多层工业厂房论文（精选10篇）
多层工业厂房论文 篇1
选粉机、给料机、振动筛等设备是用于冶金、建材工业中的原料加工及运输的常用设备。在生产时, 这些设备的运行会产生较大的振动, 而振动对工业厂房主体结构有很大的不利影响。因此, 如果主体结构设计不当, 有可能造成结构较大振动, 影响正常使用和结构的安全可靠性。本文在某多层工业厂房结构的实际加固中, 通过对结构采取加固措施来改变结构的自振频率, 从而避开设备的激振频率, 进而减小设备振动对结构的影响, 最终达到了加固的目的。通过对结构加固前、后动力特性的分析, 可以看出加固效果是明显的。
1加固前工业厂房的动力特性分析
根据设计院提供的施工图纸以及收集的相关实际资料, 利用大型商业软件ANSYS建立了选粉机等振动设备和框架结构相互作用的动力计算的三维有限元模型。其中, 三维单元由梁单元和板单元组成, 设备的影响模拟为质量单元 (如图1所示) 。该模型的节点数为5 454个, 三维梁单元为2 758个, 板单元为3 928个, 质量单元为46个, 合计6 732个单元。
根据设计图纸, 整个模型需采用的材料情况见表1。在此基础上, 进行了有选粉机等振动设备的框架结构的自由振动分析。得出结构三维梁板模型的频率和对应的振型, 取前9阶, 其频率和周期如表2所示。前两阶振型如图2、图3所示。
2加固后工业厂房的动力特性分析
现场测试表明, 在运行中结构振动较大, 并且结构的第4～6振型的频率 (见表3) 和振动设备的激振主频 (如表4所示) 接近。因此, 采取对上部结构增加支撑的方式加固框架。加固后的厂房结构的梁板模型如图4所示。其中, 三维梁单元有2 807个, 板单元为3 968个, 质量单元为46个, 合计6 821个单元。加固后梁板单元模型前两阶振型如图5、图6所示。
3加固前后动力特性对比及效果分析
从加固后结构的自振频率与选粉机等设备产生的激振主频的对比可以看出, 加固后结构的自振频率避开了选粉机等设备产生的激振主频, 从而大大减小了设备振动对结构的影响。另外, 我们以激振荷载频率等于1.76为例, 对结构特征部位X轴动位移和加速度响应进行了计算, 计算结果如表5所示。结果表明, 加固后上部第2层特征部位在X向 (纵向) 加速度最大值下降18%, 最大位移下降22%;第3层特征部位X向 (纵向) 加速度最大值下降40%, 最大位移下降34%。这些数据说明了加固措施的良好减振效果。
参考文献
[1]郅伦海, 杨志勇, 李秋胜, 等.多层工业厂房设备耦联振动的动力优化分析[J].湖南大学学报, 2008 (7) :25-30.
[2]王军.水电站厂房结构抗振加固优化[D].大连:大连理工大学出版社, 1989.
[3]林家浩.结构动力优化设计[J].力学进展, 1983, 13 (4) :423-431.
多层工业厂房论文 篇2
一、引言
随着国民经济的迅速发展，工业建筑要不断满足现代大工业生产，工艺不断更新的要求，过去那种单一功能，单一建筑形式已经不适应生产方式改变的需要，联合车间、灵活车间、工业大厦等多功能厂房应运而生。另外，建设用地的紧张以及工艺流程的需要，越来越多地多层厂房甚至高层厂房出现。多层厂房的特点是跨度大、荷载大、开洞多、有多层吊车，在设计过程中，有些问题值得总结和探讨。
二、多层工业厂房结构设计要点
多层厂房因为工艺布置的要求，一般都需要大空间，结构通常采用框架结构，在层数较多、工艺条件许可的情况下也可以采用框剪结构。结构布置的原则是：尽量使柱网对称均匀布置，使房屋的刚度中心与质量中心相近，以减小房屋的空间扭转作用，结构体系要求简捷、规则、传力明确。避免出现应力集中和变形突变的凹角和收缩，以及竖向变化过多的外挑和内收，力求沿竖向的刚度不突变或少突变。
1.控制横向框架与纵向框架的周期。由于多层厂房跨度方向、尺寸较大，柱子少;而柱距方向尺寸较小，柱子多。一般都是横向控制，使纵横向的抗震能力大致相同，不仅有利于抗震，也使设计更为经济合理。
2.合理布置电梯间的位置。多层厂房由于设备、货物很重，竖向运输的需要，均要设置电梯。钢筋混凝土电梯井筒刚度很大，应充分考虑电梯井筒对建筑物的偏心影响，在结构布置上尽量避免电梯井筒布置在建筑物的角部和端部。当工艺布置需要而不可避免时，应对周围的楼板及框架采取加强措施。
3.地震区的多层厂房宜少或不设防震缝。地震区房屋的伸缩缝是合一的，当房屋较长时，宜采取下列一些构造措施和施工措施以少设伸缩缝及防震缝;施工中，每隔40m设置一道800mm一个1400mm宽的后浇带，后浇带的位置设在结构受力影响最小的区段;在温度影响较大的顶层、底层、山墙和内纵墙端开间的墙体等部位，适当提高配筋率;加厚屋面隔热保温层或设置架空层形成通风屋面。
三、常用的结构体系
1.框架一支撑体系。即横向设计成刚接框架，纵向设计成柱一支撑体系，用柱间支撑抵抗水平荷载。这种体系经济节约，但柱问支撑可能会影响使用。这种形式特别适用于纵向较长，横向较短的厂房。
2.纯框架体系。把厂房纵横两个方向都设计成刚接框架，不设置柱间支撑。其优点是使用空间不受影响，缺点是柱不宜采用工字型柱，而要采用两个方向惯性矩差别不大的截面形式(如箱形柱)，使用钢量增加。
3.钢架加支撑的混合体系。这种形式与第一种形式不同之处在把纵向设计成钢架和支撑混合的型式，靠两者共同抵抗水平力。这种形式可以有效地减少柱的纵向弯矩，但要求楼面刚度大，否则柱子间的变形不协调，无法充分发挥柱间支撑的作用。
四、结构设计中应注意的问题
1.结构设计与工艺设计的协调。厂房都是为生产服务的，厂房设计中结构专业作为配套专业首先应满足工艺要求，结构设计也只能服从于工艺条件。而工艺设计人员在工艺布置时，经常与结构设计发生矛盾，要开洞的地方是框架梁，设备本来可以沿梁布置却布置在了跨中等。所提荷载也经常偏大，有时甚至把设备的荷载作为均布荷载提出。尤其在方案阶段，结构设计人员应多与工艺协调，尽量了解工艺布置，使设计和施工都减少了许多不必要的麻烦。
2.结构计算。随着计算机软硬件的迅速发展，解决了复杂的结构计算问题，使结构工程师们从繁重的琐碎的计算工作中解脱出来。他们可以把大量的精力放在结构方案的选择比较上，合理的确定结构方案及结构布置，从而提高设计水平及质量，降低工程成本。
