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1.1绿色建筑的标准化绿色建筑需要尊重自然,因此需要对绿色建筑的各项工作进行全面地研究与分析,建立起绿色建筑的相关标准,使绿色建筑的各项节能和环保优势得到发挥,同时做到降低对生态系统和环境的影响,以制度化和标准化为突破口,做到绿色建筑与自然环境的有效结合。1.2绿色建筑的和谐化绿色建筑的建设者应该积极优化建筑与自然的和谐关系,使绿色建筑更多地引进自然因素,将绿色建筑转化为生态体系的一部分,实现绿色建筑、自然环境的和谐共生。1.3绿色建筑的细节化要对土地资源和植被进行系统性和全面性的保护,在细节上应用好技术和材料元素,使绿色建筑的环境作用和价值得到充分发挥。
2绿色建筑理念对建筑设计的重要影响
建筑设计应用绿色建筑理念是时代的必然,也是建筑行业新的亮点。从当前建筑施工和设计中的一些问题看,应用好绿色建筑理念对于建筑施工和建筑设计有着重要的价值与意义。一方面,当前能源价格暴涨,而传统建筑设计中使用的材料具有高能耗的特点,想要控制建筑造价就必须从绿色建筑材料应用上下功夫,这就体现了绿色建筑理念的经济价值。另一方面,当前建筑物使用者各种需求在增多,特别对于建筑物功能和建筑美化方面有着特殊的追求。如果建筑设计继续沿用传统方式,则势必会造成建筑能耗的增加,同时还会造成粉尘、噪声、光污染,这就需要绿色建筑设计思想的应用,通过材料、能耗、结构的控制,将绿色建筑理念融合在建筑设计工作之中,形成对建筑设计环保和社会效益的保证。
3.1工业建筑设计中节能理念的应用首先,要做好工业建筑的气候分析,对阳光采暖、自然采光和自然通风等方面要做好定性与定量研究,这样可以达到在一定程度上减少工业建筑对燃气及电能的消耗。其次,要做好工业建筑朝向分析,要充分考虑冬季的采暖和夏季的遮阳,做到对风向和阳光等自然资源的充分利用。最后,要做好工业建筑空间进深的研究,通过采光分析比较和内庭院进深比较,实现工业建筑设计最佳的方案选取并加以优化,这是实现绿色建筑理念在设计工作中更好应用的一个重要基础。3.2工业建筑设计中结构的优化为了实现节材的效果,应当适当地选择钢筋混凝土的结构,选取钢筋混凝土柱。对于组合楼板应当尽可能采用压型钢板,这样能够在正常使用状况下承担受力作用。此外,要采用高标号混凝土和高强度钢筋,并且保证其使用量在总体混凝土使用量中占据至少五成的比重,以及减少水泥和钢材的使用。另外,工业建筑装修和土建应当一体化施工,遮阳可以减少浪费和重复环节,实现绿色建筑的目标。3.3工业建筑物采用绿化系统应该在工业建筑物周边设计出绿化景观带,以方便人们的休憩交流。对于宜林地带可以种植高大乔木,以减少和阻挡冬季西北风影响到建筑物。地下室顶板应当设置600mm厚的种植土,并且将其设计成绿色屋顶系统,促进高屋顶冬季保温性能及夏季隔热性能的提高。在工业建筑物平台上可以种植藤蔓类和灌木类,这有利于对日照的调整。
4结语
关键词:工业建筑;民用建筑;建筑设计;特点
中图分类号:TU2文献标识码: A
引言
工业与民用建筑工程是我国建筑行业的重要组成部分,承担着我国工业生产以及居民生活的建筑任务,对于国家的经济发展和社会的繁荣稳定具有十分重要的意义。
一、工业建筑的概念及特点
工业建筑是指从事各类工业生产及为生产服务而建造的房屋,俗称为厂房。由于生产工艺的要求,因此对建筑平面空间布局、建筑构造、建筑结构及施工等,都有很大影响,一般工业建筑具有如下特点: 工业建筑有着体量大、层高较高的特点,为满足室内通风、采光的需要,屋顶上往往需要设置天窗和采光带;建筑设计应满足生产工艺的要求。工业建筑在总平面布局、单体的设计上需要考虑各工艺衔接的关系,并且要充分考虑整体物流的需要;工业建筑中会有众多的生产设备,而且生产设备体量较大,各部分生产联系密切,因此建筑内部应有较大的通畅空间。
二、民用建筑设计的概念及特征
所谓的民用建筑就是指给人们提供日常住所、活动场地的建筑物,不一样的人群要求民用建筑具有不一样的功能,然而不一样的功能又决定了民用建筑具有不一样的结构外观,民用建筑也可以定义成使用一定数量的材料、一定水平的技术而建立起来的工程实体,民用建筑设计的精华体现在:把设计工程师的构想转换成了看得见、摸得着的实物,而这一奇迹般的转变过程,不仅说明了设计人员具有较高的专业技术水平,同时还使得消费者的需求得到了最大程度的满足;民用建筑使用不同的结构便会有不同的受力特点,普通砖混建筑和墙是典型的受力结构,因而在设计的时候,我们应该尽量避免在砖混建筑和墙等受力不强的地方设置门、窗等,如果必须要在砖混建筑和墙等受力弱的地方设置门、窗等,那么首先应在其上面铺设预制过梁之后才可施工,对于设计高层(超高层)民用建筑时应首先考虑使用框架结构,因为墙中到处布满钢筋,所以门、窗等位置要计算准确,以防止事故发生,对于框架结构,其主要受力地方是梁、板、柱,外墙受力很小,因而可以在外墙上设置落地窗、百叶窗等,这既可以使建筑物美观大方,还使消费者需求得到满足。
民用建筑设计的环境特征民用单体建筑是整个规划群体中一个分体,民用群体建筑则是整个城市规划一个分体,民用建筑设计者所设计出的民用建筑,在内外空间组合及建筑风格等方面要充分考虑单体与群体配合。考虑民用建筑与周围地形、绿化环境相一致,使民用建筑与室外环境有机结合在一起,达到和谐统一的效果。建筑设计者在山区规划民用建筑,应顺山势起伏来设计民用建筑布局与形式,将山势与民用建筑有机结合在一起,从而产生高低错落、复杂多变的建筑布局。此外阳光、朝向、气候等环境因素也会对民用建筑外形及功能产生巨大影响。对于屋顶设计,南北方就因气候不同而设计不同,南方雨水多,在设计民用建筑屋顶时一般采用坡屋顶,设计坡屋顶可以便于房屋排水,而北方气候干燥,雨水较少,设计平屋顶即可。
三、工业建筑与民用建筑设计不同之处分析研究
1、设计程序不一样
工业建筑在进行设计的时候要比民用建筑多一个艺术资料,在进行工业建筑的时候第一步就是进行工艺设计,之后再对工业设计人员提供的工业设计资料进行分析。进行工业建筑的形式和结构进行选择的时候会有一些因素影响,比如工艺和设备还有生产操作还有生产要求等等。在进行建筑设计的时候要与工业专业进行详细的交流,根据不一样的要求进行不一样的设计。厂房就是为生产进行设计的,所以进行厂房设计的时候必须满足的就是工艺要求。在工艺设计人员进行不是的时候会和结构设计出现一些矛盾,所以结构设计的时候要进行的进行协调,不给施工带来麻烦。
2、工业建筑只注重实用性而不注重人性化
很多工业建筑只是为了生产而建立,一切都是为了生产而服务,并没有人性化的设计,但是在整个产品的生产过程中,人才是主体,如果没有一个好的生产环境,那么又如何让制造效益。所以,在现在的建筑中,设计师应该摒弃传统的生产观念,注重人性化的设计,体现对员工的关怀。只有为劳动者着想了,劳动者才会去主动的工作,而不是被动的接受。在工业建筑的设计上,要做到工业环境与人文环境相结合,让那个员工的身心都可以得到放松,对这个环境有亲切感,才能够全身心的投入到工作中去,从而创作出最好的业绩。现在,“人性化设计”这一理念虽然在现社会中很少有体现,但是在将来,他会慢慢的被大众所接受,并加以运用。
3、服务的目的不同
根据平常的状况可以看出民用建筑最终的用途就是为人们的生活提供便利。工业建筑都是运用到生产需要,主要的作用就是保证设备的安全和让生产顺利的进行。工业建筑就是为生产提供方便的地点,也是人们进行集约的地点。一般情况下工业建筑必须能够进行生产和运输还有存库等效果,不仅如此还要为人们在进行工作的时候提供一个舒适的环境。
4、荷载的作用是不同的
荷载值的准确性将直接关系到框架结构的稳定性。所以在计算荷载的时候,要特别注意不仅要考虑静荷载的影响还要考虑到动荷载的作用。另外为了满足工程建设中,设备的摆放、维修、更新等多方面的要求,露面的何在要求较高。在很多的建筑工地都有吊车,那么吊车就会有吊车荷载,吊车的荷载是由两组移动的荷载所组成分别是竖向上的垂直轮压和横向的水平制动力,最大可承受got的荷载量,吊车的荷载一般都具有冲击和振动的作用,最重要的是,吊车还是重复荷载,据计算在五十年之内,重量级的吊车的工作的荷载重复次数能达到大约五十万次左右,小一点的中级吊车荷载重复次数也达到了二十万次左右,这两个数字告诉我们要考虑到机器的疲劳度,荷载值的计算。还有,众所周知,工业建筑的抗震能力不高,是由于建筑的结构设计的并不均匀,建筑的重心也偏离了原来的轨道,很多的楼层板面有错落的现象,一旦发生地震,整个大楼就会发生扭曲,所以在计算荷载,应该及时的采取一些措施来预防。
