临港工业园汽车零部件物流调配车间厂房设计

吕红卫，王奕钧，张志强，尹键，张静

（山东贝格建筑设计有限公司，山东烟台264000）

临港工业园汽车零部件物流调配车间厂房设计

吕红卫，王奕钧，张志强，尹键，张静

（山东贝格建筑设计有限公司，山东烟台264000）

汽车零部件物流调配车间KD厂房相对于一般的工业厂房有其独特的生产流程，解决其设计中的诸多技术问题是进行KD厂房设计的基础和前提。文章以烟台市福山区临港工业园KD厂房设计为例，阐述了其布局和结构设计，解决了温度对厂房的伸缩变形影响和车间东侧的大面积积水问题，做到了结构安全、使用合理、造价经济；设置光伏太阳能，其发电作为清洁能源对低碳环保、可持续发展做着极大的贡献；阐明了屋面构造设计，较好的解决了诸如安全、美观、保温、采光等问题，同时又为屋面防水奠定了坚实的基础；从虹吸式雨水斗、悬吊管、排出管及溢流口等方面分析了屋面排水设计，将虹吸式屋面雨水排水系统应用于大型屋面、造型复杂的屋面比重力流雨水排水系统具有更多优越性；总结了屋面细部设计，使厂房设计真正做到安全、经济、适用、绿色、可持续。

临港工业园；KD厂房；技术设计

0 引言

临港工业园汽车零部件物流调配车间KD（Knock Down）厂房是为适应我国汽车产业国际化发展策略及汽车零部件进出口的需求［1］而建设的。其设计相对于一般的工业厂房有其独特的生产流程，也有工业厂房设计的共性技术问题。KD厂房的布局、总平面图设计［2］是首要解决的问题，其中，厂房平面布局与结构优化息息相关，包括跨度和柱网的选择，是否抽柱、单跨还是多跨、次要构件的选择等，选择的合理与否直接影响其生产工艺流程的实现并决定了用钢量［3－5］；总平面设计除了影响生产工艺流程的实现、保证安全生产外，还影响产品物流周转的便捷程度，更重要的是影响厂房建设的土方量平衡［6］，最终还是建设投资的问题。还有厂房的屋面防水［7］是所有厂房设计的共性问题，屋面排水不畅，导致节点部位漏水、渗水的质量通病一直困扰着设计师和建设方。文章以烟台市福山区临港工业园KD厂房设计为例，对KD厂房设计中的技术问题进行研究，从厂房的布局、结构、光伏太阳能、屋面构造、屋面排水及屋面细部等方面进行总体规划设计，拟为解决KD厂房设计中的诸多技术问题提供一定的参考。

1 工程概况

KD厂房位于烟台市福山区临港工业园，西邻中古路，南邻规划路。其功能为汽车零部件分拣调配物流周转车间。车间在厂区内占据大部主要区域，贯穿场地南北位于场地东部，西侧为备用车间，生产物流包装箱，西南角设置消防水池及泵房，厂区两个大门分别位于南部中偏西和南部东边，车间及厂区均设环形消防通道，工业园总平面图如图1所示。车间主体为连续6跨、单跨跨度为28 m，柱网尺寸外部为7.5 m、内部为15 m，总长为332.60 m，柱顶高度为9 m的单层门式刚架结构厂房，车间西侧设有一跨15 m跨度，柱顶高度为6 m的侧卸式接受平台，适宜各类飞翼车，东侧设有机械化装卸口；车间南端设有二层框架结构的车间办公用房，总建筑面积约58386.57 m2，其中厂房建筑面积为56690.57 m2，办公用房建筑面积为1696 m2，KD厂房透视图如图2所示。

