湖北省机电研究设计院股份公司湖北武汉430070
摘要：结合武汉市汉阳地区某工业厂房建筑结构设计，简要介绍了工业厂房建筑方案的制定和一些要点，同时也介绍了结构设计中有关结构选型、支撑布置、计算要点及施工中需注意的一些事项。
关键词：工业厂房；结构设计；注意事项
随着我国经济的快速发展和社会的进步，建筑的规模越来越大以及功能越来越复杂化，建筑结构设计的难度也随之加大，特别是工业厂房设计，往往还要受工艺条件的制约，使设计变得更为复杂，通常情况下，为了满足工艺的要求，主厂房、辅助用房等单体建筑往往结合在一起设计，在外观上由几个单体形成一个很大的建筑体，造型统一，但内部结构形式却不同，如门式刚架结构、框架结构，这些往往也是结构设计中的难点。本文通过武汉市汉阳地区某工程实例讲述了工业建筑设计中一些要点和注意事项，总结工程设计经验，使建筑工程达到经济合理、安全适用的目的。
1工程概况
汉阳地区某工业厂房，由冲压车间、焊接车间组成，结构平面布置如图1所示。冲压车间为三联跨（D~G轴线交1~17轴线处，即24.0m+24.0m+18.0m）钢结构门式刚架厂房，每跨对应的吊车吨位均为32吨（1台）+10吨（1台），厂房最高处柱顶标高（E轴线处）为18.91m，吊车轨顶标高为13.5m，轻钢屋面，立面简图详见图2所示。焊接车间为钢筋混凝土框排架结构（A~C轴线交1~17轴线处），共两层，一层为两跨，柱轴线间距均为12.0m，层高为6.5m，二层为一跨（即B轴线处一排柱子全部抽掉）24.0m，轻钢屋面，立面简图详见图3所示。
2建筑方案的制定及要点
2.1平面设计
本工程由于工艺的要求，使得冲压车间、焊接车间的使用功能有很大的不同，两个车间上部主体结构最好分开设计，互不影响；又因为冲压车间、焊接车间都采用轻钢屋面，考虑建筑造型简单、大气，排水方便，所以又把冲压车间、焊接车间的屋面做成整体。根据规范5.2.3条的规定[1]：门式刚架轻型房屋的屋面坡度宜取1/8~1/20，在雨水较多的地区宜取其中的较大值，结合本工程的具体情况、设计经验、雨水会水面积计算，屋面坡度取约为1/20。本工程屋面采用双层彩色压型钢板内加玻璃丝绵保温材料，同时沿屋面坡度方向使用了条状采光板，屋面采用外天沟排水方式。
2.2立面设计
钢结构厂房立面设计要把握规模、色彩、线条等几个主要特点，立面设计主要根据工艺的要求来布置，在满足工艺的要求下力求立面简洁、大气。彩色压型钢板使得钢结构厂房的立面显得体形轻盈、色彩丰富，在设计中常采用跳跃性色彩和冷色调来丰富立面效果，也能突出主要出入口、收边、泛水、外天沟等地方，加上均匀的线条或横或竖，使得钢结构厂房的立面富有流畅的金属质感；另外，彩色压型钢板还具有轻质阻燃、抗震性能好、安装和拆卸方便、施工周期短以及无需二次装修等诸多优点，使得现在的钢结构厂房全部用砖墙或砌体墙做维护的情况越来越少，结合本工程，冲压车间外墙体主要材料采用彩色压型钢板，焊接车间外墙体主要材料采用轻质加气混凝土砌块。
3结构形式的选择、支撑布置及有关结构计算要点
3.1结构形式的选择
本工程冲压车间、焊接车间的结构柱网布置差别比较大，加上使用功能不同的要求，经多方面的比较和试算，最终确定冲压车间、焊接车间上部主体结构各自独立。钢结构具有材料强度高、性能优良、自重轻、变形能力强、制造简便、施工速度快等优点，同时也具有抗高温性差、抗腐蚀性差等缺点；钢筋混凝土结构具有就地取材、耐久性和耐火性好、比钢结构节约钢材、整体性好等优点，同时也具有自重大、混凝土抗拉强度低、易开裂、施工受季节影响较大等缺点；结合钢结构、钢筋混凝土结构各自的优缺点，冲压车间采用钢结构门式刚架形式设计，焊接车间采用钢筋混凝土框排架结构形式设计。
3.2变形缝的设置
