浅谈多层工业厂房结构设计问题

浅谈多层工业厂房结构设计问题

刘昕

佛山市顺德建筑设计院股份有限公司   广东佛山   528000

摘要：多层工业厂房的应用，拓宽了工业厂房的使用范围，增加了厂房的功能设计。单层工业厂房向多层工业厂房的发展，表明了我国工业行业的发展。多层工业厂房的结构设计中，全方位的规划好相关的要点，以此来维护多层工业厂房的稳固性和耐用性，一来确保多层工业厂房能够满足工业的需求，二来维护多层工业厂房结构的质量和性能，规避潜在的设计风险。本文主要探讨多层工业厂房结构设计中的要点和结构设计过程中应该注意的问题，以供参考和借鉴。

关键词：多层；工业厂房；结构设计

引言：在工业的发展中，工业厂房的优化有着至关重要的作用。基于厂房空间的有限化，合理地分布各厂房区域，将厂房资源最大化地利用进来，最好的措施，就是建设多层工业厂房。对于厂房而言，其属于房屋建筑中的重要组成部分之一，因此，必须要考虑抗震性能。在进行多层工业厂房结构设计的过程中，要以实际地生产需要为依据，进而进行深入地优化设计。

一、工业厂房结构设计的基本原则与要求

1.1结构稳定性与安全性

在工业厂房结构设计中，结构的稳定性和安全性是最基本的要求之一。结构稳定性指的是在承受各种荷载和外力作用下，结构能够保持平衡和稳定，不发生倾覆或垮塌的能力。为了保证结构的稳定性，设计师需要考虑厂房的整体布置、形式和尺寸、基础设计等因素。

结构的安全性是指在设计寿命内，结构能够承受预定荷载并满足使用要求，不发生破坏或失效的能力。在工业厂房结构设计中，设计师需要根据相关规范与标准，对结构进行强度、稳定性、刚度等方面的计算与分析，确保结构在各种工况下都能够安全运行。

1.2结构材料选择与使用

工业厂房的结构材料选择和使用直接影响到厂房的结构性能和使用寿命。一般而言，常见的结构材料包括钢材、混凝土和木材等。在选择结构材料时，需要考虑材料的力学性能、耐久性、施工性能、成本等因素。

钢材具有高强度和良好的可塑性，适用于大跨度和大层高的工业厂房结构设计。混凝土具有良好的耐久性和防火性能，适用于一些要求较高的场所。木材则常用于小型厂房或需要保温隔热的场所。在实际设计中，还可以采用多种材料组合使用，以充分发挥各种材料的优点。

1.3跨度和间距的确定

厂房的跨度和间距是工业厂房结构设计的重要参数。跨度指的是主梁或主梁系的跨越长度，间距是指主梁或主梁系之间的距离。跨度和间距的确定需要综合考虑场地的尺寸、荷载要求、结构形式和经济性等因素。

一般情况下，较大跨度和较小间距可以提供更大的内部空间，适用于需要大型设备或流程布置的工业厂房。而较小跨度和较大间距则适用于小型工业厂房或需要分割空间的场所。在确定跨度和间距时，还需要考虑结构的荷载传递和分布、变形控制等因素。

1.4荷载分析与设计

荷载分析和设计是工业厂房结构设计的核心内容之一。荷载分析需要对厂房所承受的各种荷载进行细致地计算和分析，包括静载荷、动载荷、温度荷载、风荷载等。

静载荷主要包括自重、设备重量、储存物重量等。动载荷包括工人活动荷载、设备运行引起的震动荷载等。温度荷载是由于温度变化引起的结构收缩或膨胀产生的内力。风荷载则是由风压和风力引起的结构荷载。

荷载设计则是根据荷载分析结果，按照规范与标准进行结构的尺寸和强度设计。设计师需要合理选择结构形式、梁柱截面尺寸、连接方式等，以满足设计要求并提高结构的安全性和经济性。

二、多层工业厂房结构设计的特殊考虑因素

2.1垂直荷载的影响

在多层工业厂房的结构设计中，垂直荷载是一个重要地考虑因素。垂直荷载包括自重、活载和附加荷载等。不同楼层的荷载分布会对结构产生不同的影响，因此需要根据楼层的用途和荷载情况进行合理的荷载分配和结构设计。例如，底层通常需要承受更大的荷载，因此需要设计更加坚固的结构。

