郭中偉

中國(guó)電建集團(tuán)華東勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司 浙江 杭州 310000

引言

眾所周知，工業(yè)建筑是以工業(yè)生產(chǎn)為目的的建筑，這點(diǎn)與民用建筑有很大區(qū)別。大多數(shù)工業(yè)生產(chǎn)需要使用大型機(jī)械設(shè)備，因此施工現(xiàn)場(chǎng)也需要滿(mǎn)足容納設(shè)備的空間需求，對(duì)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性要求也更為嚴(yán)格，因此，應(yīng)根據(jù)不同的生產(chǎn)工藝設(shè)計(jì)相應(yīng)的需求結(jié)構(gòu)。

1 工業(yè)建筑基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

1.1 地基和預(yù)埋件

從工業(yè)建筑工程設(shè)計(jì)的角度來(lái)看，混凝土的標(biāo)號(hào)及保護(hù)層厚度須與結(jié)構(gòu)的耐久性及環(huán)境類(lèi)別相適應(yīng)。各設(shè)備埋件和基礎(chǔ)連接處應(yīng)提供清晰與詳細(xì)的施工圖、節(jié)點(diǎn)圖，且各臨近設(shè)備基礎(chǔ)處各基礎(chǔ)應(yīng)相互脫開(kāi)，盡量不要合并使用，以防止因荷載差異較大導(dǎo)致的不均勻沉降變形。砌體結(jié)構(gòu)在部分墻體上集中荷載較大，因此應(yīng)按照實(shí)際的需求增加條基寬度。此外，依據(jù)建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范還要注意靠近邊坡的基礎(chǔ)應(yīng)與邊坡保持足夠的距離。

工業(yè)建筑就是個(gè)重要的載體，設(shè)備平臺(tái)上要安裝許多設(shè)備，從而就會(huì)需要進(jìn)行預(yù)埋及開(kāi)孔工作。在施工設(shè)計(jì)圖紙中，技術(shù)人員需要在整體結(jié)構(gòu)施工圖中清晰注明預(yù)埋件的尺寸和開(kāi)孔定位。不少項(xiàng)目由于預(yù)埋件遺漏，不得不在后期進(jìn)行補(bǔ)充埋件，需要現(xiàn)場(chǎng)植筋耗費(fèi)大量人力物力，還會(huì)對(duì)相關(guān)結(jié)構(gòu)有損傷。技術(shù)交底時(shí)應(yīng)明確施工單位有關(guān)埋件位置和規(guī)格要求。在工業(yè)廠(chǎng)房的鋼立柱安裝過(guò)程中，應(yīng)注意保證預(yù)埋件的安裝精度及保護(hù)工作，如：鋼結(jié)構(gòu)出廠(chǎng)前，構(gòu)件表面除安裝連接的接觸面及工地焊縫兩側(cè)50mm范圍內(nèi)，其余均須涂刷防銹底漆。

1.2 各構(gòu)件的設(shè)計(jì)

在工業(yè)工程主體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，在柱截面柱的選擇上，為有效保證其經(jīng)濟(jì)性，適合選用混凝土柱或鋼柱，如：H型鋼、焊接組合型鋼、混凝土立柱。外部廠(chǎng)房一般選用鋼結(jié)構(gòu)，而廠(chǎng)房?jī)?nèi)的設(shè)備平臺(tái)較多采用混凝土結(jié)構(gòu)以防止設(shè)備的震動(dòng)。采用鋼結(jié)構(gòu)時(shí)，可增加側(cè)向支撐等，以減少車(chē)間立柱長(zhǎng)度。支撐構(gòu)件的結(jié)構(gòu)一般既可以按拉桿設(shè)計(jì)較經(jīng)濟(jì)，重要結(jié)構(gòu)也可按壓桿。由于工業(yè)工程的荷載比較大，為確保結(jié)構(gòu)強(qiáng)度基本要求，需將建筑梁、柱的縱截面面積設(shè)計(jì)的比較大，鋼筋又厚又密，給其他施工工序帶來(lái)不同程度的困難[1]。為準(zhǔn)確控制整個(gè)橫梁截面的配筋高度，一些橋梁設(shè)計(jì)人員將配筋率提升至2.5%，這在實(shí)踐中很難實(shí)現(xiàn)。如果梁、柱鋼筋重量分布過(guò)密，梁、柱各節(jié)點(diǎn)區(qū)的鋼筋很難將混凝土澆筑密實(shí)，無(wú)法直接安全插入無(wú)人地震探測(cè)桿，造成梁柱鋼筋嚴(yán)重松動(dòng)和位移，留下諸多安全隱患。在實(shí)際的配筋設(shè)計(jì)中，首先要通過(guò)綜合分析，考慮是否增加各種橫斜截面的使用高度，降低配筋率。