(1)楼面等效荷载的计算。荷载计算是结构计算的条件，荷载取值的准确性直接关系到计算结果的准确性，工艺条件中的荷载问题，如某个工程工艺提出楼面均布荷载为15kN/m2，而根据工艺的`设备布置图和设备的重量，根据规范给出楼面等效荷载的计算方法，计算出的楼面均布荷载按10kN/m2考虑即可。 由于多层工业建筑与一般多高层民用建筑结构形式、楼面活荷载等有许多不同之处，多层工业建筑楼面活荷载大于多高层民用建筑。有的中小型机床上楼层、柱上、梁上还有吊车荷载，它的跨度柱网一般比民用建筑大，层高相对较高，最大特点是整个平面几乎没有内隔墙。多层工业建筑一般采用现浇钢筋掘凝土板梁柱结构，板厚比一般民用建筑厚，楼板的平面刚度可视为无穷大，电梯货梯间，如不用剪力墙：整个刚度重心移向剪力墙，而电梯或货梯一般设在端头，结构刚度布局就不合理，所以电梯货梯间就使用框架填充墙结构。
(2)节点核心区的抗剪验算。框架节点的设计应遵循“强柱弱梁更强节点”的原则，一二级抗震等级的节点还应进行受剪承载力计算。由于多层厂房的梁柱中心线往往不能重合，加之柱的截面比较大，节点偏心也比较大，对柱节点核心区的构造和受力都有较大的不利影响。因此，大跨度、大空间、大荷载的多层厂房的节点核心区的抗剪验算显得更为重要。
(3)裂缝宽度、罕遇地震的验算。裂缝宽度的验算是为了满足正常使用状态的要求，规范规定混凝土梁的裂缝宽度不应大于0.3mm，如计算中超过，可以通过减小钢筋截面、增加钢筋根数来调整，如果还不满足要求，应修改柱梁截面重新计算。抗震设计的原则是三不准，即“小震不坏，中震可修，大震不倒”。所进行的抗震验算仅满足“小震不坏”，构造上加强来满足“中震可修”，罕遇地震的验算则是满足“大震不倒”。规范规定79度时楼层屈服强度系数小于0.5的框架结构宜进行高于本地区设防烈度预估的罕遇地震作用下薄弱层(部位)的抗震变形计算，并且规定结构薄弱(部位)层间弹塑性位移角应小于1/50。多层厂房的设备投资经常远远大于土建投资，罕遇地震的验算应属必要。
(4)与电梯井筒相连框架的考虑。过去设计按纯框架计算，电梯井壁按构造配筋，这样偏低不安全，框架部分应按壁式框架计算出的数值进行配筋，电梯井壁则应按剪力墙配筋。
另外，多层厂房一般有多层多台吊车，在设计中采取的办法是将一层吊车作为吊车荷载输入，而将其余层的吊车荷载作为活荷载考虑。
五、小结
综上所述，做好多层工业厂房结构设计的关键在于：概念应清楚，结构选型应做到合理;施工图的设计应与施工相结合，避免施工困难;结构计算要准确，计算中应反复试算，调整截面，以达到最佳设计。
参考文献：
[1]郑敏楠，多层工业厂房结构计算的探讨.福建建筑，(总第57期).
多层工业厂房论文 篇3
关键词:多层厂房 设计 结构
随着国民经济的迅速发展，工业建筑要不断满足现代大工业生产，工艺不断更新的要求，过去那种单一功能，单一建筑形式已经不适应生产方式改变的需要，联合车间、灵活车间、工业大厦等多功能厂房应运而生。另外，建设用地的紧张以及工艺流程的需要，越来越多地多层厂房甚至高层厂房出现。多层厂房的特点是跨度大、荷载大、开洞多、有多层吊车，在设计过程中，有些问题值得总结和探讨。
一、多层工业厂房结构设计要点
多层厂房因为工艺布置的要求，一般都需要大空间，结构通常采用框架结构，在层数较多、工艺条件许可的情况下也可以采用框剪结构。结构布置的原则是：尽量使柱网对称均匀布置，使房屋的刚度中心与质量中心相近，以减小房屋的空间扭转作用，结构体系要求简捷、规则、传力明确。避免出现应力集中和变形突变的凹角和收缩，以及竖向变化过多的外挑和内收，力求沿竖向的刚度不突变或少突变。
1.控制横向框架与纵向框架的周期。由于多层厂房跨度方向、尺寸较大，柱子少；而柱距方向尺寸较小，柱子多。一般都是横向控制，使纵横向的抗震能力大致相同，不仅有利于抗震，也使设计更为经济合理。
2.合理布置电梯间的位置。多层厂房由于设备、货物很重，竖向运输的需要，均要设置电梯。钢筋混凝土电梯井筒刚度很大，应充分考虑电梯井筒对建筑物的偏心影响，在结构布置上尽量避免电梯井筒布置在建筑物的角部和端部。当工艺布置需要而不可避免时，应对周围的楼板及框架采取加强措施。
3.地震区的多层厂房宜少或不设防震缝。地震区房屋的伸缩缝是合一的，当房屋较长时，宜采取下列一些构造措施和施工措施以少设伸缩缝及防震缝；施工中，每隔40m设置一道800mm一个1400mm宽的后浇带，后浇带的位置设在结构受力影响最小的区段；在温度影响较大的顶层、底层、山墙和内纵墙端开间的墙体等部位，适当提高配筋率；加厚屋面隔热保温层或设置架空层形成通风屋面。
二、常用的结构体系
1.框架一支撑体系。即横向设计成刚接框架，纵向设计成柱一支撑体系，用柱间支撑抵抗水平荷载。这种体系经济节约，但柱问支撑可能会影响使用。这种形式特别适用于纵向较长，横向较短的厂房。
2.纯框架体系。把厂房纵横两个方向都设计成刚接框架，不设置柱间支撑。其优点是使用空间不受影响，缺点是柱不宜采用工字型柱，而要采用两个方向惯性矩差别不大的截面形式(如箱形柱)，使用钢量增加。
3.钢架加支撑的混合体系。这种形式与第一种形式不同之处在把纵向设计成钢架和支撑混合的型式，靠两者共同抵抗水平力。这种形式可以有效地减少柱的纵向弯矩，但要求楼面刚度大，否则柱子间的变形不协调，无法充分发挥柱间支撑的作用。
三、结构设计中应注意的问题
1.结构设计与工艺设计的协调。厂房都是为生产服务的，厂房设计中结构专业作为配套专业首先应满足工艺要求，结构设计也只能服从于工艺条件。而工艺设计人员在工艺布置时，经常与结构设计发生矛盾，要开洞的地方是框架梁，设备本来可以沿梁布置却布置在了跨中等。所提荷载也经常偏大，有时甚至把设备的荷载作为均布荷载提出。尤其在方案阶段，结构设计人员应多与工艺协调，尽量了解工艺布置，使设计和施工都减少了许多不必要的麻烦。
2.结构计算。随着计算机软硬件的迅速发展，解决了复杂的结构计算问题，使结构工程师们从繁重的琐碎的计算工作中解脱出来。他们可以把大量的精力放在结构方案的选择比较上，合理的确定结构方案及结构布置，从而提高设计水平及质量，降低工程成本。
