孫 陽 潞安化工集團潞寧煤業(yè)有限責(zé)任公司計劃科

1 前言

對于框架結(jié)構(gòu)的設(shè)計，應(yīng)結(jié)合必要的抗震計算分析和構(gòu)造措施，才能使結(jié)構(gòu)具有良好的抗震性能和抗震可靠度，確?？蚣芙Y(jié)構(gòu)的安全，從而滿足煤礦工業(yè)建筑的使用功能。

2 框架結(jié)構(gòu)的特點

鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)是由梁、柱組成并同時承受豎向和水平荷載的結(jié)構(gòu)體系，適用于體型規(guī)則、剛度均勻的建筑物。該結(jié)構(gòu)空間分隔靈活，可以形成較大的使用空間；整體性好，設(shè)計合理，具有良好的抗震、抗風(fēng)、抗爆、抗撞擊和抗振動能；與鋼結(jié)構(gòu)相比具有較好的耐久性和耐火性；與砌體結(jié)構(gòu)相比自重較輕；且可模性較好，也便于就地取材。因此，在煤礦工業(yè)建筑中應(yīng)用十分廣泛。

3 建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計需要滿足的要求

建筑結(jié)構(gòu)就是房屋建筑的骨架，通過一定的連接方式構(gòu)成整體，安全可靠地承受并傳遞各種載荷和間接作用。因此，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計最基本的目的是確保建筑物的安全使用，即在有限的使用期限內(nèi)最大限度地滿足人們對建筑物的各種功能需求。通常情況下，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計必須要滿足的要求包括：（1）確保建筑物在施工過程中以及使用過程中的整體穩(wěn)定性，即建筑結(jié)構(gòu)要有較高的承載力和安全性。安全性是建筑工程建設(shè)發(fā)展的靈魂，尤其對于工業(yè)建筑，若存在安全隱患，會直接影響工業(yè)生產(chǎn)，甚至威脅使用者的人身安全。（2）隨著時間的推移，建筑可能會出現(xiàn)一些病害，要確保在正常的維護條件下能夠保持較長的使用年限。（3）保證建筑物的質(zhì)量，使建筑物在有限的使用期限內(nèi)正常發(fā)揮各項功能，滿足人們的生產(chǎn)和生活需求。

4 煤礦工業(yè)建筑中框架結(jié)構(gòu)的設(shè)計要點分析

4.1 建造場地

場地條件是決定地震作用的重要因素，選擇合適的場地是結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計中一項十分有效、可靠又經(jīng)濟的抗震措施。煤礦工業(yè)場地選址及前期的總平面布局及方案設(shè)計時，應(yīng)及時掌握場地地形、地質(zhì)構(gòu)造、地基土質(zhì)等信息，并與總圖、工藝專業(yè)溝通協(xié)調(diào)，盡量確保甲、乙類和較重要的丙類建筑所處場地為對抗震有利或一般地段，避開不利地段，嚴(yán)禁危險地段。

4.2 梁與板件的設(shè)計

為了保證建筑物的結(jié)構(gòu)強度，梁、柱結(jié)構(gòu)的橫截面面積都較大，并且配筋率較大。這雖然解決了工業(yè)建筑的承載問題，但給實際施工帶來了較多的問題。在設(shè)計中，一些設(shè)計人員將配筋率提高到2.5%，但由于實際操作的限制，操作人員很難達(dá)到這樣的標(biāo)準(zhǔn)。另外，由于鋼筋分布過密，會使梁柱結(jié)合處混凝土澆筑困難，探桿無法深入，造成鋼筋嚴(yán)重位移，給工業(yè)建筑后的安全問題留下隱患。

4.3 樓梯的設(shè)計

在工業(yè)建筑中，計算機房、宿舍、辦公室等生活區(qū)的樓梯多為板式結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)的設(shè)計有利于施工。在建筑物的樓梯設(shè)計中，特別是在建筑物的人口密集區(qū)，樓梯的梯段差不應(yīng)大于20cm，以避免工作人員碰撞和絆倒。在施工過程中，如果樓梯間板結(jié)構(gòu)跨度大于5m，不能滿足相關(guān)施工條件時，應(yīng)在施工圖中進行特殊說明。

4.4 設(shè)計圖的深度

要保證施工的順利進行，必須有科學(xué)合理的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計圖紙。詳細(xì)的建筑圖應(yīng)體現(xiàn)建筑的所有結(jié)構(gòu)并進行詳細(xì)的說明。

