浅谈大跨度多层工业厂房的结构设计
刘坚
昌河飞机工业集团公司江西景德镇767650507
摘要：集多功能于一体的联合车间、工业大厦等工业厂房，在新时代普遍采用大跨度、多层的设计形式，对工业厂房的设计提出了更新、更高的要求。

本文结合工程实例，对大跨度多层工业厂房设计的结构主要体系、设计要点与计算进行了详细阐述。

关键词：工业厂房；结构设计；多层；框架；
0 引言
近几年来，随着我国工业经济的快速发展，工业生产规模不断扩大，新建各类工业厂房也越来越多，联合车间、工业大厦等集多功能于一体的厂房不断产生（如图1所示）。

跨度大、荷载大、开洞多及多层吊车等设计要求对厂房建设提出了更新、更高的技术难度和标准。

工业厂房不得不以使用功能性开发为目的，向科技和人文等多方面的方向发展，厂房结构上设计也从单层向多层结构发展。

图1 某工业园区多层标准厂房
1. 多层工业厂房结构主要体系
多层工业厂房的结构主要有纯框架、框架、钢架加支撑的混合体系三种：
⑴. 钢架加支撑的混合体系。

可以有效地减少柱的纵向弯矩，但要求楼面刚度大，否则柱子间的变形不协调, 无法充分发挥柱间支撑的作用。

⑵. 纯框架体系。

框架体系没有柱间支撑，纵横方向都采用框架结构,这样会使厂房的空间部分充分发挥其功能,但框架体系中的柱要采用箱形, 而不能釆用工字型, 同时使用的钢
量还需要增加。

⑶. 框架—支撑体系。

该体系横向设计成刚接框架, 纵向设计成柱—支撑体系, 用柱间支撑抵抗水平荷载。

该体系经济节约, 但柱间支捸可能会影响使用。

这种形式特别适用于纵向较长, 横向较短的厂房。

2. 多层工业厂房结构设计要点与计算
2.1设计要点
⑴. 控制横向框架与纵向框架的周期
多层工业厂房不同于多层住宅，其空间跨度较大，尺寸也大，同时没有太多的承重柱子，所以，在多层工业厂房结构设计中应注意控制纵向和横向框架之间的周期, 通常情况下设计人员是采用控制横向框架的, 进而使得纵横向的抗震能力同步增强, 这样的结构设计在很大程度上可以抵御自然灾害, 同时也能降低设计中的费用。

⑵. 合理布置电梯间的位置
多层厂房在设计时充分考虑竖向运输的需要，面对工厂生产中的大型设备、沉重货物，电梯的竖向运输起着不可或缺的重要作用。

因此，电梯在多层厂房设计中是必不可少的。

对于电梯位置的配置，尽可能避免把电梯井筒安置在工业厂房的端部或者角落, 同时，还要对周边的楼板加固保护，防止由于井筒的刚度太大而导致建筑物的偏心现象产生，如果在布置上实在无法避开这二个部位时，则应加强其周围楼板及框架的强度，减弱偏心现象的发生。

⑶. 伸缩缱、防震缝要尽可能的少
地震区房屋的伸缩缝是合一的，当房屋较长时，宜采取下列一些构造措施和施工措施以少设伸缩缝及防震缝；施工中，每隔40m 设置一道，800mm一个1400mm宽的后浇带，后浇带的位置设在结构受力影响最小的区段；在温度影响较大的顶层、底层、山墙和内纵墙端开间的墙体等部位，适当提高配筋率；加厚屋面隔热保温层或设置架空层形成通风屋面。

⑷. 工艺布置与结构的协调
工艺布置应该与结构设计相协调。

多层厂房是为工业生产服务的,所以再设计工艺厂房时要和厂房的设计工作者协商, 尽可能地了解工艺的布置, 为设计和施工省时省力。

2.2结构计算
⑴. 厂房等效荷载的计算
厂房的等效荷载技术的精确度关系到最后的计算结果的精准度, 所以计算厂房的等效载荷显得尤为重要。

⑵. 柱子长度的计算
根据工作经验, 通常厂房里都设有吊车, 计算机的结构计算软件将
牛腿作为一个节点输入, 在计算时将牛腿以下的作为一层, 相应的会把牛腿以下的部分作为另一层, 这样计算的结果就和实际的情况不符合,而且这样得到的结果是不正确的, 因此我们在多层工业厂房结构计算中要对柱子的长度精细调整, 以达到合理的状态.
⑶. 自然灾害的预计
随着自然气候的不断变化, 以及地震等灾害的不断发生, 因此做好对灾害的预防工作就很重要了, 所以在厂房结构计算中需要对裂缝宽度进行验算。

一般要做好抗震设计: 小震不坏, 中震可修, 大震不倒的三个原则。

⑷. 与电梯井相连的框架
与电梯相连接的框架要是单纯的按纯框架设计、电梯井壁按构造配筋的话会显得不安全, 所以, 在实际设计中与电梯井相连的框架要采取按壁式框架进行设计, 同时还要对电梯井要按剪力墙配筋来增加其安全度, 实现安全生产。

