工業廠房鋼與混凝土組合結構設計范文

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摘要：隨著科技的發展，我們在廠房的建設中會廣泛的應用鋼-混凝土組合結構。鋼混凝土組合結構是由鋼梁和混凝土板通過栓釘組合起來的新型結構形式，在進行廠房結構設計的時候，需要我們滿足建設的要求，提升建筑整體的安全性與整體性。鋼與混凝土組合結構設計必須要考慮時間指標、性能指標以及經濟指標，實踐證明鋼與混凝土組合結構質量關系到廠房的整體質量，因此本文以某工業廠房設計為例，對優化鋼與混凝土組合結構設計策略進行分析，以此提出完善結構設計的具體對策。

關鍵詞：工業廠房；鋼混凝土；結構設計

引言

鋼-混凝土組合結構是基于鋼結構和混凝土結構的發展而形成的一種結構優化形式。它是近年來出現的一種新型結構。將兩種材料按一定的方式連接起來，將兩種材料組合成一個整體，充分發揮鋼的抗拉和混凝土抗壓的特點，充分利用這兩種材料各自的優點，大大的節省了鋼筋和混凝土的材料，利用鋼材與混凝土的有效結合，大大提高了混凝土的利用效率，施工方便，降低了工程成本，同時由于鋼材具有較好的塑性，增強了結構的抗震性能。因此，受到工程界的歡迎，在工程中應用越來越廣泛。鋼-混凝土組合結構是當前工業廠房建設所采取的主要結構形式之一。根據以往工作經驗，鋼筋混凝土結構在使用的過程中容易受到環境等方面影響而出現鋼筋銹漲開裂而導致的耐久性下降，影響廠房的使用壽命，造成安全事故，因此優化鋼與混凝土組合結構設計是提高廠房質量，提高其使用壽命的重要舉措。本文以某工業廠房建設為例，該工業廠房屬于水泥選粉機車間，車間框架結構上裝有多個電機，廠房噪音比較大，因此需要對鋼與混凝土組合結構進行優化設計，以此保證廠房的整體質量。

1鋼-混凝土組合結構的特點

1.1壓型鋼板混凝土組合板的特點

因為不需要模板安裝和拆除工作，因此，施工過程中易燃模板導致的火災現象也將大大減少；壓型鋼-混凝土組合板只要安裝在重要場所，以減少混凝土收縮和溫度的影響；壓型鋼板可作為混凝土結構的平坦頂棚屋面；安裝完成后，不需要安裝鋼腳手架，施工人員可以把壓型鋼板作為一個安全的工作平臺；壓鋼板之間波紋槽可以安裝通信、電力等工程；可以縮短施工工期，同時也可以多項目同時建設；壓型鋼板不僅便于運輸，而且儲存方便，同時壓鋼-混凝土組合板的重量相對輕，減少了結構上部恒載和下部基礎結構的資金投入。

1.2鋼-混凝土組合梁的特點

鋼-混凝土組合梁對比鋼板梁，至少可減少20%的鋼的使用，直接降低施工成本；鋼-混凝土組合梁可以最大限度地利用鋼筋和混凝土的材料性能；使截面梁的強度增加，減少梁的截面高度和建筑高度；減小沖擊，提高抗疲勞性和耐沖擊性；同時可加固梁的橫向強度，避免負荷過大導致梁變形失穩；減少了模板使用量和施工支模的工序步驟，使得施工現場的工作更簡單。

1.3型鋼混凝土結構的特點

型鋼混凝土結構，高強度、橫截面積小、抗彎能力強，能更好的適用于高層建筑；抗震性能和延伸性良好；耐火性和耐久性比鋼結構更好，同時可以節約鋼材，降低成本；進而提高施工效率，減少施工工期。

2工業廠房鋼筋混凝土框架結構設計體系分析

2.1支撐體系支撐體系

為水平鋼框架和縱向設計框架。水平荷載分擔柱間的有效支護。此種設計成本相對較低，但可能會對以后的使用產生影響。此種設計相對適用于橫向短、縱向長的工廠。

2.2純框架體系

純框架體系設計是由鋼框架構成，在兩個方向上都沒有柱間的支撐。框架體系不影響使用空間，但柱體不適于工字型柱體，使得用鋼量會相應增加。

2.3鋼架支撐體系

鋼架支撐混合體系能有效地降低柱的縱向彎矩，但要求剛度大，要求樓板剛度大，不然無法充分發揮柱間支撐的作用。

3工業廠房鋼筋混凝土框架結構設計要點

3.1各種荷載處理

最重要的是進行豎向荷載和水平荷載的處理，在設計中應綜合考慮，以保證結構的穩定性和可靠性。重力的影響豎向荷載作用，鋼筋混凝土結構需要同時抵抗水平荷載和豎向荷載，從而提高結構的穩定性和可靠性，并對結構起到較好的推動作用。豎向荷載雖然影響結構設計，但最關鍵的部位仍受水平荷載的影響，應引起足夠的重視和重視。整體建筑結構的重力影響是跟室內的合適布局變化有一定的關系，所以進行結構設計時應綜合考慮各方面影響因素，但室內布局對豎向荷載影響不大，大風、地震、冰雹等會對水平荷載產生較大影響，因此有必要在結構設計時對其進行綜合考慮，以防止結構的穩定性和可靠性受到影響。

