工业建筑设计的几个特点

查晓礼

0 引言

工业建筑本质上作为现代新技术和新材料的主要载体,作为一种公认的房屋类型始于19世纪下半叶,它起源于工业革命最早的英国,随后在美国、德国等国家开始兴建。工业建筑是非常重要的建筑类型,无论过去还是现在,工业建筑在建筑设计领域一直占有重要的地位。工业建筑具有一般建筑的共性,又具有突出的个性,所以在设计上有着与民用建筑设计不同的特点。

1 工业建筑与民用建筑设计的不同特点

1.1 服务目的不同

一般来讲,民用建筑是以满足人们的生活、工作等需要为主要目的;工业建筑是以满足生产需要、保证设备的安全及生产的顺利进行和人们在其内正常工作为主要目的。工业建筑作为直接服务于工业生产的建筑类型,顾名思义是人们进行集约化生产的场所,工业建筑首先就是要满足生产中的场地、运输、库存等基本生产要求,同时还要提供人们在劳作中的环境与舒适。

1.2 设计指标要求不同

对民用建筑而言,结构侧移指标要考虑装修材料的要求;考虑到人在建筑中生活工作的舒适性,很多超高层建筑要进行舒适度验算。对工业建筑而言,一个设计优良的工业建筑结构,必然是能保证设备安全及正常工作的结构,但结构中存在的设备千差万别,设备的最佳工作环境各不相同,对结构的需求更是多样性的,所以很难从中找到规律。工业建筑中结构的主要目标就是满足设备的需求,并保证设备能良好的工作,但结构工程师对设备的不了解和考虑设备后技术上的难操作性使这一基本目标很难达到,所以工业建筑的设计指标只能是基于结构的,而不是基于结构中设备、管道等的。

1.3 与民用建筑设计的程序不同

工业建筑设计与民用建筑设计最大的区别是工业建筑设计比民用建筑设计多了一道工艺设计。对于工业建筑来说,首先要对其进行工艺设计,然后分析工艺设计人员提供的生产工艺资料。

工业建筑建筑形式和结构形式的选择,主要是由工艺、设备、生产操作及生产要求等诸多因素所决定的,在做建筑设计时,要与工艺专业多进行交流,按照工艺和结构设计的基本要求设计。例如,在做选煤厂设计时,由于原材料为颗粒状,每道工序都是由上到下,重力流动中逐渐进行。因此,对选煤厂设计的关键核心部分是弄清生产线竖向流程。由该流程上标示的设备确定厂房平面、层高及建筑高度。选煤厂有较多的设备及与其连接的各类输送管道(如图1所示),由这些设备管道和工作人员的活动范围确定平面开间及跨度;根据设备的各阶段连接确定厂房的层高和高度。整个平面、层高确定后,按工艺要求进行复核调整,直至达到工艺生产要求。

在做结构设计时也要与工艺设计协调。厂房都是为生产服务的,厂房设计中结构专业作为配套专业首先应满足工艺要求,结构设计也只能服从于工艺条件。而工艺设计人员在工艺布置时,经常与结构设计发生矛盾,要开洞的地方是框架梁,设备本来可以沿梁布置却布置在了跨中等。所以结构设计人员应多与工艺协调,尽量了解工艺布置,使设计和施工尽量减少不必要的麻烦。

1.4 荷载作用不同

荷载计算是结构计算的条件,荷载取值的准确性直接关系到计算结果的准确性,工业建筑中的设备不仅要考虑静荷载,还要考虑动荷载影响,计算过程极其复杂。基于生产工艺流程和相应配制的设备,以及生产操作、设备维护更新等实际要求,工业建筑的楼面荷载均很大。如许多工业厂房的吊车梁上有吊车荷载,吊车荷载最大轮压超过70 t,吊车荷载是由两组移动的集中荷载组成,一组是移动的竖向垂直轮压,另一组是移动的横向水平制动力,吊车荷载具有冲击和振动作用,且是重复荷载,如果车间使用期为50年,则在这期间重级工作制吊车荷载重复次数可达到(4～6)×105次,中级工作制吊车一般亦可达 2×106次,因此要考虑疲劳而引起的强度降低,进行疲劳强度验算。