（1）楼面等效荷载的计算。荷载计算是结构计算的条件，荷载取值的准确性直接关系到计算结果的准确性，工艺条件中的荷载问题，如某个工程工艺提出楼面均布荷载为15kN/m2，而根据工艺的设备布置图和設备的重量，根据规范给出楼面等效荷载的计算方法，计算出的楼面均布荷载按10kN/m2考虑即可。
由于多层工业建筑与一般多高层民用建筑结构形式、楼面活荷载等有许多不同之处，多层工业建筑楼面活荷载大于多高层民用建筑。有的中小型机床上楼层、柱上、梁上还有吊车荷载，它的跨度柱网一般比民用建筑大，层高相对较高，最大特点是整个平面几乎没有内隔墙。多层工业建筑一般采用现浇钢筋掘凝土板梁柱结构，板厚比一般民用建筑厚，楼板的平面刚度可视为无穷大，电梯货梯间，如不用剪力墙：整个刚度重心移向剪力墙，而电梯或货梯一般设在端头，结构刚度布局就不合理，所以电梯货梯间就使用框架填充墙结构。
（2）节点核心区的抗剪验算。框架节点的设计应遵循“强柱弱梁更强节点”的原则，一二级抗震等级的节点还应进行受剪承载力计算。由于多层厂房的梁柱中心线往往不能重合，加之柱的截面比较大，节点偏心也比较大，对柱节点核心区的构造和受力都有较大的不利影响。因此，大跨度、大空间、大荷载的多层厂房的节点核心区的抗剪验算显得更为重要。
（3）裂缝宽度、罕遇地震的验算。裂缝宽度的验算是为了满足正常使用状态的要求，规范规定混凝土梁的裂缝宽度不应大于0.3mm，如计算中超过，可以通过减小钢筋截面、增加钢筋根数来调整，如果还不满足要求，应修改柱梁截面重新计算。抗震设计的原则是三不准，即“小震不坏，中震可修，大震不倒”。所进行的抗震验算仅满足“小震不坏”，构造上加强来满足“中震可修”，罕遇地震的验算则是满足“大震不倒”。规范规定79度时楼层屈服强度系数小于0.5的框架结构宜进行高于本地区设防烈度预估的罕遇地震作用下薄弱层(部位)的抗震变形计算，并且规定结构薄弱(部位)层间弹塑性位移角应小于1/50。多层厂房的设备投资经常远远大于土建投资，罕遇地震的验算应属必要。
（4）与电梯井筒相连框架的考虑。过去设计按纯框架计算，电梯井壁按构造配筋，这样偏低不安全，框架部分应按壁式框架计算出的数值进行配筋，电梯井壁则应按剪力墙配筋。
另外，多层厂房一般有多层多台吊车，在设计中采取的办法是将一层吊车作为吊车荷载输入，而将其余层的吊车荷载作为活荷载考虑。
多层钢结构工业厂房设计初探 篇4
具体而言, 设计多层钢结构工业厂房需要遵循以下几个原则:第一, 建筑结构设计的整体化。多层钢结构工业厂房的设计与传统的钢结构建筑设计不同, 后者是遵循的是先建筑后结构的原则, 而多层钢结构则采用特殊的材料结合先进的设计软件, 所以可以实现建筑设计与结构设计的同步完成, 即建筑结构一体化设计, 采用这种方法可以将建筑风格更完整的表现出来。此外, 围护系统与主体结构的设计也要统一进行。第二, 优化截面设计。在选择截面时优先选择厚度薄的, 因为在用钢量相等的条件下, 截面越大刚度也就越大, 并且不能忽略相关规范中最小截面的问题;如果屋架杆件角钢的边长需要利用C级螺栓连接支撑杆件, 则要注意螺栓最大直径的选择;此外, 为了备料方便, 多层钢结构工业厂房所采用的角钢品种、规格最好控制在五种以内, 如果两种规格的尺寸比较接近, 可以尽量代用统一规格。
二、多层钢结构工业厂房的设计
(一) 常用的结构体系
具体而言, 多层钢结构工业厂房设计的常用结构体系包括以下几种:第一, 纯框架体系, 即将厂房无需设置柱间支撑, 其纵横两个方向均设计为刚接框架。第二, 框架-支撑体系, 该结构的横向设计为刚接框架, 纵向设计则为柱-支撑体系, 其主要目的是通过柱间支撑将水平荷载抵消掉。第三, 钢架加支撑的混合体系, 与第一种结构体系不同, 钢架加支撑混合体系是将纵向设计为钢架与支撑混合的形式, 二者共同作用抵抗水平力。
(二) 柱网布置与支撑体系
在进行柱网布置过程中需要遵循以下原则:与生产工艺、厂房的正常使用要求相符;保证建筑、结构的经济性与合理性;采用先进的施工方法;与厂房建筑统一化;适应工厂的生产发展与未来的技术革新等。支撑体系中, 中心支撑与偏心支撑是最重要的柱间支撑。通常多层钢结构工业厂房最好选择中心支撑, K型支撑则最好不要用。不过如果厂房处于强震区域, 则最好采用偏心支撑, 这种支撑形式的延性与耗能能力相对较好。
(三) 楼盖布置
楼盖的类型包括压型钢板现浇钢筋混凝土组合楼板、装配整体式预制钢筋混凝土楼板、装配式预制钢筋混凝土楼板以及普通的现浇混凝土楼板等。各种楼板形式不同, 其优缺点也有所不同:比如压型钢板现浇钢筋混凝土的组合楼板整体刚度相对较好, 但是成本也比较高;而压型钢板现浇楼板以及装配整体式预制钢筋混凝土楼板的施工效率比较高。对于多层钢结构工业厂房而言, 压型钢板现浇钢筋混凝土组合楼板比较适用。
(四) 设置变形缝
变形缝主要有三种, 即伸缩缝、沉降缝以及防震缝。如果厂房的长宽过大, 外界气温环境发生变化时, 结构内部会产生温度应力, 该应力可以拉裂墙面、屋面, 对建筑结构的正常使用产生影响。而设置伸缩缝即是将厂房分为数个温度区段, 可以有效的抑制温度应力对结构的影响。设置伸缩缝时要从基础顶面做起, 分开两个温度区段的上部结构, 预留相应宽度的缝隙, 这样一旦气温发生变化, 上部结构也可以沿着水平方自由变形。
三、利用软件对结构内力进行分析
利用软件对结构内力进行分析时要注意以下几点:第一, 网格生成平面简化。对于网格布置比较复杂的工业厂房而言, 如果完全根据实际情况利用软件建模, 则会产生大量的近节点, 从而影响到分析结果的准确性, 要在与实际出入不大的情况下采取相应的简化手段。第二, 柱间支撑并不是简单的构造措施, 在软件分析时其属于一种受力杆件, 厂房纵向周其与水平位移受支撑刚度的直接影响。如果结构中包括柱间支撑, 但是采用纯框架模型分析, 则无法保证地震力评估的准确性, 并且纯框架模型的侧移相对较大, 因此柱的用钢量有可能会大于有支撑的结构计算模型。第三, 通常工业厂房的都有较大的楼板开洞, 并且和钢梁间的约束相对较弱, 所以建模时可以把楼板设定为弹性楼板。第四, 在软件建模分析过程中, 钢梁整体失稳模型为平面外的弯扭失稳, 并且钢梁的抗扭模量比较小, 因此要采用铰接的方式设计主次梁节点, 以免出现主梁平面外弯扭失稳的现象。
