摘?要：本文就所設(shè)計(jì)的大中型熱加工廠房的屋面建筑及其天窗形式，進(jìn)行了認(rèn)真分析研究，將最為成功的大雙坡屋面建筑的，最具代表性的縱橫單向天窗、縱橫雙向復(fù)合天窗的多種形式，一一加以簡(jiǎn)介，以期前事不忘，后事之師。

關(guān)鍵詞：熱加工廠房;天窗形式;通風(fēng);采光

我國(guó)熱加工（大中型）工程建筑專業(yè)設(shè)計(jì)的創(chuàng)新，主要是圍繞著大型熱加工廠房的通風(fēng)采光和屋面排水方式所展開，集中體現(xiàn)在對(duì)多跨大型熱加工廠房，雙坡屋蓋建筑的棄小揚(yáng)大，天窗形式的不斷改進(jìn)翻新之上。

1 概述

對(duì)熱加工廠房屋面建筑形式，按慣性思維，一般都應(yīng)以滿足工藝對(duì)起重軌頂標(biāo)高要求的前提下，采用屋架下弦高低并非一致的單跨小雙坡屋蓋及其縱向通脊門型天窗即可。這種設(shè)計(jì)理念，乍聽起來似乎合情合理，無可挑剔，但對(duì)大型熱加工多跨廠房則不然。究其滿天飛的天溝，漏堵可能時(shí)有發(fā)生，室外下小雨室內(nèi)下大雨，特別是廠房越長(zhǎng)，矛盾越尖銳。更為頭疼的是屋面低洼處難免發(fā)生兜風(fēng)頂風(fēng)現(xiàn)象，以致高跨屋頂煙霧排不出去，光線進(jìn)不來，特別是北方冬季氣壓一低，長(zhǎng)時(shí)間為煙霧所彌漫，苦不堪言。

隨著熱加工的大型化超大型化發(fā)展，廠房跨數(shù)越來越多，平面建筑寬度越來越寬，于是給車間的自然通風(fēng)、采光、屋面排水帶來的難度越來越大，特別是本世紀(jì)以來寬度成倍增加已屢見不鮮。這樣沿用縱向通脊門型天窗+高側(cè)窗的大雙坡屋蓋建筑形式已難于維系，多跨小雙坡更是無能為力的了，這樣就為屋蓋建筑形式的進(jìn)一步創(chuàng)新提供了契機(jī)。有關(guān)中國(guó)中元國(guó)際工程有限公司（原機(jī)械部設(shè)計(jì)總院）在不同時(shí)期，對(duì)熱加工廠部分房屋蓋形式的創(chuàng)新，參見下表。

2 大雙坡縱橫單向天窗

2.1 縱向通脊門型窗

1953年，中元院成立之初，在開業(yè)首秀工程太重鑄鋼主廠房的設(shè)計(jì)中，對(duì)其П型鑄鋼車間3連跨主廠房，即24m的爐料跨、18m的平爐煉鋼跨、30m的出鋼澆注跨，就破天荒地對(duì)煉鋼爐跨和出鋼澆注跨，開創(chuàng)了48m大雙坡，縱向通脊門型天窗屋蓋建筑形式設(shè)計(jì)的先河，如圖1所示。

圖1所示屋蓋系統(tǒng)的設(shè)計(jì)可以看出，中元院對(duì)大中型熱加工煉鋼爐廠房建筑的通風(fēng)、采光、屋面排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)，一開始就步入在正確的軌道之上，并取得了良好效果。尤其值得一提的是這種形式的天窗，在1985年國(guó)內(nèi)首臺(tái)平爐改為電爐時(shí)，還出乎意外的為30t電弧爐，大型屋頂排煙罩的順利設(shè)置，奠定了先天條件，實(shí)屬難得。

在2004年的擴(kuò)建中，還曾力排眾議，采用主廠房向東接長(zhǎng)42m，而不是在主廠房的端頭，改擴(kuò)建原有的縱跨，并將上層起重等級(jí)由100t提高到125t，以成就這項(xiàng)優(yōu)秀設(shè)計(jì)工程，繼續(xù)更大更好地發(fā)揮作用。

2.2 縱向通脊門型疊式窗

1964年二重平爐鑄鋼車間恢復(fù)建設(shè)時(shí)，在大量調(diào)查研究，并權(quán)衡一重和太重設(shè)計(jì)教訓(xùn)和經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，毅然確定對(duì)30m的出鋼澆注跨與21m的平爐煉鋼跨，回歸大雙坡縱向通脊門型天窗的屋蓋建筑形式，且門型天窗首創(chuàng)雙層疊加方式，如圖2所示。

相比之下，圖1所示大雙坡縱向通脊門型非疊式窗屋蓋建筑形式，后來得到了更為廣泛的采用，如杭州鑄鋼、巴重鑄鋼、陜重鑄鋼、洛礦鑄鋼等車間。中元?jiǎng)t一如既往，對(duì)這種附加高側(cè)窗的，大雙坡縱向通脊單層門型，以及后續(xù)通脊包孕天窗屋蓋建筑形式，情有獨(dú)鐘，因此后來在沈陽機(jī)車煉鋼、華銳鑄鋼、中鐵山橋煉鋼等得以發(fā)揚(yáng)光大。

