1、淺析框排架結(jié)構(gòu)廠房設(shè)計(jì)要點(diǎn)摘要：隨著我國(guó)的工業(yè)發(fā)展取得了巨大的進(jìn)步，工業(yè)廠房的面積、跨度也隨著 工藝和產(chǎn)能的提升變得越來(lái)越大。為了協(xié)調(diào)不斷增長(zhǎng)的車(chē)間面積需求和緊張的土 地供應(yīng)之間的矛盾，只有結(jié)合工藝流程，將大跨廠房與常規(guī)廠房聯(lián)合建設(shè)，多層 的框排架廠房便應(yīng)運(yùn)而生。本文通過(guò)對(duì)框排架廠房結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的論述，對(duì)框排架結(jié) 構(gòu)主廠房的力學(xué)特點(diǎn)和計(jì)算要求進(jìn)行討論。關(guān)鍵詞：框排架結(jié)構(gòu)；層間位移；抗震性能；屋面支撐；計(jì)算長(zhǎng)度隨著我國(guó)的工業(yè)發(fā)展取得了巨大的進(jìn)步，工業(yè)廠房的面積、跨度也隨著工藝和產(chǎn)能的提 升變得越來(lái)越大。為了協(xié)調(diào)不斷增長(zhǎng)的車(chē)間面積需求和緊張的土地供應(yīng)之間的矛盾，只有結(jié) 合工藝流程，將大跨廠房與常規(guī)廠房

2、聯(lián)合建設(shè)，多層的框排架廠房便應(yīng)運(yùn)而生，應(yīng)用于各行 各業(yè)的工業(yè)廠房。我國(guó)GB50191-2012構(gòu)筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范（以下簡(jiǎn)稱(chēng)構(gòu)規(guī)）自2012年10月起開(kāi)始 實(shí)施，作為涵蓋工業(yè)廠房及特種結(jié)構(gòu)在內(nèi)的抗震設(shè)計(jì)規(guī)范和GB50011-2010建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī) 范（2016版）（以下簡(jiǎn)稱(chēng)抗規(guī)），完善了框排架結(jié)構(gòu)體系設(shè)計(jì)理論。本文針對(duì)框排架結(jié) 構(gòu)中比較關(guān)注的問(wèn)題，并結(jié)合構(gòu)規(guī)的具體條文與抗規(guī)的有關(guān)內(nèi)容進(jìn)行分析和梳理。1結(jié)構(gòu)體系介紹框排架結(jié)構(gòu)的規(guī)范對(duì)應(yīng)工業(yè)廠房框排架結(jié)構(gòu)屬于一種結(jié)構(gòu)體系比較復(fù)雜的聯(lián)合結(jié)構(gòu)，按 照抗規(guī)附錄H的界定，屬于多層工業(yè)廠房中的一類(lèi)，鋼筋混凝土框排架結(jié)構(gòu)分為豎向框 排架結(jié)構(gòu)體系（見(jiàn)圖1）和側(cè)向框排

3、架結(jié)構(gòu)（圖2）。上述限值的意義在于，對(duì)于框排架結(jié)構(gòu)，由于結(jié)構(gòu)剛度分布不均，樓板或屋面板不是完 全剛性，不可避免地出現(xiàn)扭轉(zhuǎn)效應(yīng)，框架部分滿(mǎn)足h/550的位移角時(shí)不一定能保證排架柱頂 位移小于h/400的要求，因此應(yīng)按照框架柱和排架柱的柱頂位移分別驗(yàn)算；而對(duì)于純排架結(jié) 構(gòu)或豎向框排架結(jié)構(gòu)，在高烈度地區(qū)要滿(mǎn)足1 /400的彈性位移限值是比較困難的，因此限 制了純排架結(jié)構(gòu)（豎向框排架）在高烈度區(qū)的使用。4關(guān)于屋架結(jié)構(gòu)參與整體計(jì)算的規(guī)定屋架結(jié)構(gòu)宜選用鋼屋架，跨度小于18m時(shí)可選用變截面鋼梁，屋面板采用輕質(zhì)結(jié)構(gòu)，如 輕鋼彩板、鋼桁架輕型板。屋面支撐系統(tǒng)設(shè)置要求同排架結(jié)構(gòu)。a.構(gòu)規(guī)6.2.19條規(guī)定針對(duì)7度

