第十七章 单层工业厂房设计

1房屋建筑学2第十七章单层工业厂房设计本章提要和学习目标单层工业厂房的平面设计第一节单层厂房定位轴线的标定第二节单层厂房剖面设计第三节本章小结单层工业厂房体形与立面设计第四节3本章提要和学习目标本章提要:介绍了单层工业厂房的平面设计、定位轴线的标定、剖面设计、立面设计及采光和通风等环境设计等内容。学习目标:掌握单层工业厂房平面形式和柱网的选择；了解生活间的设计；了解影响厂房立面设计的因素和单层工业厂房立面设计的方法。4第一节单层工业厂房的平面设计房的平面设计除首先满足生产工艺的要求外，还应注意以下几点：1．使厂房平面形式规整、合理、简单，以便减少占地面积、节能和简化构造处理。2．厂房的建筑参数应符合建筑统一化的规定，使构件的生产满足工业化生产的要求。3．选择技术先进和经济合理的柱网，使厂房具有较大的通用性。4．合理地布置有害工段及生活用房。妥善处理安全疏散及防火措施等。5第一节单层工业厂房的平面设计(一)平面形式及其特点常用的厂房平面形式有矩形、方形、L形、U形和E形等（图17–1）.矩形平面中最简单的是单跨（图17–1(a)）。适合直线式的工艺流程布置。它平面简捷、构造简单、造价省、施工快，且采光、通风较易解决，但当工业建筑长宽比过大时，外墙面积过大，对保温隔热不利。这种平面适合对保温要求不高或生产工艺流程无法改变的工业建筑，如冶金企业的线材轧钢车间。当规模较大要求厂房面积较大时，常以两跨或多跨平行布置形成矩形甚至是方形的厂房平面。其组合方式多随工艺流程而异，有的将跨度平行布置，有的将某跨与其他跨相垂直布置。这种布置适用于直线式或直线往复式的生产工艺流程（图17–1(b)、(c)、(d)、(e)）。6第一节单层工业厂房的平面设计跨度相垂直布置的L形、U形和E形，适用于垂直式的生产工艺流程。这种平面布置工艺流程紧凑、零部件至总装配的运输路线短捷，有良好的通风、采光、排气、散热和除尘功能，适用于中型以上的热加工工业建筑（如轧钢、铸工、锻造等），但纵横跨相接处结构和构造复杂、施工麻烦、经济性较差。生产状况也影响着单层工业厂房的平面形式。其中如热加工车间对厂房平面形式的限制最大。值得注意的是，在平面布置时，要将纵横跨之间的开口迎向夏季主导风向或与夏季主导风向呈0°～45°夹角,以改善通风效果和工作条件.7第一节单层工业厂房的平面设计(二)不同平面形式的经济比较从建筑经济角度看，近于方形或方形的平面比较优越。图17–2是几种平面形式的经济比较。从图中我们可以看出：在面积相同的情况下,长条矩形、L形平面外围结构的周长比方形平面约长25％；在周长相同的情况下,L形平面的面积比方形平面少25％左右。这种优点对冬季寒冷地区和夏季炎热地区更是有利,有利于节能。同时，在同等条件下，方形厂房的造价也较矩形、长条形厂房低。从防震角度，方形或近于方形也是有利的。8第一节单层工业厂房的平面设计二．单层工业厂房柱网的选择柱网是单层工业厂房中纵向定位轴线与横向定位轴线纵横交叉共同形成的轴线网。柱网尺寸是由跨度和柱距确定的，柱网的选择就是选择厂房的跨度和柱距。柱网确定的原则是：1．满足生产工艺要求2．符合《厂房建筑模数协调标准》3．平面利用和结构方案经济合理工业建筑由于工艺的要求，常会有个别大型设备需越跨布置或长尺产品超越柱距。一种方案是抽柱方案，即保持柱网尺寸不变，只是将与设备或产品位置发生冲突处的柱子抽掉，上部用托架梁（支承在被与抽掉柱子同列相邻的两根排架柱上，代替被抽掉柱子支承屋架的纵向构件）承托屋架(见图17–3)；另一种方案是根据生产工艺实际情况，适当调整跨度和柱距，使结构统一、厂房内面积得到充分利用，达到较好的经济效益。但值得注意的是，调整后的柱网尺寸应符合建筑构件标准化的原则。9第一节单层工业厂房的平面设计有研究成果证明了扩大柱网的主要优点：1可以有效提高工业建筑面积的利用率；2有利于大型设备的布置及产品的运输；3能提高工业建筑的通用性，适应生产工艺的变更及生产设备的更新；4有利于提高吊车的服务范围；5能减少建筑结构构件的数量，并能加快建设速度。