多層鋼結構工業廠房由于其結構的特殊性，在設計時有一些特殊之處，本文首先闡述多層鋼結構工業廠房的設計原則，然后分析其一般設計流程。

　　《建筑科學》(Building Science)(月刊)1985年創刊，在國內外公開發行的建筑科學類綜合性技術期刊。本刊內容豐富、可讀、實用，在建筑行業中享有很高的聲望。本刊依托建設部和中國建筑科學研究院，得到部、院領導的大力支持，并有許多國內建筑界著名的專家學者組成了編委會，使得本刊更具權威性、指導性。

　　1. 設計原則

　　多層鋼結構工業廠房設計需要遵循以下幾個原則：

　　第一，建筑與結構的整體化設計。多層鋼結構工業廠房的設計與傳統的鋼結構建筑物設計不同，后者遵循先建筑后結構的原則，而前者則采用特殊的材料并結合先進的設計軟件，以實現建筑與結構兩方面的同步完成，即建筑結構一體化設計，其優勝之處是可以將建筑風格更完整的展現出來。比如，能體現建筑立面風格的圍護系統可適當參與主體結構的空間性能計算，并與主體結構進行統一設計。

　　第二，優化截面設計。在確定截面時優先選擇翼緣或腹板厚度較小的截面，因為在用鋼量相同的條件下，厚度越小則截面的形狀尺寸會越大，其整體剛度也越大。此時需注意滿足相關規范中關于翼緣或腹板最小寬厚比、最小截面的問題。

　　采用螺栓連接時要注意螺栓最大直徑的選擇。

　　第三，為了備料方便，設計中選用的型鋼品種、規格最好控制在五種以內，當兩種規格的尺寸接近時，盡量代用統一規格。

　　2. 設計的一般流程

　　2.1選用結構體系

　　目前，多層鋼結構廠房在設計上常用的結構體系有以下幾種：第一，純框架體系。即結構上無需設置柱間支撐，縱橫兩個方向均設計為剛接框架。第二，框架—支撐體系。將結構的橫向設計為剛接框架，縱向則設計為柱—支撐體系，通過柱間支撐將縱向水平荷載傳遞至基礎。第三，剛架與支撐的混合體系。該體系的結構橫向仍然為剛接框架，縱向則為剛架與支撐混合的形式，二者共同作用以抵抗水平力。設計人員可根據實際情況，如建筑外形、荷載條件等選用結構體系。

　　2.2布置柱網與支撐體系

　　柱網的布置首先應符合生產工藝、建筑功能及正常使用這三項基本要求，在此基礎上，力求使方案滿足建筑、結構設計上的經濟性與合理性。有經驗的設計人員，還會綜合考慮諸如建筑結構設計的一體化、采用先進的施工方法、適應工廠的生產發展與未來的技術革新等因素，使布置方案更具“人性化”。

　　支撐體系在鋼結構設計中是必不可少的部分。按布置方式可分為豎向支撐、水平支撐和斜向支撐，柱間支撐屬于豎向支撐。在柱間支撐中，中心支撐與偏心支撐是兩種主要的形式。通常多層鋼結構廠房較多采用中心支撐，如“X”型、“V”型或“∧”型，抗震設防時則不應采用“K”型中心支撐。當廠房處于強震區域時，采用偏心支撐能在支撐與柱之間或在支撐與支撐之間形成耗能梁段，這種支撐形式的延性與耗能能力相對更好。支撐體系是結構重要的抗側力體系，設計上必需引起重視。

　　2.3樓蓋布置

　　樓蓋的類型包括壓型鋼板現澆鋼筋混凝土組合樓板、裝配整體式預制鋼筋混凝土樓板、裝配式預制鋼筋混凝土樓板以及普通的現澆混凝土樓板等。每種形式的樓板有其自身的特點，比如組合樓板或樓承板整體剛度好，但成本較高，而裝配整體式預制鋼筋混凝土樓板的施工效率高。對于多層鋼結構工業廠房而言，壓型鋼板現澆鋼筋混凝土組合樓板比較適用。