4、（0.15g）皿，IV類(lèi)場(chǎng)地和8度9度時(shí)，應(yīng)計(jì)算排架跨 的屋架下弦的拉壓效應(yīng)，核算屋架承載力”。b.構(gòu)規(guī)6.2.22條規(guī)定，“針對(duì)7度（0.15g） m，V類(lèi)場(chǎng)地和8度9度時(shí)，端部橫向水平支撐應(yīng)驗(yàn)算由于框架部分和排架柱位移變形不協(xié) 調(diào)產(chǎn)生的附加內(nèi)力”。上述兩條的規(guī)范用詞都是“應(yīng)”，因此當(dāng)有條件采用空間建模時(shí)，應(yīng)考慮建立合適的屋架 和支撐的桿系模型，否則無(wú)法得出上述內(nèi)力值。5關(guān)于鋼框排架結(jié)構(gòu)的支撐抗震計(jì)算構(gòu)規(guī)7.6.3條規(guī)定了排架部分縱向交叉形支撐的最大長(zhǎng)細(xì)比（見(jiàn)表5）, 7.6.7條規(guī)定 了框架部分的最大長(zhǎng)細(xì)比應(yīng)滿(mǎn)足抗規(guī)的要求（即長(zhǎng)細(xì)比不大于150），這也是比較明確 地提出了排架部分和框架部分

5、的支撐構(gòu)件采用不同的長(zhǎng)細(xì)比標(biāo)準(zhǔn)。另外，對(duì)于交叉支撐在水平荷載作用下的壓桿剛度退化的計(jì)算方法，即對(duì)于長(zhǎng)細(xì)比不超 過(guò)200且拉壓桿截面相同的交叉性支撐，可以簡(jiǎn)化成單斜拉桿進(jìn)行計(jì)算（見(jiàn)圖2）,同時(shí)將 拉桿的計(jì)算截面面積乘以增大系數(shù)（1+），其中，為斜壓桿的軸心穩(wěn)定系數(shù)。采用上述 方法計(jì)算縱向地震作用時(shí)，可以比較客觀地反應(yīng)結(jié)構(gòu)的實(shí)際剛度和地震作用的大小，否則會(huì) 過(guò)高地估計(jì)縱向地震作用，使得支撐內(nèi)力過(guò)大而不經(jīng)濟(jì)。6構(gòu)件計(jì)算長(zhǎng)度對(duì)于鋼框排架結(jié)構(gòu)的柱、支撐的計(jì)算長(zhǎng)度，無(wú)論是抗規(guī)構(gòu)規(guī)都沒(méi)有給出比較明 確的計(jì)算方法，而鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范中給出的計(jì)算方法又過(guò)于繁瑣，不易操作，同時(shí)該計(jì) 算方法是否適合于抗震計(jì)算也是值得

6、商榷的。上述原因造成對(duì)于框架一支撐結(jié)構(gòu)中的構(gòu)件穩(wěn) 定性計(jì)算目前還沒(méi)有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，因此對(duì)于特種工業(yè)廠房，如火電行業(yè)的結(jié)構(gòu)來(lái)說(shuō)仍舊需要 進(jìn)一步研究此類(lèi)問(wèn)題；相比而言，高層民用建筑鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)程中的計(jì)算方法顯得比較 明確而易于操作，因此建議考慮按照上述規(guī)范進(jìn)行計(jì)算，或按照澳大利亞的規(guī)范直接進(jìn)行構(gòu) 件的二階內(nèi)力分析。7構(gòu)造要求梁柱節(jié)點(diǎn)應(yīng)設(shè)置型鋼抗剪鍵，抗剪鍵長(zhǎng)度不應(yīng)小于200mm，混凝土柱頂宜設(shè)不小于 41050mm的加密附加箍筋3道，以加強(qiáng)節(jié)點(diǎn)連接。圍護(hù)墻若為砌體墻，屋頂為輕質(zhì)屋面荷 載較小，砌體墻體自重較大應(yīng)考慮其對(duì)地震作用的影響，砌體墻的質(zhì)量應(yīng)沿柱高度分配不少 于兩個(gè)質(zhì)量集中點(diǎn)（柱頂、層間梁標(biāo)高