四、工程设计实例
某工程为多层钢结构厂房, 总建筑面积达4000m2, 首层高4.4m, 二层标高12m, 局部两层为7m与16m, 局部一层为10.5m, 夹层层高4.5m, 建筑总高22.2m。为满足生产设备的承重要求, 其四周设置4根箱形柱, 柱距纵向5-11m, 横向4-15m;为节约建设成本箱形柱12m以上采用工字型截面柱, 其余框架也为工字型柱。屋面檩条为薄壁C型钢, 墙面为外挂夹芯板;为降低成本, 楼面为普通现浇混凝土楼板。
具体设计过程如下:首先进行荷载计算, 该厂房所处环境的基本风压为0.3 kN/m2, 地震烈度7度, 地震加速度0.1g, 阻尼比0.35, 限于篇幅, 此处略于计算过程。接下来确定荷载工况, 该工程要将X方向的地震力作用与风力作用、Y方向地震力作用与风力作用、以及恒载作用与活载作用下的标准内力考虑进来。在利用软件进行结构分析过程中, 利用STS空间建模, Sawe软件完成框架杆件的强度和稳定、自振周期和节点强度等计算。
对上述计算结果进行分析可知, 结构水平方向的主要振型没有明显的突变, 证明结构沿高度方向的质量与刚度的分布是合理的。本结构框架梁柱除受主要设备集中力的8根柱子采用箱形柱外, 其余均采用焊接工字形截面, 框架柱间支撑采用双槽钢支撑。计算分析表明, 各种梁、柱设计应力均控制在规范允许设计限值的90%, 结构构件的强度、刚度、稳定性好。各类节点验算也符合规范的要求。
参考文献
[1]张海玲:《多层钢结构工业厂房设计问题分析》, 《科技向导》, 2011 (9) 。
多层工业厂房论文 篇5
1.空气中含有容易起火或爆炸危险物质的房间，其送、排风应采用防爆型的通风设备，送风机如设在单独隔开的通风机房内且送风干管上设有止回阀，可采用普通型通风设备。
2.排除有燃烧和爆炸危险粉尘的空气，在进入排风机前应进行净化。对于空气中含有容易爆炸的铝、镁等粉尘，应采用不产生火花的除尘器;如粉尘与水接触能形成爆炸性混合物，不应采用湿式除尘器;
3.有爆炸危险粉尘的排风机、除尘器，宜分组布置，并应与其他一般风机除尘器分开设置。
4.净化有爆炸危险粉尘的干式除尘器和过滤器，宜布置在生产厂房之外的独立建筑内，且与所属厂房的防火间距不应小于10米。但符合下列条件之一的干式除尘器和过滤器，可布置在生产厂房的单独房间内：
⑴有连续清灰设备。
⑵风量不超过15000m3/h、且集尘斗的储尘量小于60kg的定期清灰的除尘器和过滤器。
5.有爆炸危险的粉尘、过滤器、管道，均应按照现行国家标准《采暖通风与空气调节设计规范》的有关规定设置泄压装置。净化有爆炸危险的粉尘的干式除尘器和过滤器，应布置在系统的负压段上。
6.排除、输送有燃烧爆炸危险的气体、蒸汽和粉尘的排风系统，应设有导除静电的接地装置，其排风设备不应布置在建筑物的地下室、半地下室内。
7.甲、乙、丙类生产厂房的送、排风道宜分层设置，但进入生产厂房的水平或垂直送风管设有防火阀时，各层的水平或垂直送风管可合用一个送风系统。
8.排除和输送温度超过80℃的空气或其他气体以及容易起火的碎屑的管道与燃烧或难燃烧构件之间的填塞物，应用不燃烧的隔热材料，
9.下列情况之一的通风、空气调节系统的送、回风管应设防火阀：
⑴送、回风总管穿过机房的隔墙和楼板处;
⑵通过贵重设备或火灾危险性大的房间隔墙和楼板处的送、回风管道;
⑶多层建筑和高层工业建筑的每层送、回风水平风管与垂直总管交接处的水平管段上。
多层建筑和高层工业建筑各层的每个防火分区，当其通风、空调系统均系独立设置时，则被保护防火分区内的送、回风水平风管与总管的交接处可不设防火阀。
10.防火阀的易熔片或其他感温、感烟等控制设备一经作用，应能顺气流方向自行严密关闭，并应设有单独支吊架等防止风管变形而影响关闭的措施。
易熔片及其他感温元件应装在容易感温的部位，其作用温度应较通风系统在正常工作时最高温度约高25℃，一般可采用72℃。
11.通风、空调系统的风管应采用不燃烧材料制作，但接触腐蚀性介质的风管和柔性接头，可采用难燃烧材料制作。
公共建筑的厨房、浴室、厕所的机械或自然垂直排风管道，应设有防止回流设施。
12.风管和设备的保温材料、消声材料及其粘结剂，应采用不燃烧材料或难燃烧材料。
风管内设有电加热器时，电加热器的开关与通风机开关连锁控制，电加热器前后各80Cm范围内的风管和穿过设有火源等容易起火的房间的风管，均应采用不燃烧保温材料。
13.通风管道不宜穿过防火墙和不燃烧体楼板等防火分隔物。如必须穿过时，应在穿过处设防火阀。穿过防火墙两侧各2m范围内的风管保温材料应采用不燃烧材料，穿过处的空隙应用不燃烧材料填塞。
多层工业厂房结构设计常见问题 篇6
1 多层工业厂房的特点
1.1 平面结构布置和柱网布置
多层工业厂房在平面布置中, 通常为了满足工艺要求, 使结构布局不规整, 柱网不规则, 布梁不整齐, 甚至有工艺要求在主受力构件上开孔的现象。同时厂房内部一般空间较大, 柱距多为6~12m, 局部有抽柱设计的, 柱距会增大到18m以上。这使得结构传力复杂, 受力不明确, 设计中容易产生应力集中现象。
1.2 竖向结构布置和层高
多层工业厂房的层高较大, 能达到4~8m, 且竖向布置经常出现错层、夹层, 楼板开大洞, 这使得楼板无法提供足够的平面内刚度, 结构有效质量沿竖向分布不均匀。在地震作用下, 结构可能产生“短柱效应”, 使得局部柱段水平剪力成为截面设计的控制因素。
1.3 各种类型的荷载
工业厂房的集中荷载主要包括设备自重, 有时还需要考虑设备的震动扰力, 根据规范要求进行动力计算。悬挂荷载主要包括管道荷载, 吊车荷载, 有时管道还产生水平荷载及弯矩。板面荷载主要根据生产工艺的要求, 在不同的生产楼地面有不同的活荷载取值, 但这种活荷载一般均大于民用建筑中的活荷载。
1.4 楼面及基础形式
