采用铰接柱解决叠层电子厂房结构刚度突变.pdf

结构抗震:./.采用铰接柱解决叠层电子厂房结构刚度突变收稿日期:作者简介:周晓梅()女高级工程师从事建筑结构设计工作周晓梅(信息产业电子第十一设计研究院科技工程股份有限公司四川 成都)摘 要:针对工艺上叠层生产的电子厂房结构竖向设计的薄弱层和软弱层研究寻求了新的结构设计方案分析了原有常规方案的缺陷提出该类厂房新的解决刚度突变的措施:取消柱间支撑将第二生产层微振柱铰接并陈述其具体做法分析“铰接柱”方案在成本和工期上的优势具有较高的实用价值和推广价值关键词:叠层设计刚度突变薄弱层铰接柱中图分类号:文献标识码:文章编号:()引言近年来随着全球及中国半导体业的发展电子高端制造工业厂房规模越来越大工业生产向多个生产层(即叠层)发展 工艺上叠层生产的电子厂房由于其工艺布局上的特殊性相邻层高差大造成结构竖向设计的不合理出现结构的薄弱层和软弱层 同时作为电子高端制造的生产厂房生产过程对厂房建筑的防微振要求极高为防微振通常需要在楼层增设防微振柱但该微振柱不能通过下层的生产层则微振柱的存在必然造成了高层厂房竖向构件的不连续加剧了结构竖向的严重不规则程度且目前电子高端制造厂房投资巨大早日建成投产不仅能极大地降低该工程的投资成本对区域经济也影响深远故通常施工工期要求极短 结构设计必须解决生产工艺叠层布局造成的结构及抗震设计难题保障结构主体的安全满足结构设计规范的同时在设计中采取有利于减少成本、保障施工质量、缩短工期的结构设计方案 叠层生产厂房概况电子厂房工艺上的叠层设计就是厂房建筑内有两个以上的生产层电子洁净厂房生产层通常带有一个下技术夹层生产层的层高由于吊挂的上技术夹层和生产设备的需要一般较高如 以上下技术夹层用于上下回风、管线敷设和辅助设备层高一般较小仅 左右 当第二个生产层带有一个下夹层时势必造成该下夹层与相邻的第一生产层的层高差距带来结构楼层的刚度突变 而当第二生产层有较高微振等级要求时第二下技术夹层中增加的微振柱更使层间刚度比严重不满足规范形成软弱层结构竖向严重不规则 大型液晶面板厂房就是这样的典型 在该类厂房建筑中结构要满足工艺生产的需要首先就要解决竖向严重不规则的问题 常规方案在实施过程中的缺陷分析在过往设计的经验中通常是在建筑的 层、层增设柱间支撑或剪力墙 如 薄膜晶体管液晶显示器工厂设计规范也针对该问题提出典型的处理方式薄膜晶体管液晶显示器工厂设计规范 第.条有如下描述“工艺为叠层布置相邻楼层 层与 层的层高差别在 倍左右易形成软弱层不利于抗震可通过设置钢筋混凝土墙或柱间支撑调整层间的刚度避免出现软弱层”图 为该条例的条文解释中配合条文所述设计方案的示意图图 1规范中推荐的常规解决方案设置柱间支撑或抗震墙5 35011 3005 65011 600单位：mm这种处理方式采用增加下层刚度使整个建筑的水平刚度和竖向刚度都得到加大既有利于厂房结构的防微振也减小了 层与 层的侧向刚度差通过支撑数量和 层框架柱截面的调整使建筑 层与 层的刚度比达到或接近.改善结构抗震性能满足规范对楼层刚度比的要求 但这样的结构形式在实际工程中也有难以避免的缺陷)如图 所示在 层、层设置柱间支撑 层是生产层往往具有较大的双向跨度柱间支撑作为层间的构件设置于 层必然会影响工艺生产的布局和生产线的贯通故柱间支撑只能设置在生产区两端回风夹道的位置而对于液晶面板生产这样的大型厂房可供设置支撑的两侧回风夹道的间距通常是上百米支撑间距过大在实际工程的设计中通过计算支撑几乎是满布于回风夹道的纵横向柱间 柱间支撑间距大支撑和与支撑连接的柱内力都会加大与支撑相连接的柱断面及配筋量第 卷 第 期 年 月 山西建筑 .