4.5 柱的設(shè)計

設(shè)計柱網(wǎng)時，要明確結(jié)構(gòu)傳力體系，滿足結(jié)構(gòu)受力要求，保證間距規(guī)則、適中、整齊；要避免柱網(wǎng)影響煤礦工業(yè)建筑的使用功能，同時應(yīng)綜合考慮施工的便利性和構(gòu)件尺寸的模數(shù)化與標(biāo)準(zhǔn)化，盡量做到模型簡單化。同一樓層框架柱的截面尺寸不宜相差過大，宜具有相同的承載力、剛度和延性，以保證能夠共同受力，避免在地震中因受力懸殊而被各個擊破，一般可沿豎向分段改變框架柱的截面尺寸與材料強度，尺寸減小與強度降低宜錯開樓層，避免同層同時改變。短柱宜發(fā)生脆破壞，應(yīng)盡量避免，當(dāng)因工藝布置需要使結(jié)構(gòu)錯層或因布置樓梯形成短柱時，箍筋應(yīng)全高加密，且應(yīng)控制縱筋不宜過大。

4.6 可行性

4.6.1 上部承重結(jié)構(gòu)檢查

（1）結(jié)構(gòu)整體性檢查。上部結(jié)構(gòu)采用現(xiàn)澆鋼筋混凝土單跨雙向框架結(jié)構(gòu)體系，框架梁縱橫向拉通、對直，框架柱縱橫向基本對齊，結(jié)構(gòu)平、立面布置較規(guī)則，梁、柱節(jié)點連接方式正確，形成完整系統(tǒng)，傳力路線明確。（2）鋼筋混凝土構(gòu)件檢查。鋼筋混凝土柱、梁及板構(gòu)件外觀基本完好，無明顯蜂窩、麻面等外觀缺陷，鋼筋混凝土柱、梁及板工作狀態(tài)正常，未發(fā)現(xiàn)明顯變形，現(xiàn)場敲開個別柱梁節(jié)點粉刷層，未見裂縫。

4.6.2 上部承重結(jié)構(gòu)系統(tǒng)

（1）安全性等級。結(jié)構(gòu)整體性等級評定為B 級?？蚣苤?、梁及板構(gòu)件承載能力均滿足規(guī)范要求，構(gòu)件截面尺寸、縱向鋼筋配置、箍筋配置、柱軸壓比均符合規(guī)范要求。結(jié)構(gòu)承載功能等級評定為B級。綜合考慮結(jié)構(gòu)整體性等級及承載功能等級的評定結(jié)果，上部承重結(jié)構(gòu)安全性等級評定為B級。（2）使用性等級。框架柱、梁及板構(gòu)件混凝土外觀基本完好，未發(fā)現(xiàn)明顯蜂窩、麻面等外觀缺陷，框架柱、梁及板工作狀態(tài)正常，未發(fā)現(xiàn)明顯變形，現(xiàn)場敲開個別柱梁節(jié)點粉刷層，未見裂縫。按荷載效應(yīng)的準(zhǔn)永久組合并考慮荷載長期作用的影響梁撓度可滿足規(guī)范要求。鋼筋混凝土柱、梁及板使用狀況等級均評定為B級。實測12個結(jié)構(gòu)頂點的側(cè)向位移中，最大傾斜值為H/31，所測多數(shù)測點超過GB 50144—2019 規(guī)定的混凝土有吊車廠房柱頂點位移的A級標(biāo)準(zhǔn)限值(Hc/1100)。但觀察吊車運行狀況，暫未見異常。綜上，結(jié)構(gòu)側(cè)向位移等級評定為B級。綜合考慮上部承重結(jié)構(gòu)使用狀況等級及結(jié)構(gòu)水平位移等級的評定結(jié)果，上部承重結(jié)構(gòu)的使用性等級評定為B級。（3）可靠性等級評定。根據(jù)上部承重結(jié)構(gòu)的安全性等級及使用性等級的評定結(jié)果，上部承重結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的可靠性等級評定為B級。

4.7 智慧煤礦工業(yè)建筑建設(shè)框架——工業(yè)控制層

在智慧煤礦工業(yè)建筑中，需要對整個生產(chǎn)狀態(tài)進行監(jiān)控，通過工業(yè)控制層的建設(shè)能夠使整個生產(chǎn)控制通過通信軟件以及PLC控制系統(tǒng)，實現(xiàn)對數(shù)據(jù)的采集和生產(chǎn)設(shè)備的控制，最終達(dá)到智能化生產(chǎn)的目的，實現(xiàn)遠(yuǎn)程管理和遠(yuǎn)程控制。其中，在工業(yè)控制層在建設(shè)中，應(yīng)做好控制結(jié)構(gòu)設(shè)計，保證工業(yè)控制層能夠發(fā)揮管理和控制功能，降低控制難度，使整個工業(yè)控制層成為智慧煤礦工業(yè)建筑遠(yuǎn)程控制生產(chǎn)設(shè)備的重要系統(tǒng)。在系統(tǒng)的控制過程中，需要根據(jù)控制要求和系統(tǒng)特點，對硬件設(shè)施和軟件系統(tǒng)進行匹配，保證二者在功能方面滿足控制要求。