四、工业建筑设计的未来发展问题分析研究
1、生态化
人类与自然和谐共生,“可持续发展”思想已成为人们的共识,在此原则下,提出了生态建筑学的理念。有关工业建筑的各种生态化建筑的探讨,已从建筑理论的研究深入到建筑设计的实践中,并与新建筑形式创造性地结合在一起。
2、节能省地
工业建筑设计历来就很重视设备节能,利用自然通风,利用自然采光。但工业企业合理提高建筑密度,发展节能省地型的工业厂房,严格控制新增工业建设用地,并加强监督和监管,仍是今后工业建筑设计面临的重要任务。
3、人性化
以人为本,摈弃只重生产工艺要求,轻视人的行为和心理要求的倾向,致力于真正体现与对人文关怀相结合的建筑是时代的要求。工业建筑中的空间及环境与人相融合让人们置身于良好环境中产生归属感、生活感和亲切感,最终达到提高员工的工作效率。在工业建筑设计中越来越多运用人类工程学、行为学原理,创造满足生产和人的行为需求的建筑环境。
结束语
随着工业建设的发展及科学技术进步,我国的工业建筑设计水平,在大量创作实践过程中,有了长足的进步和飞跃的发展。目前已步入了完善和科学化、现代化的轨道。但从发展的眼光来看,在工业建筑设计领域中,尚有需要改进、提高、完善、充实的方面。建筑师的责任是在一个工程中主要进行功能、环境景观、造型、美学的总体构思使工业建筑设计达到既能满足建筑艺术、空间和色彩、建筑环境要求同时又能满足工艺生产的特殊功能要求的目的。
参考文献
[1]刘彬传 对民用建筑结构设计的研究 2012
【关键词】化工工业;建筑;防爆措施;平面及空间;结构
Discussion on the explosion precaution of chemical industrial architecture design
Yang Wen-yang
(Hubei Institute of Aerospace Chemotechnology Xiangyang Hubei 441003)
【Abstract】 In the defence chemical industry, the production of initiators and pyrotechnics is an important component. There are great explosion hazards during the production and storage of initiators and pyrotechnics and their auxiliaries, so a series of explosion precautions are usually employed to prevent accidental explosion in the chemical industrial architecture design. In my paper, the definition, source and classification of explosion are stated firstly, and then the explosion precautions of the chemical industrial architecture design are discussed from such aspects as building plane and space design, anti-explosion design of structures and building explosion-proof measures. Reasonable decoration of general layout and selection of flat form are two factors in the building plane and space design. Explosion venting and anti-knock are two other factors in the anti-explosion design of structures. In addition, some measures, such as natural ventilation, heat insulation and cooling, surface insulation of electrostatic conductivity, misfiring floor as well as new antiknock materials, can also be used in the building explosion-proof area.
【Key words】Chemical industry;Building;Explosion precaution;Plane and space;Structure
国防化工工业是我国国民经济生产中重要的组成部分,其中火工品在国防化工产品中占据重要地位。就火工品生产的特点来说,其所使用的原料,半成品到成品有相当多的是易燃和有毒的,这些物质往往在高温、高压或冷冻的条件下,通过密闭的设备、容器和管线进行连续的反应和输送,因此,生产过程中存在很大的爆炸危险性。
火工品建筑是指用于火工品生产、存放和储存的一类建筑,其设计区别于普通的建筑设计特点,重点应考虑其各项工艺生产需求。在火工品生产存储过程中,会产生许多可燃气体、可燃蒸汽、可燃粉尘等物质,在“跑、冒、滴、漏”情况下,极易与空气混合在一起,逐渐形成浓度达到爆炸极限的混合物,遇到火源立刻就会引起爆炸,造成人身伤亡和财产损失。因为爆炸是突发性的,其危害范围及后果一般难以预测,甚至不能及时进行消防和扑救,给火工品生产带来严重影响及重大损失,并可能造成人员的伤亡,因此根据爆炸发生原理,可在火工品建筑设计中采取一系列防爆设计与措施来有效防止爆炸事故的发生。
1. 爆炸的定义、根源和分类
1.1 爆炸的定义。
爆炸是大量的物理能量或化学能量在瞬间迅速释放或急剧转化成功或机械、光、热等能量形态的现象。
1.2 爆炸的根源。
爆炸需要三个条件:达到爆炸上下限之间浓度的爆炸危险源、空气(氧化剂)和火源。三者缺一不可,共同作用产生爆炸。
1.3 爆炸的分类。
1.3.1 爆炸包括物理爆炸(如:蒸汽锅炉爆炸)、化学爆炸(分为火、炸药的爆炸,以及各种爆炸性能混合物的爆炸)、原子爆炸(如原子弹)等种类。从爆炸发生的位置和建筑物相对的关系来说有下列两种情况:
(1)内爆:指爆炸在建筑物内部发生,亦称“有爆炸危险”的建筑。在现行《建筑设计防火规范》中,称之为有爆炸危险的甲、乙类厂房。
(2)外爆:指爆炸在建筑物外部发生,亦称“有爆炸危险环境”的建筑。爆炸危险环境按现行《爆炸和火
灾危险环境电力装置设计规范》的分法可分为三类,8区。
1.3.2 在防爆设计中,需要根据不同情况,采取相应的防爆对策。在内爆情况下,主要采用“泄爆”;在外爆情况下,主要采用“抗爆”。
2. 建筑平面及空间设计
2.1 合理布置总平面。
(1)具有爆炸危险的厂区要避开居民点、学校、工业区、旅游区重点建筑物、铁路和公路运输线、高压输电线等,对有爆炸危险的建筑物尽可能布置在厂区边缘。山区建厂,应利用地形和自然屏障,减少爆炸事故的危害。
(2)另外厂区围墙的结构形式和高度,应根据企业性质、规模确定。围墙至建筑物、道路、铁路和排水明沟的最小间距,应符合表1的规定。
注:(1)表中间距除注明者外,围墙自中心线算起;建筑物自最外边轴线算起;道路为城市型时,自路面边缘算起;为公路型时,自路肩边缘算起;
