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【摘要】建筑施工技术的创新升级，使工业建筑朝着大跨度、大柱距与大吨位吊车方向发展，对工业建筑的框架结构设计提出更高要求。本文将某大跨重载工业建筑工程为例，分析其框架结构设计流程，使设计单位明确大跨重载工业建筑框架结构要点，推动工业建筑的进一步发展。
【关键词】大跨重载；工业建筑；框架结构
0前言
大跨重载工业建筑采用钢筋混凝土框架结构，和以往的民用框架结构相比，钢筋混凝土框架可支持大型设备，使用荷载更大，但其施工工艺更为复杂。作为建筑施工的指导内容，施工图纸的设计是规范工业建筑施工的关键。可见，对大跨重载工业建筑框架结构设计的分析具有现实意义。
1大跨重载工业建筑工程概况
本文将某省的大型工业厂房为研究对象，分析大跨重载工业建筑的框架结构设计要点。该工业建筑用于生产功能性棉纶纤维，产品的生产流程相对复杂，且应用的机械设备均为大型设备，最高为22.7m，需贯通四层楼面。同时，生产设备的重量较大，要求工业建筑的楼面最大使用荷载超过20kN/m2。根据相关标准规范与现场勘查结果，施工单位将工业厂房的地址选在城市郊区，占地面积为2.5万m2，共包括三个区，由建筑伸缩缝作为划分线。其中，A区与B区均是六层，建筑高度为35.7m；C区为五层，建筑高度为23.7m。工业建筑选择现浇钢筋混凝土框架结构，层高最大为7m，柱距最大为8m×8m，属于大跨重载工业建筑。
2工业建筑框架结构的抗震设计
根据《建筑抗震设计规范》的要求，设计单位将工业建筑框架柱的混凝土强度设计为C40与C35。其中，建筑的一到三层选用C40强度的混凝土，受力钢筋为HRB400级热轧钢筋；建筑的四层选用C35强度的混凝土，钢筋为HRB400级热轧钢筋。工业建筑的抗震设防烈度为Ⅶ度，需设计单位合理设计框架结构，保障工业建筑的抗震性能，实现其安全可靠运行。由于工业建筑的A、B、C三区高度不同，其抗震等级不同，前两者为二级，后者为三级，施工单位在设计框架结构时，注重框架级别间的差异，开展规范抗震设计。
2.1设计伸缩缝的缝宽
为保障高层建筑的稳定性，设计人员通常设置伸缩缝、沉降缝与防震缝。根据相关标准规范的规定，高层建筑的伸缩缝与沉降缝由防震缝数值决定[1]。在上述工业建筑中，设计人员根据防震缝的最小缝宽，计算伸缩缝的缝宽。《建筑抗震设计规范》中明确指出，在建筑高度处于15m内时，伸缩缝的宽度为70mm；建筑高度大于15m时，对于Ⅶ度抗震设防烈度的建筑，建筑高度每增加4m，伸缩缝的缝宽增加20mm。同时，《建筑抗震设计规范》还指出，对于结构类型不同的工业建筑，伸缩缝数值由高度较低的建筑决定。就此，在上述工业建筑的伸缩缝缝宽计算中，设计人员按照C区工业建筑的高度，进行如下计算：70+（23.7-15）÷4×20=113.5mm，按照四舍五入原则，将工业建筑的伸缩缝缝宽设计为110mm。在明确伸缩缝缝宽的基础上，设计人员将其设置于建筑顶层与桩基础承台的部位，伸缩缝与基础连接的位置，使用双柱联合高强预应力混凝土技术，保障建筑的强度与稳定性。
2.2配置膨胀加强带
在上述工业建筑设计中，B区的伸缩缝长度为62.83m，远高于《混凝土结构设计规范》规定的数值。同时，受产品生产工艺的影响，不可在B区工业建筑中设缝。针对上述问题，常用的建筑设计优化方法为加强配筋或在建筑中设置后浇带。但由于上述工业建筑的施工时间较紧，设置后浇带会加大工程量，延长完工时间。就此，设计人员在B区工业建筑的中间位置配置2m宽的膨胀加强带，在保障工业建筑无缝施工的同时，减少混凝土收缩或气候变化对建筑框架架构的不利影响。同时，设计人员加强工业建筑梁板位置的配筋，进一步强化工业建筑的稳定性。
