设计工业建筑

房屋建筑学学习单元1认识工业建筑学习单元2设计单层工业建筑学习单元3设计多层工业建筑认识工业建筑学习单元1工业建筑在设计原则、建筑技术、建筑材料方面与民用建筑相比，具有以下特点：（一）满足生产工艺要求厂房的设计以生产工艺设计为基础，必须满足不同工业生产的要求；满足适用、安全、经济、美观的建筑要求，并为工人创造良好的生产环境。（二）内部有较大的通敞空间和面积由于厂房内各生产工部联系紧密，需要大量或大型的生产设备和起重运输设备，因此需要较大的通敞空间和面积。一、工业建筑的特点（三）采用大型的承重骨架结构厂房屋盖和楼板荷载较大，多数厂房(有重型起重机的厂房、高温厂房或地震烈度较高的厂房)都采用由大型的承重构件组成的钢筋混凝土骨架结构或钢结构，以适应较大荷载的特殊要求。（四）构造复杂，技术要求高由于厂房的面积、体积较大，有时采用多跨组合，工艺联系密切，不同的生产类型对厂房提出不同的功能要求。因此，在空间、采光通风和防水排水等建筑处理以及结构、构造上都比较复杂，技术要求高。工业建筑的类型很多，为了把握工业建筑的特点和标准，便于设计研究，在建筑设计中常按用途、生产状况、层数和跨度尺寸等进行分类。（一）按厂房的用途分类二、工业建筑的分类2.辅助生产厂房1.主要生产厂房3.动力用厂房5.运输用建筑4.储藏类建筑6.其他建筑（二）按厂房的生产状况分类3.恒温恒湿厂房1.冷加工厂房4.洁净厂房2.热加工厂房（三）按厂房的层数分类1.单层工业厂房这类厂房多用于冶金、机械等重工业。单层工业厂房适用于大型设备及加工件，有较大动荷载和大型起重运输设备、需要水平方向组织工业流程和运输的生产项目，其特点是设备体积大、质量大。厂房内的生产工艺路线和运输路线较容易组织，但单层厂房占地面积大、围护结构多，单路管线长，立面较单调。单层厂房又分单跨、高低跨和多跨厂房，如图11-4所示。2.多层工业厂房这类厂房常用于轻工业，如纺织、仪表、电子、食品、印刷、皮革、服装等工业，常见的层数为2～6层。此类厂房的设备质量、体积小，适用于设备、产品较轻、竖向布置工艺流程的生产项目。车间运输分垂直运输和水平运输两大部分，垂直运输靠电梯，水平运输则通过小型运输工具(如电瓶车等)，如图11-5所示。3.混合层数厂房层数混合的工业厂房也就是在厂房中既有单层又有多层的混合类厂房。这种厂房常用于化工、热电站的主厂房等，例如，热电厂主厂房，汽机间设在单层单跨内，其他可设在多层内；化工车间，高大的生产设备可设在单层单跨内，其他可设在多层内，如图11-6所示。4.科研、生产、储存综合建筑在同一建筑里既有行政办公、科研开发，又有工业生产、产品储存的综合性建筑，是现代高新产业界出现的新型建筑。（四）按厂房的跨度尺寸分类1.小跨度工业厂房小跨度工业厂房是指小于或等于15m的单层工业厂房，这类厂房多以砖混结构为主，多用于中小型企业或大型企业的非主要生产厂房。2.大跨度工业厂房大跨度工业厂房是指跨度为15～36m及36m以上的单层工业厂房。其中，15～36m的厂房以钢筋混凝土结构为主；跨度在36m及36m以上时，一般以钢结构为主。（五）按厂房的生产状况分类其他特种状况的车间5冷加工车间1热加工车间2恒温、恒湿车间3洁净车间4（一）符合生产工艺要求生产工艺要求是工业建筑设计的主要依据，在建筑面积、平面形状、柱距、跨度、剖面形式、厂房高度、结构方案和构造措施等方面，必须满足生产工艺的要求，确定合理载重、围护结构与细部构造。三、工业建筑的设计要求（二）满足建筑技术要求(1)工业建筑的耐久性应符合建筑的使用年限。由于厂房荷载较大，建筑设计应为结构设计的合理性创造条件，能经受自然条件、外力、温度、湿度、化学侵蚀变化等因素，使结构设计更利于满足坚固和耐久的要求。(2)生产工艺不断更新，生产规模逐渐扩大，因此，建筑设计应使厂房具有较大的通用性和改建扩建的可能性。