(2)围墙至建筑物的间距,当条件困难时,可适当减少;当设有消防通道时,其间距不应小于6m;
(3)传达室、警卫室与围墙的间距不限;
(4)当条件困难时,准轨铁路至围墙的间距,当有调车作业时,可为3.5m;当无调车作业时,可为3.0m。窄轨铁路至围墙的间距,按准轨铁路的相应条件,可分别为3.0m和2.5m。
2.2 合理选择平面形式。
(1)有爆炸危险的厂房和仓库在生产工艺允许的条件下尽量采用单层建筑,以利泄爆和人员疏散。另外屋顶可采用泄压轻质屋盖,加大泄压面积,有利于尽快释放爆炸时产生的大量气体和热量,以降低室内爆炸压力。
(2)厂房的形式尽量采用敞开式或半敞开式建筑。其优点为:自然通风良好,生产过程中产生的可燃物质很快稀释扩散,浓度很难达到爆炸极限,不容易形成爆炸混合物,可以有效地排除爆炸的发生。假如爆炸不可避免地发生时,敞开式或半敞开式建筑泄压面积大,能够很快地释放大量气体和热量,使厂房的破坏损失大大降低。
3. 建筑结构的防爆设计
3.1 泄爆。
(1)有爆炸危险的厂房设置足够的泄压面积后,可大大减轻爆炸时的破坏强度,避免因主体结构遭受破坏而造成重大人员伤亡和经济损失。因此,防爆厂房围护结构要求有相适应的泄压面积,承重结构以及重要部位应具备足够的抗爆性能。
(2)框架或排架结构形式便于墙面开设大面积的门窗洞口或采用轻质墙体作为泄压面积,能为厂房设计成敞开或半敞开式的建筑形式提供有利条件。此外,框架和排架的结构整体性强,较之砖墙承重结构的抗爆性能好。因此规定易爆厂房尽量采用敞开、半敞开式厂房,并且采用钢筋混凝土柱、钢柱承重的框架和排架结构,能够起到良好的减爆效果。
(3)泄压设施可为轻质屋盖、轻质墙体和易于泄压的门窗,但宜优先采用轻质屋盖。泄压面位置应避开人员集中的场所和主要交通道路,宜靠近容易发生爆炸的部位。
(4)对于有爆炸危险的厂房,《建筑设计防火规范》中按照爆炸物的特性进行了较为详细的规定,泄压比采用0.03~0.25不等,并给出计算泄压面积的详尽方法。有爆炸危险的甲、乙类厂房,其泄压面积宜按下式计算,但当厂房的长径比大于3时,宜将该建筑划分为长径比小于等于3的多个计算段,各计算段中的公共截面不得作为泄压面积。
A=10CV2/3 (1)
式中,A——泄压面积,m2;V——厂房的容积,m3;C——厂房容积为1000m3时的泄压比,可按表2选取,m2/m3。
注:长径比为建筑平面几何外形尺寸中的最长尺寸与其横截面周长的积和4.0倍的该建筑横截面积之比。
3.1.1 轻质屋盖和墙体。
(1)《建筑设计防火规范》中规定:泄压设施的设置应避开人员密集场所和主要交通道路,并宜靠近有爆炸危险的部位。作为泄压设施的轻质屋面板和轻质墙体的单位质量不宜超过60Kg/m2。屋顶上的泄压设施应采取防冰雪积聚措施。
(2)泄压面积的构配件在材料的选择上除了要求容重轻以外,最好具有在爆炸时易破碎成碎块的特点,以便于泄压和减少对人的危害。同时,泄压面设置最好靠近易发生爆炸的部位,保证迅速泄压。对于爆炸时易形成尖锐碎片四散喷射的材料不能布置在公共走道或贵重设备的正面或附近。
(3)有爆炸危险的甲、乙类厂房爆炸后,用于泄压的门窗、轻质墙体、轻质屋盖将会被摧毁,高压气流夹杂大量的爆炸物碎片从泄压面冲出,如邻近人员集中的场所、主要交通道路就可能造成人员大量伤亡和交通道路堵塞,因此,泄压面积应避免面向人员集中场所和主要交通道路。
(4)对于北方和西北寒冷地区,由于冰冻期长、积雪时间长,易增加屋面上泄压面积的单位面积荷载而使其产生较大静力惯性,导致泄压受到影响,因而设计时要考虑采取适当措施防止积雪。
(5)总之,在设计中应采取措施尽量减少泄压面积的单位质量(即重力惯性)和连接强度。
3.1.2 门窗。
用于泄压设施的门窗,具有重量较轻、玻璃较薄、选用的五金断面较小、构造节点的处理上要求易摧毁、脱落等特点。用于泄压的门窗可采用楔形木块固定,门窗上用的金属百页、插销等可选用断面小一些的。为防止开关时碰撞二产生火花,不采用钢窗而采用木窗,不采用钢制五金零件而采用铜质零件。开启形式为外开中悬窗,这样一旦发生爆炸,因室内压力大,原关着的门窗上的小五金可能遭冲击波而被破坏,门窗则可自动打开或自行脱落,达到泄压的目的。
3.2 抗爆。
抗爆墙是耐爆炸压力较强的墙体,亦称防爆墙、耐爆墙,是抵抗外爆的重要措施。必须由工艺提出爆炸冲击波数值,结构专业据此计算后确定具体构造。抗爆墙既要具有抵抗冲击波的能力,又要具有良好的耐火性能。火工品建筑设计通常采用钢筋混凝土抗爆墙。
4. 建筑防爆的其它措施
根据发生爆炸的原理,在建筑设计中还可以采取以下措施来有效防止爆炸事故的发生。
4.1 采取自然通风措施。
采取自然通风措施,特别是穿堂风,可使生产过程中可燃物质很快地稀释扩散,浓度难以达到爆炸极限,可以排除形成爆炸的条件。南方地区可采用天窗通风;寒冷地区可采用机械排风;厂房内如存在比空气轻的可燃气体,可在屋顶设置排风帽。
4.2 采取隔热降温措施。
采取隔热降温措施,防止生产或储存的化学药品或火工品,在受热升温作用时发生化学变化而引起爆炸,可以排除形成爆炸的条件。隔热,可采用双层轻质屋面隔热、架空板隔热、吊顶隔热等屋顶隔热措施,可设置遮阳板、百叶窗、磨砂玻璃等设施,排除阳光直射引起的爆炸。
4.3 采用导静电绝缘面层措施。
根据建筑物的防雷等级按照《建筑物防雷设计规范》,采取措施。通常做法为采用涂刷导静电涂料。
4.4 采用不发火地面措施。
不发火地面可排除与地面发生摩擦、撞击产生火花而引起的爆炸。不发火地面按照材料的性质可分为金属地面和非金属地面。不发火花金属地面通常采用砼板、铝板、铅板等有色金属材料。不发火花非金属地面通常做法是配制不发火花水泥/沥青砂浆、不发火花混凝土和不发火花水磨石,作为楼面和地面。
4.5 抗爆新型材料的选用。
当前,国内外许多科研机构研制了多种抗爆建筑物材料,利用该类材料设计多层的复合结构成为建筑物抗爆研究的热点。抗爆材料质地多是泡沫金属材料以及高分子材料,具体的类型有:钢纤维泡沫铝材、高阻抗混凝土材料,硬质聚氨酯泡沫塑料、橡胶混凝土等。实践证明 抗爆、抗震材料的运用,极大地提高了建筑物结构的抗爆功能。
5. 结语
综上所述,在化工工业建筑设计中采取一系列防爆设计与措施可有效防止爆炸事故的发生。对于防爆问题的处理,往往涉及到各个专业设计,总平面、建筑、结构、工艺、自控仪表、给排水、暖通、电气等,设计过程中各专业必须紧密配合、综合考虑,深入分析不同火工品建筑工艺生产特点,因地制宜、制定周密的防爆设计方案,才能确保建筑物建成后投入安全生产和使用。
参考文献
[1] 建筑设计防火规范GB50016-2006(S). 北京: 中国计划出版社. 2006.
[2] 石油化工企业设计防火规范GB 50160-92(S). 北京: 中国计划出版社. 1999.
[3] 陈莹. 工业防火与防爆. 北京: 中国劳动出版社. 1996. 25~36.
[4] 应付钊. 抗爆建筑物的抗爆设计浅谈. 医药工程设计, 2007, 12(4): 52~54.
【关键词】工业建筑设计;美学与节能
建筑领域在经济和科学技术日益完善的时代大背景之下取得了一定程度的发展,因此其内部相应的工程环节都发生了一定程度的变化,这在一定程度上来说为人们提供了更多的建筑选择,但建筑业中的工业建筑领域因其固有的严肃性以及工艺性过于突出,其美学和节能要素的功能与作用就因此而被淡化,但这显然是不符合时展趋势的,时代所需的是更为人性化的集美学与可持续发展型节能为一体的建筑,因此工业建筑就应该在保持固有的工艺性的前提下,向美学化与节能化转型,这样其才能够符合社会的需要,而其具体应该从以下几方面入手。
一、设计师与业主的交流