3.2結構變形設計

框架結構容易發生軸向變形，在整個設計過程中必須綜合考慮，并注意工作中的細節處理。通常，框架邊柱的軸壓應力比中柱小，導致側柱軸向變形較小。特別是在高層建筑中，這種情況會變得更加明顯，如果不及時處理，可能會帶來更嚴重的后果。為了防止這些情況的發生，有必要加強思想認識，加強處理工作，采取有效措施提高設計精度。從而促進二者的有效結合，減少邊柱和中柱的軸向變形，保證結構的穩定性和可靠性。另外，減小側移，有效地控制了側向位移，保證了結構的穩定性。

3.3結構延性處理

在設計中，對立面和平面進行規則性的布置和處理，以盡量減少地震帶來的不利影響，保證建筑結構的穩定性和可靠性。使建筑的質量和剛度均勻化，使結構合理。并且設計中采用精確的高度比，從而確保結構良好的延性，可以更好的承擔水平荷載，加強對結構的有效保護，以防止結構的損傷和變形。同時要提高結構柱和墻體的設計水平，增強結構的剛度以及抗震性能，使其能夠更好的保證結構的穩定運行。

3.4結構受力分析

重視結構受力分析，科學合理把握結構受力特征，然后采取有效的設計方案，促進設計水平提升。框架結構的受力情況不同，具有其顯著的特點和優點。通常，上層的框架承受較大的剪力，框架不僅承受水平荷載，而且承受豎向荷載，確保結構的穩定性和可靠性，有效地滿足了工作的實際需要。

3.5合理設計框架結構

根據以上的要求進行設計的前提下，為了進一步提升設計水平，我們還需要對進行施工的建筑進行了解，采取相應的辦法，根據以往的慣例，我們常用直接與間接法，最后實現提高設計水平的目的。

3.5.1框架直接設計

為了更好地運行和提高效益，需要充分考慮結構的穩定性和可靠性，并對工業廠房的缺陷進行改進和彌補。比如，現場混凝土澆筑時，如果根據設計圖紙來看需要更改澆筑的混凝土型號時，如果更換的混凝土強度要求達不到的話，則需要根據實際情況，改變構件尺寸，采取措施彌補，以保證構件的穩定性，有效提高管理能力。另外還有施工過程中，我們需要進行特殊的防火處理，使結構構件保持良好的完整性和安全性。這種設計方法對一般混凝土構件的處理具有良好的效果。

3.5.2框架結構間接設計

所謂間接設計就是利用預制件來模擬受力情況，然后根據壓力的影響設計圖紙。該方法能有效地解決問題，減少設計后的設計變更。用預應力水平拉桿設計混凝土受力構件。通過間接設計，可以對整個建筑進行壓力測試，從而滿足施工過程中的設計要求。這種設計方法能更好地提高設計水平，保證設計的規律性、剛度和延性要求。

4某廠房鋼與混凝土組合結構設計

該廠房鋼與混凝土組合結構主要包括：①橫向框架。橫向框架是整體廠房的主要承重結構體系，其需要承受各種外界負荷力的作用，保證廠房的整體結構穩定性，一般由柱、框架以及屋蓋橫梁等構成；②屋蓋結構。屋蓋結構主要是承擔屋蓋所帶來的負載，例如橫梁、托架等等；③支撐體系。支撐體系也是廠房的主要組成部分，其主要是防止廠房出現傾斜、垮塌等現象。因此該廠房的設計：

①荷載計算設計。由于該廠房的車間頂蓋采取的是鋼網架結構，安裝通風的天窗，因此需要對荷載進行計算，以此確定具體的施工方案。荷載系數取用荷載風壓的1.0，基本的風壓為0.62kN/m2。荷載計算：屋頂蓋部分：靜載有彩鋼和網架，是1.40kN/m2，活載為0.9kN/m2；吊車：最上層的吊車荷載主要對作用于柱上，其荷載為R=4289kN，R=2699kN，水平剎車力在97.9kN。第二層吊車的荷載為R=1360kN，R=965kN，水平剎車力在29.5kN。最低下層吊車荷載為R=989.5kN，R=356.7kN，水平剎車力在12.9kN；風荷載：基本的風壓主要作用于柱的頂部，對其柱頂的荷載力為375kN，基本風壓在0.62kN/m2，風荷載在兩邊的柱底壓力為17.2kN/m和9.98kN/m；

