臨港工業園汽車零部件物流調配車間廠房設計

呂紅衛，王奕鈞，張志強，尹鍵，張靜

（山東貝格建筑設計有限公司，山東煙臺264000）

臨港工業園汽車零部件物流調配車間廠房設計

呂紅衛，王奕鈞，張志強，尹鍵，張靜

（山東貝格建筑設計有限公司，山東煙臺264000）

汽車零部件物流調配車間KD廠房相對于一般的工業廠房有其獨特的生產流程，解決其設計中的諸多技術問題是進行KD廠房設計的基礎和前提。文章以煙臺市福山區臨港工業園KD廠房設計為例，闡述了其布局和結構設計，解決了溫度對廠房的伸縮變形影響和車間東側的大面積積水問題，做到了結構安全、使用合理、造價經濟；設置光伏太陽能，其發電作為清潔能源對低碳環保、可持續發展做著極大的貢獻；闡明了屋面構造設計，較好的解決了諸如安全、美觀、保溫、采光等問題，同時又為屋面防水奠定了堅實的基礎；從虹吸式雨水斗、懸吊管、排出管及溢流口等方面分析了屋面排水設計，將虹吸式屋面雨水排水系統應用于大型屋面、造型復雜的屋面比重力流雨水排水系統具有更多優越性；總結了屋面細部設計，使廠房設計真正做到安全、經濟、適用、綠色、可持續。

臨港工業園；KD廠房；技術設計

0 引言

臨港工業園汽車零部件物流調配車間KD（Knock Down）廠房是為適應我國汽車產業國際化發展策略及汽車零部件進出口的需求［1］而建設的。其設計相對于一般的工業廠房有其獨特的生產流程，也有工業廠房設計的共性技術問題。KD廠房的布局、總平面圖設計［2］是首要解決的問題，其中，廠房平面布局與結構優化息息相關，包括跨度和柱網的選擇，是否抽柱、單跨還是多跨、次要構件的選擇等，選擇的合理與否直接影響其生產工藝流程的實現并決定了用鋼量［3－5］；總平面設計除了影響生產工藝流程的實現、保證安全生產外，還影響產品物流周轉的便捷程度，更重要的是影響廠房建設的土方量平衡［6］，最終還是建設投資的問題。還有廠房的屋面防水［7］是所有廠房設計的共性問題，屋面排水不暢，導致節點部位漏水、滲水的質量通病一直困擾著設計師和建設方。文章以煙臺市福山區臨港工業園KD廠房設計為例，對KD廠房設計中的技術問題進行研究，從廠房的布局、結構、光伏太陽能、屋面構造、屋面排水及屋面細部等方面進行總體規劃設計，擬為解決KD廠房設計中的諸多技術問題提供一定的參考。

1 工程概況

KD廠房位于煙臺市福山區臨港工業園，西鄰中古路，南鄰規劃路。其功能為汽車零部件分揀調配物流周轉車間。車間在廠區內占據大部主要區域，貫穿場地南北位于場地東部，西側為備用車間，生產物流包裝箱，西南角設置消防水池及泵房，廠區兩個大門分別位于南部中偏西和南部東邊，車間及廠區均設環形消防通道，工業園總平面圖如圖1所示。車間主體為連續6跨、單跨跨度為28 m，柱網尺寸外部為7.5 m、內部為15 m，總長為332.60 m，柱頂高度為9 m的單層門式剛架結構廠房，車間西側設有一跨15 m跨度，柱頂高度為6 m的側卸式接受平臺，適宜各類飛翼車，東側設有機械化裝卸口；車間南端設有二層框架結構的車間辦公用房，總建筑面積約58386.57 m2，其中廠房建筑面積為56690.57 m2，辦公用房建筑面積為1696 m2，KD廠房透視圖如圖2所示。