设计师与业主的交流往往在民用建筑领域较为常见,民用建筑设计师通常会主动与相应住户和业主进行一定的沟通,以便于使其作品更加迎合业主和住户的要求。而这也与建筑的实际使用目的有关,民用建筑顾名思义就是供人们居住和生活的建筑空间,此空间的服务主体是人民群众,或者更进一步说是居住在其中的人民群众,因此其只有迎合了人们的需要,才能为人们所接受,否则便会出现建筑滞销等不利于建筑业获取经济效益的现象。而工业建筑设计与其不同,其建筑是被用作工业生产,因此建筑设计上就只需要注意空间的容纳性,以及建筑的质量安全性,所以建筑师很少会和业主以及住户进行一定的交流,其会根据这一种建筑类型的总体要求以及自身在设计这类建筑的经验而设计相应的工业建筑作品,这种做法在一定程度上起到了简化设计流程,节省设计时间的作用,但是其作品在一定程度上具备一定的雷同性,在个性上的表现形式并不是那么突出和富有张力。而实际上每一个工业型企业都具备一定的企业文化,这种企业文化代表了企业的个性以及独特性,其独立存在的目的就是为了使相应企业在企业形象上与众不同,进而以一种独特的企业文化魅力吸引一定的受众,从而创造自己的品牌,为自身创造一定的经济效益,因此其负责人就也会希望让自己的公司建筑也带有一定的能够彰显自身企业文化色彩的美学元素,与此同时,企业的目的是盈利,所以其会在生产的每一个环节都精打细算,以为自身的企业节省一定的经济成本,积少成多,渐渐从侧面为企业创造一定的经济效益,因此这就要求其相应建筑应该具备一定的节约性,即设计师在对用料和建筑方案的设计上要尽量为企业节约一定的成本,所以工业建筑也应该到有一定的节能要素,以符合我国可持续发展的相关要求。当前,设计出理想的生产环境和休息环境正是建筑师的职责,而首先需要建筑师与业主沟通获得一系列信息,有了这些信息,才有可能在工艺专业的条件基础上创造出更合理的功能和更舒适的空间。
二、工业建筑领域美学与节能要素的应用
1.在建筑色彩选择上的应用
色彩与形态相互依存,相辅相成,缺一不可,因此形态是色彩的承载根基,色彩是形态的彰显形式,并且色彩能够传递形态所表达不出的感彩,而这些特性放在建筑领域也极为适用。即色彩能够增加建筑的实际感观,进而对建筑在造型上的不尽如人意之处加以弥补,而工业建筑的工业属性以及公用属性会对建筑的实际美学设计思路以及节能设计思路造成一定的阻碍,因此在这里就需要借助一定的色彩成分来冲淡这种厚重的而工业感,为工业建筑增添一系列的美学观感,从而增添建筑的视觉魅力、彰显企业的文化内涵。与此同时,颜色的设计成本与实现成本要远远小于建筑的整体设计成本与构造成本,即颜色的处理要比建筑的体型更改更为经济同时也更为容易实现,这在一定程度上符合建筑的节能要求以及我国可持续发展战略的要求,因此其应该为广大建筑界呼吁使用。与此同时,色彩还能够开拓设计师的创作思路,因为设计师们对色彩有一种天生的敏感,其能够通过色彩的利用将抽象文化在视觉上的展示效果加注于具体的建筑之中,通过色彩分明的工业建筑表达出一定的工业化企业内涵以及自身对此建筑最为真实的颜色体会,从而更为增添建筑的美学魅力。
2.绿化方面的应用
不同的工矿企业总会有不同程度的粉尘、有害气体、余热、振动和噪声等向外扩散,通过绿化来美化环境、净化空气、调节气候,这样将会显著地减弱这些公害的影响并使其得到有效的改善。通过绿化把工作、休息的空间变成“绿色的空间”,不但对社会环境的美化和生态平衡有益,而且对生产、工作也会有很大的促进。
3.在节能设计环节的应用
业主及设计者应提高节能意识。高度的节能意识是使建筑节能工作顺利开展并能收到良好效果的重要保证。在“能源危机”席卷世界的今天,能源消费正以惊人的速度增长。节约能源已成为当前的一项迫切任务。建筑节能一直是我国节能工作的重要组成部分,它涉及从规划设计到使用管理的许多方面,节能建筑投人少、产出多,因此,重视和研究建筑物的节能设计问题已成为建筑节能的当务之急。
三、结束语
综上所述,工艺建筑在设计环节更加需要美学的彰显以及节能的设计,因为其代表了一种独特的工业企业文化,而文化的彰显必须通过一定的美学元素作为承载物,同时工业企业以取得一定的经济效益作为自身的经营理念,而建筑的修建成本的节约也就会在一定程度上从其总成本的减少上得到反映,所以工业建筑的设计环节会更加需要美学与节能的设计元素,其有利于提升建筑的文化内涵,有利于给人们以美的享受,同时还有利于促进我国建筑事业的顺利发展与革新,因此,必须认真对待工业建筑设计的美学与节能要素在具体设计环节的诠释。
参考文献
[1]杜越西.浅议工业建筑设计的美学与节能要素[J].石油化工设计,2009
轻钢结构工业建筑的适用性是指在室内物理环境上满足职业卫生和生产人员的劳动安全的要求,在空间上要满足生产工艺的需求。而在实际的工程中,室内物理环境的质量常常有许多地方没有达到人们的基本要求,人们在设计中往往比较重视空间设计。空间设计一般体现在声环境、热环境、光环境几个方面。
(1)声环境轻钢结构工业建筑室内噪声的来源可以分为三类:振动噪声、雨水撞击声及空气噪声。根据其噪音的来源不同,采取的阻断方式也就不同。对于振动噪声,一般采取的办法是采取阻断振源。除了在主体钢结构与振源间设隔振沟之外,还对设备自身采取一定的减振措施,使其提高隔断效果。雨水撞击声的阻断方式,则是采用一定具有隔断声音措施的材料来达到降低噪音的目的。为了减少空气带来的噪声,对轻钢结构建筑一般采用的是50厚的岩棉夹芯板。这种岩棉夹芯板可隔声降噪大约达到29dB(A)。
(2)热环境是指由太阳辐射、气温、周围物体表面温度、相对湿度与气流速度等物理因素组成的作用于人、影响人的冷热感和健康的环境。轻钢结构工业建筑主要是通过通风和保温隔热来控制室内热环境的。通风可以在靠屋脊的位置安装通风器,保温隔热主要是通过采用特殊的隔热材料来满足要求的。
(3)光环境轻钢结构工业建筑对于室内的采光要求很高,一方面可以节约室内照明,一方面可以保证生产的安全。采光材料的选择应与采光要求和其他围护构件的耐久年限相适应,采光材料一般为玻璃纤维聚酯(FRP)采光板和聚碳酸酯(PC)采光板。
二、安全
轻钢结构工业建筑安全一般指的是防腐、防火、抗风、抗震、防爆及防雷等,本文主要结合笔者自身的结构专业经验,对轻钢结构工业建筑防火设计进行了简要的分析。
安全设计是轻钢结构工业建筑设计中一个比较重要的设计步骤,工业建筑的火灾危险性是根据产品的性质特点、原料在整体中所占面积比例和生产工艺及其原料来确定的。此外,建筑耐火等级的确定还需要结合工程规模来确定。在设计中为了节约工程造价,其戊类厂(库)、多(单)层丁房采用轻钢结构时一般是可以不做防火保护的。对于那些需要做防火处理的钢构件,则在建筑中一般采用的措施是刷薄涂型防火涂料。另外,在建筑中所采用的防火涂料的各项性能指标都需要满足《钢结构防火涂料应用技术规范CECS24:90》中的要求。其施工技术也需要严格按照规范实施,所有钢构构件的耐火极限都需要满足《建筑设计防火规范GBJ16-87》的要求。轻钢结构工业建筑(除甲、乙类外)一般规模都较大,往往在厂房中附设仓库和办公用房,并设有夹层。大多数为综合性厂房,需分成多个防火分区。在设计和施工中,钢结构构件的防火问题一般会得到重视。而建筑物中,水平和垂直方向防火分隔构件的完整性往往会被忽视。
如工业建筑中常见的防火隔墙,笔者在校对施工图纸和验收工程中看到过许多外墙屋盖与内隔墙间的空缝并没有采取有效的封堵措施的情况。封堵材料可采用钢板刷防火涂料或防火板,耐火极限应根据该防火隔墙上的防火门窗的要求来确定,构件间的缝隙应满嵌防火密封胶。
三、经济
优化建筑方案的设计是控制轻钢结构工业建筑经济的最佳手段。其优化设计一般需要根据生产的特点和企业的要求实施,这其中就包括项目的选址、规划总图位置、划分防火分区、选择建筑材料、确定建筑耐火等级和耐久年限、控制单体规模和设计建筑造型等方面。除了需要满足结构上多方案的比较、得出最优的柱距和断面之外,还需要结合建筑美观、保温隔热等要求选择强度高的夹心板,适当减少用钢量,增大檩距。为了降低用钢量,还需要配合建筑、电、水、工艺、暖通等专业的要求适当增加吊挂荷载(尽可能均布)。尽量采用定型的产品,减少异型构件带来的造价增加。尽量考虑压型钢板等构件的模数尺寸,减少材料损耗。对装饰性等方面要求低的建筑,墙面板选用低波压型彩钢板,屋面板选用低波压型镀锌板,保温隔热材料可选用低容重的岩棉或玻璃棉,底(内)衬材料可选用加筋铝箔。总之,要根据业主和建筑功能要求,在满足规范要求的前提下,尽可能用经济、可靠的方案来构造材料。
四、美观
