浅谈单层纺纱厂房结构设计
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摘 要：近几年纺纱产业飞速发展，单层纺纱厂房多采用柱网尺寸较大的轻型门式刚架结构。本文主要简述单层纺纱厂房的结构设计流程及注意事项。纺纱厂房涉及专业较多，通过总结工程经验，从而让结构设计更好地服务于工艺生产。
关键词：纺纱厂房；门式刚架；结构设計
DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.07.076
1 引言
在棉纺织行业中，纺纱行业属于上游工艺，在整个行业中占有很大的比重。当前流行的纺纱工艺有环锭纺、涡流纺、气流纺以及紧密赛络纺，其中紧密赛络纺是一种高档的环锭纺。单层纺纱厂房一般分为主车间以和辅助用房两部分，主车间结构形式可采用锯齿形结构、大跨度钢筋混凝土框架结构以及轻型门式刚架结构，附房则常采用砌体结构、框架结构或钢框架结构。本文主要介绍主车间为轻型门式刚架的单层纺纱厂房结构设计。
2 纺纱车间平面布置
纺纱厂房主车间根据工艺流程划分为清花、前纺、细纱、络筒等功能分区，建筑专业通常结合防火分区进行划分。辅助用房根据专业进行划分：空调专业设有空调室、除尘室、空压站和制冷站，电气专业设有变配电室、消防控制室，给排水专业设有报警阀室（如有要求还需设置水处理间），其他的还包括换热站、工艺辅房，以及与工作人员相关的更衣室、卫生间等。
3 方案讨论与确定
在工程初步设计阶段，结构专业参与建筑、工艺的方案讨论，建筑专业根据工艺布置完成初步建筑平面布置图。在此阶段，结构专业主要负责参与确定车间及辅助用房的结构形式、柱网布置、建筑高度、层高要求，参与讨论屋面可能放置的设备、悬挂管道种类、防排烟方案，询问其它专业需要满足的要求。根据以上所述内容，结构专业再结合工程所在地的地震设防烈度和地质条件来确定厂房的结构设计方案，力求在设计初始阶段就控制好结构工程的安全性、经济性、合理性。
4 结构设计
方案确定之后，各专业根据工艺要求提供土建设计条件，建筑平面布置图进一步细化。在此基础上，结构专业可以据此进行主车间门式刚架的结构平面布置，此阶段的工作依次为：柱网布置、柱间支撑布置、纵向刚性系杆布置、屋面水平支撑布置以及抗风柱布置。主车间结构平面布置完成后，及时反馈至建筑及其他专业进行核查。笔者根据实际工程设计经验，在此阶段常见的问题有：抗风柱、柱间支撑与门窗冲突，柱间支撑与送风管道冲突。若遇到这些问题，需各专业沟通协调解决，在满足设计规范的前提下，结构专业尽量调整以满足生产工艺需求。随着工作推进，结构专业根据各个专业所提供的条件细化结构设计。
4.1 主车间设计
进行屋面檩条及门式刚架设计所需要的条件主要有：屋面建筑做法，柱顶标高、屋面坡度、屋面悬挂管道、屋面设备布置及荷载。若主车间设置女儿墙，需要注意屋面积雪不均匀分布。屋面檩条设计时，通常根据柱距、跨度和屋面荷载的大小来确定采用连续檩条或简支檩条。合理地选择檩条类型以及门式刚架节点连接形式能取得较好的经济效益。
4.2 辅助用房设计
进行辅助用房结构设计时，需要其他专业提供的条件主要有：建筑做法、屋面设备荷载、设备临时吊装荷载。依据相关规范条文，结构专业需要配合建筑专业设置伸缩缝。确定辅助用房结构平面布置后，进行初步试算，把试算确定的梁柱截面反馈至建筑专业。在此工作阶段常见的问题有：空调窗顶、风机洞口顶、送风洞口顶、变配电室特种门窗洞口顶与相应楼层梁底标高冲突，各专业辅助用房的最小净空不满足使用要求。由于纺纱车间特殊的生产工艺需求，在绘制结构施工图时需要仔细核对其他专业所提的洞口位置尺寸、屋面设备基础、用于设备吊装的吊环设置，以及需要梁底与板底齐平的空调室特殊做法。
4.3 基础设计
根据地质勘查报告、地下沟道管线及上部结构形式确定基础形式和埋深，单层纺纱厂房通常采用柱下独立基础和墙下条形基础，基础埋深较浅。地质条件较差时，可采用桩基础或经处理后的复合地基。由于单层纺纱车间上部结构所传的柱底反力较小，且主车间门式刚架柱脚常采用铰接，由此计算得出的独立基础尺寸普遍偏小，这时需要注意作用于独立基础上的附加墙体重量对基础产生的影响，特别是当车间内隔墙（包括防火墙）采用砖砌体材料时，此荷载不容忽视。在纺纱车间内，通常布置空调回风沟以及电缆沟，地沟穿越墙体的情况较多，且地沟截面尺寸较大，结构专业在基础设计时需要对地面以下的穿墙洞口进行标注。当地沟与基础有冲突时，通常将基础底标高降至地沟底板以下。
另外，车间墙体材料宜选用轻质板材，若选用砌体材料时特别需要注意：墙体稳定性的验算；车间长度较长时，需依据规范设置墙体伸缩缝。
5 总结
纺纱厂房包含的专业较多，在设计过程中，结构专业接收的条件种类繁多，需要配合其他专业做好构造措施。现行结构设计规范，特别是《建筑抗震设计规范》专门针对工业厂房的内容较少，这导致结构专业在进行设计时，常常很难处理厂房结构在安全、经济、适用之间的关系。鉴于此，在符合工程实际的情况下，笔者认为纺纱厂房结构计算模型简化时要简单、合理，荷载取值要准确，从而在工艺生产中，让结构工程更好地发挥其应有的价值。
参考文献：
[1]赵焕金，潘利国.轻型钢结构厂房在纺织工业中的应用[J].山东纺织科技，2003（05）：37-38.
[2]GB 50481-2009 棉纺织工厂设计规范[S].
作者简介：毕研超（1987-），男，山东新泰人，硕士研究生，工程师，研究方向：从事结构工程设计与研究。
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