工业厂房楼面一般采用现浇钢筋混凝土楼面, 但由于工艺所提设备荷载要求, 楼板或出现开洞, 或出现局部厚度变化。厂房的基础形式多采用柱下独立基础, 柱下条形基础, 若地基承载力低, 可采用灰土挤密桩、砂桩等方法处理, 亦可采用灌注桩, 直接作用在坚硬的土层上面。
1.5 轻型围护结构
工业厂房的围护结构一般不作为承重体系, 通常采用轻质材料, 屋盖结构多采用钢桁架檩条体系加铺轻质保温层。此种轻型围护材料有利于减轻结构自重, 减少地震反应。
2 多层工业厂房的结构体系
2.1 框—排架结构体系
此种结构体系厂房横向为刚接框架结构, 纵向为排架结构, 纵向设置柱间支撑抵抗水平荷载。这种结构形式的厂房横向较短, 纵向较长, 并采用设置结构缝的方式, 增大厂房的纵向长度, 但柱间支撑可能会对工艺的布置造成影响。
2.2 纯框架体系
把厂房纵横向两个方向都设计成刚接框架, 不设置柱间支撑。这种结构形式的使用空间不受影响, 但柱子在两个方向的截面惯性矩要求基本相同 (如箱型柱) , 增大了钢材用量。
2.3 钢架加支撑的混合体系
钢架加支撑的混合体系不同于第一种形式, 它将纵向设计成钢架和支撑混合的形式, 凭借混合支撑来抵御水平力。这种形式能避免柱的纵向弯矩, 但楼面的刚度必须符合设计要求, 否侧柱子间会出现不协调的变形, 柱子的支撑的作用也会受到影响。
3 多层工业厂房结构设计应注意的问题
多层工业建筑和多高层民用建筑之间的结构形式、荷载都各有其特点, 它的跨度大, 层高高, 楼板较厚, 内隔墙少, 存在吊车荷载, 在使用软件进行空间分析时, 有些问题需加以注意。
3.1 平面、竖向布置规则, 避免突变
多层工业厂房因为工艺布置的要求, 空间的跨度较大, 一般都采用框架式的结构体系。结构的安排最好使柱网均匀、对称, 为减小房屋的空间扭转作用, 房屋的刚度中心应该近似于质量中心。结构体系尽量规则、简捷, 能够明确传力。设置结构体系时, 注意防止变形突变的收缩和凹角、应力集中, 竖向变化不应过于内收或外挑, 尽量沿竖向的刚度少突变, 甚至不突变。
3.2 合理布置支撑系统
在地震烈度较高, 设备荷载较大时, 为了减少水平荷载对结构的影响, 控制结构位移, 优化柱截面, 可以协调工艺对结构进行支撑系统的布置。支撑可以减小结构构件的计算长度, 增加稳定性, 增强厂房的整体稳定性和空间刚度, 把一些水平荷载传递到柱等主要承重构件。
3.3 宜控制框架横向与纵向的周期相近
由于多层厂房跨度、尺寸都不小, 柱子不多;但柱距方向尺寸很小, 柱子多。正常情况下都采取横向控制的办法, 使横向和纵向之间的抗震能力基本持平, 不但设计科学、合理, 也保证了抗震效果。
3.4 多层吊车的近似计算
多层厂房都设有多层多台吊车, 以目前的技术, 我们无法通过计算软件对多层吊车进行计算, 这就要在设计环节来弥补。设计中, 将一层吊车作为吊车荷载输入, 将其余层的吊车荷载作为活荷载考虑。
3.5 设置合理的破坏机制
地震等地质灾害会对结构造成不同程度的破坏, 损失程度的轻重要视破坏程度而定, 所以, 优化破坏次序, 防止结构因破坏程度加深而造成更严重的损失便成了结构工程师的主要工作内容。在这一规程中, 工程师应该把握一个工作原则:避免结构整体先于结构部分的破坏。工作内容主要有:一是强柱弱梁, 也就是避免柱子的破坏先于梁的破坏, 整个结构是否牢固关键在于柱子是否牢固;二是强节弱杆, 避免节点结构的破坏先于构件的破坏, 节点与大部分构件紧密相关, 所以要保证节点完好;三是强剪弱弯, 剪切破坏发生的比较突然, 且无法提前做出准确的预测, 而弯曲破坏有一个曲线的变化, 往往可以提前预知危险, 这就能有效防止破坏进一步蔓延。
3.6 裂缝宽度、罕遇地震的验算
裂缝宽度的验算是为了满足正常使用状态的要求, 规范规定钢筋混凝土构件在室内一类环境下, 裂缝宽度不应大于0.3mm。若计算不满足, 在不增加配筋面积的情况下, 可通过减小钢筋直径, 增加钢筋根数来调整试算;如仍不满足要求, 可加大配筋面积或者修改构件截面尺寸再试算。
规范规定抗震设防三个水准目标, 即“小震不坏, 中震可修, 大震不倒”。采用二阶段设计实现上述三个水准的设防目标, 第一阶段承载力验算, 结构视为弹性体系, 用弹性反应谱进行弹性分析, 同时通过非抗震构件设计可靠性水准的提高, 实现第一、二水准的设防要求。第二阶段是弹塑性变形验算, 对结构薄弱部位的弹塑性层间变形验算并采用相应的抗震构造措施, 实现第三水准的设防要求。对于大多数的结构, 可只进行第一阶段设计, 而通过概念设计和抗震构造措施来满足第三水准的设计要求。但多层厂房的设备投资经常远远大于土建投资, 罕遇地震的验算在厂房设计中就显得尤为关键。
3.7 非结构部件的处理
非结构构件指的是隔墙、围护墙、女儿墙等非主要承重和承力部件, 虽然不属于主体结构的一部分, 但在地震期间却能够改变主体结构构件在地震中的受力状态及分布规律。所以, 非结构部件的处理对于建筑结构整体抗震能力意义重大。因此, 首先, 或者让非结构部件成为抗震结构整体的一部分或者让非结构部件与抗震结构整体不发生任何关系;其次, 装饰物与结构整体的连接要可靠;再次, 隔墙、围护墙要避免对结构抗震带来的不利影响, 其竖向连接要均匀, 在平面上的分布要均匀对称。
4 结束语
由于多层工业建筑的特殊性, 必须对计算结果进行全面的分析比较。柱的轴压比, 剪重比, 刚重比, 振型周期都要求符合规范, 综上所述, 做好多层工业厂房结构设计的关键在于:概念应清楚, 结构选型应做到合理;设计应与施工相结合, 避免施工困难;结构计算要准确, 设计中应反复试算, 调整截面, 以达到安全和经济的平衡点。
摘要：本文从建筑结构体系、柱网布置、支撑体系、节点构造、围护结构等方面, 介绍了多层工业厂房的特点, 提出了多层工业厂房的计算与设计要求。分析多层工业厂房结构设计的特点及结构计算中应注意的问题, 指出结构方案设计在整个设计过程中的重要性。
关键词：多层工业厂房,结构体系,设计要点
参考文献
[1]混凝土结构设计规范 (GB50010-2010) [S].北京:中国建筑工业出版社, 2010.
[2]建筑抗震设计规范 (GB50011-2010) [S].北京:中国建筑工业出版社, 2010.