轻钢结构工业建筑的特点是形体简洁、规格统一、体量较大、构建的类型较少,因此轻钢结构应该根据其自身的特点,尽可能的采用较少的构架。它对避雷针、点支玻璃雨棚、企业名称等可起到画龙点睛的作用;对外墙板,如弧形彩钢板、大型氟碳涂层水平安装夹芯平板、高(低)波压型彩钢板、小型彩钢竖直安装平板等材质的变化、光影效果和线条对比也会形成韵律感。
五、结语
工业建筑以其独特的形式和功能恰当诠释了建筑的“线性美”。
【关键词】线性;工艺;标准;内涵与意义
1 社会背景:
辽宁老工业基地的搬迁,成就了今天工业建筑设计市场的繁荣。工业企业的建立和发展是城市兴起的物质基础,是推动城市发展的积极因素。在一般城市中,工业用地约占城市用地的20~35%,而在拥有大型工业企业和工业产值较高的城市中,工业用地的比重高达50%以上,有些则是完全以工矿企业发展起来的城市,如我国的鞍山、大庆等城市。因此,工业企业在城市中的布置,对于城市的结构和布局,城市居民的劳动和生活都有很大的影响。所以在布置工厂总平面时,不仅需要考虑本厂布局的合理性,还应注意该厂在城市规划中所处的地位和作用以及与周围环境的联系和影响等。偌大的设计市场中,工业建筑可谓是独树一帜。它不同于相对标准的住宅设计,将卧室、厅堂、厨卫等相对固定的单元进行重新组合再生,也不同于相对灵活的公建设计,可以适当的将自己的设计理念融于其中,打造属于自己设计道路上的地标建筑。也许工业建筑相对远离我们的居住生活区域,不象林立栉比的住宅园区那样随处可见,也不想地标建筑那样经常见诸于报纸电视,可是我们的生活却离不开这些被忽略的、不太被重视的工业建筑,它为我们的生活默默的做着贡献。
2 设计分析:
2.1 总平面直线性
工厂总平面设计是一项复杂的、综合性技术工作,它是城市总体布局的有机构成部分,需要各方面的技术人员参加,共同研究讨论,从全局出发,互相配合,分别解决本专业的有关问题,设计是整个工程的灵魂,总体设计是首要部分,因此在工作中,必须密切协作,共同完成总平面设计任务。根据工业企业的不同要求,合理布置生产及生活辅助用房,做到适用、好用。厂房按照工艺要求,适当的划分为若干跨度,18 m、21 m、24m、36 m等都是厂房通常取的合理跨度,这样能让厂房里的设备摆放和结构构件不起冲突,更能合理的利用内部空间。因此厂房的直线性是优化设计得来的,是更适应工业建筑的设计方式。厂区内的道路也通常是宽敞笔直,路宽7m~20m,转弯半径6 m ~9 m,这样能够在合理用地的基础上,高效的提高生产效率,车来车往,形如流水,将原材料的输入和成品的输出更好的运作起来。
一些厂房大体量,空间、跨度、进深等尺寸都较大的建筑物,应设置满足消防车穿过建筑物的消防车道或进出内部的出入口,设置穿过建筑物的消防车道有困难时,应采用设置环行消防车道的方式来满足灭火需要。厂房和道路的直线性对厂区内的外网设计也打下了良好的伏笔。
2.2 平面直线性
工业建筑的内部工艺决定着厂房的平面形式。厂房建筑的平面和竖向协调模数的基数值均应取扩大模数3M。(注:M为基本模数符号,1M等于100mm。)厂房建筑构件的截面尺寸,宜按1/2M或1M进级。厂房的跨度在18m和18m以下时,应采用扩大模数30M数列;在18m以上时,应采用扩大模数60M数列。厂房山墙处抗风柱柱距宜采用扩大模数15M数列。
工厂总平面设计的任务是在厂址选定后,按其在城市规划中所处的地位,根据生产工艺的要求,及所在地区的具体条件,经济合理地综合解决各建筑物、构筑物和各项公用设施在厂区的平面和竖向布置,合理选择厂内外的交通运输系统;布置工程技术管网;并统筹厂区的绿化和美化,从而创造完善的工业建筑群与厂区环境。
2.3 墙面直线性
根据厂房的使用功能和工业建筑的内涵,通常工业建筑的外立面为简单明快、韵律感强为主要特征。虽然不及民用建筑般精雕细作,但其粗矿、厚重的外面更能让人折服,不要一丝累赘,让每一砖让每一瓦恰如其分,都因为“表由心生”,它的实质就是它的表象存在的意义。每一柱距的开窗被简单的划分为水平单元或是垂直单元,亦或是混合单元,它们无声的诉说着这里看似简单的外表下,存在着多么了不起的社会价值。规规矩矩的窗扇让最多的光线进入厂房,在工人能更好的工作的前提下,更多的节约能源;规规矩矩的窗扇让最大的和风进入厂房,在工人能更舒服的工作的前提下,更多的带来清新的空气。
厂房的高度也成就了工业建筑挺拔威武的性格,根据不同工艺的要求,给厂房量身定高,有吊车和无吊车的厂房(包括有悬挂吊车的厂房)自室内地面至柱顶的高度应为扩大模数3M数列。有吊车的厂房,自室内地面至支承吊车梁的牛腿面的高度应为扩大模数3M数列。
2.4 地面直线性
地面常有大面积的堆载和耐磨等要求,因此平坦、结实的地面是与工业建筑的生产和生活息息相关的。厂房内部各车间和各工艺之间流程也要求做到连贯,便于生产的流水作业,提高生产效率。
2.5 屋面直线――满足车间吊车运行,工艺布局等的要求
因为工艺上要求厂房内部设备的摆放,和各部门的协作,需要厂房大跨度,屋架大跨度,单同时会带来厂房采光和通风方面的问题,因此在大跨度的厂房除在墙面开窗采光外多采用顶部采光带来弥补采光方面的不足。在充分高效的利用空间的前提下,屋面在完成遮蔽功能的任务同时,担当着采光与通风的比较主要的角色。
通风在厂房设计上采用自然通风和机械通风相结合的方式,若厂房有局部焊接等有烟气危害的工段,可采用封闭工段,局部通风的方式来解决。为了保持墙面完整的韵律感和降低空气的污染,顶部通风成了主要的手段。
况且工业建筑的建设不像房地产市场上的住宅等有成倍的利润,――致使降低成本也是重要议题。直线性的屋面形式又成了工业建筑设计的最优选择。
建筑速度与效益直接挂钩,因此近期内施工周期最短的轻钢厂房格外受到青睐。工业化时代,标准化规格统一,提高生产效率,更好更快的服务于社会。
直线性建筑成了工业建筑的主要特点,它除了对生产更适应,更高效,对生产进一步扩大,二期扩建厂房等提供予留和方便条件。
厂房体量大,在布局上对周边道路、堆场也产生了相关影响,路直,堆场相对集中,为二期予留提供方便条件,为日常的生产运作也起到了良性的刺激作用。
3 综述
我们提出的“两观三性”1认为,建筑创作要基于整体观以及可持续发展观,结合具体的地域和文化特色,运用现代的理念和技术。这实际是地域性、文化性、时代性三性的统一,也是一种人文关怀的体现,是建筑创作的出发点。
建筑内部性能与外部环境需求的分析综合“生成”而来。工业建筑工艺为根本,各个专业需围绕工艺进行配合,因而建筑设计也受到了一定的约束。大多数厂房的设计性格本质实在,无需过度标榜外表,
1.1柱网布置
因此刚架间距和跨度可根据工艺要求灵活确定,通过大量工程实例分析比较表明,刚架跨度采用15m~36mm,刚架间距采用6m~9m是比较经济合理的,由于计算风荷载作用下门式刚架工业建筑维护结构构件时边缘带的风荷载体形系数普遍大于中间区风荷载体形系数,为了同一建筑内各柱距的屋面檩条和墙面檩条型号统一,两端边缘带的刚架间距宜适当小于中间区的刚架间距。
1.2支撑体系
单层轻钢结构工业建筑钢排架侧向刚度相对较弱,为了抵抗水平风荷载、吊车刹车荷载和地震作用,应在设置柱间支撑的开间同时设置屋盖横向支撑,以组成几何不变体系,柱间支撑最好设置在温度区段端部的第一个开间内。柱间支撑的间距应根据建筑的柱距、吊车情况和安装条件确定,一般无吊车的工业建筑柱间支撑间距不宜超过45m,有吊车的工业建筑柱间支撑间距不宜超过60m。
1.3围护体系
轻钢结构工业建筑的维护体系由最外侧的压型彩钢板和内侧主刚架、山墙抗风柱、屋面檩条、墙面檩条等主次结构组成。屋面压型彩钢板均宜采取沿着垂直刚梁的方向排板,墙面压型彩钢板大多采取沿着垂直刚柱的方向排板。屋面檩条、墙面檩条的间距主要由各种外部荷载作用时其自身强度、稳定性、刚度和外侧压型钢板的面外刚度决定。当屋面双檩条兼作屋面支撑之间的刚性系杆时,应结合山墙抗风柱的位置考虑屋面檩托的设置,其目的是使各抗风柱顶部的刚架梁上翼缘相对应处存在檩托,以便于设置屋面双檩条,墙面檩条的间距还受门窗洞口的尺寸影响,当门窗洞口太大时应采取加强墙面檩条或增设墙柱等措施保证墙架的结构安全。
2门式刚架轻钢结构工业建筑结构设计要点
2.1钢材种类的选择
