浅谈工业建筑结构形式的选择与结构设计

丁玉洪

摘要：由于工业建筑是以工业生产为导向，它的外形、内部构造与我们熟知的常规形式和固有类型差别很大，处处彰显出功能主义的气息，表现出很强的经济适用性、灵活性和高科技特征。必须能够充分理解该建筑的要求与用途，多琢磨生产工艺流程，且要符合设计的抗震安全性。

关键词：工业建筑；结构形式；结构设计

我们知道，工业建筑是指供人民从事各类生产活动的建筑物和构筑物。特点是：建筑物应满足生产工艺的要求；建筑物内部有较大的面积和空间；建筑物的结构、构造复杂，技术要求高。由于工业建筑是以工业生产为导向，它的外形、内部构造与我们熟知的常规形式和固有类型差别很大，处处彰显出功能主义的气息，表现出很强的经济适用性、灵活性和高科技特征。

1.工业建筑结构形式的选择

工业建筑设计中结构的选择是：根据生产工艺要求和材料、施工条件，选择适宜的结构体系。钢筋混凝土结构材料易得，施工方便，耐火耐蚀，适应面广，可以预制，也可现场浇注，为单层和多层厂房所常用。钢结构则多用在大跨度、大空间或振动较大的生产车间，但要采取防火、防腐蚀措施。最好采用工业化体系建筑，以节省投资、缩短工期。

由于按照工业建筑建造后的用途会有不同的生产工艺、生产要求，所以要注意采用不同的材料和施工条件，要综合这些因素选择出一套最适宜的结构体系。目前常用的是钢筋混凝土结构与钢结构，其中：（1）钢筋混凝土结构的建筑材料比较容易获得，施工便利，既能预制也能在现场进行浇注，而且耐火耐蚀，建造出来的建筑适应面较广。目前我国的厂房常用的就是钢筋混凝土结构；（2）钢结构可以采用工业化体系进行建筑，既能节省成本，又能缩短工期，但是要注意防火和防腐蚀方面的设计。目前钢结构在我国多用于大跨度、大空间又或是振动较大的生产车间建造上。

2.工业建筑结构设计的关键

2.1设计基本要求

（1）在对钢结构应力和变形的控制中，有一些要求：①钢梁应力≥强度设计值乘以90%，②钢柱应力≥强度设计值乘以95%，③钢构件变形=变形容许值乘以100%。（2）在钢筋混凝土中，结构配筋要求：①框架梁配筋率在百分之一点二至百分之一点七之间，②框架柱配筋率在百分之零点七至百分之一点一之间，③独立基础配筋率大于等于百分之零点一五，④单桩单柱承台百分之零点一。

总之，结构设计要围绕安全性强、经济合理度高、工程质量高三方面依照国家规程，遵守国家规定来执行。

2.2地基形式的選择

不同的工业建筑形式，设计时需要选取不同的地基形式，通常载荷较大的地方采用桩基、独立基础、条形基础、弹性地基梁等。从生产型厂房的设计角度看，混凝土标号应符合结构耐久性要求（一般采用C25）。地基的配筋应尽量降低配筋率。条基交接部位的钢筋设置要有详细的工程图。条基交叉处的基底面积只能单独使用，不可重复使用，并要合理调整基宽。砌体结构局部墙体作用有较大的集中载荷，应根据具体要求适当加大地基宽度。另外需特别注意的是柱下条形基础，如果基础的翼缘板采用缓坡形式，应注意坡角不可过于陡峭，否则施工工艺性较差。