多层工业厂房论文 篇7
随着我国经济的快速增长, 在城市建设中对工业建筑的需求越来越大。而随着越来越多的工业建筑的建设, 如何使工业建筑设计的更加经济合理显得尤为重要。工业建筑特别是多层工业厂房, 在结构形式上基本采用框架结构, 而楼盖选型是结构方案设计的主要工作内容。同时楼盖类型的选择对结构的整体性能和经济性有着至关重要的影响。故本文将对这一问题进行探讨, 希望通过具体实例介绍选择楼盖类型的思路和方法。
1 楼盖的结构形式
用于多层工业厂房楼盖的结构形式, 一般分为有梁楼盖和无梁楼盖, 对于有梁楼盖, 常用的形式有:平行梁楼盖、十字梁楼盖、密肋楼盖和井字梁楼盖。密肋楼盖和井字梁楼盖形式比较接近, 不同之处在于密肋楼盖两个方向的次梁间距比较小, 一般不会超过1.5 m。
从荷载的传递情况上来看, 有梁楼盖的荷载先传递给板, 板传递给次梁, 次梁再传递给主梁, 最后主梁传递给柱。一般情况下, 梁越多, 板跨就越小, 板跨越小, 板就越薄。反之, 梁越少, 板就越厚。
由于多层工业厂房荷载较大, 同时伴随有动力荷载, 故楼盖一般采用有梁楼盖。
2 工程概况
本工程为5层厂房, 长67.4 m, 宽25.4 m, 总建筑面积8 559.8 m2, 层高均为4.2 m, 总建筑高度21.45 m, 如图1所示。设防烈度:6度, 设计基本地震加速度:0.05g, 设计地震分组:第一组, 建筑场地类别:Ⅱ类, 特征周期:0.35 s, 框架抗震等级:四级。建筑结构采用钢筋混凝土框架结构体系, 楼盖系统采用现浇钢筋混凝土板。梁板柱混凝土采用C30, 全楼采用HRB400级钢筋。柱网尺寸8.4 m×8.4 m, 柱截面550 mm×550 mm, 板面附加恒载1.4 k N/m2, 板面活载3.5 k N/m2。针对本工程实际情况, 选择4种楼盖方案做详细分析, 对比每个方案优越点。
3 楼盖选型
方案一:十字梁楼盖, 主梁采用300 mm×650 mm, 次梁采用200 mm×500 mm, 板厚采用105 mm平面布置见图2。
方案二:井字梁楼盖, 主梁采用300 mm×600 mm, 次梁采用200 mm×400 mm, 板厚采用70 mm。平面布置见图3。
方案三:横向平行梁楼盖, 纵向主梁采用300 mm×700 mm, 横向主梁和次梁采用200 mm×500 mm, 板厚采用70 mm。平面布置见图4。
方案四:纵向平行梁楼盖, 横向主梁采用300 mm×700 mm, 纵向主梁和次梁采用200 mm×500 mm, 板厚采用70 mm。平面布置见图5。
4 计算分析
分别对四个模型进行整体计算分析, 依据各构件内力进行配筋设计, 然后分别统计四种方案的工程量及部分参数, 得到表1~3。
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由上表可以得出:井字梁方案梁的数量虽然比十字梁多, 但是混凝土和钢筋的总用量均比十字梁要少。尽管井字梁方案的主梁受力较均匀, 但是如果取井字梁方案的板厚同十字梁方案比较, 则选择十字梁方案较经济。平行梁方案梁的数量同十字梁方案比较, 但是梁的混凝土用量较少, 原因在于其主次梁受力较均匀截面故而较小。四种方案中板的用量最少的是井字梁方案, 而梁的用量最少的是平行梁方案, 柱的用量基本相同。各个方案中板和梁的混凝土用量基本相当, 而柱的混凝土用量相同, 但是梁的钢筋用量最多, 其次是板, 最后是柱。两种平行梁方案的用量基本相同, 但是方案四的周期比比方案三要小。
5 结论
对采用四种楼盖方案的结构进行整体分析, 并根据分析结果进行配筋设计得到两种主要材料的用量, 对比发现平行梁楼盖的上部结构工程用量最小。而平行梁楼盖中, 纵向平行梁楼盖的结构性能尤佳。
参考文献
[1]GB 50010-2010混凝土结构设计规范[S].
[2]东南大学, 同济大学, 天津大学.混凝土结构 (中册) [M].北京:中国建筑工业出版社, 2003.
[3]李国胜.多高层钢筋混凝土结构设计中疑难问题的处理及算例[M].北京:中国建筑工业出版社, 2011.
多层工业厂房论文 篇8
钢结构具有良好的承受力, 强度高, 安全性极好, 稳定性强, 同时由于工业厂房工作环境较为复杂, 需要经受住多种不良环境的考验, 因此, 钢结构的这些特点使得钢结构在工业厂房设计中深受欢迎。目前, 多层钢结构工业厂房的设计在我国厂房工业建设中得到了快速发展, 成为一种最广泛采用的建筑设计类型。在进行多层钢结构工业厂房设计时, 需要重视钢结构的焊接特性、支撑体系以及节点构造等方面, 充分利用好钢结构的特性, 只有这样, 才可以设计出合理的多层钢结构工业厂房, 保证工业厂房正常投入使用。
1.1 重量较轻
工业厂房设计时, 多采用轻钢设计, 这种材料性能与其他钢材料相似, 但是重量较轻, 可以有效的减少多层钢结构的设计重量。同时, 在进行施工设计时, 多层钢结构工业厂房采用轻型的围护设计方案, 在安装时, 采用的围护材料, 以夹芯金属板为主, 安装施工操作简便, 有效的缩短施工周期, 提高施工质量效率。
1.2 钢结构施工周期短
多层钢结构工业厂房其韧性高, 强度大, 而且其标准件比较多, 特别适合生产线作业。同时, 在多层钢结构工业厂房中, 由于多层的特性, 具有广阔的厂房空间, 因此, 可以将重型设备放在厂房中, 便于设备生产以及室内施工操作, 满足工业的发展需求。
2 多层钢结构工业厂房的设计要点
2.1 简化结构体系
在进行多层钢结构工业厂房设计时, 需要充分重视切简化结构体系, 钢结构的结构体系不仅直接发挥着工业厂房框架设计作用, 而且还对整体的性能指标以及安全可靠性发挥重要作用。因此, 在进行多层钢结构厂房设计时, 设计及施工技术人员需要对厂房的层高以及用途、工作环境进行充分认识, 同时对钢结构应用到厂房理论知识进行充分准备, 确保设计以及后续施工正常进行。
2.2 做好厂房横向及纵向设计
在进行多层钢结构设计时, 需要从横向以及纵向两方面进行设计, 横向方面主要指提高钢结构的多用途特性, 保证其可以充分满足设计要求。而纵向方面需要对钢结构的安全稳定以及性能方面进行充分考虑, 如抗震性, 只有这样, 才可以更好的进行多层钢结构设计。
3 多层钢结构工业厂房的设计思路
