多层钢框架结构厂房调研报告

多层钢框架结构是多层厂房最常用的结构，也是将来建筑产业发展的一个重点。框架结构体系横向刚度较好，横梁高度也较小，是比较经济的结构形式。钢结构体系具有自重轻、安装容易、施工周期短、抗震性能好、投资回收快、环境污染少等综合优势，从目前来看，钢结构建筑是对城市环境影响最小的一种结构之一，在西方已被广泛采用，所以被有关称为绿色建筑。与钢筋混凝土结构相比，更具有在“高、大、轻”，三方面发展的独特优势。因此，两者相结合以至达到更好的使用功能效果。

　　 早在民国2年兴建的上海杨树浦电厂一号锅炉间是全国出现最早的一座钢框架结构多层厂房，该厂于民国27年兴建的5号锅炉间是当时全国最高的钢框架结构厂房。

　　目前，我国绝大部分框架厂房结构均为钢筋混凝土框架厂房，但已出现了不少的钢框架厂房。随着我国钢材产量的迅速增加，品种增多，钢结构设计和施工技术的不断提高，钢框架的运用将有良好的前景。

　　钢框架结构体系是指沿房屋的纵向和横向来用钢梁和钢柱组成的框架结构来作为承重和抵抗侧力的结构体系。其优点是：能提供较大的内部空间，建筑平面布置灵活，适应多种类型的使用功能；一般是在工厂预制钢梁、钢柱，运送到施工现场再拼装连接成整体框架，其自重轻，抗震性能好，施工速度快，机械化程度高；结构简单，构件易于标准化和定型化，对层数不多的高层建筑而言，框架体系是一种比较经济合理、运用广泛的结构体系。但同时它也存在一定的缺点，如用钢量稍大，耐火性能差，后期维修费用高，造价略高于混凝土框架。

　　 随着层数及高度的增加，除承受较大的竖向荷载外，抗侧力(风荷载、地震作用等)要求也成为多层框架的主要承载待点，其基本结构体系一般可分为三种：柱-支撑体系、纯框架体系、框架—支撑体系。以框架—支撑体系在实际工程中采用较多，这种体系形式是在厂房的横向用纯钢框架，厂房的纵向布置适当数量的竖向柱间支撑，用来加强厂房纵向的刚度，以减少框架的用钢量，并且由于横向纯框架无柱间支撑，便于生产、人流、物流等功能的安排。如下图3：

　　对于厂房结构的设计步骤，首先要对厂房的建筑和结构进行合理的规划，使其满足工艺和使用要求，并考虑将来可能发生的生产流程变化和发展，然后根据工艺设计确定平面及高度方向的主要尺寸，同时布置柱网和温度伸缩缝，选择主要承重框架的形式，并确定框架的主要尺寸；布置屋盖结构、吊车道结构、支撑体系及墙架体系。

　　结构方案确定以后，即可按设计资料进行静力计算、构件及连接设计、最后绘制施工图，设计时应尽量采用构件及连接构造的标准图集。

　一．结构方案设计

　　 结构方案设计包括结构选型、结构布置和主要构件的截面尺寸估算。

　　结构的选型包括上部结构选型和基础选型。基础类型的选择需考虑场地上的工程地质情况、上部结构对地基不均匀沉降的敏感程度、上部结构荷载的大小以及现场施工条件等因素。对于大型工程，设计时可以进行必要的技术经济比较，综合考虑后决定。基础一般采用钢筋混凝土，其形式有独立基础、条形基础、十字型基础、桩基础等。

　　进行柱网布置时应满足生产工艺的要求；满足建筑平面布置要求；要使结构受力合理；应便于施工。

　　当房屋平面尺寸过长时，为避免温度混凝土收缩使房屋产生裂缝，必须设置伸缩缝。其设置主要与结构的长度有关。设置伸缩缝会导致结构局部构造复杂，施工困难等。目前，工程中常采用分阶段施工，设置后浇带并在局部构造加强的办法处理。

　　二．结构分析

　　 结构分析的核心问题是计算模型的确定，包括计算简图和采用的计算理论。这部分通常是手算和电算结合。

　　三．构件设计

　　 构件设计包括截面设计和节点设计两个部分。

　　我国钢框架结构的梁、柱多采用热轧或焊接H型钢截面，柱较高或对纵横向刚度有较大要求时，宜采用十字形截面或方管截面，若外观等有特殊需求时亦可采用圆管截面。在厂房构件设计中，节点设计与构造是保证钢结构安全的重要环节，对结构受力性能有着极其重要的影响。根据各种钢结构灾害事故（如美国北岭的地震和日本的阪神地震造成的坏）分析表明，许多钢结构是由于节点区首先破坏而导致建筑物整体破坏的。钢结构节点区的受力状况比较复杂，构造要求相当严格，应引起设计人员的足够重视。节点设计一般应遵守以下原则：

　　1．节点受力应满足传力简捷、明确的原则，使计算分析与节点的实际受力情况一致；

　2．保证节点连接有足够的强度，使结构不致因连接较弱而引起破坏；

　　3．节点连接应具有良好的延性，避免节点的局部压屈或脆性破坏，应采用合理的细部构造，使钢结构延性的优势得到充分发挥，这时对抗震结构尤其重要；

　　4．构件的拼接一般应按等强度原则设计；

　　5．尽量简化节点构造，便于加工与现场安装调整。

　四．绘制施工图

　　绘制施工图，图面的表达应要正确、规范、简明和美观。

　　厂房设计的同时应该注意厂房的生产环境控制。创造理想而又舒适的厂房生产环境是现代化生产厂房特点，研究证明优良的环境会对生产者的生理和心理产生良性作用而有利于提高工作效率。厂房环境调控因素包括温度、湿度、灰尘与菌落控制、采光与照明、噪声控制等。在设计时也要对厂房的采光、通风等进行设计。