2.3 橫向貫通門型窗

2008年在大連瓦房店華銳鑄業(yè)鑄鐵車間的設(shè)計(jì)中，工藝要求主廠房按180m六連跨、長(zhǎng)276m、面積50km2、起重軌高14m等高進(jìn)行設(shè)計(jì)，因此擬定屋面為簡(jiǎn)易的大雙坡。其廠房如此之寬，面積如此之大，屋面通風(fēng)采光如何解決，建筑形式則必須慎重對(duì)待，于是橫向貫通門型天窗大雙坡屋蓋，率先應(yīng)運(yùn)而生，如圖3所示。

對(duì)圖3所示的橫向貫通門型天窗，均布于整個(gè)屋面，且每?jī)蓷l天窗帶之間按跨度設(shè)置間歇采光板區(qū)段，以把通風(fēng)和采光有機(jī)的結(jié)合起來。凡有煙塵產(chǎn)生的設(shè)備均置于天窗帶之下，以盡可能地提高通風(fēng)和采光的效果。從圖3看，其天溝僅設(shè)兩條，比前述縱向通脊式門型天窗屋面還少，達(dá)到了最低程度，使超大雙坡屋蓋建筑形式的優(yōu)越性，進(jìn)一步得以彰顯。整個(gè)建筑物無論是鳥瞰，還是內(nèi)視都蔚為壯觀，觀光者無不贊嘆不已，如此大手筆也為后續(xù)中冶京誠(chéng)營(yíng)口基地同類車間的設(shè)計(jì)，奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

根據(jù)對(duì)華銳鑄業(yè)的回訪，其生產(chǎn)時(shí)間一久，由于煙塵的吸附污染，采光板透明度有所降低，采光效果不如當(dāng)初。這樣在今后的對(duì)同類廠房的設(shè)計(jì)中，要盡可能采取其他措施，增加自然采光量，相應(yīng)減少對(duì)采光板采光的依賴程度;如有可能對(duì)采光板采用疏煙塵型材料，并增設(shè)清刷系統(tǒng)，以減輕或減緩?fù)该鞫鹊慕档汀５且⒁?，圖3所示的屋蓋建筑形式，一般只適用于各跨起重等高，中柱兩側(cè)的吊車梁能互為制動(dòng)桁架，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)易的大雙坡屋蓋。即使起重非等高，但高差不大，中柱同側(cè)吊車梁與制動(dòng)桁架的高度錯(cuò)不開，也是無法采用的，切勿泛用，以免適得其反。

3 大雙坡縱橫雙向復(fù)合天窗

3.1 縱向通脊+橫向半坡連續(xù)門型

2013年在中冶京誠(chéng)營(yíng)口基地鑄鐵車間的設(shè)計(jì)中，工藝要求主廠房仍按華銳鑄業(yè)180m六連跨、長(zhǎng)360m、面積65km2、起重軌高14m等高進(jìn)行設(shè)計(jì)。鑒于上述華銳鑄業(yè)同類車間設(shè)計(jì)的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，確定屋面天窗采用縱橫雙向門型復(fù)合式天窗，即縱向回歸通脊門型天窗，并將圖3所示的橫向貫通式門型天窗從中截?cái)?，成為半坡連續(xù)式，如圖4所示。

從圖4看，正是由于縱向通脊門型天窗的回歸，廠房中部?jī)煽缱匀煌L(fēng)采光面積大幅增加，還可蔭及相比鄰的兩跨，因此效果比圖3會(huì)有顯著的改善，其亦不失為減少對(duì)采光板依賴的好方式。

3.2 縱向通脊+橫向間斷門型窗

其實(shí)，上述六連跨起重等高，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)易的大雙坡可遇不可求，一般重大型廠房屋蓋，往往呈復(fù)雜的大雙坡形式，于是縱橫雙向復(fù)合式天窗屋面建筑形式得以進(jìn)一步創(chuàng)新，2010年率先在太重大型鑄鍛件國(guó)產(chǎn)化研究項(xiàng)目煉鋼鑄鋼車間得以實(shí)現(xiàn)。即縱向按慣例采用通脊門型窗，橫向則不能像圖4那樣采用半坡連續(xù)門型窗，而要按屋蓋坡面因勢(shì)利導(dǎo)地采用間斷式門型窗，這樣還可像圖1、2那樣附設(shè)高側(cè)窗，其效果自然美不勝收，如圖5所示。

圖5所示六連跨屋蓋，中間高跨雙坡縱向通脊門型天窗為圖1所示形式;左側(cè)坡面上的橫向門型天窗套用的是圖4的形式，但由于有高低落差，橫向門型天窗無法形成連續(xù)形式，只能斷開呈臺(tái)階狀，而有所變異;右側(cè)坡面甚小從建筑形式的統(tǒng)一，也采用了橫向門型窗，當(dāng)然隨跨數(shù)的增加，采用橫向門型天窗那將是必需的。在這種復(fù)雜的大雙坡屋蓋上，所采用的縱向通脊門型天窗也好，橫向間斷門型天窗也罷，均屬因勢(shì)利導(dǎo)，順理成章所自然形成，并非人為特意雕作。圖5中，正是由于高側(cè)窗條數(shù)的增加，自然采光量相應(yīng)得以加強(qiáng)，于是采光板也相應(yīng)隨之減少。因此可以認(rèn)為，圖5所示縱橫雙向復(fù)合門型窗，比圖3所示橫向貫通式，圖4所示縱橫雙向復(fù)合式門型窗都好。每當(dāng)身臨其境，通透質(zhì)感，體會(huì)尤深。

