工業廠房建筑設計探討

摘要：工業所用的生產車間一般都是大空間、功能多等特點。因此，在廠房的設計上，要根據生產企業的生產特點及其要求進行設計。本文根據多年工程實例，對某工業廠房的設計進行探討，供同行借鑒參考。

關鍵詞：工業廠房；建筑設計

一、工程概況

某曲軸廠房是經過填海造地新建的廠房，廠房總圖定位時考慮了：海岸線、地質特點、地形特點、氣象條件、填海造地的程序、全廠和車間物流、大件運輸轉彎半徑和周圍景觀及原有建筑的協調而確定的。由于本項目生產產品外形尺寸大，重量大，選用設備均為大型設備，根據生產綱領，確定廠房是3聯跨廠房，從北向南為27m，36m和30m各一跨，長240m，其中30m跨為單層起重機，最大起重量50t/10t，軌高12m；36m跨為雙層起重機，上層最大起重量為300t/50t，軌高22m，下層起重量為50t/l0t，軌高16m，局部設半龍門起重機，軌高llm，最大起重量25t；27m跨為預留，最大起重量為200t/10t，單層起重機，軌高16m。30m跨主要任務是機械加工，配備數控曲拐立式車床、數控立式車床、重型車床、龍門銑床、數控龍門鎖銑床、落地鎖床等大型加工設備，另外設刀具刃磨及管理站等輔助部門。36m跨主要任務是曲軸裝配、精加工、檢測，主要布置了數控曲軸車床、數控落地銑鎖床、臥式曲拐壓裝機、曲拐加熱壓裝機、曲軸立式加熱壓裝機等設備，40mx l0mx l0m大型曲軸裝配地坑及配套的可升降裝配操作臺，曲軸成品檢測裝置等。

二、廠房設計

曲軸廠房設計滿足生產工藝、安全、環保、消防的要求，使本工程設計達到了先進、合理、安全、節能、防火、防爆的目標。

（一）運用現代美學觀念，滿足功能要求的前提下，廠房美觀大方

本設計在滿足使用功能的前提下，力求建筑立面莊重、簡潔、大方，既體現一種現代感，又反映出建筑本身的功能特點（見圖）。主要表現在以下兒個方面：

圖1

（1）曲軸廠房立面造型以簡潔為主。根據建筑物高度不同，局部作體形變化。建筑立面在劃分上留出適量的實墻面，采用帶形窗，給人一種大跨度和擴張感，使建筑物顯得穩重、有氣勢。

（2）主立面在色彩和材質上強調立體感的處理，并考慮了新建廠房與周圍建筑的協調性，營造出和諧、統一的氣氛。

本建筑為3聯跨單層工業廠房，生產類別為戊類，建筑總面積23 507.27mZ；其中一期建筑面積16 935m2，建筑總高度為33.10m。采用12m柱距，外墻6m抗風柱，主跨山墻設20mx 16m（寬x高平開鋼大門；屋面系統為梯型屋架；大型屋面板，外墻1.2m以上采用彩色雙層鍍鋁鋅壓型鋼板玻璃絲棉保溫外墻，1.2m以下為雙層蒸壓灰砂磚。

（二）充分利用現代、先進的設計計算手段，結合當地經驗，很好的解決了地質條件差、地面負荷大的矛盾

（1）采用強夯置換方法，加固地基，處理后地基承載力不小于200kPa，滿足地面荷載需要。

本工程場地屬于海岸及潮間帶，人工填海而成，比較松散，其下為近2m淤泥層，再下部為沿海基巖。根據當地經驗經方案論證，采用強夯置換方法，加固地基，處理后地基承載力不小于200kPa，既滿足地面荷載需要。同時減少或消除了回填土對樁基的負摩阻力。柱下樁基采用鉆（沖）孔嵌巖鋼筋混凝土灌注樁。