目前，大多數(shù)現(xiàn)澆板和鋼筋的加工都是由普通PKPM或YJK等軟件自動(dòng)生成的，這可以更好地提高出圖速度和精度。在正確計(jì)算鋼板配筋時(shí)，應(yīng)充分考慮鋼筋的塑性變形和應(yīng)力分布。板上各鋼筋塊應(yīng)力乘以彎曲衰減放大系數(shù)0.8～0.9，板下鋼筋塊應(yīng)力乘以放大系數(shù)1.1～1.2。若按彈性力學(xué)中的理論方法計(jì)算鋼筋雙向移動(dòng)板的最大應(yīng)力，則計(jì)算結(jié)果更為保守，無(wú)須人為放大。

對(duì)于混凝土設(shè)備平臺(tái)，要特別注意水平動(dòng)荷載情況下的結(jié)構(gòu)擾動(dòng)情況，機(jī)械工業(yè)部曾編了本動(dòng)力機(jī)器基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范（GB50040-96，較老現(xiàn)已更新）對(duì)各類(lèi)壓縮機(jī)、破碎機(jī)、沖擊機(jī)器等作了詳細(xì)說(shuō)明和計(jì)算方法。設(shè)備平臺(tái)對(duì)應(yīng)的梁、柱、板的構(gòu)造尺寸均比正常荷載下增大很多，設(shè)計(jì)人員進(jìn)行優(yōu)化時(shí)務(wù)必要慎重，以免優(yōu)化后，設(shè)備的振動(dòng)出現(xiàn)問(wèn)題，后期再去加固就比較麻煩了。在平臺(tái)前期設(shè)計(jì)方案中也應(yīng)盡量做到設(shè)備支點(diǎn)盡可能落在立柱上，如不滿(mǎn)足可落在主框架梁上，對(duì)于落在次梁上的方案要進(jìn)行及時(shí)糾正。

1.3 樓梯的設(shè)計(jì)

在各類(lèi)工業(yè)機(jī)房、辦公區(qū)建設(shè)工程中，樓梯大多采用板框結(jié)構(gòu)，出于美觀(guān)大方也施工便捷。然而，需要在高層梯梁與高層踏步板之間應(yīng)留有足夠?qū)挾龋貏e是在高層建筑的出入口，且臺(tái)階高度之間的距離不應(yīng)超過(guò)20cm，防止不慎跌倒。休息室平臺(tái)上部與梯板兩側(cè)下部水平搭接方向上部同時(shí)加固，鋼筋與梯板兩側(cè)下部搭接。在一些特殊情況下，如鋼板結(jié)構(gòu)樓梯的反拱跨度已超過(guò)5m，施工中不易達(dá)到要求的撓度，因此在建筑施工設(shè)計(jì)圖紙中，特別是在指標(biāo)中增加反拱是很有必要的。

而對(duì)于鋼結(jié)構(gòu)樓梯，由于其施工速度快，自重輕也經(jīng)常被用于各類(lèi)結(jié)構(gòu)中。如果是混凝土結(jié)構(gòu)里的鋼結(jié)構(gòu)斜梯需注意做好預(yù)埋板以便鋼與混凝土的連接，如果是鋼結(jié)構(gòu)平臺(tái)上的鋼斜梯，注意鋼斜梯盡量與主體結(jié)構(gòu)脫開(kāi)，以免鋼斜梯形成空間結(jié)構(gòu)，對(duì)鋼結(jié)構(gòu)整體不利。

2 工業(yè)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的要點(diǎn)

2.1 防腐蝕和防火設(shè)計(jì)

一是按照地勘提資中的腐蝕性等級(jí)劃分合理地選用混凝土及鋼結(jié)構(gòu)材料，對(duì)鋼結(jié)構(gòu)做好相應(yīng)的防火涂料，各構(gòu)件的防火要求不一，具體可參見(jiàn)新版的建筑防火規(guī)范；還應(yīng)注意項(xiàng)目當(dāng)?shù)氐乃磺闆r，對(duì)于地下有水的結(jié)構(gòu)應(yīng)注意防腐蝕的設(shè)計(jì)。

二是防水材料，一般來(lái)說(shuō)，大多數(shù)防腐建筑工程都會(huì)選擇瀝青、橡膠等材料作為防滲隔離層，這主要是因?yàn)檫@些材料對(duì)建筑物的防水隔離能力具有良好的抗氧化性和防水穩(wěn)定性。