图1 临港工业园总平面图／m

图2 KD厂房透视图

2 KD厂房设计

2.1 布局设计

KD厂房的生产流程是将各地汽车配件厂生产的单一零部件集中运到KD厂房，在厂房内对多种零部件进行分拣调配，打包包装，再运往需要的汽车总装厂。KD厂房生产流程特点有：（1）需要较大的分拣调配面积；（2）汽车零部件的进出物流，且物流进入的装运车为飞翼车，物流外出的装运车为集装箱车。针对生产流程特点设计的KD厂房占地尺寸为332.6 m×182.7 m，厂房长度和宽度均大于CECS102：2002《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》中“纵向温度区段不大于300 m，横向温度区段不大于150 m”的规定［8］，但纵向超长数值不大于10%，如果采取措施可不设温度伸缩缝，建设方考虑到资金及使用情况分两期施工，所以在一、二期分界处设置纵向温度伸缩缝；横向超长数值大于20%，同时考虑到当地冬夏温差比较大，光照也比较充足，为此横向在厂房中间设置了温度伸缩缝，很好地解决了温度对厂房伸缩变形影响。KD厂房物流进出设计是建筑布局设计的关键，根据现有标高将侧卸式接受平台设置在西侧，车间大部分区域的室内外高差为200 mm，满足飞翼车卸货的需要；东侧利用场地标高设置了12个下沉式机械化装卸口，室内外高差为1400 mm，此装卸口与东侧道路平滑相接，有效地解决了车间东侧的大面积积水问题。厂区一期工程的填方为3600 m3，挖方为5200 m3，基本做到填挖平衡。

2.2 结构设计

KD厂房建设方依据生产流程提出了跨度为28 m，柱网不小于15m的使用要求。根据建设方要求，考虑工程造价的经济性，设计时仅在车间外墙取7.5 m的柱网尺寸，刚架按7.5 m柱距布置［9］，内部及卸货走廊处取15 m的柱网尺寸，即每隔一个柱网抽取一根柱子，抽柱处布置托梁，用托梁支撑刚架，有效地减少檩条的高度；设计采用中间跨为Z160× 70×20×2.0，端跨为Z160×70×20×2.5的连续檩条，间距为1.5 m，抗风柱间距为7.0 m，最终设计厂房钢结构部分用钢量为35 kg／m2，加上墙板、屋面板用钢量为35.7 kg／m2。若不设置托梁，采用实腹式钢梁，檩条经计算为Z300×100×20×3.0，这种檩条在市场上较难采购，若采用桁架檩条，厂房用钢量为38.2 kg／m2，比实际采用的优化设计用钢量要多3.2 kg／m2，而厂房设计面积为56690.57 m2，仅钢材就要浪费181.41 t，当时每吨钢材材料费加施工费约为7000元，仅刚架为建设方节约资金127万元。实际上因为檩条的增高，还会带来外墙板加高的费用。多年实践经验证明：厂房的功能分区、结构布置［10］，场地条件、平面功能、高度空间、造价经济等几方面的因素，都是非常重要的，并且还要使这几方面都汇集到一个较好的平衡点上。最终设计的 KD厂房造价有：全部钢结构造价为550元／m2，加上其它土建及安装工程为800元／m2。比常规设计节约造价28%，做到了结构安全、使用合理、造价经济，建设方非常满意。

2.3 光伏太阳能设计

在当前能源危机、环境污染严重的情况下，在大面积的KD厂房屋面可安装光伏太阳能发电设备［11］。按厂房屋面实际面积6万m2计算，装机容量为8 MW，年发电量为800万度，多晶硅光伏太阳能发电的投资单价为7～7.5元，总投资额为5600～6000万元。每年的发电除了自用（工业用电平均电价为0.7元／度），可以并网。同时每发1度电国家还补贴0.42元，每年可为企业节约资金896万元。考虑设置太阳能会给屋面增加12～18 kg／m2的屋面荷载，并使用钢量增加1.5～2.2 kg／m2，造价增加9～13.2元／m2，工程造价增加54～79.2万元。经计算投资回收期为6.59～7.20年。屋面设置光伏太阳能工程造价只增加9～13.2元／m2，但光伏组件与屋顶紧密结合在一起，大大提高建筑物的防水寿命，对屋顶起到保温节能的作用；可以有效地降低室外的噪音量，降低约30 dB。同时，光伏组件自身在运行、产生电能的过程中不产生任何噪音，是一种安静的能量发生器，且光伏太阳能发电作为清洁能源对低碳环保、可持续发展做着极大的贡献。