很大 图 和图 分别是实际工程设计中采用该结构方案的同类面板厂房项目中与支撑连接的框架柱配筋框架柱截面分别为 配筋分别是 根 根 可见配筋量大配筋率高工程造价高图 3实际工程的框架柱详图（二）图 2实际工程的框架柱详图（一）钢芯柱1 6001 600116321 6001 600单位：mm1 3001 3008432钢芯柱1 3001 300单位：mm)柱间钢支撑与钢筋混凝土柱的连接支撑内力较大需在钢筋混凝土柱内设置型钢芯柱来与钢支撑连接但型钢芯柱的存在影响了框架梁柱节点区、钢筋混凝土柱以及钢筋混凝土梁内的主筋和箍筋贯通 施工前钢芯柱需按照加工详图准确预留孔洞以实现混凝土梁柱纵筋与箍筋的贯通如图 所示 施工时需在型钢芯柱上穿筋和在型钢芯柱上现场焊接钢筋直径大实施较困难 而框架柱自身配筋大柱纵筋多尤其是为避让钢芯柱靠四角布置后纵筋集中于四角竖向上下贯通的柱纵筋与水平向贯通的框架梁纵筋相互交叉造成节点处钢筋密集施工困难混凝土浇筑质量不能得到保障图 及图 是实际工程中该梁柱节点的图片可见其钢筋的密集度及施工浇捣质量的隐患图 4现场型钢芯柱安装及预开孔图 5现场梁柱节点施工)由于本类厂房的特点型钢芯柱梁柱节点钢筋量大配筋较多钢筋较密型钢芯柱与混凝土梁柱相互干扰使得节点区混凝土施工更加困难浇筑质量难以保证)由于型钢芯柱和钢支撑的设置现场钢结构和钢筋混凝土结构交替施工施工工序增加且烦琐施工工期较长综上柱间支撑的设置虽然一定程度上解决了结构楼层上下层刚度不均匀及规范中对楼层上下层刚度比的限值问题但由此给施工及工期带来的影响不可避免:型钢芯柱要在施工前依照图纸加工并准确开洞且补强施工中钢结构和钢筋混凝土结构交替施工影响施工工期梁柱节点钢筋量大且与型钢芯柱相互干扰使节点区混凝土浇筑质量难以保证 实际工程中这样的结构形式花费巨大施工节点复杂施工周期延长 一种新型的结构方案 采用微振柱铰接鉴于常规设计方案在工程实施过程中难以避免的缺陷和隐患笔者在实际工程中探寻了一种新的处理方式:采用铰接柱解决叠层设计电子厂房结构刚度突变 采用这种结构形式不仅大幅度减少了结构造价更促进了这个建筑单体面积达 万 建成时为全国单体面积最大的高层洁净厂房单体仅 个月就完成结构封顶.工程概况某第.代薄膜液晶显示器件生产线 项目总投资较大故工期要求极短厂房防微振等级高洁净度要求高 其主要建筑为生产厂房该厂房单体总建筑面积达到了 .总长.总宽.总高约 为高层工业厂房 由于厂房的生产工艺要求核心生产区不设缝该结构单元长 宽.核心生产区为叠层设计有两个生产层每个生产层下各设置一个技术下夹层故建筑为 层层高从 层往上依次为.层层高约为其相邻上层 层层高的 倍由于生产层微振等级较高 层需增加设置微振柱不仅更加加大了 层的刚度且该柱不能贯通其下生产层而形成不落地柱综上可见该建筑在结构抗震设计上存在竖向抗侧力构件不连续楼层结构刚度和承载力突变等多项严重不规则 造成结构抗震不利受生产工艺需求的限制 层、层较大的层高差和 层增设的微振柱使 层形成软弱层和薄弱层抗震计算整体指标不能满足国家抗震规范要求结构设计超规超限.