7、處）作為柱的附加質(zhì)量，參與排架的地震作用計(jì)算 （參門(mén)規(guī)GB51022-2015 第 4.4.2-4、6.2.4 條）。框排架結(jié)構(gòu)的彈性層間位移角限值不應(yīng)低于建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范第5.5.1條對(duì)混凝土 框架的規(guī)定，若設(shè)置吊車(chē)應(yīng)符合吊車(chē)使用。按抗規(guī)條文說(shuō)明單層工業(yè)廠房的彈性層間位 移角需根據(jù)吊車(chē)使用要求加以限制，嚴(yán)于抗震要求，因此規(guī)范不再對(duì)地震作用下的彈性位移 加以限制，由設(shè)計(jì)者根據(jù)使用要求自行確定。框排架結(jié)構(gòu)的彈塑性層間位移角限值應(yīng)符合 抗規(guī)第5.5.5條規(guī)定，若不滿(mǎn)足可通過(guò)增加框架柱縱向鋼筋配筋量調(diào)整?？蚺偶芙Y(jié)構(gòu)不 宜設(shè)結(jié)構(gòu)縫，設(shè)縫后兩側(cè)建筑形成一端山墻處為框架結(jié)構(gòu)，另一端為排架結(jié)構(gòu)，造成結(jié)構(gòu)剛

8、度不均勻，結(jié)構(gòu)縫兩側(cè)形成薄弱部位。當(dāng)?shù)卣鹆叶?度和8度時(shí)，應(yīng)按抗規(guī)附錄J.2.3條 考慮空間工作和扭轉(zhuǎn)影響的效應(yīng)調(diào)整系數(shù)?？蚺偶芙Y(jié)構(gòu)計(jì)算、構(gòu)造的其他方面按相關(guān)規(guī)范執(zhí) 行。8結(jié)論多層工業(yè)廠房結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，具有自身的特征，把控好注意事項(xiàng)，完善多層工業(yè)廠房結(jié)構(gòu) 的設(shè)計(jì)環(huán)境，以免影響結(jié)合設(shè)計(jì)的狀態(tài)，確保多層工業(yè)廠房結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的合理性，防止廠房結(jié) 構(gòu)中出現(xiàn)不規(guī)范的設(shè)計(jì)問(wèn)題，明確框排架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的原則，同時(shí)落實(shí)好設(shè)計(jì)方法，維護(hù)框排 架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的科學(xué)性。a.構(gòu)規(guī)和抗規(guī)是我國(guó)2 010規(guī)范體系的抗震設(shè)計(jì)方面的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，二者相互聯(lián) 系又各有側(cè)重點(diǎn)，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)按照其所覆蓋的范圍進(jìn)行合理的選擇應(yīng)用。b.構(gòu)規(guī)中 有關(guān)側(cè)向框排架結(jié)構(gòu)中的條文適合于如電廠框排架結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，覆蓋的條文非常全面，應(yīng)該 作為抗震設(shè)計(jì)的依據(jù)。c.構(gòu)規(guī)中對(duì)于單跨框架的使用范圍有了一個(gè)較為明確的規(guī)定，使 得在廠房布置方案選擇上有相對(duì)的靈活度。d.構(gòu)規(guī)中對(duì)于框排架計(jì)算的內(nèi)容相對(duì)比較完 整，如彈性位移、彈塑性位移、局部?jī)?nèi)力計(jì)算等方面的內(nèi)容，使得對(duì)于框排架結(jié)構(gòu)計(jì)算的內(nèi) 容和深度有了統(tǒng)一的規(guī)定。e.構(gòu)規(guī)中仍沒(méi)有明確帶支撐結(jié)構(gòu)的構(gòu)件計(jì)算長(zhǎng)度取用的問(wèn)題，