较大，横向跨度需要充分考虑到厂房内部的设备、人员、车辆等流动性，以满足正常生产的需要。

2.2充分考虑风荷载对钢结构的影响

钢结构重量轻，相对于钢筋混凝土，钢材容重虽然更重，但钢材强度比钢筋混凝土高，承载同等重量和同等条件下，钢结构要比钢筋混凝土结构轻，且钢结构的整体刚度小于混凝土结构，风对钢结构的影响要大于混凝土结构。在厂房A中，屋面采用采用压型钢板轻型屋面（0.5mm厚屋面外板+50mm厚保温玻璃棉+0.5mm厚屋面内板），查阅广东省标准《钢结构设计规程》，其重量为0.11kN/m2，远小于钢筋混凝土楼板，在风荷载作用下，如结合左风弯矩图（图1），风会对屋盖产生吸力，故屋面板必须与檩条有可靠的连接，也因此在檩条设计时，除需要考虑恒载自重、检修荷载等向下的荷载，也不能忽视风荷载对结构的影响，需验算风恒载情况下结构构件是否满足强度、挠度等要求。

图1 左风弯矩图

2.3根据结构受力特点合理选取构件截面

在厂房A设计过程中，屋面钢架与边柱之间为铰接连接，结合其弯矩包络图（图2），可发现钢梁弯矩在跨中及中间支座处较大，结合此特点，在弯矩较大的地方加大钢梁的截面，而在弯矩较小的地方则适当减小钢梁的截面，如图3将跨中、中间支座处钢梁截面加大，这样调整后可使钢梁的材料得以充分利用，在保证结构安全的前提下适当优化，节省了材料，优化了用钢量，降低了工程造价。

图2 弯矩包络图

图3钢梁截面示意图

2.4对单层工业厂房进行抗震设防

我国地震多发，工厂作为工业化生产重要场所，若每次震后厂房都受到破坏，轻则致使工厂停产、减产，重则造成人员伤亡，对经济发展产生不良影响，也会严重阻碍震后救灾。因此，单层工业厂房进行抗震设防是必要的。

地震作用作为建筑结构安全设计的重要影响因素，当前我国对建筑结构要求越来越严格，在此背景下，传统工业发展行业积极创新改革，不断采取有效措施提高工业生产厂房的抗震能力，并且提高结构设计质量。地震的发生具有突发性、偶然性与短暂性、破坏性等，地震作用的分析，其本身能够为建筑结构设计提供参考，尤其是具体设计中，能够根据掌握的地面运动制定适当结构设计方案，具体考虑因素包括地震速度、加速度与位移等，分析这其间厂房结构出现的短暂性动力变化。

对厂房的纵横向抗震分析，一般情况下，采用多指点空间结构分析方法，根据厂房等高或不登高、吊车设置情况、屋盖类别等情况，采用能准确反映厂房地震反应的计算模型。地震作用计算可通过底部剪力法、时程分析法与振型分解反应谱法等。对于不等高的单层厂房，不能采用底部剪力法；振型分解反应谱法在应用的过程中，主要是通过自由度体系加速度计算的方式来确定，要根据相应的数据计算出其反应谱，并且充分地考虑到地震运行与分解的工作原理，要从振型分析的角度来确定地震作用；时程分析法则需要从结构运动方程的角度出发，准确地计算确定地面加速度参数，然后利用方程积分的方式，可以确定整个动作时间内的地震影响作用。

单层多跨工业厂房的结构抗震设计需采取适当的抗震构造措施，加强主钢架、屋面支撑、柱间支撑和屋面檩条等几方面的抗震设计。如屋面檩条、系杆的设置，应依据国家有关抗震标准进行合理设计。

3. 结束语

伴随着国民经济的蓬勃发展，工业化生产对厂房的需求越催旺盛，单层多跨工业厂房被各行各业广泛采用，在工业厂房设计中得到了普遍的应用，是现代工业厂房结构的其中一种主要模式，符合现代节能环保和经济性发展要求。根据上文对单层钢结构厂房的结构设计分析，应对单层多跨工业厂房进行合理的结构设计。本文所提出的观点，是从实际设计过程及大量查阅资料得出，希望往后有更多的学者、专家作更多深入的研究，从而不断推动单层工业厂房的进一步发展。

参考文献

[1]单层多跨钢结构厂房的结构设计及地震作用分析[D].刘皓.南昌大学2015

[2]钢结构厂房设计常见细节问题及其解决对策[J].唐春.河南建材.2018(06)

[3]关于钢结构厂房结构设计的相关研究[J].范建锋.住宅与房地产.2016(24)

[4]轻型门式刚架钢结构厂房分析及轻量化设计探讨[J].张扬.住宅与房地产.2017(17)

[5]单层多跨钢结构厂房的结构设计及地震作用的研究[J].单慧敏.工程设计.2017

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