改變縱向墻架柱傳統做法，將其支撐于排架柱基礎連梁上，省略墻架柱基礎，既節省了基礎投資，又加快了施工周期。結合做為暖通風道的夾層窗下墻，適當加寬基礎連梁，既滿足墻架柱基礎要求，同時還可平衡部分因吊車肢受力較大造成的柱底軸力偏心作用。

（2）取消傳統做法的托架，屋架間距按12m集中布置于柱端，極大地增強了排架抗側剛度。

根據工藝要求，并考慮經濟及標準模數化因素，縱向采用12m柱網。依據建設單位意愿，考慮本工程處于海岸位置，風壓大且具有較強腐蝕性等特點，屋面采用預應力鋼筋混凝土大型屋面板。考慮本工程吊車噸位較大，軌高較高，同時地處沿海海岸，橫向水平荷載很大，故取消傳統做法的托架，屋架間距按12m集中布置于柱端，極大地增強了排架抗側剛度。縱向設析架式擦條兼做縱向支撐，既減少了鋼構件數量，又滿足材料的充分合理利用。

（3）總體結構計算充分利用現代電算水平的提高，采用了有限元模型精確計算。

結構整體計算除采用傳統排架柱梁假定模式計算外，充分利用現代電算水平的提高，采用了有限元模型精確計算。將屋架上、下弦桿及腹桿作為獨立單元，根據不同的受力階段，采用先鉸后剛的不同工況，分別進行了整體計算分析。通過采用與工程實際受力狀態更加接近的計算模型獲得了比較準確的計算結果。為結構構件的優化奠定了理論基礎。

（4）根據工程實際狀況及現場條件，進行優化比較，精心設計。

對主要結構構件根據工程實際狀況及現場條件，均進行了優化比較，精心設計。排架柱腳采用插入式結構設計，可節約鋼材同時降低了加工及安裝難度。排架柱頂與屋架連接，根據受力需要，采用安裝階段連接螺栓橢圓孔，復合鉸接假定，減少豎向荷載對上柱的彎矩，待安裝完成后焊死變成剛接以增加抗側剛度。副跨屋面梁設置于主跨上層吊車梁處，吊車梁系統除設水平制動析架外，加設輔助析架及下翼緣水平支撐，增加整體剛度，增加抗震性能。

（5）選擇高強度、高性能鋼材，降低廠房造價。

隨著近年來高強鋼材性能的改善，選擇高強度、高性能鋼材的效益越來越明顯，本工程承重構件如鋼排架柱、吊車梁、屋架上下弦等主要承重構件，均采用低合金高強度鋼Q345，與常用的Q235鋼材相比，單價僅提高5%左右，可強度提高達40。

本廠房上部結構總體用鋼量控制在了4000t（236kg/m2）以內，大大低于類似工程傳統做法的用鋼指標。

（6）遵循動態設計原則，采取帷幕灌漿與鋼筋混凝土護坡樁相結合方案，解決曲軸大型裝配地坑設計難題。

大型曲軸裝配地坑，長40m，寬10m，深10m，落于中風化石灰巖。因地下水與海水連通，施工降水及抗浮設計是本工程最大難點，傳統的降水方案無法實現。地坑設計遵循動態設計原則，根據現場施工情況，不斷調整設計方案，經多方案論證及可行性、安全性分析，最后采取帷幕灌漿與鋼筋混凝土護坡樁相結合方案。先在場地周圍布置一排帷幕灌漿孔，高壓注漿，形成一道帷幕狀止水墻，既可起到封閉基坑與海水間的聯系孔道的作用，同時又可增加地基巖土土體強度及膠結性。因場地位置限制，緊靠坑壁外側設置一道鉆孔灌注樁加內支撐聯合支護，省掉坑壁外模，將護壁樁處理后直接做為坑壁外模，拆模后使護壁樁與坑壁聯合整體作用。裝配地坑的抗浮設計，采用坑壁外側加附壁柱增大重力平衡另加巖石錨桿聯合作用。