虽然我国生产的碳素钢有一百多种,合金钢有三百多种,但由于受到轻钢结构对钢材较高的强度、足够的变形能力、良好的加工性能等要求的影响,真正适合用于轻钢结构的只有碳素钢和合金钢中少数几种钢材,当采用设计规范还未推荐的其它钢材时,应有可靠的依据,以确保轻钢结构安全。大量工程实践经验表明,素钢中的Q235钢以及合金钢中的Q345钢是最适合用于轻钢结构的钢材。刚架、吊车梁等存在大量焊接工艺的主要结构构件应采用Q235B级钢或Q345B级钢,根据当前市场上的钢材价格,若刚架跨度、间距较小、荷载不大、吊车吨位较小时,刚架、吊车梁采用Q235B级钢,否则采用Q345B级钢,檩条、支撑、抗风柱等焊接工艺量不大的次要结构构件均可采用Q235A级钢,都能获得较好的经济效益。
2.2承重柱
轻钢结构工业建筑的承重柱一般多采用焊接工字形截面柱或热轧H形截面柱,无吊车的较低工业建筑宜采用柱脚小、柱顶大的楔形变截面柱,有较大吨位吊车的工业建筑宜采用等截面柱,当由于刚架高度、跨度、风荷载很大同时又带有很大吨位的吊车时宜采用阶梯形柱,肩梁或牛腿以下的为较大的等截面字工形柱或格构式柱,肩梁或牛腿以上的上段为较小等截面工字形柱。上、下段柱是通过肩梁或牛腿连为一体的。上段柱内翼缘应当以开槽口的形式直插到肩梁或牛腿的下翼缘并与之全熔透焊接。
2.3承重梁
轻钢结构工业建筑的承重梁也多为焊接工字形截面柱或热轧H形截面,截面尺寸除满足强度、稳定、挠度、翼缘宽厚比、腹班板高厚比等要求外,还应通过合理的截面变化和分段以达到经济合理、运输安装方便的要求,例如弯距变化幅度较大的梁段可采用楔形变截面工字形截面,弯距变化幅度不大的梁段宜采用等截面工字形截面。
2.4吊车梁
考虑到钢材的强度高而钢构件稳定性差得特点,吊车梁一般都设计成上翼缘较宽且厚、下翼较窄且薄的单轴对称焊接工字形截面,当吊车梁跨度较大时,也可将吊车梁设计成两端向跨中逐渐变高的鱼腹型梁,同时宜采用制动梁或制动桁架作为吊车梁上翼缘的侧向支撑。吊车梁由于受到竖向、横向、纵向三个方向荷载的作用,所以设计时应采取良好的连接方式来传递三向荷载,例如吊车梁与牛腿采用一对间距较小的高强度螺栓来连接时不但传力安全可靠,又不改变其简支梁的特性。
2.5屋盖横向支撑
屋盖横向支撑一般均可采用带张紧装置的十字交叉圆钢,交叉夹角应在30°~60°范围内,接近45°为宜。同一开间内两相临横向支撑之间应设置刚性系杆,屋面檩条(单檩条或双檩条)若能满足对压弯构件的刚度和承载力要求,屋面檩条则可兼作刚性系杆。
2.6柱间支撑
轻钢工业建筑的主要承重结构门式刚架侧向刚度相对于面内刚度而言要小得多,但承受的面外的水平力并不小,因此柱间支撑的截面大小及连接方式均应由计算确定。如果无吊车或吊车吨位较小,同时风荷载、雪荷载不大的轻钢建筑可采用带张紧装置的十字交叉圆钢作柱间支撑,否则应采用角钢或槽钢等热轧型钢作柱间支撑。若柱间支撑为十字交叉形,则交叉夹角应在35°~55°范围内,接近45°为宜。阶梯形下段柱截面较大时柱间支撑一般宜设计成双片,双片支撑之间采用单角钢的缀条相连。上段柱柱间支撑一般可设计成单片。当上、下段柱柱高相对于柱距较大时,上、下段柱的柱间支撑应分层设置,同时上、下层柱间支撑之间必须设置经过计算的刚性系杆,牛腿或肩梁上、下两侧的柱间支撑之间的刚性系杆可由吊车梁代替。支撑的连接宜采用焊接或高强度螺栓连接。大量的分析研究表明,许多钢结构建筑工程事故的主要原因都不是因为构件强度不足,而是构件丧失了整体稳定,因此支撑、刚性系杆等侧向构件的计算与构造是轻钢结构工业建筑设计的一大重点。
2.7檩条与抗风柱
屋面檩条和墙面檩条的跨度和荷载不大时一般多采用C型或Z型冷弯薄壁型钢,屋面檩条的力学计算模型是双向受弯的简直梁或连续梁,当屋面双檩条兼作刚性系杆时,还应具备作为压弯构件所必须的刚度和承载力,否则应采用钢管、型钢或其它截面的杆件作刚性系杆。为达到轻钢建筑整体美观、压型彩钢板防腐蚀、抗碰撞的效果,室内地面以上一定高度范围内的墙体多采用砖墙或砌块墙,墙面压型彩钢板底部可固定在砖墙或砌块墙顶的钢筋混凝土压顶上,同时考虑到压型彩钢板自身在面内也具备较大的刚度,墙面檩条的力学计算模型可视为仅承受水平风荷载而不承受竖向荷载的单向受弯的简直梁或连续梁。屋面檩条和墙面檩条还应按相关规范设置拉条、撑杆和隅撑。屋面檩条和墙面檩条当跨度和荷载较大时宜采用轻型槽钢、工字钢,屋面檩条也可采用由角钢制成的桁架。抗风柱由于所受的竖向力远小于水平力,因此力学计算模型可近视的简化成单向受弯的简直梁,抗风柱可采用热轧H型钢截面。
2.8节点构造
单层轻钢结构工业建筑梁、柱多采用焊接工字形截面或热轧H形截面。在弱轴方向钢柱与侧向构件的连接多采用铰接,而强轴方向钢柱与钢梁的连接多采用刚接;无吊车或吊车吨位较小时钢柱柱脚与基础多采用铰接,吊车吨位较大时钢柱柱脚与基础多采用刚接。为了解决钢柱柱脚防腐的问题,通常将钢柱柱脚用较低标号的细石混凝土包裹(保护层的厚度不宜小于50mm),并使包裹的混凝土高出室内地面100mm~150mm,并宜在包裹柱脚的混凝土中配置少量的水平环形箍筋和竖向架立筋以避免出现裂纹。3.9地基基础如果场地地质条件比较好,轻钢结构工业建筑的基础一般采用柱下独立基础,由于室内地面以上一定范围内的墙体或一层窗窗台以下的墙体多采用砌体墙,因此墙下一般多采用现浇钢筋砼基础梁来承受砌体墙并能有限的抵抗基础不均匀沉降,同时由于室内外高差的存在,基础梁还起到挡土的作用。如果场地地质条件较差但没有较大吨位的吊车荷载作用于刚架柱上,可优先采用合适的地基处理方法来抵抗基础较小的不均匀陈降现象。如果场地地质条件很差而且又存在较大吨位的吊车荷载作用于刚架柱上,通过地基处理的方法已经无法解决由于基础不均匀沉降引起的吊车爬坡导致不能正常工作的问题时,可采用现浇钢筋砼条形基础或桩基础,当采用桩基础时应根据当地的实际情况选用经济合理、安全可靠的桩种类,比如在条件允许时可优先采用钢筋混凝土预制管桩,考虑到轻钢结构工业建筑钢柱柱脚轴力较小而弯矩较大的特点,将承台底刚架平面内方向上的基桩间距设计得较大一些,一般可取得经济合理、安全可靠的效果。
3使用软件计算时建模技巧和计算图文的分析
目前门式刚架电算软件以中国建筑科学研究院开发的PKPM系列软件的中STS模块在实际设计工作中应用较为广泛,因此本文按STS模块中门式刚架二维设计来介绍门式刚架的建模技巧和计算图文件分析。
3.1模型建立
门式刚架的轴线既可采用网格生成中各种工具栏绘制,也可采用模块化输入跨数、跨度、单双坡、坡度、柱顶标高、牛腿标高、屋面坡度等信息快速建模生成轴线省时省力、既快又准,钢梁分段时宜尽量将梁段拼接节点设置在弯矩较小的部位,并根据刚架梁上内力图特点、加工、运输、吊装能力等综合因素确定梁段的长度和段数,楔形钢梁、钢柱楔率不宜过大,通常每延米变化幅度不大于60mm时腹板可取得较大的高厚比,在满足腹板高厚比和翼缘宽厚比的前提下,将梁、柱设计成“薄而大”的截面因能以较少的钢材获得较大的截面抵抗矩,故既能达到控制住结构变形又能取得较好的经济性。
由于门式刚架结构变形以及强度受荷载影响敏感,因此实事求是的输入竖向荷载也是取得经济合理效果的关键因素,钢梁上的竖向恒荷载主要是屋面维护体系的自重,实际工程中屋面多采用内夹轻质保温材料的夹芯板,内外带彩色防腐涂层的压型钢板厚度一般多在0.6mm以下,内夹聚氨酯、玻璃棉等轻质保温材料厚度一般都不超过100mm,包括屋面冷弯薄壁型钢檩条、屋面水平支撑、拉条、撑杆、隅撑、刚性系杆等在内的屋面体系自重一般每平米仅0.22~0.30KN,采用不保温的单层压型彩涂板的仓库,屋面体系自重更小,一般每平米仅0.19~0.25KN,因此不建议无根据的在钢梁上输入较大的恒荷载;钢梁上的竖向可变荷载主要有两类,一是钢梁上的设备吊挂荷载,二是屋面集灰荷载和雪荷载,设备吊挂荷载按实际情况输入到钢梁上,至于集灰荷载仅在设计诸如水泥生产、金属冶炼等粉尘污染较大或位于沙尘暴频发地区的工业建筑才考虑其对结构的影响,除此之外的绝大对数轻钢结构工业建筑的屋面可变荷载可仅考虑雪荷载对结构的影响,对于单榀刚架的水平受荷投影面积大于60平米时,可变荷载无须按《建筑荷载设计规范》中不上人屋面去取值,合理的可变荷载取值应该是当雪荷载每平米大于0.30KN时,可变荷载可按实际的雪荷载取值,当雪荷载每平米小于0.30KN时,可变荷载每平米可按0.30KN取值,对于单榀刚架的水平受荷投影面积不大于60平米时,则应按《建筑荷载设计规范》中不上人屋面取每平米0.50KN;输入风荷载时,应正确判断地面粗糙度类别,如果采用自动布置方式输入风荷载,需要注意的是对于自绘轴线建成的刚架,应检查柱脚标高是否为0.000;吊车荷载输入时除应准确输入由吊车参数导算出的吊车最大轮压传至柱牛腿的反力、吊车最小轮压传至柱牛腿的反力、吊车横向荷载传至两侧柱上的水平力,还应考虑吊车梁自重在牛腿除产生的附加竖向荷载和附加弯矩对刚架的影响。
