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如何使标准厂房结构设计更具经济性

发布:来源:职称驿站2017年11月07日阅读:439

  摘要:随着社会进步,科技发展带动工业的发展,多层标准厂房因为其节约用地节省投资的特性,越来越受到业主的青睐。在工艺上可采用垂直工艺流程的较轻型的工业(如纺织化纤,精密仪器,电子机械,仓储化工,服装加工,医药制造等行业)都适合多层标准厂房的形式。

  关键词:标准厂房,建筑结构,设计

  在评判标准厂房的结构设计是否合理,在满足功能需求基础上,经济性是个很大的衡量点。本人从事工业建筑混凝土结构设计10余年,在此将标准厂房结构设计更具经济性的一些心得分享如下。(这里所说的标准厂房指多层混凝土框架结构形式的标准厂房)

  一.建筑形式方面

  1.平面外形上:通常情况下多层标准厂房建筑平面形状长宽比宜接近正方形,这样在建筑面积相等的情况下,占地面积最小,外墙表面积最小,经济性最优。

  2.房屋高度上:一般以3~5层为较常用,此为造价较经济的层数。房屋再高甚至达到高层的高度(高度超过24米),建筑专业上将适用不同的规范,结构上风荷载,地震荷载的增加及不同结构设计规范的套用,将造成的总造价大幅上扬,从而单位造价不经济。

  3.柱网的确定上:大柱网,大开间具有可布置强,通用性强的特点,但带来的代价就是单位造价高,经济性差。在设计条件(楼屋面荷载,地震力,风荷载,层高等)完全相同的情况下,本人特意比较过一个不同柱网的三层标准厂房的标准楼层单位面积混凝土用量与钢材用量,得出数据详见下表

  二.结构荷载取值方面

  楼屋面活荷载取值大小通过结构计算数据直观反映,直接影响造价。标准厂房的活荷载提供值常规为工艺专业或甲方提出,一般活荷载都在每平方500kg以上,甚至更大。如无具体活荷载提供,可按厂房工艺特性按照《建筑结构荷载规范(2006年版)》(GB 50009-2001)中的附录C进行取用。在荷载取值科学合理性经济性方面,我认为有以下几点需设计人员注意:

  1.多层标准厂房甲方一般都会提出厂房楼层上需开装货铲车的要求。平时我接触到的个别设计者是将这个荷载自己毛估个值加到活荷载上去,往往这个值都是偏大偏保守的。正确的做法应该是根据载货铲车重,轮胎的受力面积,计算出轮压,按《建筑结构荷载规范(2006年版)》(GB 50009-2001)中的附录B中的方法,将轮压转换成楼面等效均布活荷载并考虑一定的动力系数后加到楼面的总荷载中去计算。

  2.一般的标准厂房区域活荷载都是大于每平方400kg的,按照《建筑结构荷载规范》3.2.5条的规定活荷分项系数应取为1.3,在计算时,PM软件中无法改变区域活荷载分项系数,而一般的工业厂房标准层又往往设有面积不小的办公区等活荷小于每平方400kg的区域。这时统一取1.3或1.4活荷分项分项系数都是不合理和经济的。我的设计取法是,PM软件中活荷载分项系数统一取1.4,对于大于400kg区域通过调整输入的值来解决这个问题,在此楼面域活荷值乘一个折减系数1.3/1.4=0.93。

  3.根据《建筑结构荷载规范》4.1.2条规定,民用建筑设计墙柱和基础时可采用折减系数。标准厂房为工业建筑,不适用这个折减系数。所以许多设计者都认为多层标准厂房设计时不能进行活荷载的折减。其实工业厂房的活荷载是在传递过程中折减的,楼面均布活荷载从板到次梁再到主梁柱是以不同标准值中表达出来的。所以如果从科学经济性的关点出发,我的建议是:根据《建筑结构荷载规范》附录C的选项,取用不同的标准值,同时注意组合值系数的取值,然后按板、次梁、主框梁(括柱子和基础)各算一次。综合汇总出结构图,这样得出的结构图才是最科学与经济的。

