【同辰案例】工業(yè)園設(shè)計現(xiàn)狀和難點

時間：2024-03-22
作者：同辰建筑
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隨著房地產(chǎn)市場的調(diào)整，依托于房地產(chǎn)設(shè)計的眾多的民用設(shè)計院，也同時進入了困難時期，設(shè)計業(yè)務(wù)量驟減，成本壓力劇增。迫于生存壓力，民用設(shè)計院開始承接部分工業(yè)建筑設(shè)計，主要類型為規(guī)則性較好的單層、多層鋼結(jié)構(gòu)廠房。工業(yè)建筑的設(shè)計，從總圖規(guī)劃、使用功能、工藝要求等與普通住宅等民建，有諸多的不同，如果采用民用建筑的設(shè)計思路進行工業(yè)建筑設(shè)計，就會在成本、施工難度、適用性方面產(chǎn)生問題。

本文結(jié)合近期我司的咨詢項目，對廠房設(shè)計中的典型問題舉例分析，說明工業(yè)建筑以及鋼結(jié)構(gòu)廠房設(shè)計思路的不同。

工業(yè)建筑整體風(fēng)格，與所處位置、周邊產(chǎn)業(yè)規(guī)劃等有關(guān)系。部分自持的工業(yè)園區(qū)，因考慮企業(yè)形象等，會更注重產(chǎn)業(yè)園建筑單體的外觀設(shè)計，用類似商業(yè)綜合體的設(shè)計感來凸顯高端。但是仍有一些企業(yè)，富如特斯拉，也會放棄外觀，追求實用，畢竟廠房的第一作用是生產(chǎn)。

再看下圖中的方案，其定位明顯高于特斯拉，但其整體布局是否合理，開放式的設(shè)計是否便于管理都是需要思考的問題。

上圖中項目，入駐廠家要求園區(qū)提供兩千個車位，方案設(shè)計的解決方向是在園區(qū)左側(cè)設(shè)置13個多層鋼結(jié)構(gòu)停車庫。這樣的方案，園區(qū)內(nèi)無地面停車，顯的非常整潔，但是實際使用時，由于13座停車樓位置集中，很可能產(chǎn)生擁堵，且停車樓和辦公及宿舍的距離有400~700米，停車非常不便。同時園區(qū)內(nèi)道路沒有規(guī)劃客貨車分流，流線混亂，影響生產(chǎn)。

我司介入后，明確提出園區(qū)設(shè)計的第一要務(wù)，是服務(wù)于生產(chǎn)，并與甲方及入駐廠家充分溝通，將車位優(yōu)化為以方便使用的地面車位為主，停車樓為輔，減少6棟停車樓，改善使用功能的同時，節(jié)省成本700萬元以上。同時梳理客貨車行車流線，改善生產(chǎn)環(huán)境。

廠房內(nèi)部的設(shè)計，需要結(jié)合生產(chǎn)工藝進行布置，舉一個簡單的例子，比如廠房內(nèi)電梯間的設(shè)置，需要考慮原材料和成品的上下運輸，盡量減少搬運的距離，并考慮電梯出入口處空間的開敞性，提供等待和上下交錯的空間。也就是說需要結(jié)合生產(chǎn)工藝，以方便生產(chǎn)為第一要求，優(yōu)化每一處細(xì)節(jié)。同時去除一些看似人性化，實際不必要的功能區(qū)，以控制成本。

▲ 原設(shè)計首層平面

▲ 優(yōu)化后首層平面

結(jié)構(gòu)設(shè)計方面，一般的民用設(shè)計院對于混凝土結(jié)構(gòu)是非常熟悉的，當(dāng)廠房采用混凝土結(jié)構(gòu)時，留意荷載和生產(chǎn)工藝后，都可按常規(guī)項目對待。民用院在地產(chǎn)行情好時一般不做工業(yè)建筑，大量的設(shè)計院都沒有鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計人員。當(dāng)采用鋼結(jié)構(gòu)時，民用院鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計人員及經(jīng)驗儲備是否足夠，就決定了設(shè)計的合理性和經(jīng)濟型。

特殊行業(yè)的工業(yè)建筑，比如石油石化行業(yè)，一般對工藝要求高，多是由行業(yè)內(nèi)的設(shè)計院完成。民用院能拿到的項目，多是單層和多層普通鋼結(jié)構(gòu)廠房，設(shè)計相對簡單，但是鋼結(jié)構(gòu)廠房的受力模式、傳力路徑、構(gòu)件的制作、現(xiàn)場的安裝等與混凝土結(jié)構(gòu)都有很大的區(qū)別。下邊通過一個石墨化負(fù)極材料生產(chǎn)車間項目中出現(xiàn)的幾個典型問題說明設(shè)計人員經(jīng)驗不足、或者仍采用混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計思路時，對結(jié)構(gòu)經(jīng)濟性和安全性的影響。