②設縫問題設計。按照相關規定規范，鋼筋混凝土現澆框架結構伸縮縫的最大間接為55m，鋼筋混凝土剪力墻結構伸縮縫的最大間距為45m，根據工程的實際情況考慮，本設計方案選擇不設縫的施工方案，但是由于混凝土存在收縮問題，因此在具體的結構設計時可以從廠房建筑的中部框架部位從基礎頂面至屋面設置10m寬的后澆帶。同時為了保證質量，還需要在鋼框架子結構和混凝土墻體之間進行連接構造，具體可以通過連梁采用剛性連接或鉸接。具體的施工策略為：調整結構施工順序，先澆筑混凝土簡體，然后安裝鋼框架；用剛性連接的鋼框架梁柱節點；調整鋼管柱的長度等方式進行；

③截面形式及計算。鋼管混凝土組合柱結構的截面形式有3種：a.圓鋼管混凝土結構；b.矩形鋼管混凝土姐歐股；c.多邊形鋼管混凝土結構。在廠房建設中使用最廣泛的就是矩形和圓形鋼管混凝土組合柱。圓形鋼管混凝土組合柱的強度和抗壓性是最符合廠房建設的，所以在該廠房車間建設中使用的就是圓形鋼管混凝土組合柱。對廠房框架進行計算時，實用的設計軟件是中國建筑學院編制的STS軟件，這個軟件主要是基于CECS28B90計算剛-混凝土組合柱截面；

④柱腳設計。鋼柱腳應使用密封板封閉，以減少立柱和地面壓力。在本文案例中情況下，密封板和柱的連接處設有勁肋，以便能夠更好的改善柱腳的受力。另外，采用雙杯口插入式鋼-混凝土組合柱，將混凝土澆注到杯口，有利于提高整體柱荷載；

⑤鋼與混凝土組合結構的防火設計。常用的防火措施種類比較多，一般就是將構件利用保護材料進行包裹，以此延續構建的升溫速度，為滅火提供時間。基于本工廠的工作環境，本次的設計具體選擇的是膨脹型防火涂料保護法，此種方法能夠消除傳統發生火災時產生的有毒氣體的弊端。具體的設計是選擇由有機樹脂、發泡劑以及碳化劑等構成的厚度在5mm左右的涂料，一旦發生火災時，該涂料就會膨脹，形成比原來還要厚幾十倍的多孔碳質層，阻擋外部對內包構件的傳熱，便構件的耐火極限可達（0.5～1.5）h；

⑥剪力墻子結構體系延性設計。在鋼框架一混凝土剪力墻混合結掏體系中，由剪力墻和剪力墻組成的筒體承擔了85%以上的水平剪力，應保證混凝土墻體具有足夠的延性，因此在連接處設置型鋼柱，既能有效防止裂縫的出現或展開，又能方便鋼結構的安裝，減少鋼柱與混凝土墻體之間的豎向變形差異產生的不利影響。設計時應考慮框架具有一定的抗剪承載能力，其值不宜小于帶框墻總剪力的20%。同時剪力墻軸壓比應根據結構的抗震設防等級確定。該廠房設計剪力墻軸壓比控制值按規范要求應小于0.6，以保證其延性。

5工業廠房鋼與混凝土組合結構設計的保障

實現對工業廠房與混凝土組織結構設計的優化必須要做好以下工作：①要把握基本的鋼與混凝土組合設計原則，通過設計保證廠房使用壽命，強化對廠房的質量控制以及達到最優化的經濟目標，也就是在設計的過程中要綜合考慮建筑項目的全壽命期的成本和效益問題。只有把握上述的基本原則才能保證設計的方案具有價值；②提高工業設計人員的綜合素質，提高他們的設計理念更新。鋼與混凝土結構設計是新型的設計方案，也是當前工業設計較為常見的一種技術，因此需要設計人員要把握設計的關鍵問題，強化質量管理意識和安全意識；③加強施工管理。保證施工工序嚴格按照設計的要求進行，以此保證工業廠房的質量。

6結束語

鋼-混凝土組合結構是一種新型結構，該結構充分了發揮鋼材和混凝土兩種材料優點，是一種復合結構，結構形式更為合理，受力性能更加優異。鋼-混凝土組合結構以其承載力高、造價低、性價比高等優點得到了國內外專家的廣泛認可。隨著施工技術的不斷改進，鋼-混凝土組合結構逐步得到完善，大大拓寬了鋼-混凝土組合結構在國內工程結構中的應用范圍。本文通過對該廠房鋼與混凝土結構的性能檢測，通過設計提高了結構剛度，達到了良好的抗震效果，優化了建筑布局和空間的使用，更為重要是將降低了造價，提高了工廠的經濟效益，提升了工廠廠房的使用壽命。

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作者：宋書生 單位：中冶南方武漢鋼鐵設計研究院有限公司