2.3设计角柱与短柱结构
在工业建筑中，角柱和短柱的受力状况较为复杂，极易出现脆性剪切破坏，降低工业建筑的稳定性与抗震性能。就此，《建筑抗震设计规范》中明确指出，对于一级和二级框架结构，其建筑角柱的箍筋需进行全高加密处理；对于建筑剪跨比低于2的柱，或者因配置填充墙等结构，导致净高和截面高低于4的柱，需对其箍筋进行全高加密处理。在上述工业建筑中，A、B两区的建筑均为二级框架，其角柱的箍筋需全部采取全高加密处理；C区虽为三级框架，但由于产品生产工艺的要求，建筑的全层框架柱及楼梯平台连接的框架柱均为短柱，其净高和截面高的比值低于4，也许采取全高加密处理。
2.4设计框架柱轴压比
为满足工业建筑的抗震设计要求，设计人员需合理设计混凝土框架的构件截面尺寸、箍筋及纵向受力钢筋，方可保障框架架构的稳定性，避免框架架构首先受到剪切破坏。在工业建筑设计中，框架柱的轴压比的限值放宽，可提升框架柱及抗侧力结构的延性，确保框架柱在出现破坏时，优先出现弯曲破坏，再出现剪切破坏，延长其使用寿命。大量实践研究表明，在工业建筑框架结构设计中，可通过箍筋对框架柱的约束作用，强化混凝土框架架构的强度，降低轴压比的设计难度。在工业建筑建设实践中，有专家学者提出在框架柱内配置矩形核心柱的措施，强化框架柱的承载力与变形能力，避免框架柱出现较大的压缩，延缓工业建筑的变形与倒塌。基于该原理，设计人员结合上述工业建筑的特征，进行轴压比的合理设计。由于上述工业建筑属于大跨重载建筑，框架柱承受的轴力相对较大，轴压比的控制难度较大，易使其数值超过限值。在《建筑抗震设计规范》中指出，二级框架结构的框架柱轴压比限值为0.8。而经过结构计算，A、B两区的工业建筑底层结构存在轴压比限值超过0.8的问题。就此，设计人员根据《建筑抗震设计规范》中提到的轴压比限值加宽措施，进行工业建筑框架结构设计的优化。首先，将工业建筑的沿柱全高设计为井字复合箍，并将箍筋的肢距控制在200mm内，间距控制在100mm内，直径控制在12mm内，使轴压比提升到0.9；其次，在工业建筑的截面中部设置附加芯柱，附加结构的面积大于柱截面面积的0.8%，使轴压比提升到0.95，该数值大于底层结构的轴压比，使工业建筑的各项参数符合《建筑抗震设计规范》的要求，强化工业建筑的结构稳定性，延长其使用寿命。
2.5设计楼板开洞
就结构计算角度而言，工业建筑的楼板在自身平面角度会表现出无穷大的刚度，利用楼板和刚性隔板保障工业建筑各个抗侧力结构的稳定。但由于工业建筑的设备运行需求，需在建筑楼板处进行开洞处理，这一处理措施会降低建筑楼板的刚度，使其与结构计算数据出现偏差，影响建筑结构的稳定性。针对该问题，设计人员通过提高楼板开洞周围的梁板截面高度，提升楼板平面的高度。同时，工业建筑的楼板开洞会引发施工安全问题，施工现场的工作人员易在施工中从楼板开洞处掉落，影响其人身安全。就此，在上述工业建筑中，设计人员在楼板开洞部位设置钢筋网，用于封闭楼板开洞部位，直到设备安装完毕，以此保障施工安全[2]。
3结论
综上所述，大跨重载工业建筑的框架结构设计，与工业建筑的使用效益联系密切，需受到重视。借鉴上述工业建筑的成功经验，设计人员需做好伸缩缝缝宽、膨胀加强带、角柱与短柱、框架柱轴压比与楼板开洞的设计，保障工业建筑结构的稳定性，提升其抗震性能，延长大跨重载工业建筑的使用寿命。
参考文献
[1]陈彦涛.钢筋混凝土框架工业建筑结构设计研究[J].建材与装饰，2019（25）：77-78.
[2]吴壮，刘国超，刘禄，等.单层超大层高大跨重载工业建筑结构的关键技术研究[J].住宅与房地产，2018（36）：131.
作者:陈有武 单位:茂名瑞派石化工程有限公司