01、缺乏溝通、不了解工藝

下圖中擬建建筑功能為石墨化負(fù)極材料生產(chǎn)車間的局部圖紙，建筑面積約4.3萬m2，建筑高度為25.5m，廠房結(jié)構(gòu)形式為門式鋼架單層鋼結(jié)構(gòu)廠房。我們介入該項目時，圖紙已經(jīng)完成施工圖審查并準(zhǔn)備現(xiàn)場施工。

圖中吊車位置主跨48m，有兩臺A8級重型吊車。施工圖中表示，兩臺吊車均為50噸的A8級重型工作制吊車。檢查結(jié)構(gòu)設(shè)計模型，設(shè)計院采用兩臺普通的50噸吊車進行組合。

這里存在三個問題：

建筑圖中標(biāo)注的Q=200T，按正常的解釋是起重量200噸，看到這個標(biāo)注的第一感覺是“國內(nèi)有這么大的吊車？怎么會用到這么大的？”實際僅為50噸，標(biāo)注錯誤。

根據(jù)我司項目經(jīng)驗判斷，可采用10噸+50噸的吊車組合，不需要兩臺吊車全部50噸。

結(jié)構(gòu)模型中兩臺吊車寬度均指定為6.5m，實際上吸料天車的車寬為16.5m。在單榀框架水平力計算時，車寬影響多臺吊車的荷載組合。

與甲方生產(chǎn)部門充分溝通后，確認(rèn)采用10噸檢修用吊車和50噸吸料天車即可。修改結(jié)構(gòu)模型的吊車參數(shù)后，單榀鋼架約節(jié)約3.6t型鋼，節(jié)省8.5%。

▲ 門架示意圖

02、混凝土結(jié)構(gòu)思維設(shè)計鋼結(jié)構(gòu)廠房

門式剛架廠房，支撐系統(tǒng)是結(jié)構(gòu)的重要傳力系統(tǒng)，這個是與普通混凝土結(jié)構(gòu)一個典型的區(qū)別。

特別是重要位置的柱間支撐，可以將部分水平荷載轉(zhuǎn)化為支撐兩側(cè)柱子的豎向力，避免柱腳存在過大的彎矩。

我司在審核廠房計算模型時，發(fā)現(xiàn)計算模型中未建入支撐系統(tǒng)，造成柱底沿廠房縱向方向有很大的彎矩，設(shè)計單位在增加柱截面的同時，柱下設(shè)置了4樁。

我司在模型中按實際加入支撐系統(tǒng)，減小柱底彎矩后，采用兩樁即可滿足計算要求。在滿足計算要求的同時，節(jié)省樁基費用208萬元。

03、鋼結(jié)構(gòu)廠房計算

荷載并非越大越好民用鋼筋混凝土建筑，結(jié)構(gòu)自身的重量一般都是對結(jié)構(gòu)不利的，設(shè)計時輸入的荷載越大，構(gòu)件的配筋越大，結(jié)構(gòu)安全富余度越多。所以設(shè)計人員通常都會有意無意的增加荷載。比如在此項目中，屋面荷載按4.5kN/m2輸入，實際上輕鋼廠房屋面恒載很輕，一般輕鋼屋面約0.3KN/m2，即使考慮屋頂光伏，荷載也僅是0.5KN/m2。對于輕鋼廠房，這個取值并不是越大越安全，有時會因為恒載比實際偏大較多，而對風(fēng)吸力的考慮不足，導(dǎo)致安全事故。

▲ 相當(dāng)于0.48KN/m2

以上僅時典型問題的距離，在設(shè)計過程中，還有風(fēng)荷載的細(xì)化、抗風(fēng)柱設(shè)置、系桿設(shè)置、柱間支撐形式等一系列的問題，均體現(xiàn)出設(shè)計人員經(jīng)驗不足的問題，經(jīng)我司對圖紙及計算模型詳細(xì)的審核后，在保證一定安全富余度的同時，整個項目節(jié)省資金2225.7萬元，節(jié)省22%。

以上問題反應(yīng)出現(xiàn)在工業(yè)廠房設(shè)計的現(xiàn)狀：

工業(yè)廠房設(shè)計特點是生產(chǎn)工藝要求占主導(dǎo)地位。

工業(yè)廠房因其特殊性，比如防火、防爆、特殊工藝要求，設(shè)計一般由工業(yè)院進行設(shè)計，民用院項目量少。

近兩年因民用院業(yè)務(wù)量變差，開始進入工業(yè)建筑設(shè)計領(lǐng)域。設(shè)計人員經(jīng)驗少，靠主觀增加富余度來彌補設(shè)計經(jīng)驗不足，同時有些該加強的位置沒有得到重視，浪費材料且存在設(shè)計缺陷。

民用院對生產(chǎn)工藝流程關(guān)注較少，采用民用建筑思維進行設(shè)計，建成后嚴(yán)重影響工藝流程，造成嚴(yán)重的拆改情況。