结构布置应尽量采用规则结构，对复杂结构，可以设置防震缝，把它分割成各自规则的结构单元，结构布置以少设缝为宜，一旦设缝，则应使防震缝与伸缩缝、沉降缝统一考虑。根据规范8.1.5条及表8.1.5的规定[2]：冲压车间纵向长度为120米小于220米，横向长度66米小于120米，均满足温度区段长度值，可不考虑温度应力和温度变形的影响。根据规范8.1.1条及表8.1.1的规定[3]：框架结构（现浇式）伸缩缝最大间距为55米，所以在焊接车间9轴线处设置了伸缩缝，同时在9轴线左右两个单体结构中间某部位各设置了一道后浇带以减少混凝土结构变形的影响；冲压车间与焊接车间之间的净距取200mm（C与D轴线之间间距），焊接车间（9轴线处）的净距取150mm，满足规范6.1.4条、9.1.1条、9.2.3条的规定[4]。
3.3钢结构厂房支撑布置
支撑布置对钢结构厂房的空间稳定起着重要的作用，而且风荷载、吊车水平荷载等荷载都是由柱间支撑直接或间接承受，根据位置的不同可分为柱间支撑和屋盖支撑。根据规范8.3.1条的规定[1]：屋盖横向支撑宜设在温度区间端部的第一个或第二个开间，当端部支撑设在第二个开间时，在第一个开间的相应位置应设置刚性系杆。柱间支撑的间距应根据房屋纵向柱距、受力情况和安装条件确定；当有吊车时宜设在温度区段中部，或当温度区段较长时宜设在三分点处，且间距不宜大于50m；在温度区段端部吊车梁以下不宜设置柱间刚性支撑。结合冲压车间的实际情况，沿纵向长度方向在中间三分点处设两道柱间支撑，在每个端部吊车梁上部设置一道柱间支撑，屋面除对应柱间支撑处设置了水平支撑外，还在屋面边缘处沿纵向长度方向设置了水平支撑，使钢柱、钢梁形成了一个稳定的空间体系。
3.4有关结构计算要点
第一，荷载取值
荷载取值一定要根据现行荷载规范的规定，取值准确。对于一些有特殊功能的建筑，应参照类似工程荷载的取值等方法来确定荷载的大小，比如焊接车间二层楼面（标高6.5米处的楼层）的活荷载，楼面上放有很多台机器人、要堆放一些材料、用专制的小车来运送这些材料，综合比较此层楼面活荷载按10.0KN/m2设计，这比一般的楼层荷载取值要大许多。
第二，冲压车间采用钢结构门式刚架体系，由于冲压车间的吊车吨位比较大，必须采用PKPM计算软件中的SPTJ（重钢）模块或其它相应软件计算，钢柱截面形式统一选用H型截面，钢柱截面高度保持不变，在牛腿处修改上柱、下柱的翼缘宽度和厚度、腹板的厚度，经计算取得了较为满意的计算结果，同时要保证钢刚架的强度，稳定。
第三，焊接车间，一层为钢筋混凝土框架结构，二层为钢筋混凝土柱和钢梁，轻钢屋面，采用三维空间建模，钢筋混凝土柱和钢梁采用铰接连接，同时用二维框排架模块进行复核，综合比较后，确定柱、梁截面、配筋等。
4钢结构施工中需注意的一些事项
第一，钢构公司在施工前要准确放样各构件大样，避免各构件有误，位置冲突，如在钢柱柱顶处，有天沟、系杆、柱间支撑以及墙梁支撑等构件，要引起注意。
第二，屋面的水平支撑用花篮螺栓连接时，花篮螺栓不要太偏离主梁，要考虑安装方便，注意安装屋面檩条隅撑时不要与水平支撑打架。
第三，关于钢柱地脚锚栓的施工，钢结构公司与土建单位要制定施工方案，分工明确，确保地脚螺栓的平面定位、垂直度、标高等。
第四，钢结构厂房维护墙施工时需注意，砌体墙与彩钢板墙交接处以及门洞、窗洞处，容易渗水，要严格按照图纸施工。
5结束语
建筑结构设计是一项全面的、复杂的、系统的工作，作为一个合格的建筑结构设计人员不仅要有扎实的理论知识，不断地提高自己的设计水平、丰富自己的设计经验，还要有认真负责的工作态度，才能把工程做得经济合理、安全适用。
参考文献：
[1]中国建筑标准设计研究院有限公司．GB51022－2015门式刚架轻型房屋钢结构技术规范[S]．北京：中国建筑工业出版社，2016．