工業(yè)廠房建筑設(shè)計探討

摘要：工業(yè)所用的生產(chǎn)車間一般都是大空間、功能多等特點。因此，在廠房的設(shè)計上，要根據(jù)生產(chǎn)企業(yè)的生產(chǎn)特點及其要求進行設(shè)計。本文根據(jù)多年工程實例，對某工業(yè)廠房的設(shè)計進行探討，供同行借鑒參考。

關(guān)鍵詞：工業(yè)廠房；建筑設(shè)計

一、工程概況

某曲軸廠房是經(jīng)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(zhì)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(zhuǎn)彎半徑和周圍景觀及原有建筑的協(xié)調(diào)而確定的。由于本項目生產(chǎn)產(chǎn)品外形尺寸大，重量大，選用設(shè)備均為大型設(shè)備，根據(jù)生產(chǎn)綱領(lǐng)，確定廠房是3聯(lián)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(shè)半龍門起重機，軌高llm，最大起重量25t；27m跨為預(yù)留，最大起重量為200t/10t，單層起重機，軌高16m。30m跨主要任務(wù)是機械加工，配備數(shù)控曲拐立式車床、數(shù)控立式車床、重型車床、龍門銑床、數(shù)控龍門鎖銑床、落地鎖床等大型加工設(shè)備，另外設(shè)刀具刃磨及管理站等輔助部門。36m跨主要任務(wù)是曲軸裝配、精加工、檢測，主要布置了數(shù)控曲軸車床、數(shù)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(shè)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(shè)計

曲軸廠房設(shè)計滿足生產(chǎn)工藝、安全、環(huán)保、消防的要求，使本工程設(shè)計達到了先進、合理、安全、節(jié)能、防火、防爆的目標(biāo)。

（一）運用現(xiàn)代美學(xué)觀念，滿足功能要求的前提下，廠房美觀大方

本設(shè)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(xiàn)一種現(xiàn)代感，又反映出建筑本身的功能特點（見圖）。主要表現(xiàn)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(jù)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(wěn)重、有氣勢。

（2）主立面在色彩和材質(zhì)上強調(diào)立體感的處理，并考慮了新建廠房與周圍建筑的協(xié)調(diào)性，營造出和諧、統(tǒng)一的氣氛。

本建筑為3聯(lián)跨單層工業(yè)廠房，生產(chǎn)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(fēng)柱，主跨山墻設(shè)20mx 16m（寬x高平開鋼大門；屋面系統(tǒng)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(xiàn)代、先進的設(shè)計計算手段，結(jié)合當(dāng)?shù)亟?jīng)驗，很好的解決了地質(zhì)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?；鶐r。根據(jù)當(dāng)?shù)亟?jīng)驗經(jīng)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(tǒng)做法，將其支撐于排架柱基礎(chǔ)連梁上，省略墻架柱基礎(chǔ)，既節(jié)省了基礎(chǔ)投資，又加快了施工周期。結(jié)合做為暖通風(fēng)道的夾層窗下墻，適當(dāng)加寬基礎(chǔ)連梁，既滿足墻架柱基礎(chǔ)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(tǒng)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(cè)剛度。

根據(jù)工藝要求，并考慮經(jīng)濟及標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)化因素，縱向采用12m柱網(wǎng)。依據(jù)建設(shè)單位意愿，考慮本工程處于海岸位置，風(fēng)壓大且具有較強腐蝕性等特點，屋面采用預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土大型屋面板?？紤]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(tǒng)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(cè)剛度?？v向設(shè)析架式擦條兼做縱向支撐，既減少了鋼構(gòu)件數(shù)量，又滿足材料的充分合理利用。

（3）總體結(jié)構(gòu)計算充分利用現(xiàn)代電算水平的提高，采用了有限元模型精確計算。

結(jié)構(gòu)整體計算除采用傳統(tǒng)排架柱梁假定模式計算外，充分利用現(xiàn)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(jù)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(tài)更加接近的計算模型獲得了比較準(zhǔn)確的計算結(jié)果。為結(jié)構(gòu)構(gòu)件的優(yōu)化奠定了理論基礎(chǔ)。

（4）根據(jù)工程實際狀況及現(xiàn)場條件，進行優(yōu)化比較，精心設(shè)計。

對主要結(jié)構(gòu)構(gòu)件根據(jù)工程實際狀況及現(xiàn)場條件，均進行了優(yōu)化比較，精心設(shè)計。排架柱腳采用插入式結(jié)構(gòu)設(shè)計，可節(jié)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(jù)受力需要，采用安裝階段連接螺栓橢圓孔，復(fù)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(cè)剛度。副跨屋面梁設(shè)置于主跨上層吊車梁處，吊車梁系統(tǒng)除設(shè)水平制動析架外，加設(shè)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(gòu)件如鋼排架柱、吊車梁、屋架上下弦等主要承重構(gòu)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(jié)構(gòu)總體用鋼量控制在了4000t（236kg/m2）以內(nèi)，大大低于類似工程傳統(tǒng)做法的用鋼指標(biāo)。