钢构件计算长度对稳定计算结果的主要影响因素,刚架梁、柱平面外计算长度一般取侧向支撑点之间的间距,满足计算和构造要求的屋面隅撑和柱间通长刚性系杆可分别作为刚架梁、柱侧向支撑点,同时施工图中控制隅撑和刚性系杆间距不得大于模型中刚架梁、柱平面外计算长度;除无吊车或吊车吨位较小以及个别摇摆柱以外,不宜大量设置铰接节点;计算参数输入主要是合理选择结构类型和设计规范,对于高度不超过12m、吊车吨位不大于20t的门式刚架的结构类型都可选择为门式刚架轻型房屋钢结构按《门式刚架轻房屋钢结构技型术规程》去计算,根据大量的工程实践表明,高度在12~15m之间、吊车吨位在20~32t之间的门式刚架的结构类型还可选择为门式刚架轻型房屋钢结构按《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》去计算、按《钢结构设计规范》去验算,刚架梁宜按压弯构件验算平面内的整体稳定性,活荷载应考虑不利布置对结构的影响。
3.2计算图文的分析
对计算结果的分析是模型纠错、优化设计的主要依据,因此设计者应对计算图文进行仔细比对分析。模型纠错主要是通过分析计算图文是否有异常状况从而逆向判断模型的正确性。例如如果发现钢柱牛腿位置轴力包络图无大的突变,则很可能是模型中漏掉了吊车荷载;应力比图中要是仅平面外应力比远远超标,则应首先检查模型中平面外计算长度取值是否正确;计算超限信息中变截面构件腹板高厚比控制远远严于《门式刚架轻房屋钢结构技型术规程》的要求,则很可能是因为变截面构件的楔率过大。
优化设计主要是根据应力比图、挠度图、位移图去调整刚架梁柱截面尺寸以取得最佳的经济效果,抗弯承载力比值超限时调整截面高度远比加大翼缘、腹板厚度更有效,平面外稳定应力比超限时调整翼缘宽度远比加厚翼缘厚度更有效,不受强度控制的刚架宜采用低强度的碳素钢钢材,主要受强度控制的刚架宜采用高强度的合金钢材,解决翼缘宽厚比和腹板高厚比超限时采用低强度钢材比采用高强度钢材更有效,将刚架柱脚、粱柱节点设计成刚接比设计成铰接更能减小刚架的变形,对于30m以上大跨度的刚架,出于观瞻的考虑,更应高于轻钢规范的要求去从严控制钢梁的挠度。刚架优化设计实质就是在模型与实际工程相符、荷载输入不遗漏、计算参数选取合理的前提下,以试算结果为依据,通过不断调整构件截面规格使各项计算指标同时接近相关规范规定的控制值并留有适当的安全储备裕量的一个过程。
关键词:环境美学;工业建筑;建筑设计;以人为本
随着时代的不断进步,信息化社会的前提下,我国社会发展的工业化进程更是蓬勃发展并日益加快,密集型工业建筑群称为今年城市规划的主要形式,而单纯的追求工业建筑的生产功能性已经早已遭到时代淘汰,与环境相适应的工业建筑设计是时代的必然趋势,也就是说现代化的工业建筑除了要满足生产工艺之外,还要妥善处理好工业建筑体量、肌理与环境之间的关系。大跨度、大空间、大面积是现代化的工业建筑普遍存在的特征,而它的这种特征对环境会造成巨大影响,为了要深刻落实我国保护环境、节约资源的基本国策,将环境美学融合在工业建筑设计中是以人为本的可持续社会的必然要求。
一、环境美学
环境美学着眼于人类的生存环境,随着时代的不断进步,人民群众的生活水平提升的同时,对生活质量的要求也有所提高,其审美意识也发生了很大的变化,环境美学给人们的生活、健康、工作带来了很多积极的影响。近几年来,工业建筑的大规模开发带动了我国经济建设的稳定发展,同时也给生态环境造成了不同程度的影响,工业建筑活动对生态环境带来了很多污染,环境的恶化,生态系统的破坏都严重影响着我们生存的家园,面对各种自然灾害不断侵蚀着我们生活环境的情况下,人们开始认识到保护环境的重要性,优美的生活环境对人们的生存与发展是多么的重要。环境美学就是在这样的情况下诞生的,大力开展环境美学,能够大大降低环境污染,给人们提供一个健康的生活环境,使人们时时刻刻保持着愉悦的心情,促进其身心健康的稳定发展。
二、环境美学与工业建筑设计之间的关系
社会工业化进程的逐渐加快给我国生态环境造成了很大的影响,越来越严重的环境污染侵袭着人民群众的生活环境,生态、工程、环境之间的矛盾逐渐激化,稍有不慎就会造成全面崩溃的情况,不仅会对人民群众的生活、工作、健康带来不同程度的影响,还会阻碍我国经济建设的稳定发展。宜居的生活环境是人类生存发展的不懈追求,而工业建筑活动却打破了这一模式,造成了严重的环境污染,不利于人类的生存与发展。为了妥善解决这一问题,将环境美学与工业建筑设计相结合是非常重要的。在环境美学的视野下,生态、工程、环境是其发展的基础,是与现实生活向结合的媒介。从宏观的角度看环境美学,维持生态环境的平衡发展是宇宙的根本法则,人类面对宇宙的根本法则是无力反抗的,也就是说,人类的生存与发展不应该对生态环境造成破坏,维持生态环境的平衡发展是人类的责任与义务。但是,在实际人类的发展过程当中,或多或少都会对生态环境造成不同程度的影响,人类的文明活动是建立在工程的基础上的,这些工程可大可小,大到一座城、小到一座水坝,其建筑设计都会对生态环境的平衡发展造成影响,破坏了生态环境的美感。面对这种情况,有两个问题逐渐突显出来,一是如何在不破坏生态环境的前提下,进行城市工业化的发展,维持生态环境的平衡;另一个是将工业建筑工程改造成新的园林景观,创造出比原来的生态环境更能满足人们审美要求的园林景观。
三、环境美学视野下的工业建筑设计
(一)工业建筑设计要符合环境美学的要求
在环境美学视野下的工业建筑设计减少了对生态环境的影响,工业建筑活动对生态环境的介入越来越少,对维护生态环境的平衡发展有很大的帮助。也就是说,环境美学就是工业建筑设计的参考依据,其设计方案要符合环境美学的要求,将建筑设计适应环境发展作为基本原则,而不是让生态环境去适应工程建筑的发展。在工业建筑设计过程中,要充分考虑环境的因素,将环境的优势利用起来,创造出能够更加明显的体现出环境美学关系的工业建筑,在潜移默化中激发环境的潜能,有效缓解生态、工程、环境之间的矛盾,促进三者的共同发展,满足人类对宜居生活环境的不懈追求。
(二)工业建筑设计中的美学环境创造与借景
工业建筑活动或多或少都会对生态环境造成不同程度的影响,这种影响是无法避免,所以。为了维持生态平衡的稳定发展,设计师可以将工业建筑工程改造成新的园林景观,创造出比原来的生态环境更能满足人们审美要求的园林景观,有效的解决了工业建筑活动对生态环境平衡发展的影响。人类的生存与发展离不开生态环境的支持,但是人类也需要文明活动,也需要为了自身的发展而做出努力,因此无法保证不破坏生态环境的平衡发展。为了确保人类与环境能够和谐发展,不能一味的要求人类被动的去适应环境,要选择环境发展过程中的积极因素进行调节,适度的进行城市建设、工业建筑活动,在不影响人类生存发展的前提下,创造新的园林景观,满足人们的审美要求。
四、结论
综上分析可知,科学技术的不断发展虽然带动了社会的进步,但是也对环境造成了不同程度的影响,如果不将生态环境的平衡发展重视起来,人与自然将会无法和谐相处,在环境美学视野下进行工业建筑设计能够妥善解决这一问题,将环境美学的概念贯穿于整个工业建筑设计中,促进生态、工程、环境的和谐发展。
作者:高晓 单位:吉林交通职业技术学院 道桥工程学院
参考文献:
[1]卡菲•凯丽.艺术与生存[M].陈国雄,译.长沙:湖南科学技术出版社,2015.