圖1 臨港工業園總平面圖／m

圖2 KD廠房透視圖

2 KD廠房設計

2.1 布局設計

KD廠房的生產流程是將各地汽車配件廠生產的單一零部件集中運到KD廠房，在廠房內對多種零部件進行分揀調配，打包包裝，再運往需要的汽車總裝廠。KD廠房生產流程特點有：（1）需要較大的分揀調配面積；（2）汽車零部件的進出物流，且物流進入的裝運車為飛翼車，物流外出的裝運車為集裝箱車。針對生產流程特點設計的KD廠房占地尺寸為332.6 m×182.7 m，廠房長度和寬度均大于CECS102：2002《門式剛架輕型房屋鋼結構技術規程》中“縱向溫度區段不大于300 m，橫向溫度區段不大于150 m”的規定［8］，但縱向超長數值不大于10%，如果采取措施可不設溫度伸縮縫，建設方考慮到資金及使用情況分兩期施工，所以在一、二期分界處設置縱向溫度伸縮縫；橫向超長數值大于20%，同時考慮到當地冬夏溫差比較大，光照也比較充足，為此橫向在廠房中間設置了溫度伸縮縫，很好地解決了溫度對廠房伸縮變形影響。KD廠房物流進出設計是建筑布局設計的關鍵，根據現有標高將側卸式接受平臺設置在西側，車間大部分區域的室內外高差為200 mm，滿足飛翼車卸貨的需要；東側利用場地標高設置了12個下沉式機械化裝卸口，室內外高差為1400 mm，此裝卸口與東側道路平滑相接，有效地解決了車間東側的大面積積水問題。廠區一期工程的填方為3600 m3，挖方為5200 m3，基本做到填挖平衡。

2.2 結構設計

KD廠房建設方依據生產流程提出了跨度為28 m，柱網不小于15m的使用要求。根據建設方要求，考慮工程造價的經濟性，設計時僅在車間外墻取7.5 m的柱網尺寸，剛架按7.5 m柱距布置［9］，內部及卸貨走廊處取15 m的柱網尺寸，即每隔一個柱網抽取一根柱子，抽柱處布置托梁，用托梁支撐剛架，有效地減少檁條的高度；設計采用中間跨為Z160× 70×20×2.0，端跨為Z160×70×20×2.5的連續檁條，間距為1.5 m，抗風柱間距為7.0 m，最終設計廠房鋼結構部分用鋼量為35 kg／m2，加上墻板、屋面板用鋼量為35.7 kg／m2。若不設置托梁，采用實腹式鋼梁，檁條經計算為Z300×100×20×3.0，這種檁條在市場上較難采購，若采用桁架檁條，廠房用鋼量為38.2 kg／m2，比實際采用的優化設計用鋼量要多3.2 kg／m2，而廠房設計面積為56690.57 m2，僅鋼材就要浪費181.41 t，當時每噸鋼材材料費加施工費約為7000元，僅剛架為建設方節約資金127萬元。實際上因為檁條的增高，還會帶來外墻板加高的費用。多年實踐經驗證明：廠房的功能分區、結構布置［10］，場地條件、平面功能、高度空間、造價經濟等幾方面的因素，都是非常重要的，并且還要使這幾方面都匯集到一個較好的平衡點上。最終設計的 KD廠房造價有：全部鋼結構造價為550元／m2，加上其它土建及安裝工程為800元／m2。比常規設計節約造價28%，做到了結構安全、使用合理、造價經濟，建設方非常滿意。

2.3 光伏太陽能設計

在當前能源危機、環境污染嚴重的情況下，在大面積的KD廠房屋面可安裝光伏太陽能發電設備［11］。按廠房屋面實際面積6萬m2計算，裝機容量為8 MW，年發電量為800萬度，多晶硅光伏太陽能發電的投資單價為7～7.5元，總投資額為5600～6000萬元。每年的發電除了自用（工業用電平均電價為0.7元／度），可以并網。同時每發1度電國家還補貼0.42元，每年可為企業節約資金896萬元。考慮設置太陽能會給屋面增加12～18 kg／m2的屋面荷載，并使用鋼量增加1.5～2.2 kg／m2，造價增加9～13.2元／m2，工程造價增加54～79.2萬元。經計算投資回收期為6.59～7.20年。屋面設置光伏太陽能工程造價只增加9～13.2元／m2，但光伏組件與屋頂緊密結合在一起，大大提高建筑物的防水壽命，對屋頂起到保溫節能的作用；可以有效地降低室外的噪音量，降低約30 dB。同時，光伏組件自身在運行、產生電能的過程中不產生任何噪音，是一種安靜的能量發生器，且光伏太陽能發電作為清潔能源對低碳環保、可持續發展做著極大的貢獻。