4.8 結(jié)構(gòu)選型

根據(jù)工業(yè)企業(yè)和工業(yè)生產(chǎn)的實際需求不同，在設(shè)計輕型鋼結(jié)構(gòu)時，需要使用到的結(jié)構(gòu)類型也有很大差異。現(xiàn)階段較為常見的有門式鋼架、箱體式鋼架以及網(wǎng)架結(jié)構(gòu)等。以門式鋼架工業(yè)建筑為例，將大量不同尺寸的輕型鋼，按照設(shè)計方案進行拼裝、固定，形成建筑骨架。后期建筑拆除后，這些輕型鋼材料約有80%～90%可以重新回收使用。從結(jié)構(gòu)的細(xì)部組成上來看，主要有連續(xù)梁框架、邊柱、角柱等組成，連接部位通常采用焊接的方式進行固定，也有的使用螺絲固定。門式鋼架結(jié)構(gòu)通常適用于中小型工業(yè)建筑，在大型工業(yè)建筑中，也可以將若干個門式鋼架結(jié)構(gòu)進行并聯(lián)，但是需要在連接部位做好定。

4.9 隔熱設(shè)計

工業(yè)建筑因為作業(yè)環(huán)境的特殊性，對溫度有一定的要求，通常要求恒定在某一個溫度值。因此在輕型鋼結(jié)構(gòu)建筑設(shè)計時，還要考慮隔熱設(shè)計。重點從門窗部位、外墻部位著手進行優(yōu)化設(shè)計。在輕型鋼結(jié)構(gòu)框架的基礎(chǔ)上，可以根據(jù)保溫隔熱等具體需求，有選擇性的使用一些輔助材料，例如ALC加氣混凝土板、彩色壓型鋼板等，都可以滿足這一需求。在建筑外墻設(shè)計上，也可以考慮使用新型高性能的隔熱材料，例如離心玻璃棉等，將這些新型材料鋪貼、固定在輕型鋼結(jié)構(gòu)上，滿足工業(yè)建筑的設(shè)計、施工與使用需求。

5 提高工業(yè)建筑中框架結(jié)構(gòu)設(shè)計安全性的策略

5.1 遵守工業(yè)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的規(guī)定

隨著我國現(xiàn)代化工業(yè)建筑行業(yè)的發(fā)展，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范也在不斷完善，比如，新的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范在結(jié)構(gòu)可靠性、設(shè)計計算、構(gòu)造配筋方面的要求都有更新和補充，一切以建筑的安全性和承載力為基礎(chǔ)。要設(shè)計出符合建筑承載力和安全性要求的工業(yè)建筑，必須嚴(yán)格按照國家的相關(guān)設(shè)計規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)進行設(shè)計。

5.2 提高安全意識

在建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計過程中，對建筑結(jié)構(gòu)中可能存在的安全隱患或者結(jié)構(gòu)關(guān)鍵部位應(yīng)進行反復(fù)核算，保證結(jié)構(gòu)的安全性進行設(shè)計前，設(shè)計人員應(yīng)先深入分析地質(zhì)勘察資料，提高結(jié)構(gòu)設(shè)計的科學(xué)性，減少施工過程中的問題；如果建筑物所在區(qū)域是高強度地震地區(qū)，設(shè)計人員應(yīng)采取多種抗震設(shè)計措施，提高建筑物的抗震性能保障建筑的使用安全。

6 結(jié)束語

總而言之，工業(yè)建筑設(shè)計極其復(fù)雜，需要堅持使用性、安全性以及耐久性等設(shè)計原則，所以，在對工業(yè)建筑結(jié)構(gòu)進行設(shè)計時，設(shè)計人員必須明確國家針對工業(yè)建筑設(shè)計制定的規(guī)范以及要求，并在掌握影響工業(yè)建筑因素以及所有施工流的基礎(chǔ)上，強化建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計，進而使工業(yè)建筑能夠達(dá)到術(shù)性與經(jīng)濟性的統(tǒng)一，這樣國家工業(yè)建筑將會具有較強的結(jié)構(gòu)設(shè)計能力，在此基礎(chǔ)上，我國的工業(yè)建筑業(yè)將會飛速發(fā)展。