2.4 屋面构造设计

KD厂房设计的一个焦点问题是屋面及排水。从室内美观、保温效果、空间利用、可靠防水、室内采光、施工安全几个方面考虑，最终选用屋面：采用檩条暗藏型双层压型钢板复合保温屋面［12］，其构造如图3所示，自下而上分别为0.4 mm厚镀铝锌压型彩钢板YX 15—225—900型、镀锌冷弯Z型钢檩条、隔热垫片、0.2 mm厚白色阻燃型聚丙烯塑料贴面、75 mm厚的密度为16 kg／m3的红色玻璃丝卷毡、0.49 mm厚的纺粘聚丙烯和聚乙烯膜、0.6mm厚的镀铝锌压型彩钢板U－475型（360°直立锁边）。精心设计了屋脊、天沟、檐口等细部节点，采用直立锁边咬合屋面系统——卷边板、咬合暗扣式连接、屋面系统通过滑动支座固定屋面板；且对盖板、堵头、密封胶、板的搭接方向、搭接缝、弥合封等部位都做到精细化设计，有效地解决屋面漏水问题。屋面采光带采用双层FRP采光板，沿跨度通常布置，间距15 m；屋面通风器在三条屋脊处两侧每隔15 m设置一对，屋面排水坡道为8%。这样的屋面构造设计，较好解决了诸如安全、美观、保温、采光等问题，同时又为屋面防水奠定了基础。

图3 屋面构造图

2.5 屋面排水设计

因为KD厂房长度、宽度均较大，所以屋面排水是设计中的关键问题。厂房的跨度方向总尺寸为182.7 m，如果采用双坡排水，排水长度较长，一个落水管的汇水面积太大，造成屋脊、山墙太高，并且建筑造型笨重。根据多年的设计经验，经与建设方协商，厂房主体在跨度方向设置了三条屋脊，西侧卸货走廊因柱顶标高低于主体建筑柱顶标高，跨度仅为15 m，故采用单坡屋面，与主体厂房形成高低跨屋面。其中高跨即主体厂房的边跨屋面排水采用外天沟排水，低跨即卸货走廊在刚架外侧设置外天沟排水，天沟外侧设封檐板封挡，美观整齐。在高低跨连接部位落水管底下加设宽为1000 mm、厚为0.6 mm的彩钢板，避免水滴击穿造成屋面板受损；主体厂房的东侧采用内天沟，沿边柱网每隔15 m设置一对落水管。厂房边跨的有组织排水方式为重力流雨水系统［13］，落水管为φ110UPVC塑料管。根据CECS 183—2015《虹吸式屋面雨水排水系统技术规程》［14］，中间两条内天沟采用压力流即虹吸式雨水系统。

虹吸式屋面雨水排放系统是一种新型的雨水排水系统。在降雨初期，屋面雨水高度未超过雨水斗一定高度时，整个排水系统工作状况与重力排水系统相同，随着降雨的持续，当屋面雨水高度超过雨水斗一定高度时，通过虹吸雨水斗的整流（反涡流）、面板隔气等作用，控制进入雨水斗的雨水流量和调整流态减少漩涡，从而极大地减少了雨水进入排水系统时所夹带的空气量，使得系统中排水管道呈满流状态，利用建筑物屋面的高度和雨水所具有的势能，在雨水连续流经过雨水悬吊管转入雨水立管跌落时形成虹吸作用，并在该处管道内形成最大负压，屋面雨水在管道内负压的抽吸作用下以较高的流速被排至室外。