关键词:工业建筑;设计理念;发展趋势
Abstract: the industrial building with the development of modern industry, have been gradually out of the traditional plant construction design, modern industrial production to building had the higher, the renewal requirement, the design of the industrial architecture in content and form changed dramatically, in this paper, the design of the industrial architecture in our country at present stage of the concept and development trend was briefly discussed in this paper.
Keywords: industrial architecture; Design concept; Development trend
中图分类号:S611文献标识码:A 文章编号:
工业建筑作为从事工业生产的活动场所,为保障工业生产的顺利进行做出了突出贡献,同时工业发展也促进了工业建筑的发展。工业生产加工出的新型建筑材料提高了工业建筑的质量与使用寿命,工业化的施工方法也促进了工业建筑改革的进行,工业建筑承载着工业化时代的文明成果,可以说工业建筑与工业生产二者之间相辅相成,相互促进共同发展。同时作为城市建筑群落的重要组成部分工业建筑的规划布局,以及工业生产所产生的污染对城市总体规划与城市环境保护问题都产生了重要影响。
1.工业建筑发展史及我国工业建筑的发展现状
现代工业建筑的发展已有200多年的历史,它18世纪下半叶起源于工业革命最早的英国。随后蔓延到美国、德国以及欧洲、亚洲等几个发展较快的国家。20世纪初期,由于社会发展,技术更新,生产机械化,使得工业建筑的重要性日益突出,被人公认为一种新的建筑类型。我国后出现了工业建筑的雏形,但真正有较大发展是在解放以后。上世纪50~70年代的厂房大多在“先生产,后生活”的方针下指导建成的,工业建筑往往只考虑满足企业生产工艺和生产空间的要求,较少考虑环境因素对人的关怀,结果工业建筑设计几乎成了生产设备构筑物的简单包装。工业建筑的形象成了“傻、大、黑、粗”,存在着土地利用率不高,耗能,环境污染严重,工作环境及生活条件差等一系列问题。
近年来,由于我国经济发展迅猛,工业建筑也随之飞速发展;而与此同时我国工业也从早期的劳动密集型产业向知识技术密集型转变。另外,由于经济水平的提升,以人为本、可持续发展、和谐发展等观念也逐渐深入人心,因此工业建筑在满足生产功能这个最基本的需求之外,也与时展相适应,有了一些新的设计理念与发展趋势。
2.工业建筑的设计理念
2.1可持续发展与生态观念
工业建筑的可持续性发展主要包括两方面的含义:一方面,指从生态的角度去探讨与大自然和谐共生,走绿色工业的发展之路。要求工业自身是自然循环的一部分,需要对城市环境设计、节能、节地、环境保护、防止污染等问题给予极大重视,目前对工业建筑的各种生态化探讨,已开始在建筑设计的创作实践中得到应用。另一方面,指工业在发展变迁中,工业建筑的自我更新与延续。首先,建筑并不是一次性的易耗品,某些工业建筑往往因为经济发展、技术更新和产业结构变化等原因,成为“旧建筑”,但其物质质量还能满足其他用途。按可持续发展的观点,应重视对这样的“旧工业建筑”进行改造和再利用,使其最大限度的达到应有的实际使用期限。其次,广义的可持续性应包含物质和精神两方面。吴良铺先生在《建筑学的未来》一书中指出,应该把技术与人文的结合作为21世纪建筑学发展的一条原则,这也是解决工业革命后建筑技术与艺术分离的重要途径。工业建筑的可持续性设计也要求物质的可持续性与精神、人文的可持续性并存。
2.2工业建筑的“以人为本”
随着对以人为本理念的传播与认识,人们开始关注工业生产中人的感受及其余工作效能的关系。在工业建筑中的人们往往长时间地处在高强度、快节奏的工作状态中,因而,工业建筑空间是更需要人性化关怀的场所,良好的工作条件和宜人的空间环境可以减轻人们的工作疲劳,促进人们的身心健康。相反,缺乏人性关怀的压抑空间(冰冷、单调、乏味),恶劣的工作环境(噪声、有害粉尘、拥挤、杂乱、缺乏基本的生活设施等)会使人们难以忍受,导致生理或心理的疾病,影响工业生产持久、稳定的发展。因此,无论从人体工程学的角度,还是从关怀人对物质空间环境的体验和感受上,都要求工业建筑及其环境应该像其它公共建筑一样,体现出“以人为本”的设计原则。
2.3资源的节约
节约利用土地,提高土地利用效率。工业建筑设计应严格执行工业用地容积率、建筑密度、绿地率、非生产性设施用地比重等指标要求。应采用先进的生产工艺和技术,缩短工艺流程,推进工业企业走新型工业化和产业化的道路。工业厂房设计也应由分散向集中,单层向多层发展。采用联合厂房将生产性质相近、联系密切的车间有机整合;在综合考虑功能的基础上,厂房设计应尽可能向多层发展。提高土地利用效率,从而达到节约土地的效果。
3.当代工业建筑设计发展新趋势
3.1工业建筑的高科技化趋势
二十世纪70年代以来的技术革命,不仅带动了工业生产的自动化和信息化,也引发了一批具有高技术含量的新型工业和具有相应高技术要求的工业建筑。如新兴电子产业中,生产计算机芯片的微观制造业工厂等,不仅产品生产具有高精密性要求,其生产环境也具有超洁净、防微震和空间灵活性等高要求。此外,新科技所包括的结构体系、节点方式和建筑材料的创新为工业建筑的通用性和灵活性提供了有力的技术支持,同时,也为创造以技术美为审美特色的工业建筑提供了条件。
由于工业始终与科学技术的进步相随相伴,工业建筑相应的技术性要求和超大空间等特性,也需要高新技术的支持,因此,以体现时代特征的高新技术的物质形态来表现工业建筑也就更能反映出生产企业与最新科技紧密关联的文化内涵。从而,使工业建筑的发展很自然具有高科技化趋势。
工业厂房高科技趋势主要体现在新技术、新材料、新理论的应用,材料工业的发展和压型钢板生产工艺和能力的提高,也使工业厂房向轻质高强、结构体系大跨度、大空间、多层甚至高层、多功能方向发展;技术及设备上的发展也更好的满足了生产与管理的微型化、自动化、洁净化、精密化、环境无污染化等要求;而计算机技术、多媒体、现代通信、环境监控等技术与工业厂房艺术融合在一起,就使工业厂房出现了智能化的特点,人们就能获得提高工作质量的环境。
3.2工业建筑的趋同与多元化
科技的进步为建筑超越所在环境和地域条件的限制提供了强有力的技术支持,先进的技术设备可以保持生产空间所需的温湿度等物理指标,成熟的结构体系、建材和施工技术可应用于不同地点的每一个工厂,加上强大的现代资讯技术对于传播和复制的有力支持,使得现代工业建筑总体上呈现出全球性趋同化的发展。
3.3工业建筑的文化性趋势
工业建筑的文化性趋势,一方面是由于在新经济环境下,企业在公众面前追求良好形象,以企业文化打造企业品牌,使工业建筑成为企业的形象代表,以物质形态来展示企业文化体征,突出企业个性,提升企业形象。从而在一些工业建筑创作中引入人文因素,开拓文化内涵。另一方面,则是工业建筑作为广义建筑学中的一员,在新时期条件下,对建筑审美价值和艺术性追求的新探索,也是关于工业建筑的文化性探索。
3.4工业建筑的综合化趋势
工业建筑的综合化趋势主要有以下方面促成。
1)科技的进步推动着工业生产自动化的提高,使传统劳动型转为高技术型。为科研与生产的结合创造了条件。
2)企业对核心竞争力的关注,使科研在工业生产中占据了重要的地位。
3)在新经济环境下,企业对开发公众性开放空间的需求。
4)企业从社会进步的人性化角度,对生产环境中生活化空间的拓展。
因此,现代工厂除厂房外,往往还包含着办公管理、科研、展示,甚至健身休闲等文化设施,生产与生活、产业与科研、工业与民用等不同功能互相渗透与影响,使工业建筑不再仅以工业生产作为其单一用途,而且日益呈现出使用功能的综合化趋势,成为包容多类建筑的整体。
总结
随着时代的发展和科技的进步,人们的要求也不断发展,对工业建筑设计也提出更高的要求,要求在工业建筑设计师们在设计时不应仅仅考虑工艺流程要求,而要在其中体现出更多的文化关怀,处处体现以人为本的设计理念,还要更多地考虑,要在工业建筑建筑不仅考虑外观的优美、个性、与环境相协调,还要考虑建筑内更多的人文关怀,为员工创造一个优美舒适的工作环境;另外工业建筑也要体现科技工业的发展成果,将这些科技成果应用到工业建筑中去,创造出适应的智能化工业建筑;当然节能环保、可持续发展也是工业建筑设计中应注重考虑的。
参考文献
[1]蔡荣,浅谈现代工业建筑发展趋势[J].科技咨询导报,2007