2.4 屋面構造設計

KD廠房設計的一個焦點問題是屋面及排水。從室內美觀、保溫效果、空間利用、可靠防水、室內采光、施工安全幾個方面考慮，最終選用屋面：采用檁條暗藏型雙層壓型鋼板復合保溫屋面［12］，其構造如圖3所示，自下而上分別為0.4 mm厚鍍鋁鋅壓型彩鋼板YX 15—225—900型、鍍鋅冷彎Z型鋼檁條、隔熱墊片、0.2 mm厚白色阻燃型聚丙烯塑料貼面、75 mm厚的密度為16 kg／m3的紅色玻璃絲卷氈、0.49 mm厚的紡粘聚丙烯和聚乙烯膜、0.6mm厚的鍍鋁鋅壓型彩鋼板U－475型（360°直立鎖邊）。精心設計了屋脊、天溝、檐口等細部節點，采用直立鎖邊咬合屋面系統——卷邊板、咬合暗扣式連接、屋面系統通過滑動支座固定屋面板；且對蓋板、堵頭、密封膠、板的搭接方向、搭接縫、彌合封等部位都做到精細化設計，有效地解決屋面漏水問題。屋面采光帶采用雙層FRP采光板，沿跨度通常布置，間距15 m；屋面通風器在三條屋脊處兩側每隔15 m設置一對，屋面排水坡道為8%。這樣的屋面構造設計，較好解決了諸如安全、美觀、保溫、采光等問題，同時又為屋面防水奠定了基礎。

圖3 屋面構造圖

2.5 屋面排水設計

因為KD廠房長度、寬度均較大，所以屋面排水是設計中的關鍵問題。廠房的跨度方向總尺寸為182.7 m，如果采用雙坡排水，排水長度較長，一個落水管的匯水面積太大，造成屋脊、山墻太高，并且建筑造型笨重。根據多年的設計經驗，經與建設方協商，廠房主體在跨度方向設置了三條屋脊，西側卸貨走廊因柱頂標高低于主體建筑柱頂標高，跨度僅為15 m，故采用單坡屋面，與主體廠房形成高低跨屋面。其中高跨即主體廠房的邊跨屋面排水采用外天溝排水，低跨即卸貨走廊在剛架外側設置外天溝排水，天溝外側設封檐板封擋，美觀整齊。在高低跨連接部位落水管底下加設寬為1000 mm、厚為0.6 mm的彩鋼板，避免水滴擊穿造成屋面板受損；主體廠房的東側采用內天溝，沿邊柱網每隔15 m設置一對落水管。廠房邊跨的有組織排水方式為重力流雨水系統［13］，落水管為φ110UPVC塑料管。根據CECS 183—2015《虹吸式屋面雨水排水系統技術規程》［14］，中間兩條內天溝采用壓力流即虹吸式雨水系統。

虹吸式屋面雨水排放系統是一種新型的雨水排水系統。在降雨初期，屋面雨水高度未超過雨水斗一定高度時，整個排水系統工作狀況與重力排水系統相同，隨著降雨的持續，當屋面雨水高度超過雨水斗一定高度時，通過虹吸雨水斗的整流（反渦流）、面板隔氣等作用，控制進入雨水斗的雨水流量和調整流態減少漩渦，從而極大地減少了雨水進入排水系統時所夾帶的空氣量，使得系統中排水管道呈滿流狀態，利用建筑物屋面的高度和雨水所具有的勢能，在雨水連續流經過雨水懸吊管轉入雨水立管跌落時形成虹吸作用，并在該處管道內形成最大負壓，屋面雨水在管道內負壓的抽吸作用下以較高的流速被排至室外。