由于该系统排水管可按满流、有压状态设计，因此虹吸雨水管道悬吊管可做到更小坡度，甚至无坡度敷设，大大减小对车间内部空间的影响，而且在虹吸作用下，水流速度较高，泄流量远大于重力系统同管径排水管的泄流量。即虹吸式屋面雨水排水系统可以实现以更小的管径排除更大流量的雨水，而且可以沿厂房纵向布置。所以非常适合排除大跨度大面积厂房中间跨的雨水。KD厂房中间跨的屋面排水采用虹吸式屋面排水系统设计［15］：该厂房分两期建设，一期车间南半部分长度为212 m，所以虹吸雨水系统只能向南侧排除，分为3个排水系统。由于钢结构柱突出至天沟内，将天沟分成27段，故每段天沟设置一个虹吸式雨水斗。虹吸雨水排水系统的虹吸雨水斗立管公称直径分别为315、250和315 mm，排出管公称直径均为315 mm；一个溢流虹吸排水系统，连接4个溢流雨水斗，立管公称直径为250 mm，排出管公称直径均为315 mm。二期车间北半部分长度为120 m，雨水向北侧排出，分为两个排水系统。每个虹吸雨水排水系统均连接8个虹吸式雨水斗，立管公称直径为250 mm，排出管公称直径均为315 mm；一个溢流虹吸系统，连接4个溢流雨水斗，立管公称直径为250 mm，排出管公称直径均为315 mm。屋面排水如图4所示。

（1）虹吸式雨水斗

设计重现期雨水排水暴雨强度公式［16］由式（1）表示为

式中：q为设计降雨强度，L／s·100 m2；P为重现期，a；t为降雨历时，min。

图4 屋面排水示意图／m

雨水设计流量计算公式由式（2）表示为

式中：Qs为雨水设计流量，L／s；q为设计降雨强度，（L／s）×（100 m2）；Ψ为流量径流系数；F为汇水面积，100 m2。

通过计算的设计降雨强度和雨水设计流量，结合查表，分别在两条天沟里设置43个虹吸雨水斗，如图5所示。雨水斗规格、安装尺寸见表1、2。

表1 雨水斗规格

表2 雨水斗安装尺寸／mm

图5 天沟型雨水斗安装示意图

（2）悬吊管、排出管

虹吸雨水排放系统的管道固定系统被称为“消能固定系统”，该系统根据独特的工作原理及运行时会产生较大的震动，在设计时采用固定管卡分段补偿，主要由方钢导轨、悬吊滑动管卡、悬吊固定管卡、方钢组合件、立管管卡等组成，其安装如图6所示，安装时悬吊滑动管卡的间距Lx－1最大为10dn、固定片的间距Lx－3最大为2.5 m、立管管卡的间距LL－1最大为15dn，dn为管道直径。悬吊管的安装剖面如图7所示，其立管埋地后管径要放大，使雨水顺利排出，如图8所示。

图6 虹吸雨水系统悬吊管及立管安装示意图

图7 悬吊管安装剖面图

图8 雨水管埋地出户管径放大示意图

（3）溢流口

采用的虹吸雨水系统设计重现期按50年考虑，已经满足规范要求，为防止高于设计重现期的暴雨导致雨水从搭接缝泛水进入车间内，天沟两侧设置400 mm×250 mm的溢流口。若厂房中间采用传统的重力流雨水排水系统，汇水面积很大，则排水管多、管径大、检查井多。另外，厂房钢结构屋面下为与屋面同坡度的钢梁，若悬吊管沿厂房横向布置，由于悬吊管与屋面距离较大（屋脊处最大）且悬吊管管径大，因此影响厂房美观，而且直接影响厂房的使用，所以钢结构大跨度多跨厂房的中间跨内天沟雨水不宜采用重力流悬吊管架空方式排水。

虹吸式屋面雨水排水系统应用于大型屋面、造型复杂的屋面比重力流雨水排水系统具有更多优越性，能够更好地满足建筑要求，更快地排除屋面雨水，并能兼顾室内空间效果。当然，该系统也是有一定弊端的，比如降雨重现期一旦高于设计重现期，雨水将不能及时排出，因此超过雨水管道设计重现期雨水量需要从溢流设施溢出。溢流设施的设置对于钢结构厂房尤其重要。若设置的溢流设施太小，超过雨水管道设计重现期的雨水量会在天沟内积聚，使天沟内水位迅速上升而淹没屋面板与天沟的搭接缝，雨水会从搭接缝处进入室内。

