淺談工業廠房的建筑特點與特殊設計方法的應用

程緒斌

摘 要:工業廠房作為工廠車間進行集約化生產的場所,其建設必須滿足設備存放、原料儲存、產品運輸等基本生產需要,并同時為工作人員提供舒適的作業環境,因此,工業廠房的規劃設計具有很多不同于民用建筑的特點。本文重點介紹了工業廠房在防振、隔聲等設計中的特殊要求,并對加強廠房荷載能力的地面處理技術做出了簡要分析。

關鍵詞:工業廠房建筑結構設計防振隔聲地面處理

中圖分類號:TU27 文獻標識碼:A 文章編號:1674-198X(2012)05(b)-0039-01

1 工業廠房的建筑特點概述

工業廠房作為工廠車間進行集約化生產的場所,其建設必須滿足設備存放、原料儲存、產品運輸等基本生產需要,并同時為工作人員提供舒適的作業環境,因此,工業廠房的規劃設計具有很多不同于民用建筑的特點。工業建筑設計要求建筑符合生產實際,因此不同行業、不同工藝、不同設備以及不同的生產條件對建筑結構的要求存在很大的差別,這也使其設計指標趨于多元。然而,工業建筑的設計仍有一定的規律可循。設計總是從對廠房中實際工藝及其生產資料的分析開始的,通過生產內容決定建筑的結構形式、規模,及建材的選擇,根據工藝流程及設備的連接次序設定廠房的層高及層數,按設備、管線、人員及材料流動范圍確定平面的開間和跨度,并依據工藝特點對廠房進行防火、防潮、防腐蝕等技術處理。

隨著我國經濟的崛起及生產需求的不斷增大,廠房建筑的設計規劃也得到了快速的發展。但應該看到,一些廠房在設計細節的把握上仍不完善,主要表現在:(1)廠房隔振、隔音效果不理想,導致工作環境質量下降,不利于生產效率的提高和員工身心的健康發展。(2)廠房荷載計算不精確,影響建筑的承壓能力與抗震水平。工業建筑的荷載計算與工藝流程相關,且在設備維護、更新等實際操作中常發生變化,建筑在其使用年限內還存在疲勞導致的強度降低,因此計算方法非常復雜。此外,由于廠房每層平面設置不同,設備分布不均勻、漏空多,因而質量的剛心嚴重偏離。開洞面積過大和樓層交錯等現象,也可能導致樓板局部不連續,側向剛度不規則。如不在設計中體現出有針對性的處理措施,就很有可能使其廠房地面因荷載問題出現沉降、塌陷、甚至斷裂,給安全生產埋下隱患。因此,必須針對廠房在生產中的實際情況,對其進行特殊的設計和處理。

2 工業廠房中建筑結構的特殊設計方法

2.1 防振設計

建筑結構振動的成因主要包括鍛錘、壓力沖床等設備造成的瞬時振動,空壓機、振動篩等周期性反復振動,以及吊車、機床等振源引發的隨機性振動,這些振動不但會導致建筑構件出現疲勞損壞、基礎下沉、廠房傾斜、樓板斷裂等安全問題,也會降低設備的精密度,并影響操作人員的工作狀態。

設計中首先應合理布置建筑結構,根據振動設備運行特點,將同類設備對稱或反對稱布置,以使其振動相互有所抵消。其次,應在振動設備下盡量布置有梁,減輕對結構影響,并充分利用伸縮縫和樓梯間的間隔,起到隔振作用。結構計算上要充分考慮設備擾力大小、方向、離心作用及振動擴大系數,保證結構構件有足夠的安全儲備及剛度。增設斜撐,減少跨度,或在有振動設備的樓板上部以鋼筋隔根拉通,雙層雙向布筋,防止樓板與梁交接處裂縫;加強樓板剛度,增加樓板厚度,增加大質量的慣性作用,減少振動能量輸出。此外,為有效降低高頻振動的干擾,應在振動設備的四周設置防振溝,其深度須超過干擾振動波長的2/3以上。

2.2 隔聲設計

很多設備在工作時伴有噪音,在噪音高達110分貝以上時,環境就會對工作人員的健康造成顯著影響,因此必須采取措施,減弱或消除室內噪聲。

降低噪聲的建筑材料主要包括吸聲材料和隔聲材料兩種,前者多是透氣、疏松、多孔的纖維狀、顆粒狀或發泡材質,聲音容易進入和透過其中,且很少反射;后者則多是鉛板、銅板一類的重而密實的材質,材質中不存在孔隙,聲音大部分發生了反射而無法投射至材質的另一側。吸聲材料和隔聲材料使用目的的側重不同,吸聲處理的效果主要表現在減低廠房內的混響音,并縮短室內的混響時間,但降噪量一般不超過10分貝,而隔聲處理則能避免噪音對相鄰房間的傳播和干擾,其效果根據具體材質構件的不同而變化,一般在30～50分貝之間。現在常通過兩種材料相結合的方式發揮其不同優勢和特色。如加厚與隔壁房間的分隔墻,并在其中使用隔聲材料,降低噪聲源對隔壁的干擾,而對室內頂棚做吸音處理,提高其降噪效果。在墻體外側做隔聲處理(以纖維增強水泥板+玻璃絲綿+壓型鋼板+厚石膏板等結構)的同時,在其內側加吸聲層(如玻璃絲綿+穿孔壓型鋼板),減弱復合墻板間的聲音反射量。此外,吸聲材料單獨用于車間內的隔聲屏或管道包扎時,可以吸收和降低聲源在房間的噪聲,但無法有效隔絕外界的噪音源,因此可將吸聲材料和隔聲材料相結合,將其作為隔聲構造的一部分使用。

2.3 大荷載地面處理

首先應綜合考慮地面動、靜荷載等各種因素,對工藝中的沖擊作用、振動作用等進行計算,并進行準確的疲勞強度驗算,提高其荷載計算結果的準確性,為強化廠房的承重能力提高基礎。其次應對荷載壓力較大的局部甚至整個地面做技術處理,提高其穩定性。輕鋼結構因其強度高、自重輕、施工簡便等優點被目前被廣泛運用于工業廠房的大荷載地面處理中。其具體處理方法是:鋼梁上鋪壓型鋼板后綁鋼筋,以鋼板作為底模上澆混凝土,將二者澆為一體,鋼板可以做下層受拉構件考慮。地面做法分為配筋地面、構造配筋地面和不配筋地面。配筋地面是根據地面承載力大小計算出配筋量,通常地面有比較重的荷載或地基土質較差的需要配筋,無特殊要求的地面可采用構造配筋,而廠房面積較小,荷載均布不大時,則可不配筋。面層處理通常有以下幾種:金屬骨料耐磨面層、鋼纖維地面、聚氨酯地面和混凝土固化劑地面等,通過配鋼絲網來提高面層抗裂能力。雖然樓地面有墊層、面層之分,但應一起澆搗,使兩層間的緊密接合,避免開裂、空鼓等現象的發生。對于大面積的地面、樓面,還應按一定距離預留伸縮縫。

3 結語

工業建筑設計中必須充分考慮具體廠房的生產規模、設備類型和工藝特點,準確把握沖擊、振動等的作用形式和程度,優選防振、隔音的建筑材料,并采用先進的處理技術進行有效的重點部位強化與完善,以期使廠房建筑在滿足生產要求的同時,展現現代建筑的人性化設計理念,實現良好的社會效益和經濟效益。

參考文獻

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