李元，夏堯，高斌斌

（中機(jī)第一設(shè)計(jì)研究院有限公司，合肥230601）

1 引言

隨著我國工業(yè)的飛速發(fā)展，生產(chǎn)方式也逐漸由以手工為主的傳統(tǒng)的小作坊形式向高度機(jī)械化、自動化、專業(yè)化、協(xié)作化以及產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的全面標(biāo)準(zhǔn)化、系列化、規(guī)格化、部件化的工業(yè)化大生產(chǎn)方向轉(zhuǎn)換。而現(xiàn)代化的生產(chǎn)廠房是實(shí)現(xiàn)工業(yè)現(xiàn)代化生產(chǎn)的最基本條件之一。傳統(tǒng)的廠房結(jié)構(gòu)是鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，鋼結(jié)構(gòu)體系作為現(xiàn)代工業(yè)建筑的一大標(biāo)志已成為現(xiàn)代工業(yè)建筑的主要建筑結(jié)構(gòu)形式。選擇合適的結(jié)構(gòu)體系用于工業(yè)的生產(chǎn)廠房，以有效地創(chuàng)造現(xiàn)代化的生產(chǎn)空間，適應(yīng)工業(yè)生產(chǎn)的各種現(xiàn)代化設(shè)備的布置和更新，并有足夠的可靠性和靈活性能，最終達(dá)到社會效益、經(jīng)濟(jì)效益和美學(xué)觀感的最佳平衡，對工業(yè)發(fā)展具有顯著的意義。

2 廠房建筑設(shè)計(jì)

2.1 設(shè)計(jì)依據(jù)

依據(jù)GB 50681—2011《機(jī)械工業(yè)廠房建筑設(shè)計(jì)規(guī)范》、GB 50016—2014《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》、GB 50345—2012《屋面工程技術(shù)規(guī)范》、GB 50037—2013《建筑地面設(shè)計(jì)規(guī)范》、《中華人民共和國工程建筑標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)制性條文 房屋建筑部分》（2013年版）等現(xiàn)行國家及地方的規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行本項(xiàng)施工圖設(shè)計(jì)。

2.2 工程概況

該工程為合肥工業(yè)園10＃廠房，廠房為地上3 層鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，層高為7.2 m、4.2 m、3.6 m，建筑高度15.30 m，室內(nèi)外高差0.45 m。建筑使用年限為50 a，耐火等級為二級。

2.3 建筑總說明

1)室內(nèi)外高差定為0.30 m。

2）根據(jù)廠房尺寸，大概確定倉庫外圍尺寸，根據(jù)建筑的生產(chǎn)工藝或使用需要，對柱距進(jìn)行設(shè)置，跨度取為6～8 m。

3）根據(jù)甲方要求，對房間大小、功能進(jìn)行設(shè)計(jì)。

4）層高根據(jù)使用要求的室內(nèi)凈高確定。

5）走廊寬度根據(jù)模數(shù)確定。

6）柱子尺寸暫定為500 mm×500 mm，內(nèi)部為400 mm×400 mm，最終要根據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)結(jié)果選定最合適柱尺寸。

7）墻體采用填充墻，采最常用的加氣混凝土砌塊，按砌塊模數(shù)墻厚采用200 mm。且為了外側(cè)視覺效果，外墻采用偏心布置，與外側(cè)柱外側(cè)對齊。

8）樓梯的設(shè)計(jì)，平臺板寬不小于梯段寬度，確定踏步高和寬以及梯段的寬度，具體詳見樓梯圖。

9）門窗的布置以及門窗的尺寸都按規(guī)范模數(shù)來確定，滿足采光通風(fēng)的要求。窗臺的高度也按規(guī)范定為900 mm，門寬以及門高按模數(shù)以及常用的尺寸來確定。門垛寬度按模數(shù)為50 來取。

10）樓面地面以及屋頂?shù)淖龇ò垂こ套龇▓D集來確定，女兒墻高度也按模數(shù)來確定高度。

11）坡道寬度以及坡道的坡度均按規(guī)范要求來進(jìn)行設(shè)定。

12）最終建筑設(shè)計(jì)的細(xì)節(jié)詳見建筑平立剖面圖。

3 廠房結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

3.1 設(shè)計(jì)依據(jù)

設(shè)計(jì)依據(jù)為GB 50009—2012《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》、GB 50011—2010《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》（2016 年版）、GB 50010—2010《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》（2015 年版）、GB 50003—2011《砌體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》、GB 50007—2011《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》。