（三）創造性的在大型地坑底部設通風地溝，解決廠房通風難題

本廠房采用燃氣輻射采暖方式，燃氣為丙烷氣體；生產工藝用氣也是丙烷氣體。丙烷氣體的特點是易燃，且比重比空氣重，在生產或采暖過程中有可能出現丙烷氣體泄露，且泄露后會聚集在廠房的坑洼處，因丙烷氣體特性不同于水，不能夠蒸發，容易集聚在低陷的坑內，待集聚到一定量便存在燃燒爆炸隱患。

該生產車間內的40m x 10m深10m裝配地坑為該廠房的最低坑，且生產用氣為丙烷氣，如果用通常做法即地坑內按體積換氣計算，通風換氣量將近50000m3/h，如此大的排風量需在該裝配坑內配 1250mm的通風管，因該地區所處位置為大連沿海地區，地下水位很高，做如此大的通風管道會影響裝配坑的結構及工藝配合，且裝配地坑內還存在著比該地坑還低的千斤頂坑，故上通常做法是不可能實現的。

針對上述問題，該設計在與工藝專業、結構專業、白控專業、建筑專業、給排水專業等密切配合情況下，設計沿該裝配坑一周設250mmx250mm的通風地溝，并在該溝內敷設通風管道，通風管道的正下方每隔800mm開圓孔 40mm。這樣就將該坑內可能出現的最低點降到該通風地坑內，且通過該地坑內的通風管道的吸風圓孔隨時排出。經計算該坑內排放量約1000m3/h--2400m3/h。通風管道只有 150mm，故結構坑基礎只需在裝配坑壁預埋 159mmx8mm的鋼管即可，不會削弱結構強度。在該地坑通風設計中同時考慮到事故情況或在通風地坑排風未能及時排出丙烷氣體情況下，在設計配合中，由白控專業配套了可燃氣體檢測裝置，在該坑的附近均勻布置測點，如若發生如上情況，馬上報警同時停止生產并關閉相關燃氣管道上的供氣，由相關人員通過臨時排風設備排風，直到事故解除。

除上述裝配地坑考慮通風外，在廠房也采用了相應的排風措施：

（1）在廠房側壁采用夾壁墻設通風管道，通風口設在地面上350mm，盡量低的排除車間內可能出現的丙烷氣體（見圖2）；

圖2 廠房側壁夾壁墻

（2）在廠房的中間跨設風管，一直通到廠房的的0.3m處，對車間中部進行排風；

（3）在該車間屋頂設置屋頂風機排除余熱及污氣體；

（4）配合白控專業和工藝專業，除裝配坑外，在機床設備基礎坑的最低處位置配備可燃氣體報警裝置及移動式可燃氣體報警裝置，隨時監控其濃度，以便及時采取措施。

（四）采用密封地漏和水封井排水方式避免丙烷氣體積聚

廠房內生產用氣和采暖輻射燃氣均為丙烷氣體，由于其易燃、不能夠蒸發汽化的特點，不能沿用傳統的排水方式。因此，在本工程設計中，必須采用安全、可行、新式的排水方式。本設計中，廠房內生產、生活污水廢水的所有排水管均經密封地漏和水封井排入廠區排水管網（見圖3）。

圖3 室外水封井及密封地漏

廠房內的大型設備基礎坑和-10m大型裝配地坑內的臨時排水均采用防爆電機排水潛水泵提升后排出室外，集水坑內和室外水封井內按照規范設置可燃氣體報警裝置，以達到安全生產的目的。

三、結束語

隨著時代的發展和科技的進步，人們的要求也不斷發展，對工藝建筑設計也提出了更高的要求。而生產企業有形的硬件操作“平臺”，是“工廠和設備響應度”的物質保證和企業形象的外在體現。“硬件平臺”和“操作軟件”必須匹配才能充分發揮效能。該項目設計完成運行后證明：工藝先進合理；廠房參數選擇正確，滿足生產要求；工程設計多項創新、先進合理；貫徹節能并合理運用投資。