10第一节单层工业厂房的平面设计三．生活间设计(一)生活间的组成根据车间生产的卫生要求、车间规模及所在地区条件不同，生活间的组成大致如下：1．生产卫生用房2．生活卫生及生活福利用房3．行政办公用房4．生产辅助用房行政管理及生产辅助用房等本不属于生活间，但为经济及使用方便，往往和生活间布置在一起组成一栋建筑物。11第一节单层工业厂房的平面设计(二)生活间的布置1．设计注意事项(1)生活间的设计应本着“有利生产、方便生活”的原则，根据有关标准、规定，结合各车间的具体情况，既要保证一定的卫生要求，又要反对铺张浪费。(2)生活间应尽量布置在车间主要人流出入口处，且与生产操作地点有方便联系，并避免上、下班时的人流与厂内主要运输线交叉。(3)生活间应有适宜的朝向，使之能获得较好的采光、通风及日照等条件。(4)生活间不宜布置在有散发粉尘及其他有害气体车间的下风侧或顶部，并尽可能避免噪声及振动的影响。同时，还应考虑车间的采光、通风、运输和发展。(5)在生产条件许可及使用方便的前提下，力求利用车间内部的空闲位置设置生活间，或将几个车间的生活室合并建造，以节省用地和投资。(6)生活间的平面布置应注童面积紧凑、人流通畅、男女分设、管道集中且与所服务车间有方便的联系。建筑形式与风格应与车间和厂区环境相协调。12第一节单层工业厂房的平面设计2．生活间的形式及其构造特点单层厂房中常用生活间的形式有毗连式、独立式及车间内部式三种基本形式。(1)毗连式生活间毗连式生活间是与厂房纵墙或山墙毗连而建(图17–4)。这种方式用地较少，与车间联系紧密，使用方便，并可与车间共用一段墙，既经济又有利于室内保温。但当生活间沿车间纵墙毗连时，易妨碍车间的采光与通风。当用于散发热量较大并有湿气及其它有害气体的厂房，其被生活间遮挡部分不宜超过厂房全长的l/3。毗连式生活间多采用单面走廊的平面形式。常用的房间进深加走廊宽度有(6.0+0)ｍ、(6.0+1.8)ｍ、(6.6+2.4)ｍ。因受单面采光的限制，房间进深一般不超过7.0ｍ。常用的开间为3.3ｍ、3.6ｍ、3.9ｍ等。毗连式生活间的层高可按当地一般民用建筑的标准进行设计，也可按不同需要分层选择。毗连式生活间的层数及进行各层平面的布置应根据房间数量及用途、生活间与车间的相对位置及所处地段长度以及使用方便、经济合理等因素来确定。13第一节单层工业厂房的平面设计沉降缝的设置通常有两种方案：1)当生活间高于车间时，毗连墙应设在生活间一侧，和生活间成为一体。沉降缝应设在毗连墙和厂房之间(图17–5a))。毗连墙基础的类型有两种：①条形基础；②独立基础。2)当生活间低于车间，毗连墙和车间成为一体，沉降缝则设于毗连墙与生活间之间，车间柱基础上设基础梁来支承毗连墙(图17–5b)。生活间的楼板梁和屋面梁一般采用悬臂结构，地面、楼面、屋面与毗连墙断开并设置变形缝。这种方案的生活间亦可采用简支梁的形式，在梁的支座处理上采取措施，解决不均匀沉降的问题。如在梁下设梁垫，且此处不灌浆填实，而是用沥青麻丝等材料填塞，使小梁在毗连墙沉降时能随之下沉(图17–6)。3）还有一种方案是车间和生活间分别设墙，两墙中间为沉降缝，这种方案的建筑材料消耗多，造价较高，主要用于地震区。14第一节单层工业厂房的平面设计(2)独立式生活间独立式生活间是距厂房一定距离、用走廊和通道与车间联系的一种布置方式(图17–7)。它的特点是平面布置灵活，对车间通风采光无影响，不受车间有害因素的干扰，卫生条件好。独立式生活间一般为双侧布置房间，平面布置要紧凑合理，与厂房的通道要满足通行要求(图17–8)。独立式生活间与厂房的联系方式有三种：走廊连接、天桥连接和地道连接。（3）混合式生活间为了发挥上述两种生活间的优点，克服缺点，建筑实践中产生了一些兼具两种生活间特点的“混合式生活间”。它们和车间在平面布置上相对独立，又联系紧密，使用起来较为合理(图17–9)。