⑸. 多层吊车
在多层吊车的计算过程中, 对一层应该采用吊车载荷输入,其余的多层要采用取活载荷输入。

3. 多层工业厂房工程
3.1工程概况
某工业园为国家级项目投产，需要超大建多连跨联合厂房，其横向跨度为3×30ｍ＋36ｍ＋2×30ｍ。

每跨均设桥式吊车，中间两跨（30ｍ＋36ｍ）设有双层吊车，最大起重量1000KN，下层及单层吊车轨顶标高均为12.5ｍ，上层吊车轨顶标高为19.5ｍ。

厂房总长300ｍ，总宽188ｍ，最大高度27ｍ，建筑面积约56000ｍ２。

3.2 结构特点
本工程为大型联合厂房，由焊接、大件加工、涂装、无损检测等４个主、辅生产工艺及其各自相关的生产工部所组成。

根据工艺专业的使用要求，选用12ｍ大尺寸柱距以便于厂房内部的整体布置。

厂房中间两跨为满足工艺要求布置有双层吊车，上层吊车轨标高达19.5ｍ，对厂房刚度及变形控制均有特殊要求。

3.3结构选型及设计
本厂房采用钢排架结构体系，柱距12ｍ，柱间设纵向支撑；吊车梁为焊接工字形吊车梁，吊车制动系统兼走道板；屋面梁为焊接实腹工字形钢梁，屋盖设横向及纵向水平支撑，与柱间支撑联合形成空间整体支撑体系。

屋面及墙面均采用保温复合压型钢板。

⑴. 厂房钢柱设计
①.钢柱截面形式的设计
厂房的上段柱由于受力较小，选用易于制作加工的对称焊接工字形实腹柱。

双层吊车跨的中段柱，除需承受上段柱的荷载外，还要承受上层吊车的荷载，采用实腹式截面，将支撑上层吊车肩梁的钢柱翼缘改为工字形。

厂房中部两跨为双层吊车，故下段柱截面形式选用格构式截面。

钢柱的截面尺寸主要由柱强度计算应力比控制。

通过计算对比可知，格构式方案比实腹式方案柱截面用钢量节约10％。

格构式的下段柱有利于各种管线的布置和铺设，故下段柱均选用了格构式截面。

②. 钢柱肩梁及支承牛腿的设计
格构式截面的钢柱，设计上通常采用肩梁的做法，吊车梁可通过肩梁直接将吊车荷载垂直传至格构式下柱的对应单肢上。

设计中，利用单层（下层）吊车起重量较小的特点，在高低跨交界处、轴及双高跨中部与轴处的格构式钢柱上，使用悬臂牛腿来支承吊车梁，通过降低格构式下段柱的截面高度，有效地节省了钢柱在厂房内部的占地面积，降低了厂房用钢量。

⑵厂房横向设计
考虑温度应力和温度变形影响的横向温度区段，将屋盖部分用变形缝分为两个独立单元，对厂房横向的作用也就分解为两个独立的厂房横向温度区间。

在横向中间部位，采用双上柱型格构柱方式。

双上柱型格构柱的下柱在上层吊车的肩梁以下合为整体格构柱，与传统做法的双列格构柱方案相比，在同样减小温度应力和变形影响的条件下，可有效降低格构柱在厂房中部的占地空间，提高厂房内部的有效面积使用率，增大厂房整体侧移刚度，同时减少了厂房主体结构的用钢量。

⑶．厂房纵向设计
①. 柱间支撑的设计
厂房柱间支撑的布置在满足厂房内生产流程及生产净空要求下，适当考虑其对厂房结构温度变形和附加应力的影响。

本厂房上、下段柱间支撑采用双片支撑形式，每片选用槽钢截面，双片支撑之间的连接系杆采用等边角钢截面。

下柱支撑选用空腹式门形支撑，上柱支撑选用八字形、人字形或十字交叉形支撑。

②. 温度应力计算
本厂房设计不设伸缩缝，采用单一温度区段，纵向均匀设置３道下柱支撑的纵向布置方案，通过增强柱间支撑、纵向系杆等纵向构件刚度，抵抗厂房纵向温度应力影响，并进行温度应力计算，结果满足强度及刚度要求。

４. 结语
基于生产经营需要而生产的大跨度、多层工业厂房，在结构设计时，首先要做到合理的结构布置，采用新型的双上柱型格构柱形式，适当增强柱间支撑，合理布置屋面水平支撑等技术措施形成空间整体刚度体系，保证设计的最佳化。

参考文献
[1] GB 50017—2003 钢结构设计规范［S］．
[2] 黄云叶.多层工业厂房结构设计常见问题及解决方法探讨[J].城市建设理论研究.2012(20).
[3] 张玮敏，刘虎堂，孔利萍，周莉.多层工业厂房结构设计常见问题[J].中小企业管理与科技.2012(06).。