  三.结构材料及构件大小选用方面

  1.结构材料选用上:

  多层标准厂房结构具有大柱距,大荷载,梁柱及基础受力都较大的特点。所以在一般性结构材料的选用上应注意以下几点:

  1)钢筋:国家规范《混凝土结构设计规范》(GB 50010—2002)推荐使用HRB400级或以上的高强度钢筋,此类高强度钢筋钢筋在冶炼过程中加入了微合金元素,提高了钢筋塑性指标,其物理性能与现在普遍使用的HRB335级钢筋基本相同,完全适用实际工程需要,同时选用高强度钢筋可减少钢筋布置排数,增大梁的有效计算高度,使梁柱节点处钢筋减少对混凝土施工浇筑也有利能保证节点质量。例如:HRB335钢筋强度设计值为f y = 300N/mm2 , HRB400钢筋强度设计值为f y = 360N/mm2 ,这两种钢筋的强度设计值之比为360/300 =1.2,而市场上钢筋的价格HRB400钢筋仅比HRB335钢筋高出0.05左右,所以在强度价格比上,HRB400钢筋具有较大的优势。在标准厂房受力较大部位,(比如标准厂房的梁)上如采用等强度梁主筋代换,用HRB400钢筋替换HRB335钢筋,将会很大程度上降低用钢量和工程费用。同理,对于板面钢筋,多层标准厂房楼面荷载与板跨一般都比较大,板的配筋一般都为受力配筋而非最小配筋率配筋,如果使用高强度的冷轧带肋钢筋代替普通钢筋,可以使板筋造价降低15%左右。

  2)混凝土:多层标准厂房因为荷载大,混凝土标号取值可以适当提高,但并不是一概而论越高越好。根据我平时的统计观察,当梁的配筋率在1.2%以下,提高混凝土的等级对梁的配筋量减小影响极有限,而我们的标准厂房的大多数梁的配筋率是在1.2%以下的。并且混凝土标号的一味提高,不仅会带来混凝土成本提高,还会带来混凝土脆性增加,构件最小配筋率加大的弊端。但对于多层标准框架柱而言,其结构控制因素一般情况下为由柱下最大轴力决定,提高混凝土强度可以直接提高抗压强度控制轴压比,避免出现由柱中钢筋来受压的情况。综合考虑,我认为是,最好将框架柱的混凝土等级与楼层梁板区分出来,底层的柱子的混凝土等级比常规建筑提高级,梁板混凝土等级略微提高或不提高。

  2.构件尺寸的选用上:

  这个问题上涉及内容及技巧较多,可参考相关设计手册,这里我抛砖引玉谈两个平时不太被注意的小误区:

  1) 标准厂房一般都较规整,荷载分布较均匀。在梁宽的取值上,框架梁宽不要一味取值都是350mm及以上。梁宽的增加对用钢量的减小,裂缝宽度的减小是没用或是作用很微小的。梁宽加大首先带来的就是混凝土量的增加,然后如过梁宽达到350mm及以上,就需要四肢箍,增加了箍筋的钢筋量,非常不经济。所以除非梁超筋或是钢筋排不下,一般情况下梁宽尽量取350mm以下。

  2)楼梯形式的选用上,现在的楼梯几乎都设计成板式楼梯。其实标准厂房的楼梯活荷载都较大(一般都不小于3.5KN/m2),且跨度也往往都是达到3米以上,如果设计成板式楼梯,梯板厚度的取值会非常大,所以除非业主有明确要求,此类情况下,设计成梁式楼梯会比板式楼梯更加经济。

  如何将多层标准厂房在结构上设计得更经济更科学,需要设计人员在长期的设计实践中精打细算,不断摸索,反复比较,这样才能提供出一套让甲方与业主满意的结构设计图纸。

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