3.1 支撑节点
在设计时, 需要充分考虑结构的支撑特性, 做好安全防护工作, 提高承载力。同时, 注重节点构造问题, 充分考虑柱-柱、梁-梁以及梁-柱等关键位置, 通过加强水平支撑体系, 弥补钢结构的侧向结构无法抵抗水平方面的荷载, 避免发生位移。
3.2 加强多层钢结构工业厂房的抗震性
在进行钢结构工业厂房设计时, 需要重视钢结构的抗震性能, 提高钢结构的抗震性, 这主要是通过加强钢结构部件的支撑性, 提高其钢结构的承受能力。同时, 在进行设计时, 需要做好钢结构的轴力以及弯矩的耦合效应设计工作, 钢结构的轴力以及弯矩主要是指钢结构中两个相邻支撑矩形构建的弯矩系数的耦合效应, 如表1所示, 在不同的弯矩系数情况下, 其产生的耦合效应会发生不同的变化, 因此, 在进行抗震性设计时, 需要重视钢结构的轴力以及弯矩的耦合效应。
3.3 重视多层钢结构的承受荷载力
在进行多层钢结构厂房设计时, 需要重视厂房自身的用途, 通过厂房的用途特性计算其所能够需要承受的荷载值, 通过计算, 确定多层钢结构设计是否合理。同时, 在进行多层钢结构设计时, 需要重视结构构件的稳定性能, 考虑其在不同环境下稳定性的变化情况, 在进行承受荷载力计算时, 充分利用信息技术, 借助软件程序设计, 对荷载力进行计算, 确保多层钢结构设计符合设计用途。
3.4 钢结构厂房焊接工艺
在钢结构厂房设计时, 需要对轻钢进行安装施工操作, 这样就离不开焊接设计, 因此, 如何做好焊接工艺设计, 是确保多层钢结构厂房设计达标的重要参数。在进行焊接时, 需要重视焊缝的尺寸问题, 同时, 注意焊点问题, 对钢铁材质做好处理操作, 完成良好的设计。只有这样, 才可以更好的进行钢结构工业厂房设计。在焊接操作方面, 工艺流程如图1所示。
4 结语
论多层厂房结构设计 篇9
随着社会的进步和技术的快速发展，厂房设计要求也越来越高，传统的单层厂房已不能满足正常使用要求，多层厂房日益增多。下面，笔者结合个人设计经验，浅议一下多层厂房的结构设计，不足之处，敬请各位同行指正。
2 工程实例
本工程为两层框架结构，1层为生产厂房，2层为培训厂房，建筑轴线宽度为24.3m，长度为54m，两层层高均为7.5m，在1层、2层分别设了1台5t的桥式吊车，抗震设防烈度为7度，设计分组为第三组，基本加速度为0.1g，框架抗震等级为三级，采用柱下独立基础，框架梁、柱、基础的混凝土等级为C40，钢筋采用HPB300级、HRB400级，结构计算采用中国建筑科学研究院的PKPM系列软件（2010版），平面布置如图1所示。
2.1 大跨度梁截面形式的选用
对于本工程来说，跨度为24.3m的大梁的截面形式的选用尤为重要，为保证本工程满足“安全、经济、适用”的原则，笔者分别采用了型钢混凝土、钢梁、预应力混凝土梁3种截面形式进行了试算，其中预应力筋选用钢绞线（1×7)s15.2，具体梁参数见表1。
从工程造价、施工难度等方面综合比较，本工程采用用后张法有黏结预应力混凝土梁较为合适。
2.2 吊车荷载的输入
为方便加工件的运送，本工程在1层、2层分别设了1台5t的桥式吊车，对于吊车荷载的输入，在PKPM软件中可以直接由软件自动导入，在选取软件库中的标准吊车荷载后，即可完成本工程吊车荷载的布置。
2.3 考虑大型机床等设备布置，楼面活荷载的选用
本工程2层为培训教室，里面布置了大量的机床设备，考虑设备运行时的振动影响，应按《建筑结构荷载规范》（GB50009—2001）(2006版）4.2.1条及附录C规定输入楼面均布荷载，本工程的机床型号为C6132型，属第四类金工车间，计算楼面板时，楼面活荷载取值为8.0kN/m2，计算楼面次梁时，楼面活荷载取值为6.0kN/m2，计算框架主梁、框架柱、基础时，楼面活荷载取值为5.0kN/m2，本工程楼面结构采用了井字梁结构，楼面板厚度为120mm。
另外，根据《建筑结构荷载规范》（GB 50009—2001）(2006版）4.2.3条规定，生产车间的楼梯活荷载，可按实际情况采用，但不宜小于3.5kN/m2，所以本工程楼梯间活荷载取值为3.5kN/m2。
2.4 主要计算结果
2.4.1 结构整体抗倾覆验算结果
抗倾覆验算结果见表2。
2.4.2 结构整体稳定验算结果
稳定验算结果见表3。
该结构刚重比Di×Hi/Gi大于10,能够满足规范(5.4.4)的整体稳定验算；该结构刚重比Di×Hi/Gi大于20,可以不考虑重力二阶效应。
2.4.3 周期、地震力与振型
地震作用最大的方向=-0.020°
2.4.4 位移
X方向地震作用下的楼层最大层间位移角:1/1290(第2层第1塔)。
Y方向地震作用下的楼层最大层间位移角:1/1490(第2层第1塔)。
X方向风荷载作用下的楼层最大层间位移角:1/4305(第1层第1塔)。
Y方向风荷载作用下的楼层最大层间位移角:1/2470(第1层第1塔)。
3 注意事项
3.1 考虑机器振动荷载影响
工业建筑楼面不同于民用建筑，设计时应考虑设备运行时的振动荷载，荷载输入应严格按荷载规范要求输入，如没用充分依据，应严格按厂家提供的设备参数进行折算。
3.2 抗震设计参数的输入
预应力混凝土结构的抗震设计参数与普通混凝土结构的抗震设计参数取值有所不同，如《预应力混凝土结构抗震设计规程》第3.1.2规定，以预应力混凝土框架结构、板柱-框架结构作为主要抗侧力体系的建筑结构，其阻尼比应取0.03，而普通混凝土结构的阻尼比取0.05。
3.3 预应力锚具的位置
预应力筋的锚具设置应满足规范要求，不得随意设置，《预应力混凝土结构抗震设计规程》第3.2.10规定，后张预应力筋的锚具不宜设置在粱柱节点核心区，并应布置在粱端箍筋加密区以外，所以本工程的锚具设置在框架柱外侧。
3.4 预应力梁纵向配筋率的控制
根据《预应力混凝土结构抗震设计规程》第4.2.2规定，预应力混凝土框架梁纵向受拉钢筋按非预应力钢筋抗拉强度设计值换算的配筋率不应大干2.5%(HRB400级钢筋)或3.0%（HRB335级钢筋)，在软件计算完后，设计人应手工核算，这一点应引起设计人的注意。
参考文献
[1]GB50011—2010建筑抗震设计规范[S].
[2]GB50009—2001建筑结构荷载规范(2006年版)[S].
[3]GB50010—2010混凝土结构设计规范[S].