3.2 設(shè)計(jì)信息

本工程地震基本信息見表1。

表1 地震基本信息

3.3 材料說明

本工程采用的混凝土和鋼筋等級見表2。

表2 混凝土和鋼筋等級

3.4 構(gòu)件尺寸說明

主梁截面高度取跨度的1/12～1/8,梁寬取梁高的1/3～1/2，因此，根據(jù)建筑圖取主梁尺寸為200 mm×700 mm。

次梁尺寸選取方式同主梁，因此次梁尺寸有200 mm×500 mm 以及200 mm×400 mm。

衛(wèi)生間縱橫梁：200 mm×300 mm。

柱子尺寸：500 mm×500 mm。

3.5 荷載統(tǒng)計(jì)說明

3.5.1樓面附加恒荷載標(biāo)準(zhǔn)值

樓面（不含衛(wèi)生間）面層做法及附加恒荷載標(biāo)準(zhǔn)值見表3。

表3 樓面（不含衛(wèi)生間）面層做法及附加恒荷載標(biāo)準(zhǔn)值

樓面（衛(wèi)生間）面層做法及附加恒荷載標(biāo)準(zhǔn)值見表4。

表4 樓面（衛(wèi)生間）面層做法及附加恒荷載標(biāo)準(zhǔn)值

3.5.2上人屋面做法

上人屋面面層做法及附加恒荷載標(biāo)準(zhǔn)值見表5。

表5 上人屋面面層做法及附加恒荷載標(biāo)準(zhǔn)值

屋頂：上人屋面+鋼筋混凝土板底面清理干凈+7 mm 厚水泥∶石灰∶砂漿（1∶1∶4）+5 mm 厚水泥∶石灰∶砂漿（1∶0.5∶3）+表面噴刷涂料另選，故屋頂荷載為2.0+0.24=2.24 kN/m2。此處表面噴刷涂料荷載忽略不計(jì)。

3.5.3 樓梯恒荷載計(jì)算

折算板厚度約可取梯長（梯段長為2 970 mm 和梯段高為1 800 mm） 的1/30 與踏步高(180 mm) 的一半，即1/30×，取210 mm。

梯板面荷載：25×0.21=5.25kN/m2(25 為混凝土容重，kN/m3)。板面恒荷載：1.20 kN/m2。

板底抹灰（20 mm 厚）：20×0.02=0.4 kN/m2(20 為水泥砂漿抹灰容重，kN/m3)。

欄桿線荷載：0.2 kN/m2。

總計(jì)：7.05 kN/m2。

樓梯角α=atan(1 800/2 970)=31.22°，折算樓梯豎向荷載為q=7.05/cosα=7.19 kN/m2，取7.20 kN/m2。

3.5.4 樓面和屋面活荷載的計(jì)算

活荷載的取值本著2 個原則：一是嚴(yán)格遵守現(xiàn)行的GB 50009—2012；二是根據(jù)結(jié)構(gòu)實(shí)際情況進(jìn)行取值。本工程按照GB 50009—2012 取值即可，各功能房間樓面和屋面活荷載標(biāo)準(zhǔn)值見表6。

表6 各功能房間樓面和屋面活荷載標(biāo)準(zhǔn)值

3.5.5 梁上線恒荷載的計(jì)算

梁上線恒荷載主要有內(nèi)墻、內(nèi)隔墻和外墻，各種不同墻體對應(yīng)的做法及面荷載標(biāo)準(zhǔn)值見表7～表9。

表7 內(nèi)墻做法及面荷載標(biāo)準(zhǔn)值

表8 內(nèi)隔墻做法及面荷載標(biāo)準(zhǔn)值

表9 外墻做法及面荷載標(biāo)準(zhǔn)值

該建筑層高為3.6 m，梁的尺寸分別為250 mm×500 mm，200 mm×400 mm，150 mm×300 mm。對有門窗洞口的內(nèi)外墻體，開洞率一律取20%。從層高中扣除梁高可得墻高。這樣可以得到1～3 層的內(nèi)墻外墻梁上線荷載標(biāo)準(zhǔn)值。表10 給出了3 層梁上墻高及線恒荷載標(biāo)準(zhǔn)值。

表10 3 層梁上墻高及線恒荷載標(biāo)準(zhǔn)值

女兒墻高0.6 m，折合成厚100 mm 的混凝土欄板，其梁上線荷載=［26×0.10+0.65 (外墻裝飾)+0.4（內(nèi)墻粉刷）］×0.6=2.19 kN/m，取2.2 kN/m。

3.6 結(jié)構(gòu)計(jì)算軟件需輸入的參數(shù)說明

該設(shè)計(jì)應(yīng)用2017 版PKPM V4.3 系列軟件中PMCAD 進(jìn)行建模、SATWE 進(jìn)行計(jì)算和梁板柱施工圖繪制施工圖[1]這3項(xiàng)功能。