(3)应严格遵守《厂房建筑模数协调标准》(GB/T50006—2010)及《建筑模数协调标准》（GB/T50002—2013）的规定，合理选择厂房建筑参数(柱距、跨度、柱顶标高)，以便采用标准通用的结构构件，从而提高厂房建筑工业化水平。（三）满足建筑经济要求(1)在满足生产使用、保证质量的前提下，应考虑建筑层数，适当控制面积、体积，合理利用并节约材料和费用，降低建筑造价。(2)在不影响厂房的坚固、耐久、生产操作、施工进度的前提下，应做到减小消耗、减轻自重、降低造价。（四）满足卫生及安全要求(1)应有良好的自然通风。对散发有害气体、废气、辐射和噪声的厂房，应设法排除、净化、隔离、消声，尽量减少或消除伤害。(2)有可靠的防火安全措施，美化室内环境。良好的工作环境有利于工人的身体健康。设计单层工业建筑学习单元2单层工业厂房的结构支承方式基本上可分为承重墙结构与骨架结构两类。仅当厂房的跨度、高度、起重机荷载较小及地震烈度较低时，才使用承重墙结构；当厂房的跨度、高度、起重机荷载较大及地震烈度较高时，广泛采用骨架承重结构。我国单层工业厂房广泛采用钢筋混凝土排架结构，即柱与基础刚接，柱与屋架或屋面梁铰接的面骨架结构。一、单层工业厂房的构造及主要构件钢筋混凝土排架结构主要由承重结构和围护结构两部分组成。承重结构主要由基础、基础梁、柱、起重机梁、连系梁、圈梁、屋面梁和屋架、屋面板等构件组成；围护结构包括外墙、屋面、地面、门窗、天窗等。其构件组成如图11-7所示。（一）基础单层工业厂房的基础一般做成独立柱基础，其形式有杯形基础、板肋基础、薄壳基础等。当结构荷载比较大而地基承载力又较小时，可采用杯形基础或桩基础。基础所用混凝土等级一般不低于C15，为了方便施工放线和保护钢筋，基础底部通常要铺设C7.5的素混凝土垫层，厚度一般为100mm。厂房基础多采用独立钢筋混凝土基础，有现浇柱下基础(图11-8)和预制柱下杯形基础两种形式。（二）基础梁一般厂房常将外墙或内墙砌筑在基础梁上，基础梁两端搁置在柱基础的杯口顶面，这样可使内、外墙和柱沉降一致，墙面不易开裂。基础梁的截面形状常用梯形，有预应力与非预应力混凝土两种。其外形与尺寸如图11-9(a)所示，基础梁长度标志尺寸一般为600mm。梯形基础梁预制较为方便，它可利用已制成的梁做模板，如图11-9(b)所示。基础梁顶面标高至少应低于室内地坪标高50mm，至少应比室外地坪标高高100mm，以利于墙身防潮并作散水。基础梁底回填土时一般不需要夯实，并留有100mm的空隙，以利于基础梁随柱基础一起沉降。在保温、隔热厂房中，为防止热量沿基础梁流失，可铺设松散的保温、隔热材料，如炉渣、干砂等；同时，在外墙周围做散水坡，如图11-10所示。松散材料的厚度宜大于300mm。（三）柱柱是厂房的竖向承重构件，主要承受屋盖和起重机梁等竖向荷载、风荷载及起重机产生的纵向和横向水平荷载，有时还承受墙体、管道设备等荷载，并且将这些荷载连同自重全部传递至基础。柱子按其位置，可分为边列柱、中列柱、高低跨柱等；按材料，可分为钢柱、钢筋混凝土柱，钢柱的截面一般采用格构形。目前，钢筋混凝土柱应用较广泛，类型如图11-11所示。（四）吊车梁当厂房设有桥式起重机(或支承式梁式起重机)时，需在柱牛腿上设置吊车梁，并在吊车梁上敷设轨道，供起重机运行。因此，吊车梁直接承受起重机的自重和起吊物件的质量，以及刹车时产生的水平荷载。吊车梁一般用钢筋混凝土制成，有非预应力和预应力混凝土两种。常见的吊车梁截面形式有等截面和变截面两种，等截面如T形、工字形等；变截面有折线形、鱼腹形、格架式等。T形吊车梁的上部翼缘较宽，如图11-12所示。起重机轨道分为轻轨、重轨、方钢三种形式，根据各种起重机的技术规格推荐用型号选定。起重机梁两端上、下边缘各埋有钢件，供与柱子连接用，如图11-13所示。在预制和安装起重机梁时，应注意预埋件位置。起重机梁与柱的连接多采用焊接。为承受起重机横向水平刹车力，起重机梁上翼缘与柱间须用钢板或角钢与柱焊接。为承受起重机梁竖向压力，起重机梁底部安装前应焊接上一块垫板(或称支承钢板)，与柱牛腿顶面预埋钢板焊牢，如图11-14所示。