多层厂房结构易损性分析 篇10
关键词：多层厂房,非线性动力时程分析,非线性静力分析,易损性
0 引言
吕大刚和王光远[1]提出了结构局部地震易损性的概念, 通过构造结构局部性能指标与其参数之间的一个新的功能函数, 给出了局部地震易损性的可靠度表达式;根据可靠性灵敏度的概念, 提出了构造结构局部性能指标概率密度函数的新方法, 并详细推导了结构可靠指标对局部性能指标参数的灵敏度表达式。张令心[2]采用概率方法借助于拉丁超立方采样技术和非线性地震反应时程分析对多层住宅砖房的地震易损性进行分析, 其分析样本是根据多层住宅砖房目前常用设计参数值的范围选定参数的代表值, 并由这些代表值构成的。分析中考虑了地震荷载、结构反应和结构承载力的不确定性, 易损性曲线分别对五个不同结构破坏程度的极限状态给出。朱健[3]通过按建筑结构抗震规范的规定构造加速度反应谱作为随机激励, 构筑了我国四川地区典型钢筋混凝土结构单层厂房有限元模型, 采用拟动力时程方法对结构的抗震性能进行了分析计算, 得到了钢筋混凝土结构厂房的易损性曲线;同时, 针对原型结构在地震作用下柱基础容易发生屈服破坏的情况, 对原型结构基础采取了铅芯阻尼橡胶支座隔震加固措施, 并对加固后的厂房结构进行了计算分析并得到了修正易损性曲线, 通过对比得到结构在地基不失稳的前提下, 在小震时发生中度以上损伤的概率非常小, 在大震时随着承重结构进入塑性屈服发生中度以上的损伤概率开始逐渐变大, 而且厂房结构纵横两个方向的易损性概率在大震时有差异, 采取隔震加固措施后结构损伤概率明显减小。但是多层厂房的易损性评价还没有人涉及。
1 多层厂房的特点及适用范围
1.1 多层厂房的特点
(1) 建筑物占地面积小, 这不但节约用地, 而且还降低了基础和屋顶的工程造价及工程管线的长度, 节约建设投资和维护管理费;
(2) 厂房宽度较小, 顶层房间可不设天窗而用侧窗采光, 屋面雨雪水排除方便, 屋顶构造简尽, 屋顶面积较小, 有利于节省能源;
(3) 交通运输面积大。这是出于多层厂房不仅有水平方向, 也有垂直方向的运输系统 (如电梯间、楼梯间、坡道等) , 这样就增加了用于交通运输的面积和体积;
(4) 内于多层厂在楼层上要布置设备, 易受梁板结构经济合理性的制约网尺寸较小, 不利于工艺改革和设备更新, 厂房的通用性较小;
(5) 在楼层L布置振动较大的设备时, 结构计算及构造处理复杂。
1.2 多层厂房的适用范围
(1) 生产工艺流程适于垂直布置的企业。这类企业的原材料大部分为柱状和粉状的散料或液体。经一次提升 (或升向) 后, 可利用原料的自重自上而下传送加工, 直至产品成型。如面粉厂、造纸厂、啤酒厂、乳品厂和化工厂的某些生产车间;
(2) 设备、原料及产品重量较轻的企业 (楼面荷载小于2t m2) , 单件垂直运输小于3t的企业;
(3) 生产上要求在不同层面上操作的企业, 如化工厂的大型蒸馏塔等设备, 高度比较高, 生产又需在不同层高进行;
(4) 生产工艺对生产环境有特殊要求的企业。由干多层厂房层间房间体积小, 容易解决生产所要求的特殊环境 (如恒温恒湿、净化洁净、无尘无菌等) 。属于这类企业的有仪表、电子、医药及食品类企业;
(5) 建筑用地紧张及城建规划的需要。
2 非线性元素的仿真
本文采用SAP2000分析多层厂房结构。在SAP2000程序中, 仿真杆件局部非线性行为的方式为采用非线性元素 (简称Nllink Element) , 其中包含了阻尼 (Damper) 、隔震器 (Isolator) 、塑性元素 (Plastic) 、开裂的纯压构件 (Gap) 与开裂的纯拉构件 (Hook) 等, 而这些非线性元素之行为仿真都是由线性弹簧之基本理论推导而来。
由许多实际地震结构物损伤案例得知, 多层混凝土结构多自梁柱接头部分开始损坏, 而从材料力学与结构力学之理论得知, 受地震力影响之楼房结构, 以梁柱接头部分所承受之弯矩为最大, 为首先破坏之主因。为进一步仿真结构物达屈服后, 较真实之非线性行为, 本研究分别于梁柱杆件二端以具回滞特性之元素来进行仿真。因本文采用有限元素分析软件SAP2000作为辅助工具进行研究, 在模拟过程中除用Ritz Vector Method进行模态分析以了解其基本周期外, 主要是利用逐步直接积分之方式, 进行非线性动力分析, 目的为了解楼房结构之杆件消能过程, 进而得知其受损状况及耐震能力。大部分之建筑结构动态反应分析中, 不同来源之阻尼, 均以迟滞阻尼比来表示。此时, 迟滞阻尼是用等值阻尼比来考虑, 但通常若变形较大将导致较大之误差;在较细部的分析, 迟滞阻尼经常以考虑非弹性回复力的特性用劲度来反应, 即透过非弹性分析。在高楼分析中, 钢构件之迟滞阻尼比可取约2%来做计算。建立多层厂房结构非线性模型来进行地震时程反应分析, 藉助SAP2000作为辅助分析工具, 故上段说明在SAP2000程序中, 结构物分析模型的非线性行为仿真方式。为了了解杆件非线性之反应过程, 本研究使用非线性动力时程分析来观察杆件之消能现象。此分析法是在结构物上加载与时间相关之作用, 如地震力。并逐步求解每个时间点之动态反应反应。
本文将用SAP2000建立一个实际的厂房模型, 进行非线性动力时程分析和非线性侧推分析, 进而得知高科技厂房在地震力的作用下的非线性行为, 并利用分析后所得到数据和所定义的损伤程度, 经由统计学的方法, 最后得到结构物的易损性曲线。
3 多层厂房模型和分析结果
分析采用的多层厂房模型如图1。分析选取10条地震波, 其性质见表1。
易损性曲线的建立需要定义损伤程度的界限值, 本文所采用的损伤为层间相对转角, 其值由非线性静力分析曲线、规范HAZUS[4]与SEAOC的规定所得到, 其值整理如表2。分析结果如图2所示。
由Pushover分析所得之易损性曲线, 在Sa=0.4g时, 损伤率小于7.23%, 属于轻度损伤;在Sa=0.6g时, 损伤率大于7.23%小于19.5%, 属于中度损坏;在Sa=1.2g时, 损伤率为56.9%, 大于50%, 此时属于严重损坏;而在Sa=3g时, 已非常接近倒塌的状态。最后比较Pushover分析所定义的损坏度界限值与规范定义的损坏度界限值绘出的易损线彼此之间的差异, 如图2所示。由图可看出, 由于规范所订的损伤度界限值较高, 故其易损性曲线会有低估的情形, 其中HAZUS所定义的界限值所绘出的易损性曲线期趋势与Pushover分析较为相近。
由此可知, 规范所定义之损伤度界限值可能无法完全符合厂房的实际损伤情形, 故需进一步做详细的实验与软件分析得到真正符合多层厂房损坏程度的界限值。
4 结论
(1) 在本研究中由Pushover分析定义之界限值所绘出之易损性曲线可用来评估位于多层厂房在不同强度地震力的影响下, 发生损失的程度, 而在与灾害风险评估规范HAZUS与耐震性能规范SEAOC所定义的界限值所绘出的易损性曲线进行比较后, 可看出由规范定义之界限值其绘出的易损性曲线较为低估。
(2) 在将Interstory Drift Ratio换算成结构物损伤率 (Damage Ratio) 时, 如果用线性内插会有在低Sa被高估, 而高Sa被低估的情形发生, 故在计算结构物易损性曲线前, 需将损伤界限值经由对数常态分布公式绘出后, 再利用期望值的概念计算出Interstory Drift Ratio与Damage Ratio的关系图, 较为符合实际情况。
5 建议
(1) 本研究所分析的厂房模型为二维模型, 仅考虑厂房较弱的方向, 且并未加入阻尼器, 故未来可以建立三维的分析模型并加入阻尼器, 使分析的结果更准确也更符合实际情况。
(2) 本研究主要探讨厂房的外部结构在地震力作用下的损坏程度, 但厂房的设备昂贵, 甚至为厂房受灾害损失的主要来源, 故将来可在决定厂房的易损性时, 加入地震所带来的震动对于厂房内部设备损伤程度的影响。
(3) HAZUS与SEAOC所定义损伤界限值, 可能不够完善, 希望藉由非线性静力分析与非线性动力分析加以研究, 找出真正符合多层厂房结构的损伤度界限值。
参考文献
[1]吕大刚, 王光远.基于可靠度和灵敏度的结构局部地震易损性分析.自然灾害学报, 15 (4)
[2]张令心, 江近仁, 刘洁平.多层住宅砖房的地震易损性分析.地震工程与工程振动, 22 (1)
[3]朱健, 谭平, 周福霖, 基于位移的钢筋混凝土结构单层厂房易损性分析.振动与冲击, 29 (1)