3.6.1 總信息

結(jié)構(gòu)體系為框架結(jié)構(gòu)，根據(jù)GB 50068—2001《建筑結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計(jì)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》7.0.3 條對安全等級為二級或設(shè)計(jì)使用年限為50a 的結(jié)構(gòu)構(gòu)件，結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)應(yīng)不小于1.0。室內(nèi)正常環(huán)境的環(huán)境類別為一類，根據(jù)GB 50010—2010《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》（2015 年版）8.2.1 條規(guī)定，梁柱保護(hù)層厚度為20 mm。在豎向荷載作用下，可考慮框架梁端塑性變形內(nèi)力重分布對梁端負(fù)彎矩乘以調(diào)幅系數(shù)進(jìn)行調(diào)幅，這主要是考慮到如果支座彎矩太大，支座鋼筋太密，就無法布置和施工。并且梁端應(yīng)具有形成塑性鉸的能力。根據(jù)JGJ 3—2010《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》[2]5.2.3 規(guī)定，現(xiàn)澆框架梁端彎矩調(diào)幅系數(shù)取0.85。

3.6.2 地震信息

由GB 50011—2010《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》（2016 年版）附錄A 查合肥市地震烈度7 度（0.10g），場地類別為二類。根據(jù)2016 年版GB 50011—2010 表6.1.2，設(shè)防烈度、結(jié)構(gòu)類型以及高度確定抗震等級為三級。3 層結(jié)構(gòu)計(jì)算振型個數(shù)取為9，計(jì)算結(jié)構(gòu)自振周期時考慮非承重墻體的剛度影響予以折減，根據(jù)JGJ 3—2010《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)程》4.3.17 條規(guī)定，周期折減系數(shù)取0.7。

對于多層框架結(jié)構(gòu)，2016 年版GB 50011—2010 要求：質(zhì)量和剛度分布明顯不對稱的結(jié)構(gòu)，應(yīng)計(jì)入雙向水平地震作用下的扭轉(zhuǎn)影響；其他情況，應(yīng)允許采用調(diào)整地震作用效應(yīng)的方法計(jì)入扭轉(zhuǎn)影響；JGJ 3—2010 則要求在地震作用下采用附加偏心距計(jì)算得到的內(nèi)力參與內(nèi)力組合，以增大結(jié)構(gòu)抗扭能力。程序是按JGJ 3—2010 方法編制，所以對于本工程也應(yīng)選“偶然偏心”。JGJ 3—2010 中4.3.2 條對應(yīng)該計(jì)算豎向地震作用的情況予以說明，該工程只需考慮水平地震作用，因此，不考慮“雙向地震作用”。

3.6.3 風(fēng)荷載信息

查GB 50009—2012《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》表E.5，修正后基本風(fēng)壓為0.35，由8.2.1 條該建筑屬于房屋比較稀疏的鄉(xiāng)鎮(zhèn)，因此，地面粗糙度類別為B 類。矩形平面，體型系數(shù)為1.3。

根據(jù)GB 50009—2012 附錄E.2.1，對于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的基本自振周期T1=(0.05～0.10)n，n為建筑層數(shù)，即為3，因此可取0.27。在“結(jié)構(gòu)基本自振周期”中填入0.27 進(jìn)行試算，試算后得到的結(jié)構(gòu)基本自震周期為0.95；在“風(fēng)荷信息”下拉參數(shù)欄“結(jié)構(gòu)基 本自振周期”中填入0.95，以取代第一次填入的0.27，第二次進(jìn)行計(jì)算。

3.6.4 活荷載信息

由于在PMCAD 中未對活荷載進(jìn)行折減，所以均應(yīng)對“柱、墻設(shè)計(jì)時活荷載”及“傳給基礎(chǔ)的活荷載”進(jìn)行折減。梁活荷不利布置最高為3 層。1 層折減系數(shù)為1.0，2～3 層折減系數(shù)為0.85。

3.6.5 設(shè)計(jì)信息

梁柱重疊部分簡化為剛域。當(dāng)梁柱截面較大時，梁柱節(jié)點(diǎn)區(qū)重疊部分體積很大。如果勾選此項(xiàng)，該處就成為剛性區(qū)域。那么梁的計(jì)算長度就要扣除節(jié)點(diǎn)區(qū)梁柱重疊部分，也就是扣除剛域部分，這樣梁的計(jì)算長度變小了，同時由于剛域的存在，梁的剛度變大，扣除剛域后的梁自重也減少了，梁端彎矩就會減小。

如果不考慮剛域，那么節(jié)點(diǎn)區(qū)的部分就作為梁的一部分更合理，才會達(dá)到更好的安全性與經(jīng)濟(jì)性；同時應(yīng)注意當(dāng)前和長遠(yuǎn)結(jié)合，隨著科技進(jìn)步和工藝革新的加快，在設(shè)計(jì)時，需考慮今后改建的可能性和簡便性。