2.6 屋面细部设计

在屋面排水设计中，考虑了当地冬季的雪比较多，在天沟内设计融雪电缆，保证雪水融化时，不滞留在天沟内，减少渗漏机会。天沟采用1 mm厚不锈钢板，角部做成圆角，在雨水斗处增设电伴热化雪器，防止冻裂雨水斗和排水管。天沟两侧的屋面板在波峰处设置橡胶堵头，防止雨水、雪水倒灌渗入厂房内。还有需要注意的细部是重力式外排水落水管不能直接排在室外地面，应当设计排水沟，引导室外落水管的冬季融化雪水直接排入排水沟。同时室外地下排水沟盖板的设计既要保证雨水、雪水顺畅的流入沟内，又要保证承受货车的行车荷载；沟内设计采用较大的排水坡度，使雨水、雪水尽快排至场地的雨水系统，保证环境卫生。

3 结语

KD厂房设计要根据场地的地形地貌、充分考虑生产物流需求，合理地布置场区总平面和单体平面，合理设计竖向标高，并将平面与结构布置有机结合起来，强调结构优化设计才能使生产流程和物流周转顺畅便捷，也是节约建设投资的前提。精心设计建筑构造及细部节点，尤其是屋面防水设计结合排水方式、屋面构造、细部多方面因素，进行反复推敲、细心设计，确保防水万无一失，才能有效地保证建筑安全使用。另外，在北方地区，要利用阳光充足的优势，在大面积的屋面上设置太阳能光伏发电，投资在眼下，利益在其后，低碳环保、建筑可持续。使厂房设计真正做到安全、经济、适用、绿色、可持续。

［1］ 谭玲玲.2011年中国汽车发动机与零部件进出口分析［J］.汽车与配件，2012（12）：32－35.

［2］ GB 50187—2012，工业企业总平面设计规范［S］.北京：中国计划出版社，2012.

［3］ 赵新，郭杭锋，江友钿.提高单层钢结构厂房经济性的技术措施［J］.工业建筑，2015（45）：88－92.

［4］ 张志琴.门式刚架结构设计探析［J］.山西建筑，2015，41（9）：40－41.

［5］ 刘艳利，张成祥.浅析轻型钢结构门式钢架用钢量［J］.科技信息，2008（19）：37，39.

［6］ 谢伟.钢铁厂场地竖向设计与施工的差异性分析［J］.山西冶金，2015，156（4）：91－93.

［7］ 狄艺珍.谈工业建筑的屋面防水［J］.山西建筑，2015，41（9）：118－119.

［8］ CECS102：2002，门式刚架轻型房屋钢结构技术规程［S］.北京：中国计划出版社，2003.

［9］ 单春明.门式刚架轻钢结构房屋用钢量的比较及分析［J］.钢结构，2012，166（12）：32－35.

［10］柳锋，郭兵，陈长兵，等.门式刚架的经济尺寸与优化初设计［J］.钢结构，2003，63（1）：32－34.

［11］段培永，张洁珏，崔冲，等.太阳能光伏发电功率短期智能预测方法［J］.山东建筑大学学报，2016，31（3）：205－209.

［12］王书强.厂房压型钢板屋面保温防水设计及施工［J］.中国建筑防水·屋面工程，2015（3）：31－34.

［13］张勤，范理.大型厂房屋面雨水排水系统设计新探［J］.给水排水.2013，39（6），85－87.

［14］CECS 183—2015，虹吸式屋面雨水排水系统技术规程［S］.北京：中国计划出版社，2015.

［15］熊曦，归谈纯.一种虹吸式屋面雨水排水系统简易估算方法［J］.给水排水，2014，40（6）：80～84.

［16］中国建筑设计研究院.建筑给水排水设计手册（第2版上册）［M］.北京：中国建筑工业出版社，2008.

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

吕红卫（1957－），女，研究员，学士，主要从事钢结构设计及构造等方面的研究.E-mail：hhlhwzj＠126.com