2.3梁和板件的合理设计

（1）挑梁的自重相对总载荷比较小，做成变截面对减轻自重贡献不大，所以应尽量将挑梁做成等截面形式。在计算挑梁钢筋率时，应预留合适的安全系数。当挑梁载荷大、悬挑大、挠度大时需适当加大底筋。砌体结构挑梁深入墙体的托梁长度应满足构造要求，并计算抗倾翻临界条件。（2）过梁的设计可以按标准图选用，但要在施工图中特别标明选用方法和具体图号。如果门窗洞口较大或过梁作用有集中力时，应通过具体计算验证过梁的受力强度。在设计时，尽量将过梁与圈梁整体浇注，既便于施工也利于抗震。过梁的钢筋不可配置过小，以充分考虑地震时过梁墙体出现裂缝而无法形成支撑的作用。（3）现浇板配筋多借助软件自动生成，例如常用的PMCAD。这样可以加快速度，减少笔误。在计算配筋时，应考虑塑性变形重分布，将板上筋应力乘以0.8—0.9的折减系数，将板下筋乘以1.1—1.2的放大系数。如果按弹性力学理论计算双向板钢筋应力，结果偏于保守，不必再人为放大。在给砌体结构的板件进行配筋时，要注意支撑在外墙的板负筋不宜过大，否则会对砖墙产生过大的附加弯矩。板配筋尽量采取大直径大间距形式，间距值不小于200毫米，板上板下钢筋宜均匀分布，直径类型不宜过多。在设计时，要注意将现浇挑板阳角配置辐射状附加筋，同时要对现浇挑板阳角的板下配置斜筋。

2.4柱形件的设计要点

在工业建筑结构设计中，轴向受力构件的应用极为广泛。柱截面选用时，为了经济，宜优先选用钢管混凝土柱或型钢格构柱。如角钢、槽钢、工字钢和钢管，也可用型钢或钢板制成组合截面柱。组合截面柱的腹杆体系有缀条式和缀板式两种。考虑到性价比，在工艺允许的情况下可增加纵向系杆，以减小厂房柱的平面外计算长度。支撑杆件的结构通常设计为单拉杆，或者是一镰一压杆件的组合形式。实际中根据受力大小和杆件长度灵活选用。单杆设计目前处于主流地位，也即在前后片杆件之间不设置缀条，这样便于架设中间穿行管道、楼梯和参观走廊。

2.5科学选用设计材料

针对不同建筑强度要求选择不同型号的钢板，如受力构件选择Q235-B，平台板选择Q235-A，吊车梁选择Q345-C等。选择的钢材要通过国家相关质量检测体系认证，确保质量可靠。在一些特殊要求的工程中选用特种钢材，如高炉炉壳选择BB503，转炉平台选择铸铁板等。在钢板型号确定后，按照钢板的型号配置对应的焊条，如受力构件Q235-B选用E4315焊条，受力构件对焊接要求等级为一级，必须有足够的焊接牢固度才能承担起结构受力主体的重任，没有特殊要求的结构可以选择E4301型焊条。相同原则，助焊剂和焊锡丝也应该具体情况分别对应选用。螺栓和螺母也有性能等级之分，同样要求符合相关规定。

混凝土的垫层与基层应分别采用C10和C25型混凝土，结构受力较大的选用C30至C50。此外还有高温耐热性和防水性混凝土供不同条件要求选用。

除了上述材料的选用外还应该注意钢结构的防锈涂装，避免结构生锈，影响建筑的刚度和强度。

2.6预埋件的合理埋设

在施工图中，设计人员要在结施图中明确标明预埋件的大小规格和定位尺寸。某些单位在结施图中漏掉楼梯埋件，需在现场补埋，费时费力。技术交底时，要特别向施工单位阐明埋件要求。埋件要可以承受一定的附加载荷。工业建筑筒体结构库壁的埋件安装要特别注意，否则出现滑膜时会使埋件移位，造成安装困难。

2.7防震设计应达标

现代建筑工程在结构上都反复强调防震抗震的要点，它占据了结构设计安全性的第一位。实际上在工业建筑中，结构防震抗震的要求更高，因为涉及到生产过程中的原材料、生产方法和成品等的特殊性，如果没有做好防震抗震的设计，一旦出现意外所带来的破坏力很可能是毁灭性的，特别是一些易燃易爆方面。我国也属于多地震的国家之一，尽管发生大型地震的频率不高，但是建筑结构的防震设计必须加强重视。

总之，结构设计是用结构语言来表达建筑师及其它专业工程师所要表达的东西。用基础，墙，柱，梁，板，楼梯，大样细部等结构元素来构成建筑物的结构体系，包括竖向和水平的承重及抗力体系。把各种情况产生的荷载以最简洁的方式传递至基础。要结合生产工艺流程与抗震安全性，才能设计出既满足生产使用的要求，又能保障生产安全的建筑作品。