2.2 鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

在整個(gè)工業(yè)建筑中，鋼結(jié)構(gòu)扮演者極其重要的角色，各常見(jiàn)的鋼結(jié)構(gòu)形式需注意以下幾點(diǎn)。

2.2.1 鋼廠(chǎng)房：鋼結(jié)構(gòu)廠(chǎng)房使用較為廣泛，有門(mén)剛、排架和鋼框架等各類(lèi)形式。門(mén)剛一般用于無(wú)吊車(chē)情況或風(fēng)荷載較小，而且高度小于18m的輕型廠(chǎng)房。排架一般用于重鋼廠(chǎng)房，立柱通常是格構(gòu)柱形式，而且吊車(chē)荷載通常較大。框架結(jié)構(gòu)多用于高度大于18m的廠(chǎng)房，此時(shí)應(yīng)注意規(guī)范的選取，不應(yīng)再按門(mén)剛的要求了，應(yīng)依據(jù)建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范（GB50011-2010）和鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)（GB50017-2017）來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)，后者的要求較嚴(yán)，而且用鋼量也會(huì)增加不少[2]。在具體設(shè)計(jì)過(guò)程中，應(yīng)注意柱腳節(jié)點(diǎn)的選擇，鉸接、固接，平板節(jié)點(diǎn)、外露式、外包式、埋入式；一般為了達(dá)到固接要求，設(shè)計(jì)人員更愿意采用埋入式，但這個(gè)要根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況。如果不允許可采用杯口基礎(chǔ)或外露式剛接。對(duì)于外露式剛接應(yīng)注意地腳螺栓不要選取過(guò)大，筆者曾見(jiàn)到過(guò)采用80以上的地腳螺栓，現(xiàn)場(chǎng)看到那是很夸張了；柱底板厚度也應(yīng)與柱腳螺栓匹配，對(duì)于上述80的地腳螺栓，即使能選到匹配的柱底板厚，當(dāng)大于40mm時(shí)還要考慮板件鋼材宜具有厚度方向抗撕裂性能即Z向性能的合格保證（依據(jù)鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)4.3.5條）。

2.2.2 鋼結(jié)構(gòu)平臺(tái)：由于軟件里一般沒(méi)有構(gòu)筑物抗震設(shè)計(jì)規(guī)范（GB50191-2012）這一選項(xiàng)，計(jì)算時(shí)可依據(jù)建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范（GB50011-2010）和鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)（GB50017-2017）來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)，而對(duì)于一些不適用抗震設(shè)計(jì)規(guī)范的要求可依據(jù)構(gòu)筑物抗震設(shè)計(jì)規(guī)范第七章等進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，構(gòu)筑物規(guī)范鋼結(jié)構(gòu)這塊沒(méi)有抗震等級(jí)一說(shuō)，注意對(duì)比兩本規(guī)范的異同。如：對(duì)于底部剪力法，建筑抗震規(guī)范的限值為40m，二構(gòu)筑物抗規(guī)的限值就大很多可以到55m甚至65m；對(duì)于基礎(chǔ)零應(yīng)力區(qū)的限值兩本規(guī)范也有區(qū)別，構(gòu)筑物規(guī)范要求松一些分了25%、15%和0三檔，而建筑抗震規(guī)范只有15%和0兩檔；重力荷載代表值的選取區(qū)別較大，樓面等效均布荷載構(gòu)筑物規(guī)范取值較大0.5～0.7注意兩者區(qū)別。

2.2.3 膠帶機(jī)通廊結(jié)構(gòu)：由于通廊一般需要大跨故實(shí)際工程一般采用鋼結(jié)構(gòu)，對(duì)于膠帶機(jī)的抗震及構(gòu)造措施等可參見(jiàn)構(gòu)筑物抗震設(shè)計(jì)規(guī)范（GB50191-2012）及鋼鐵企業(yè)膠帶機(jī)鋼結(jié)構(gòu)通廊設(shè)計(jì)規(guī)范（YB4358-2013）的相關(guān)要求，要特別注意桁架應(yīng)一端固定一端滑動(dòng)，以免出現(xiàn)應(yīng)力集中；當(dāng)通廊跨度大于24m，8、9度地震時(shí)需考慮豎向地震作用。而對(duì)于通廊支腿的設(shè)計(jì)，如果通廊跨度較大、支腿較高時(shí)要考慮水平向風(fēng)載下支腿基礎(chǔ)的抗傾覆以及柱腳螺栓的抗拔，此時(shí)需控制基底零應(yīng)力區(qū)，建議按無(wú)零應(yīng)力區(qū)控制。值得注意的是：YB4358-2013中4.5.2條文說(shuō)明中提到封閉式廊身體型系數(shù)較建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范增大不少（1.0+0.7=1.7遠(yuǎn)大于1.3），筆者建議設(shè)計(jì)時(shí)參照此條執(zhí)行。對(duì)于膠帶機(jī)支腿結(jié)構(gòu)，頂部寬度可按工藝要求來(lái)確定，而底部寬度應(yīng)注意寬高比不能過(guò)小，一般按1/4～1/8，如超出應(yīng)注意三維建模，考慮水平荷載情況下的柱腳及基礎(chǔ)設(shè)計(jì)等。通廊的高度可按工藝要求，但如果跨度大于24m時(shí)應(yīng)注意桁架高度與跨度的比值控制，一般控制在1/10～1/14；如筆者具體設(shè)計(jì)遇到的某50m跨通廊，如果按普通通廊的3m高設(shè)計(jì)就不合適了。