微振柱铰接的结构方案简述在解决刚度突变的结构设计中本设计取消了常规设计中的柱间支撑将 层(即第二生产层下夹层)的防微振小柱铰接于上下楼层结构铰接柱布置如图 所示图 6微振柱铰接示意图微振柱铰接微振柱铰接4F3F2F1F 层为生产层其楼板为 厚钢筋混凝土华夫板 层楼层梁因支撑微振柱承担了 层的荷载故楼层梁截面大采用 层防微振小柱上下设铰于 层和 层楼盖的方法使为防微振要求设置的 层防微振小柱成为结构非抗侧力构件避免了结构抗侧力构件的不连续同时有效地减弱了结构 层的侧向刚度再经过对上下层框架柱截面的调整使 层、层楼层刚度比满足 第 卷 第 期 年 月 周晓梅:采用铰接柱解决叠层电子厂房结构刚度突变规范的限值 避免了层高突变及承载力突变形成的结构竖向严重不规则和软弱层 层上下刚度比控制在了规范的限值范围内解决了由于工艺层高差及 层设置微振柱造成的 层与 层的刚度比过小结构严重不规则的问题改善了结构的抗震性能使该栋建筑的各项指标满足规范要求 其计算结果见表 表 结构楼层刚度比和承载力比值计算结果指标项汇总信息最小刚度比 向.(层 塔)向.(层 塔)向.(层 塔)本设计微振小柱采用的是现浇钢筋混凝土柱采用上下铰接节点 今后实际工程中也可以采用预制柱或钢柱同样实现柱上下端铰接且提前预制或加工更能缩短施工工期.采用微振柱铰接的工程效果由于采用该技术相较于常规方案的设计不需要在 层 层增加钢支撑取消了框架柱内的钢芯柱施工工序上不再有钢结构支撑系统的施工工序不再出现钢结构和现浇混凝土施工的交叉极大的缩短了工期同时该结构形式修改常规增加 层刚度的方式为减少 层刚度的方式框架柱配筋大量减小使框架柱及梁柱节点的钢筋不再过多过密保障了框架柱和梁柱节点区的施工质量避免了施工上的复杂性同时作为该类厂房高级别的微振等级这个首要要求为考量微振柱为铰接对该建筑防微振性能的影响该建筑竣工后以及工艺设备运行阶段分别进行了微振测试测试结果仍然满足 微振等级目前已竣工投产 年满足工艺生产的要求本工程现已竣工投产经同类项目比较及业主证实与类似规模同类厂房相比节约钢筋及钢材量近在这类建筑单体巨大的厂房建筑中可节省土建成本约上亿元工期缩短 个月经济效应显著 结语文章介绍的“采用铰接柱解决叠层设计电子厂房结构刚度突变”的创新解决方案较之常规增设柱间支撑改增加刚度的方式为减小刚度可以大大降低土建成本在叠层生产的电子厂房中采用“微振柱铰接”新型结构形式在土建成本和工期上取得了明显的优势有较高的实用价值和推广实用价值 其解决思路也可供其他有同样刚度突变问题的建筑结构设计参考参考文献:中华人民共和国住房和城乡建设部.建筑抗震设计规范(版):.北京:中国建筑工业出版社.中华人民共和国工业和信息部.薄膜晶体管液晶显示器工厂设计规范:.北京:中国计划出版社.李锡伟周晓梅李军.采用微振柱铰接解决结构 刚 度 突 变 的 电 子 厂 房 叠 层 结 构:.黄兴龙王益超.山东某复杂高层结构设计.山西建筑():.中华人民共和国工业和信息部.电子工业洁净厂房设计规范:.北京:中国计划出版社.超限高层建筑工程抗震设防专项审查技术要点:住房城乡建设部建质 号.四川省住房和城乡建设厅.四川省抗震设防 超 限 高 层 建 筑 工 程 界 定 标 准:/.成都:西南交通大学出版社.():.:“”.:第 卷 第 期 年 月 山西建筑