現代工業建筑設計及建筑結構的發展趨勢

楊凱

中合一工程設計有限公司 安徽 合肥 230000

引言

工業企業目前主要的發展方向就是朝著智能、低碳等方面前進，大部分企業不斷地開拓海外市場，在海外已經成功落戶，并且已經開始加入了國際市場競爭行列。通過將建筑和工業設計的實際情況進行有機的結合，融入綠色建造理念，能夠更好地落實海外工業項目，并使其得到有效的實施，這樣也能夠在一定程度上緩解國內的勞動力問題，并充分利用結構設計進行選型，從而實現項目屬地化的目標。

1 工業建筑結構設計概述及現狀

在建筑領域中建筑物或構筑物的作用就是為工業生產服務，其設計也必須緊緊圍繞著工業項目所使用的機械設備和工藝流程展開。根據在工業建筑領域中的功能可以將其分為：倉儲建筑、輔助車間等類型。

1.1 生產車間設計

工業項目及工業建筑的核心便是生產車間，主要從事生產加工、產品備料、生產裝配等生產流程的重要場所，同時也是放置各機械設備建筑的基礎。在傳統車間設計中，大部分采用的是多層、混合層等框架結構設計。

1.2 其他車間設計

整個工業建筑的其他車間包括了生產車間之外的所有車間。這些建筑都是為生產車間服務的，這些輔助車間主要有工具、修理等相關車間，這些建筑通常情況采用的是砌體維護和現澆框架結構；動力車間主要的作用就是為全廠提供能源，其中就包括了變電所、鍋爐房等相關建筑，通常情況采用的也是砌體和框架結構；倉儲車間的作用主要是用來儲存成品、半成品、原材料，該建筑主要采用的是維護和框架結構；其他建筑主要有污水處理池、水泵房等，這些建筑主要采用的是剪力墻結構。由于主機設備、施工工藝等相關方面影響，其結構形式沒有較強的通用性，比較復雜，但是具有較強的多樣性的特點。在實際設計結構時，應用比較廣泛的結構是多層、單層、混合層等，圍護結構采用的是砌體，當然也會使用到如剪力墻、筒倉等其他結構形式[1]。

2 工業建筑結構設計優化

2.1 建立工業建筑結構設計優化模型

科學優化工業建筑設計需要依靠合理的結構設計模型。在對設計進行優化的過程中，要緊緊圍繞著重點變量建立起相應的函數模型，模擬分析多種結構參數。建立運用相應的函數模型有利于更好的優化設計，從而更加符合實際需要，制定出更加科學的優化方案。在建立模型的過程中，要以工程的基礎、圍護結構、屋蓋系統三方面展開科學的優化，要采取選型、受力等相關分析進行全方位的評價，使優化的方案更加有效。構建優化模型的重點就是根據相關的約束與主要影響因素將參數變量確定下來。確定參數內容后，要按照企業對優化建筑設計的目的與方向將函數模型選定，最后將優化方案制定出來。

2.2 完善工業建筑結構設計管理體系

在實際開展優化設計工業建筑結構中，通常在優化理念與量化標準方面都會在一定程度上缺少指導性，極大地改變了結構優化方案，并嚴重影響了設計與施工管理。為了使整個工程的建筑結構得到有效的優化，使其更加符合現代工業發展的需要，必須要將相關的管理體系進行全面的完善，使其更好地進行匹配，將專業的指導思想建立起來，并制定科學的量化標準，從而更好地管理與評估相關的設計優化活動，便于采取有針對性的措施對各項優化內容進行管理。在實際優化過程中，還要嚴格按照相關標準規范與理念科學地指導相關設計人員的工作，并對其進行相應的考核，從而將優化質量控制的目標實現。