2.2风荷载及抗风设计

多层工业厂房需要考虑风荷载对结构的影响，并进行相应的抗风设计。风荷载是指风对建筑物表面产生的压力和力矩。根据建筑物所在地的风速等参数，可以计算出所需的抗风设计参数。抗风设计通常包括选择合适的结构形式、增加结构的刚度和强度、设置合适的风向抵抗措施等。

2.3温度变化与热膨胀

温度变化是另一个需要考虑的因素。由于温度变化，材料会发生热膨胀或收缩，对结构产生力学影响。对于多层工业厂房，不同楼层受温度变化的影响可能不同。因此，结构设计应考虑材料的热膨胀系数，并采取相应的计算和补偿措施，以确保结构的稳定性和安全性。

2.4设备重量与振动

多层工业厂房通常需要安装各种设备，这些设备的重量和振动会对结构产生影响。结构设计应根据设备的重量、位置和振动特性，合理分配荷载和选择适当的结构形式和材料。此外，还需要考虑设备的运行对结构的振动影响，采取相应的隔振措施，以确保结构的安全性和舒适性。

三、多层工业厂房结构设计的优化与改进

3.1结构优化方法

在多层工业厂房结构设计中，结构的优化是至关重要的环节。通过结构优化的方法，可以提高工业厂房的结构稳定性、耐久性和抗震性，降低工程成本，提高结构的经济效益。

（1）结构布局优化：在进行结构布局设计时，可以采用合理的布局方式，使结构的受力分布更加均匀，减小结构变形，增强结构的整体稳定性。例如，可以合理设置剪力墙、支撑柱等结构构件，使结构在受力分布上更加均衡。

（2）系统优化：通过对结构系统的优化，可以提高结构的整体性能。可以采用空间桁架结构、空间网架结构等系统，提高结构的整体刚度和稳定性。

（3）构件优化：在进行多层工业厂房结构设计时，可以采用高强度材料，减小构件的截面尺寸，提高结构的承载能力。同时，还可以采用钢筋混凝土构件代替传统的砖混结构，提高结构的抗震性和耐久性。

3.2材料与构件优化

材料与构件的优化是多层工业厂房结构设计中的重要环节，通过优化材料和构件的选择、设计和使用方法，可以提高工业厂房结构的性能和可靠性。

（1）材料优化：选择合适的材料是工业厂房结构设计的基础。可以选择高强度、高韧性的材料，如高强度钢材、高性能混凝土等，提高结构的承载能力和抗震性。同时，还可以选择可再生材料，如木材、竹材等，以实现可持续发展。

（2）构件优化：在选择和设计构件时，可以采用合理的截面形状和尺寸，减小构件的自重，提高结构的整体刚度和稳定性。同时，还可以采用预制构件和模块化构件，提高施工效率和质量。

3.3再利用与可持续发展

多层工业厂房结构设计地再利用与可持续发展是当前结构设计领域的研究热点。通过对旧工业厂房结构的再利用，可以减少资源消耗和环境污染，实现可持续发展。

（1）结构再利用：通过对旧工业厂房结构进行评估和改造，可以使其适应新的使用要求，延长使用寿命，减少废弃物的产生。例如，可以对旧结构进行加固处理，改变结构布局，提高结构的抗震性和承载能力。

（2）可持续发展：在多层工业厂房结构设计中，应注重材料的可再生性和循环利用性。可以选择可再生材料，并采用循环经济的原则，实现材料和能源的高效利用。同时，还可以在设计中考虑节能减排和环境保护的要求，降低工业厂房对环境的影响。

结束语：综上所述，通过结构优化的方法、材料与构件的优化以及再利用与可持续发展的思想，可以实现多层工业厂房结构设计的优化与改进。这将提高工业厂房的结构性能和耐久性，降低工程成本，实现可持续发展的目标。

参考文献：

[1]张海滨.多高层钢框架结构抗震设计研究[J].低碳世界,2021,11(06):184-185.

[2]梅素娟.多层建筑结构设计中框架结构的问题分析与处理[J].陶瓷,2021(01):124-125.

[3]吴泽进.多层钢结构工业厂房结构设计要点探析[J].房地产世界,2020(19):45-46.