另外,工业建筑由于每一层平面均不相同,平面漏空多,加上设备的分布,使得整栋楼的质量分布极不均匀,质量的刚心严重偏离。同时由于开洞面积太大并常有楼层错层现象,导致楼板局部不连续,其侧向刚度也不规则,所以工业建筑不利于抗震,地震时容易产生扭转,在设计时要采取相应措施克服这种不利影响。

1.5 预留孔和预埋件(预埋螺栓)较多

工业建筑为了满足工艺的需要,需要安装大量的设备,故需要大量埋设预埋件(预埋螺栓),同时要设许多预留孔,各预留孔和预埋件(预埋螺栓)与轴线的几何关系以及空间(上下层间)几何关系非常复杂,而且相互间几何关系要求非常精确,所以每层的标高和螺栓埋设位置都要求非常精确。这就要求设计人员在结构施工图中详细标明预埋件(预埋螺栓)的大小规格及准确的定位尺寸。特别是如果在结构施工图中未画出预埋件(预埋螺栓),往往造成预埋件(预埋螺栓)漏埋,现场补设预埋件(预埋螺栓)既费事又浪费,既增加了业主的投资,又拖延了施工进度。这就要求结构设计人员在出图之前应认真设计、复核,要求结构施工图中须注明预埋件(预埋螺栓)的大小及定位尺寸,技术交底时,须向施工单位阐明这一点。预埋件(预埋螺栓)一定要选择相应的受力预埋件(预埋螺栓),所以要与工艺专业进行多交流,按照工艺和结构设计的基本要求设计预埋件(预埋螺栓)。

1.6 工业建筑不注重人性化设计

工业建筑作为生产资料,理所当然要为生产服务,所以过去工业建筑设计只讲生产要素,不重视环境和人文关怀,但是在生产过程中,操纵生产的最活跃因素是人,以人为中心来创造良好的工作和生活环境是不言而喻的。人性化设计必将要求建筑师摒弃传统的重生产工艺,轻人的行为、心理要求的倾向,将建筑设计的中心从以往的生产设备转移到以人为本的理念上来,重视并努力体现对人的关怀。做到工业建筑既能适应生产工艺的需要,又为劳动者创造符合现代文明的生产生活环境。在工业建筑空间设计上,创造工业建筑的空间及环境与人相融合,让人们置身于工业建筑中,产生归属感、生活感和亲切感的良好生活环境,最终达到提高员工的生活质量及工作效率的目的。民用建筑设计中经常提到的一句话“人性化设计理念”,在工业建筑设计中很少体现,我们应该把民用建筑设计中以人为本“人性化设计”理念充分的运用于工业建筑设计当中。

1.7 工业建筑设计缺少艺术性

历史上,由于受经济条件及思想认识等限制,在工业建筑设计中往往只考虑满足当时企业生产工艺的要求,使工业建筑设计几乎成了生产设备外壳的简单包装。现今,工业建筑设计上仍然存在这种倾向,一座座花费了大量金钱却毫无个性的建筑拔地而起,一个个面目雷同的工业区、厂房遍布祖国各地,如图2所示的钢结构厂房在各工业园区都能见到,它们简直就是企业或公司用来“圈地”的工具,许多项目存在土地利用率不高、耗能、环境污染严重、工作环境及生活条件差等一系列问题。

在新时期,随着社会的发展和科学技术及社会文明的不断进步,工业建筑也应该摆脱旧的模式,走向一个具有时代特征,蕴藏着文化内涵,体现审美倾向的新形态。在工业建筑设计中应体现新特征,新思路,新模式。因此在工业厂房立面设计时,在满足功能要求的基础上,特别要注意合理地确定窗子和墙面上柱子、勒脚、窗间墙、窗台线、挑檐板及女儿墙等各个构件的关系,合理地划分和组合,构成统一的艺术整体,以求得厂房整个体形的简洁美观。

2 结语

在做工业建筑设计时,在设计中应充分吃透和理解整个工程的工艺流程和要求,并针对每一项工业建筑多深入、多了解、多琢磨、多学习,就会发现工业建筑里所蕴含的文化性、特殊性、时代性,甚至是许多民用建筑所不及的;就能设计出既满足现代生产工艺的要求,又能达到结构美和建筑与空间形象美的统一的工业建筑作品来。

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