3 結構設計選型發展趨勢

3.1 建筑新型技術

當前大部分工程采用了鋼混凝土結構作為整個建筑使用的新技術。該結構的優勢主要有：①相比于混凝土結構來說，含筋率不會影響和限制結構設計，能夠發揮出更好的延展、承載力等優點，其自身所發揮出的承載力要比相同尺寸的構件高出一倍以上，而且其還能夠發揮出更高的抗震性能；提高承載力能夠大幅度地縮小型鋼混凝土結構的截面，并使結構的跨度得到進一步的增大，從而更好地滿足生產操作空間的要求。②相比于普通鋼結構來說，該機構采用了將型鋼與鋼結構進行有機結合的方式，這樣就能夠縮減了一半的用鋼量；采用這種結構能夠大幅度地縮短等待混凝土強度達到標準的時間，這樣就能夠提前開始上一層的施工操作，大幅度地縮短了施工周期，有利于安裝工作的提前開展；該結構能夠進一步簡化施工，對本土化作業非常有利，這樣就能夠進一步減少投入勞動力的量，大幅度節約建設成本。

目前在砌體結構中應用比較廣泛的技術就是泡沫混凝土技術，相比于傳統的砌體結構來說，其能夠展現出較高的阻熱效果，應用該技術的優勢主要表現在：能夠極大地提升節能保溫效果；進一步降低建筑的永久荷載；而且在進行找平膩子操作前不需要進行抹灰，這樣極大地降低了施工成本；實現了扁平化勞動力資源的配置；進一步增加了周轉模板等材料的次數。預制裝配式技術、結構都需要根據施工場地實際裝備的情況和工程特點來進行全面的考慮，并圍繞著模塊化、集成化展開相應的設計研究[2]。

3.2 設計選型趨勢

在工業建筑體系中，大部分結構采用的是多層或混合層次的生產車間，并且有機地將混凝土與鋼結構進行了結合，逐漸地取代了傳統的混凝土結構。當對大型設備廠房進行設計時，由于機械設備的特點會對建筑結構造成一定的制約和限制。另外，大范圍的應用泡沫混凝土技術也會逐步地代替傳統砌體結構。其他建筑物的設計，主要結構選型有以下兩點：①對于跨度較大的單層廠房來說，通常采用的機構就是砌體和混凝土相結合的結構方式，通過改進傳統砌體結構，能夠更好地將其轉換成泡沫混凝土砌體結構；②對于面積和跨度都比較小、荷載較輕的結構來說，比如控制室、配電室等，可以采用節能房屋或者箱式建筑結構作為整個建筑設計選型，這同樣也是對傳統結構的更新和替換。

4 實例分析

4.1 某工業建筑的設計理念

這篇文章所選的實例為某科創中心，該建筑屬于高科技創新工業建筑范疇位于工業用地上。該建筑與其他普通工業廠房不同，其自身有著諸多的特點，兼具了兩者的氣質，并且將二者進行了融合形成了一種獨有的建筑形式。傳統工業是一種較為特殊的建筑形式，主要對其生產工藝有著獨有的要求，這樣就會對建筑自身的美學有所忽視。新工業革命轉變了傳統建造形式，這也使得城市產業結構發生著巨大的轉變，嶄新的產業空間由此誕生。相比于傳統的重污染、高能耗等相關的工業建筑不同，新型建筑主要以高新數字化、智能化技術為主。這種新型的生產模式對當前的設計提出了更高的要求，重新定義了建筑的功能布局、空間形態等方面內容，工業與民用建筑之間的邊界也在不斷地相互滲透，因此要以尊重的心態對高科技創新產業項目進行重新審視。

4.2 科創中心建筑設計

4.2.1 基地區位及規劃布局?？苿撝行倪x在杭州新城的核心地段，這種發展模式極大地加快了新城更新的速度。該建筑占地面積達到了15000m2，總建筑面積也達到了100000m2，主要為使用者打造具有豐富層次的創業空間，使其集產研、企業孵化等相關方面于一體的高科技產業基地。該中心的規劃主要依據前期的城市設計，并將其納入周邊建筑群，其中包括了建筑高度、建筑形體等相關內容的整合。該地塊緊密地連接了與東側已規劃華璞、連盛等相關地塊，共同將產業聚集區打造起來。這些建筑體量都屬于點式。規劃科創中心的布局主要的切入點是整體城市設計空間，城市肌理與建筑體量對周圍的建筑進行了充分考量，共同將該區域標志性建筑集群打造起來，從而將區域門戶形成[3]。