　　2.4設置變形縫

　　變形縫主要有伸縮縫、沉降縫以及防震縫三種。各種縫盡量綜合起來，做到“一縫多用”。以伸縮縫為例，如果廠房的長寬尺寸過大，當外界環境溫度發生變化時，結構體系會由于內外溫差產生不可忽略的溫度應力，該應力甚至能拉裂墻面板、屋面板和工藝管道。若合理地設置伸縮縫，可將廠房分為數個溫度區段，一旦發生溫度變化，上部結構將沿著相應方向自由變形，從而有效釋放溫度應力，避免對建筑或結構的正常使用產生不利影響。設置伸縮縫要從基礎頂面做起，把上部結構徹底分開，預留相應寬度的縫隙，并用柔性防水材料封蓋。

　　3. 結構內力電算分析要注意的問題

　　隨著計算機軟件技術的不斷進步，目前已開發出許多實用、高效、精確的結構計算軟件。利用軟件進行結構內力分析時要注意以下幾點。

　　第一，網格生成的平面簡化。對于網格布置比較復雜的工業廠房而言，如果完全根據實際情況利用軟件建模，則會產生大量的近節點，從而影響計算效率和結果分析的準確性，因此在與實際情況出入不大的前提下采取相應的簡化手段來建立合適的模型。

　　第二，柱間支撐并不是簡單的構造措施，在軟件分析時其屬于一種受力桿件，并且廠房縱向周期與水平位移均受支撐剛度的直接影響。如果結構中設有柱間支撐，但卻采用純框架模型分析，則無法保證地震力評估的準確性。另外，純框架模型的側移相對較大，由此算得的柱用鋼量有可能會大于有支撐的結構計算模型所得結果。

　　第三，通常工業廠房都有較大的樓板開洞，樓板和鋼梁間的約束相對較弱，建模時可設定為彈性樓板。

　　第四，鋼梁的抗扭模量比較小，在軟件分析過程中，鋼梁平面外的彎扭失穩將成為整體穩定性驗算的決定因素，采用鉸接的方式設計主次梁節點，可避免出現鋼梁整體失穩的現象。

　　4. 工程設計實例

　　某工程為多層鋼結構廠房，總建筑面積約4000m2，首層高4.4m，二層標高 12m，局部兩層為7m 與16m，局部一層為 10.5m，夾層層高4.5m，建筑總高度22.2m。為滿足生產設備的承重要求，廠房四周設置4根箱形柱，柱距縱向5-11m，橫向4-15m;為節約建設成本，箱形柱12m以上采用工字型截面柱，其余框架柱也為工字型柱。屋面采用薄壁C型鋼檁條，墻面外掛夾芯板;為降低成本，樓面采用普通現澆混凝土樓板。

　　具體設計過程如下：首先進行荷載計算，該廠房所處環境的基本風壓為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，此處略去計算過程。接下來確定荷載工況，該工程要將 X 方向的地震力作用與風力作用、Y 方向地震力作用與風力作用、以及恒載作用與活載作用下的標準內力考慮進來。利用STS空間建模，Satwe 軟件完成框架桿件的強度和穩定、自振周期和節點強度等計算。

　　對計算結果進行分析可知，結構水平方向的主要振型沒有明顯的突變，說明結構沿高度方向的質量與剛度的分布是合理的。除了受主要設備集中力作用的8根柱子采用箱形截面外，其余框架柱、梁均采用焊接工字形截面，柱間支撐為雙槽鋼中心支撐。計算分析表明，各種梁、柱設計應力均控制在規范允許設計限值的 90%以內，構件的強度、剛度、穩定性以及各類節點驗算均符合規范要求。

　　5. 結 語

　　近年，隨著我國經濟建設的迅速發展，多層鋼結構廠房以其自重輕、用鋼量少、抗震性能好、施工速度快等特點獲得了廣泛應用，具備相當的競爭力。本文總結了多層鋼結構廠房的一些設計方法及結構特點，拋磚引玉，為今后類似工程的推廣與應用提供有益的經驗。

　　參 考 文 獻：

　　[1] 鋼結構設計手冊(第三版)，中國建筑工業出版社，2004

　　[2] 張海玲，多層鋼結構工業廠房設計問題分析，《科技致富向導》，2011(9)

　　[3] 張興玉，多層鋼結構工業廠房設計與實例，《科技與生活》，2010(9)