15第二节单层厂房定位轴线的标定在单层工业厂房中，我们称其轴线为“定位轴线”，它是确定单层工业厂房主要承重构件的平面位置及其标志尺寸的基准线，同时也是单层厂房施工放线和设备安装定位的依据。确定工业厂房定位轴线必须执行《厂房建筑模数协调标准》(GBJ6–86)的有关规定。一．横向定位轴线横向定位轴线即厂房的横向轴线，它标定了纵向构件的标志端部，横向定位轴线之间的距离就是这些构件的“标志尺寸”。(一)柱与横向定位轴线的关系除厂房两端山墙处的边柱外，中间柱的截面中心线与横向定位轴线重合，而且屋架中心线也与横向定位轴线重合(图17–10)，纵向构件的标志长度皆以横向定位轴线为界。16第二节单层厂房定位轴线的标定(二)山墙与横向定位轴线的关系单层工业厂房的山墙按受力情况分为非承重山墙和承重山墙。两种情况的横向定位轴线是不同的。1．非承重山墙当山墙为非承重山墙时，山墙内缘与横向定位轴线重合，端部柱截面中心线应自横向定位轴线向内移600mm(图17–11)，给设置在山墙内侧的抗风柱留出位置。2．承重山墙当山墙为承重山墙时，承重山墙内缘与横向定位轴线的距离应按砌体块材的半块或半块的倍数、或者取墙体厚度的一半(图17–12)，以保证构件在墙体上有足够的结构支承长度。17第二节单层厂房定位轴线的标定(三)横向伸缩缝、防震缝部位柱与横向定位轴线的关系横向伸缩缝、防震缝处一般采用双柱双轴线的处理方法：定位轴线标定在缝的两端，两条定位轴线之间的距离称作插入距，用ai来表示，在此插入距ai等于变形缝宽ae。缝两侧柱截面中心线均自各自一侧定位轴线向两侧内移600mm(图17–13)，以保证各柱仍有自己的基础杯口。18第二节单层厂房定位轴线的标定二．纵向定位轴线纵向定位轴线即厂房的纵向轴线，它标定了厂房横向构件屋架或屋面大梁标志尺寸的端部位置，相邻两条定位轴线之间的距离为厂房的跨度。(一)外墙、边柱与纵向定位轴线的关系按照《厂房建筑模数协调标准》(GBJ6–86)的规定，在有吊车的厂房中，厂房跨度与吊车规格的关系为：Lk=L－2e(17–1)式中Lk——吊车跨度，即吊车两轨道中心线之间的距离，单位m；L——厂房跨度，单位m；e——吊车轨道中心线至纵向定位轴线的距离，单位mm，一般取750mm，当吊车起重量大于50t或者为重级工作制需设安全走道板时，取1000mm(图17–14)。19第二节单层厂房定位轴线的标定由式17–1中可知，如果厂房跨度一定，必须首先确定e值，才能确定Lk值。从图17–14中可以看出：e=h+Cb+B(17–2)式中h——上柱截面宽度，单位mm，根据厂房高度、跨度、柱距及吊车起重量确定；B——吊车桥架端部构造长度，单位mm，即吊车轨道中心线至吊车端部外缘的距离；Cb——吊车端部外缘至上柱内缘的安全净空尺寸，单位mm，当吊车起重量Q≤50t时，Cb≥80mm；Q≥75t时，Cb≥100mm。Cb值主要考虑吊车和柱子的安装误差以及吊车运行中的安全间隙。20第二节单层厂房定位轴线的标定由于吊车的形式和起重量不同、厂房的柱距和跨度各异以及是否设置安全走道板等条件，外墙内缘、边柱外缘与纵向定位轴线的关系有以下两种情况：1．封闭式结合所谓“封闭式结合”，是指纵向定位轴线与外墙内缘、边柱外缘以及屋架标志尺寸的端部相重合，屋面板与外墙之间无缝隙，形成“封闭结合”的构造(图17–15)。封闭式结合适用于无吊车或只有悬挂式吊车，以及柱距为6m、桥式吊车起重量Q≤50t／5t的厂房中。此时相应的参数为：B≤260mm，Cb≥80mm，h≤400mm，e=750mm，则：e－(h+B)≥90mm，满足Cb≥80mm的要求。21第二节单层厂房定位轴线的标定2．非封闭式结合在柱距为6m、桥式吊车的起重量Q≥30t／5t的厂房中，由于B=300mm，h=400mm，如不设安全走道板，e=750mm，此时，Cb=e－(h+B)=50mm，如继续采用封闭式结合，已不能满足吊车运行所需的安全间隙Cb≥80mm的要求，解决问题的办法是将边