【同辰案例】工业园设计现状和难点

随着房地产市场的调整，依托于房地产设计的众多的民用设计院，也同时进入了困难时期，设计业务量骤减，成本压力剧增。迫于生存压力，民用设计院开始承接部分工业建筑设计，主要类型为规则性较好的单层、多层钢结构厂房。工业建筑的设计，从总图规划、使用功能、工艺要求等与普通住宅等民建，有诸多的不同，如果采用民用建筑的设计思路进行工业建筑设计，就会在成本、施工难度、适用性方面产生问题。

本文结合近期我司的咨询项目，对厂房设计中的典型问题举例分析，说明工业建筑以及钢结构厂房设计思路的不同。

工业建筑整体风格，与所处位置、周边产业规划等有关系。部分自持的工业园区，因考虑企业形象等，会更注重产业园建筑单体的外观设计，用类似商业综合体的设计感来凸显高端。但是仍有一些企业，富如特斯拉，也会放弃外观，追求实用，毕竟厂房的第一作用是生产。

再看下图中的方案，其定位明显高于特斯拉，但其整体布局是否合理，开放式的设计是否便于管理都是需要思考的问题。

上图中项目，入驻厂家要求园区提供两千个车位，方案设计的解决方向是在园区左侧设置13个多层钢结构停车库。这样的方案，园区内无地面停车，显的非常整洁，但是实际使用时，由于13座停车楼位置集中，很可能产生拥堵，且停车楼和办公及宿舍的距离有400~700米，停车非常不便。同时园区内道路没有规划客货车分流，流线混乱，影响生产。

我司介入后，明确提出园区设计的第一要务，是服务于生产，并与甲方及入驻厂家充分沟通，将车位优化为以方便使用的地面车位为主，停车楼为辅，减少6栋停车楼，改善使用功能的同时，节省成本700万元以上。同时梳理客货车行车流线，改善生产环境。

厂房内部的设计，需要结合生产工艺进行布置，举一个简单的例子，比如厂房内电梯间的设置，需要考虑原材料和成品的上下运输，尽量减少搬运的距离，并考虑电梯出入口处空间的开敞性，提供等待和上下交错的空间。也就是说需要结合生产工艺，以方便生产为第一要求，优化每一处细节。同时去除一些看似人性化，实际不必要的功能区，以控制成本。

▲ 原设计首层平面

▲ 优化后首层平面

结构设计方面，一般的民用设计院对于混凝土结构是非常熟悉的，当厂房采用混凝土结构时，留意荷载和生产工艺后，都可按常规项目对待。民用院在地产行情好时一般不做工业建筑，大量的设计院都没有钢结构设计人员。当采用钢结构时，民用院钢结构设计人员及经验储备是否足够，就决定了设计的合理性和经济型。

特殊行业的工业建筑，比如石油石化行业，一般对工艺要求高，多是由行业内的设计院完成。民用院能拿到的项目，多是单层和多层普通钢结构厂房，设计相对简单，但是钢结构厂房的受力模式、传力路径、构件的制作、现场的安装等与混凝土结构都有很大的区别。下边通过一个石墨化负极材料生产车间项目中出现的几个典型问题说明设计人员经验不足、或者仍采用混凝土结构设计思路时，对结构经济性和安全性的影响。

01、缺乏沟通、不了解工艺

下图中拟建建筑功能为石墨化负极材料生产车间的局部图纸，建筑面积约4.3万m2，建筑高度为25.5m，厂房结构形式为门式钢架单层钢结构厂房。我们介入该项目时，图纸已经完成施工图审查并准备现场施工。

图中吊车位置主跨48m，有两台A8级重型吊车。施工图中表示，两台吊车均为50吨的A8级重型工作制吊车。检查结构设计模型，设计院采用两台普通的50吨吊车进行组合。

这里存在三个问题：

建筑图中标注的Q=200T，按正常的解释是起重量200吨，看到这个标注的第一感觉是“国内有这么大的吊车？怎么会用到这么大的？”实际仅为50吨，标注错误。

根据我司项目经验判断，可采用10吨+50吨的吊车组合，不需要两台吊车全部50吨。

结构模型中两台吊车宽度均指定为6.5m，实际上吸料天车的车宽为16.5m。在单榀框架水平力计算时，车宽影响多台吊车的荷载组合。

与甲方生产部门充分沟通后，确认采用10吨检修用吊车和50吨吸料天车即可。修改结构模型的吊车参数后，单榀钢架约节约3.6t型钢，节省8.5%。

▲ 门架示意图

02、混凝土结构思维设计钢结构厂房

门式刚架厂房，支撑系统是结构的重要传力系统，这个是与普通混凝土结构一个典型的区别。

特别是重要位置的柱间支撑，可以将部分水平荷载转化为支撑两侧柱子的竖向力，避免柱脚存在过大的弯矩。

我司在审核厂房计算模型时，发现计算模型中未建入支撑系统，造成柱底沿厂房纵向方向有很大的弯矩，设计单位在增加柱截面的同时，柱下设置了4桩。

我司在模型中按实际加入支撑系统，减小柱底弯矩后，采用两桩即可满足计算要求。在满足计算要求的同时，节省桩基费用208万元。

03、钢结构厂房计算

荷载并非越大越好民用钢筋混凝土建筑，结构自身的重量一般都是对结构不利的，设计时输入的荷载越大，构件的配筋越大，结构安全富余度越多。所以设计人员通常都会有意无意的增加荷载。比如在此项目中，屋面荷载按4.5kN/m2输入，实际上轻钢厂房屋面恒载很轻，一般轻钢屋面约0.3KN/m2，即使考虑屋顶光伏，荷载也仅是0.5KN/m2。对于轻钢厂房，这个取值并不是越大越安全，有时会因为恒载比实际偏大较多，而对风吸力的考虑不足，导致安全事故。

▲ 相当于0.48KN/m2

以上仅时典型问题的距离，在设计过程中，还有风荷载的细化、抗风柱设置、系杆设置、柱间支撑形式等一系列的问题，均体现出设计人员经验不足的问题，经我司对图纸及计算模型详细的审核后，在保证一定安全富余度的同时，整个项目节省资金2225.7万元，节省22%。

以上问题反应出现在工业厂房设计的现状：

工业厂房设计特点是生产工艺要求占主导地位。

工业厂房因其特殊性，比如防火、防爆、特殊工艺要求，设计一般由工业院进行设计，民用院项目量少。

近两年因民用院业务量变差，开始进入工业建筑设计领域。设计人员经验少，靠主观增加富余度来弥补设计经验不足，同时有些该加强的位置没有得到重视，浪费材料且存在设计缺陷。

民用院对生产工艺流程关注较少，采用民用建筑思维进行设计，建成后严重影响工艺流程，造成严重的拆改情况。

有经验的咨询单位参与整个项目的设计工作，是对设计工作一个很好的补充，是解决以上问题的一个好的方式。在实现功能的同时，控制项目成本。

▌作者：同辰建筑 刘照强、师乙丹、周源、郭英杰

▌本文仅代表作者个人分析总结，仅供参考

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