3.3 縱向通脊+橫向間斷門型窗衍生

圖5所示六連跨，自左至右分別為粗加工跨、鑄鋼清理跨、鑄鋼鑄造跨、出鋼澆注（鑄錠）跨、煉鋼爐跨和爐料跨，其工藝并不合時(shí)宜。從合理的生產(chǎn)工藝考慮，粗加工跨應(yīng)予于剔除，而改為露天跨并設(shè)在鑄鋼鑄造跨、出鋼澆注跨的中間。由于從一味追求增加高側(cè)窗的采光出發(fā)，將鑄鋼跨雙重起重機(jī)的軌高以及粗加工跨、鑄鋼清理跨的軌高降低同樣也不合時(shí)宜。因此，在撇開粗加工跨合理性不議外，其既定六連跨屋面建筑形式，應(yīng)按以下較為合理的方式進(jìn)行衍生，即附設(shè)偏氣樓，如圖6所示;合理的起重軌高，這樣通風(fēng)采光的效果或許會(huì)更理想些，權(quán)且作為今后設(shè)計(jì)的借鑒。

從圖6所示縱橫雙向復(fù)合式天窗看，通過對(duì)前述中小型電弧爐所用偏氣樓的吸納，可使出鋼澆注跨的通風(fēng)采光得到大幅加強(qiáng)，煉鋼爐上方的排氣效果，不但不受影響，甚至?xí)兊酶靡恍Ｓ捎诋?dāng)時(shí)設(shè)計(jì)受進(jìn)度的制約，未曾顧及，不甚惋惜。

3.4 縱向包孕+橫向半坡連續(xù)門型

2012年在山西森特聞喜基地金屬結(jié)構(gòu)車間設(shè)計(jì)中，對(duì)186m六連跨主廠房首次采用了橫向通脊包孕+縱向半坡連續(xù)門型復(fù)合屋蓋建筑形式，如圖7所示。

從圖7可以看出，包孕式天窗與門型天窗相比，其開口窄，采光量小，因此兩側(cè)坡面采光板需要多加設(shè)置。但是包孕式天窗通風(fēng)效果極好，并為中冶京誠(chéng)營(yíng)口基地100t電爐煉鋼廠房實(shí)際使用所驗(yàn)證，特別是冬季還曾發(fā)生過車間管道凍裂事故。通過工程案例實(shí)際的使用，選擇包孕式通風(fēng)系統(tǒng)比采用橫向半坡連續(xù)式門型天窗方案通風(fēng)效果良好。由此也說明對(duì)天窗形式的選擇，尚需對(duì)車間的采光和通風(fēng)，屋面排水做出慎重權(quán)衡后再抉擇，切忌盲從。

對(duì)圖7所示屋蓋建筑形式，還于2016年在中鐵山橋煉鋼3連跨廠房進(jìn)行采用，效果良好。

4 結(jié)語

建筑專業(yè)對(duì)大中型熱加工廠房的傳統(tǒng)設(shè)計(jì)，因?yàn)榻ㄖ矫嫘问巾毎垂に囈筮M(jìn)行，建筑專業(yè)設(shè)計(jì)往往發(fā)揮的余地不大，難于體現(xiàn)出建筑師的真實(shí)設(shè)計(jì)水平;但是屋面建筑形式主要關(guān)乎車間的通風(fēng)、采光和排水問題，建筑專業(yè)設(shè)計(jì)則可以盡情發(fā)揮。

通過對(duì)屋頂多種通風(fēng)方式的比較和不斷創(chuàng)新摸索，期望對(duì)大型熱加工廠房提供更好的人性化的環(huán)境，為生產(chǎn)企業(yè)實(shí)現(xiàn)了節(jié)能要求的同時(shí)，也為生產(chǎn)企業(yè)帶來了良好的經(jīng)濟(jì)效益，也值得類似生產(chǎn)加工的企業(yè)廠房設(shè)計(jì)借鑒和應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)：

[1]張作運(yùn)，等.太原重工某大型鍛造熱處理車間結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)[J].建筑結(jié)構(gòu)，2013，2.

[2]郭冰冰，等.山西某大型工業(yè)廠房的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)[J].鋼結(jié)構(gòu)，2013，6.

[3]朱吉祿.太原重工大型鑄鍛件國(guó)產(chǎn)化研制項(xiàng)目設(shè)計(jì)[J].中國(guó)重型裝備，2012，3.

作者簡(jiǎn)介：張青鵬（1971—?），女，漢族，高級(jí)工程師，研究方向：建筑設(shè)計(jì)。