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

大型曲軸裝配地坑，長40m，寬10m，深10m，落于中風(fēng)化石灰?guī)r。因地下水與海水連通，施工降水及抗浮設(shè)計是本工程最大難點，傳統(tǒng)的降水方案無法實現(xiàn)。地坑設(shè)計遵循動態(tài)設(shè)計原則，根據(jù)現(xiàn)場施工情況，不斷調(diào)整設(shè)計方案，經(jīng)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(jié)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(lián)系孔道的作用，同時又可增加地基巖土土體強度及膠結(jié)性。因場地位置限制，緊靠坑壁外側(cè)設(shè)置一道鉆孔灌注樁加內(nèi)支撐聯(lián)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(lián)合整體作用。裝配地坑的抗浮設(shè)計，采用坑壁外側(cè)加附壁柱增大重力平衡另加巖石錨桿聯(lián)合作用。

（三）創(chuàng)造性的在大型地坑底部設(shè)通風(fēng)地溝，解決廠房通風(fēng)難題

本廠房采用燃氣輻射采暖方式，燃氣為丙烷氣體；生產(chǎn)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(chǎn)或采暖過程中有可能出現(xiàn)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(fā)，容易集聚在低陷的坑內(nèi)，待集聚到一定量便存在燃燒爆炸隱患。

該生產(chǎn)車間內(nèi)的40m x 10m深10m裝配地坑為該廠房的最低坑，且生產(chǎn)用氣為丙烷氣，如果用通常做法即地坑內(nèi)按體積換氣計算，通風(fēng)換氣量將近50000m3/h，如此大的排風(fēng)量需在該裝配坑內(nèi)配 1250mm的通風(fēng)管，因該地區(qū)所處位置為大連沿海地區(qū)，地下水位很高，做如此大的通風(fēng)管道會影響裝配坑的結(jié)構(gòu)及工藝配合，且裝配地坑內(nèi)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(xiàn)的。

針對上述問題，該設(shè)計在與工藝專業(yè)、結(jié)構(gòu)專業(yè)、白控專業(yè)、建筑專業(yè)、給排水專業(yè)等密切配合情況下，設(shè)計沿該裝配坑一周設(shè)250mmx250mm的通風(fēng)地溝，并在該溝內(nèi)敷設(shè)通風(fēng)管道，通風(fēng)管道的正下方每隔800mm開圓孔 40mm。這樣就將該坑內(nèi)可能出現(xiàn)的最低點降到該通風(fēng)地坑內(nèi)，且通過該地坑內(nèi)的通風(fēng)管道的吸風(fēng)圓孔隨時排出。經(jīng)計算該坑內(nèi)排放量約1000m3/h--2400m3/h。通風(fēng)管道只有 150mm，故結(jié)構(gòu)坑基礎(chǔ)只需在裝配坑壁預(yù)埋 159mmx8mm的鋼管即可，不會削弱結(jié)構(gòu)強度。在該地坑通風(fēng)設(shè)計中同時考慮到事故情況或在通風(fēng)地坑排風(fēng)未能及時排出丙烷氣體情況下，在設(shè)計配合中，由白控專業(yè)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(fā)生如上情況，馬上報警同時停止生產(chǎn)并關(guān)閉相關(guān)燃氣管道上的供氣，由相關(guān)人員通過臨時排風(fēng)設(shè)備排風(fēng)，直到事故解除。

除上述裝配地坑考慮通風(fēng)外，在廠房也采用了相應(yīng)的排風(fēng)措施：

（1）在廠房側(cè)壁采用夾壁墻設(shè)通風(fēng)管道，通風(fēng)口設(shè)在地面上350mm，盡量低的排除車間內(nèi)可能出現(xiàn)的丙烷氣體（見圖2）；

圖2 廠房側(cè)壁夾壁墻

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

（3）在該車間屋頂設(shè)置屋頂風(fēng)機排除余熱及污氣體；

（4）配合白控專業(yè)和工藝專業(yè)，除裝配坑外，在機床設(shè)備基礎(chǔ)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(jiān)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(nèi)生產(chǎn)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(fā)汽化的特點，不能沿用傳統(tǒng)的排水方式。因此，在本工程設(shè)計中，必須采用安全、可行、新式的排水方式。本設(shè)計中，廠房內(nèi)生產(chǎn)、生活污水廢水的所有排水管均經(jīng)密封地漏和水封井排入廠區(qū)排水管網(wǎng)（見圖3）。

圖3 室外水封井及密封地漏

廠房內(nèi)的大型設(shè)備基礎(chǔ)坑和-10m大型裝配地坑內(nèi)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(nèi)和室外水封井內(nèi)按照規(guī)范設(shè)置可燃氣體報警裝置，以達到安全生產(chǎn)的目的。

三、結(jié)束語

隨著時代的發(fā)展和科技的進步，人們的要求也不斷發(fā)展，對工藝建筑設(shè)計也提出了更高的要求。而生產(chǎn)企業(yè)有形的硬件操作“平臺”，是“工廠和設(shè)備響應(yīng)度”的物質(zhì)保證和企業(yè)形象的外在體現(xiàn)?！坝布脚_”和“操作軟件”必須匹配才能充分發(fā)揮效能。該項目設(shè)計完成運行后證明：工藝先進合理；廠房參數(shù)選擇正確，滿足生產(chǎn)要求；工程設(shè)計多項創(chuàng)新、先進合理；貫徹節(jié)能并合理運用投資。