由于該系統排水管可按滿流、有壓狀態設計，因此虹吸雨水管道懸吊管可做到更小坡度，甚至無坡度敷設，大大減小對車間內部空間的影響，而且在虹吸作用下，水流速度較高，泄流量遠大于重力系統同管徑排水管的泄流量。即虹吸式屋面雨水排水系統可以實現以更小的管徑排除更大流量的雨水，而且可以沿廠房縱向布置。所以非常適合排除大跨度大面積廠房中間跨的雨水。KD廠房中間跨的屋面排水采用虹吸式屋面排水系統設計［15］：該廠房分兩期建設，一期車間南半部分長度為212 m，所以虹吸雨水系統只能向南側排除，分為3個排水系統。由于鋼結構柱突出至天溝內，將天溝分成27段，故每段天溝設置一個虹吸式雨水斗。虹吸雨水排水系統的虹吸雨水斗立管公稱直徑分別為315、250和315 mm，排出管公稱直徑均為315 mm；一個溢流虹吸排水系統，連接4個溢流雨水斗，立管公稱直徑為250 mm，排出管公稱直徑均為315 mm。二期車間北半部分長度為120 m，雨水向北側排出，分為兩個排水系統。每個虹吸雨水排水系統均連接8個虹吸式雨水斗，立管公稱直徑為250 mm，排出管公稱直徑均為315 mm；一個溢流虹吸系統，連接4個溢流雨水斗，立管公稱直徑為250 mm，排出管公稱直徑均為315 mm。屋面排水如圖4所示。

（1）虹吸式雨水斗

設計重現期雨水排水暴雨強度公式［16］由式（1）表示為

式中：q為設計降雨強度，L／s·100 m2；P為重現期，a；t為降雨歷時，min。

圖4 屋面排水示意圖／m

雨水設計流量計算公式由式（2）表示為

式中：Qs為雨水設計流量，L／s；q為設計降雨強度，（L／s）×（100 m2）；Ψ為流量徑流系數；F為匯水面積，100 m2。

通過計算的設計降雨強度和雨水設計流量，結合查表，分別在兩條天溝里設置43個虹吸雨水斗，如圖5所示。雨水斗規格、安裝尺寸見表1、2。

表1 雨水斗規格

表2 雨水斗安裝尺寸／mm

圖5 天溝型雨水斗安裝示意圖

（2）懸吊管、排出管

虹吸雨水排放系統的管道固定系統被稱為“消能固定系統”，該系統根據獨特的工作原理及運行時會產生較大的震動，在設計時采用固定管卡分段補償，主要由方鋼導軌、懸吊滑動管卡、懸吊固定管卡、方鋼組合件、立管管卡等組成，其安裝如圖6所示，安裝時懸吊滑動管卡的間距Lx－1最大為10dn、固定片的間距Lx－3最大為2.5 m、立管管卡的間距LL－1最大為15dn，dn為管道直徑。懸吊管的安裝剖面如圖7所示，其立管埋地后管徑要放大，使雨水順利排出，如圖8所示。

圖6 虹吸雨水系統懸吊管及立管安裝示意圖

圖7 懸吊管安裝剖面圖

圖8 雨水管埋地出戶管徑放大示意圖

（3）溢流口

采用的虹吸雨水系統設計重現期按50年考慮，已經滿足規范要求，為防止高于設計重現期的暴雨導致雨水從搭接縫泛水進入車間內，天溝兩側設置400 mm×250 mm的溢流口。若廠房中間采用傳統的重力流雨水排水系統，匯水面積很大，則排水管多、管徑大、檢查井多。另外，廠房鋼結構屋面下為與屋面同坡度的鋼梁，若懸吊管沿廠房橫向布置，由于懸吊管與屋面距離較大（屋脊處最大）且懸吊管管徑大，因此影響廠房美觀，而且直接影響廠房的使用，所以鋼結構大跨度多跨廠房的中間跨內天溝雨水不宜采用重力流懸吊管架空方式排水。