4.2.2 集約開放的功能布局?？苿撝行氖且粭潛碛?0層及4層配套用房。主要的功能是集約新型高科技產業，其中包括研發、孵化等中心功能，具體的建筑工藝表現為智能化、潔凈化等相關特征。為了能夠使新型功能更符合市場需求，要保證平面結構達到有序清晰，進一步加大標準層柱網開間，盡可能地達到開放和擴展空間的彈性要求，以及保證其能夠靈活的發展。隨著我國高科技產業的崛起，大多數的高科技工業園區都有著對外展示、開放等方面的互動需求，而社會大眾也有參觀體驗高科技園區這方面的意向。這就需要我們在設計建筑結構的時候要充分考慮到公眾對開放度的要求?？苿撝行囊呀浿饾u成為面向城市的出入口，首層需要將通高的形象空間進行合理的設置，要保證其達到足夠的簡潔，而且還要賦予其一定的大氣。企業展廳在一層進行相應的配置，將企業的文化及科研成果進行充分的展示，這樣就能夠廣泛吸引公眾的參觀，從而將與城市交流的窗口形成，將傳統工業建筑的神秘感打破，全面探索城市中文化與情感方面的銜接內容。2～4層主要有文創、會議等相關功能的中心；主樓中各個樓層都是為生產和辦公提供服務。將多種建筑功能進行融合，最終將會全面轉變傳統工業建筑功能理念，構建更加科學的空間結構體系。

4.2.3 造型設計與立面肌理。傳統意義上的工業廠房需要占用較大的面積，很難使土地得到充分利用；而高新產業用地離城市的距離更加近，土地成本通常情況都比較高，在這種容量、密度都較高的條件下，會迫使其向延伸性的高層廠房進行轉變，從而將數字化、智能化的新型高科技產業建筑形態形成。從建筑自身的體量上來說，科創中心是一幢擁有80m高的建筑，為了防止其建筑形體規模過大對城市空間形成一定的壓迫感，那么在對建筑的設計上就需要將其進行化整為零，在視覺通廊上以28m作為間距對主體建筑進行相應的挖空處理，防止影響到兩側視線。只有在裙房及頂部才能夠將兩棟塔樓進行連接，采用切分、穿插的方法對體塊進行科學的處理，這樣就能夠將一棟組合建筑設計出來。不僅能夠更好達到建筑功能方面的要求，而且也更加適應西側建筑的體量。整體上該建筑的風格十分簡潔，與東側建筑使用了統一的建筑語言，這種建筑風格將傳統冷峻和刻板的建筑外表打破，解放了其封閉感。

4.2.4 開放立體的景觀設計。傳統景觀設計始終都不受重視，而高新技術工業建筑的外部具備了一定的對外展示優勢，能夠將多種多樣的活動融入其中，并將開放包容的特色充分體現出來，因此也對景觀提出更高的設計要求，要按照生態原則對當地的文化內涵進行充分的挖掘，使園區的特色有所體現。該建筑景觀設計語言就將山水之美進行了充分的提煉，并利用抽象藝術的形式進行了表達，使建筑與周圍的環境達到和諧統一。該建筑是城市道路的緩沖區域，廣場入口及鋪地取自于水波紋的靈動與線條，這樣才能夠將優美流暢的動線打造出來，從而演繹出富有靈動空間的動線規劃。通過滲透式的方式能夠充分融合場地與北側城市綠地，使其在整體設計上極大地提升了城市利用的空間。其中立體花園能夠形成多層次的綠化交流空間，不僅能夠提供較好的視覺享受，而且還能夠為工作人員提供休閑放松的場所[4]。

5 結束語

綜上所述，社會經濟高速的發展會給建筑業拓寬發展空間，一直以來，建筑領域都是人們關注的重點話題，其內容涉及各行各業的問題，而設計給排水又會對人們的日常生活產生巨大的影響。因此，設計單位在進行設計時必須要與實際情況進行有機結合，科學地控制建筑的質量，考慮建筑自身的環保、節能等相關內容，要對制定的設計方案可行性進行綜合考量，這樣才能夠有效提升人們的生活品質，實現建筑行業的現代化發展。