2.2.4 安裝：鋼結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)采用螺栓連接應(yīng)留足實(shí)際安裝空間，不少新手螺栓節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)得很密，未考慮實(shí)際施工的難度和可行性，現(xiàn)場(chǎng)無(wú)法按圖施工，這就給結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)留下安全隱患。實(shí)際焊接連接設(shè)計(jì)中應(yīng)考慮了連接施工的方便性，如關(guān)鍵部分盡量少采用現(xiàn)場(chǎng)焊接（仰焊更應(yīng)避免采用），以免質(zhì)量達(dá)不到設(shè)計(jì)要求。高強(qiáng)連接螺栓可廣泛應(yīng)用于建筑梁柱、梁柱、梁的無(wú)縫連接。在施工和使用過(guò)程中，必須特別注意隨時(shí)控制固定節(jié)點(diǎn)的位置和螺栓的布置和分布。此外，我們還根據(jù)需要對(duì)建筑整體鋼結(jié)構(gòu)施工圖進(jìn)行了詳細(xì)的說(shuō)明，并注意鋼結(jié)構(gòu)對(duì)應(yīng)的防腐防銹、制造、施工安裝等工序。鋼結(jié)構(gòu)廠(chǎng)房安裝過(guò)程中尚應(yīng)注意根據(jù)設(shè)計(jì)和施工工況要求，采取措施保證結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)固性，具體可參見(jiàn)門(mén)剛規(guī)范14.2.5條的要求。

2.2.5 節(jié)點(diǎn)：節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)是鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重要內(nèi)容，而鋼結(jié)構(gòu)的安全很大程度上取決于每個(gè)節(jié)點(diǎn)的施工。接頭的設(shè)計(jì)要力求結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、傳動(dòng)可靠、受力清晰、工藝性好。在工業(yè)廠(chǎng)房的鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，這些是至關(guān)重要的[3]。在施工過(guò)程中，各構(gòu)件的截面不宜任意增大，以免形成不合理的結(jié)構(gòu)，如隨意加大梁的截面無(wú)法實(shí)現(xiàn)“強(qiáng)柱弱梁”這對(duì)結(jié)構(gòu)來(lái)說(shuō)是不安全的。另外鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)（GB50017-2017）12.2.3條中對(duì)節(jié)點(diǎn)板的局部穩(wěn)定有了詳細(xì)的說(shuō)明，斜撐做成壓桿時(shí)注意節(jié)點(diǎn)板厚度等應(yīng)滿(mǎn)足此條要求，以免節(jié)點(diǎn)處出現(xiàn)局部失穩(wěn)的情況。對(duì)于柱腳螺栓設(shè)計(jì)時(shí)：柱基礎(chǔ)二次灌漿的空間應(yīng)符合門(mén)剛規(guī)范14.2.4條的要求，鉸接時(shí)不宜大于50mm，固接時(shí)不宜大于100mm。

3 結(jié)束語(yǔ)

工業(yè)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是一項(xiàng)技術(shù)專(zhuān)業(yè)性強(qiáng)、復(fù)雜的工作，對(duì)設(shè)計(jì)人員和施工隊(duì)伍的專(zhuān)業(yè)素質(zhì)和綜合技術(shù)能力提出了很高的要求。實(shí)際項(xiàng)目中，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員應(yīng)重視與工藝人員的溝通交流以調(diào)整工藝方案來(lái)進(jìn)行解決。

在滿(mǎn)足以上條件的情況下，還應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：首先，要充分結(jié)合公司自身特點(diǎn)，考慮制造、工藝、設(shè)備選型等因素，對(duì)性能、成本、結(jié)構(gòu)、舒適性等做出科學(xué)合理的選擇。其次，設(shè)計(jì)人員應(yīng)主動(dòng)學(xué)習(xí)和掌握相關(guān)的規(guī)范、教材和軟件。最好不要覺(jué)得一輩子只做某一類(lèi)結(jié)構(gòu)而不愿去學(xué)習(xí)其他行業(yè)或相關(guān)規(guī)范，這樣很難做到觸類(lèi)旁通對(duì)自身的水平成長(zhǎng)很不利。再次，結(jié)構(gòu)人員應(yīng)多于同行交流，在相互交流和探討中能更好地成長(zhǎng)，一個(gè)人的水平和造詣畢竟有限，而博百家之長(zhǎng)才能讓自己的水平有長(zhǎng)足進(jìn)步。