虹吸式屋面雨水排水系統應用于大型屋面、造型復雜的屋面比重力流雨水排水系統具有更多優越性，能夠更好地滿足建筑要求，更快地排除屋面雨水，并能兼顧室內空間效果。當然，該系統也是有一定弊端的，比如降雨重現期一旦高于設計重現期，雨水將不能及時排出，因此超過雨水管道設計重現期雨水量需要從溢流設施溢出。溢流設施的設置對于鋼結構廠房尤其重要。若設置的溢流設施太小，超過雨水管道設計重現期的雨水量會在天溝內積聚，使天溝內水位迅速上升而淹沒屋面板與天溝的搭接縫，雨水會從搭接縫處進入室內。

2.6 屋面細部設計

在屋面排水設計中，考慮了當地冬季的雪比較多，在天溝內設計融雪電纜，保證雪水融化時，不滯留在天溝內，減少滲漏機會。天溝采用1 mm厚不銹鋼板，角部做成圓角，在雨水斗處增設電伴熱化雪器，防止凍裂雨水斗和排水管。天溝兩側的屋面板在波峰處設置橡膠堵頭，防止雨水、雪水倒灌滲入廠房內。還有需要注意的細部是重力式外排水落水管不能直接排在室外地面，應當設計排水溝，引導室外落水管的冬季融化雪水直接排入排水溝。同時室外地下排水溝蓋板的設計既要保證雨水、雪水順暢的流入溝內，又要保證承受貨車的行車荷載；溝內設計采用較大的排水坡度，使雨水、雪水盡快排至場地的雨水系統，保證環境衛生。

3 結語

KD廠房設計要根據場地的地形地貌、充分考慮生產物流需求，合理地布置場區總平面和單體平面，合理設計豎向標高，并將平面與結構布置有機結合起來，強調結構優化設計才能使生產流程和物流周轉順暢便捷，也是節約建設投資的前提。精心設計建筑構造及細部節點，尤其是屋面防水設計結合排水方式、屋面構造、細部多方面因素，進行反復推敲、細心設計，確保防水萬無一失，才能有效地保證建筑安全使用。另外，在北方地區，要利用陽光充足的優勢，在大面積的屋面上設置太陽能光伏發電，投資在眼下，利益在其后，低碳環保、建筑可持續。使廠房設計真正做到安全、經濟、適用、綠色、可持續。

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Design of KD plant in Lingang Industrial Park

Lv Hongwei，Wang Yijun，Zhang Zhiqiang，et al.
（Shandong Beige Architectural Design Institute，Yantai264000，China）

The KD plant used to sort and deploy auto parts has its own unique production process compared with the general industrial plant，and to solvemany technical problems in the design of KD plant is the premise and foundation of KD plant design.By taking the design of KD plant in Lingang Industrial Park，Fushan District，Yantai City for example，the paper elaborates the KD plant layout and structure design，and solves the influence of temperature on the slip deformation of the plant as well as a large area of waterlogging problems on the east side of the plant.The design realized structural safety，reasonable use，and economic cost.Setting the photovoltaic solar power that provides a clear energy makes great contribution to low carbon environmental protection and sustainable development.The paper elaborates the roof construction design，better solving the problems such as safety，beauty，insulation and lighting，and laying a solid foundation for roofing waterproof.It analyzes the roof drainage design from the aspects of siphon rainwater head，hanging pipe，outlet pipe and the overflow mouth.The application of siphon type roof rainwater drainage system to the large roof or themodelling complex roof hasmore advantages than weighting power flow of rainwater drainage system.Italso summarizes the roof detail design.Itmakes the plant design truly safe，economic，applicable，green and sustainable.

Lingang Industrial Park；KD plant；technology design

TU275.2

：A

1673－7644（2017）02－0171－06

2017－02－11

呂紅衛（1957－），女，研究員，學士，主要從事鋼結構設計及構造等方面的研究.E-mail：hhlhwzj＠126.com