（五）连系梁与圈梁连系梁是柱与柱之间在纵向上的水平连系构件，分为设在墙内和不在墙内两种。当墙体高度超过15m时，应设置连系梁，以承受上部墙体质量并将荷载传递给柱子。连系梁的截面形式有矩形和L形两种，分别适用于0.24m和0.37m的砖墙中。为了保证可靠的传力性能，连系梁与柱子应牢固地连接。通常在柱外侧设置钢牛腿或钢筋混凝土牛腿，连系梁搁在牛腿上；预制连系梁与柱的牛腿可通过螺栓进行连接，也可通过梁、柱设预埋件进行焊接；现浇连系梁可通过与柱中预留的锚拉钢筋进行连接。（六）屋面梁与屋架屋面梁与屋架是屋盖结构的主要承重构件，直接承受屋面荷载，有的还要承受悬挂式梁式起重机、天窗架、管道或生产设备等荷载，对厂房的安全、刚度、耐久性、经济性等起着至关重要的作用。其制作材料有钢筋混凝土、型钢、木材等。屋面梁有单坡和双坡两种形式，可用于单坡或双坡屋面。用于单坡屋面的跨度有6m、9m和12m三种；用于双坡屋面的跨度有9m、12m、15m和18m四种，如图11-15所示。屋面坡度较平缓，一般为10％，适用于卷材防水屋面和非卷材防水屋面。屋架种类很多，常用的有三角形屋架、拱形屋架和梯形屋架等。（七）屋面板屋面板一般有预应力钢筋混凝土屋面板和Ｆ形屋面板。1.预应力钢筋混凝土屋面板外形尺寸常用1.5m×6.0m规格。当柱距为9m、12m时，也可采用1.5m×9.0m、3.0m×12.0m规格的屋面板。其适用于中大型和振动较大，对于屋面刚度要求较高的厂房。如图11-16所示，为预应力钢筋混凝土槽形屋面板。2.F形屋面板F形屋面板是一种结构自防水覆盖构件，屋面板三个周边设有挡水反口(挡水条)，纵向板缝间采用挑檐搭接方法，横向板缝采用盖瓦盖缝，屋脊处采用脊瓦盖缝，如图11-17所示。（一）起重机的分类在生产中为运送原材料、半成品或成品，检修安装设备，厂房内需设置的起重运输设备种类很多，用途各异。其中，各种起重机对厂房设计影响最大。常用的起重机有以下几种：1.单轨悬挂式起重机单轨悬挂式起重机按操作方法，分手动和电动两种。在厂房的屋架下弦悬挂单轨，起重机装在单轨上，按单轨线路运行或起吊物。轨道转弯半径不小于2.5m，起重量不大于5t。它操作方便、布置灵活、起重幅度不大，如图11-18所示。二、厂房内部起重运输设备2.梁式起重机梁式起重机在屋架下弦悬挂双轨，在双轨下部安装起重机，如图11-19所示。支承在梁上的梁式起重机，在两列柱的牛腿上设起重机梁和轨道，起重机装于轨道上。两种起重机的横梁均可沿轨道纵向运行，梁上电葫芦可横向运行和起吊重物，起重量不超过5t，起重幅面较大。支承在梁上的梁式起重机，通过起重机梁和牛腿等支承在柱子上。3.桥式起重机桥式起重机由起重行车及桥架组成，桥架上铺有起重行车运行的轨道(沿厂房横向布置)，桥架两端借助行走轮在起重机轨道(沿厂房纵向)上运行，起重机轨道铺设在由柱子支承的起重机梁上。起重量为5～400t，桥式起重机的司机室多设在起重机桥架端部，起重量及起重幅面较大，如图11-20所示。（二）起重机对柱网的要求起重机对柱网的要求是：满足生产工艺要求，结构方案、经济合理，符合《厂房建筑模数协调标准》(GB/T50006—2010)的要求。（一）单层工业建筑承重骨架结构的组成和作用单层工业建筑的结构类型通常采用骨架承重结构。骨架承重结构简称骨架结构，由柱子、屋架或屋面大梁(或其他屋盖结构)等承重构件组成。在骨架结构中，内外墙一般不承重，只起围护或分隔作用。（二）骨架结构的特点骨架结构的特点如下：(1)便于提供高大、通敞的厂房室内空间，有利于生产工艺及其设备的布置。(2)有利于生产工艺的生产更新和改善。(3)节约造价，由于骨架承受荷载，内外墙起围护、分隔作用，各部分材料能充分发挥作用。三、单层工业建筑承重骨架结构（三）骨架结构的分类骨架结构按材料，可分为砌体结构、装配式钢筋混凝土结构和钢结构等。1.砌体结构这种骨架结构主要由烧结普通砖等砌块砌筑成的柱子、钢筋混凝土