工业建筑设计

工业建筑设计1.初步认识工业建筑的主要特点及设计任务和要求。2.区别工业建筑与民用建筑的异同。第1章工业建筑概论工业建筑的特点厂房建筑设计以工艺设计为基础。厂房空间尺度较大。厂房的建筑构造比较复杂。广泛采用钢筋混凝土骨架承重。工业建筑的分类1、按厂房用途分类：主要生产厂房辅助生产厂房动力用厂房储存用房屋运输用房屋其他：如泵房、污水处理站等。2、按生产状况分类：热加工车间冷加工车间有侵蚀性介质作用的车间恒温恒湿车间洁净车间3、按建筑层数分类：单层厂房：多层厂房：层数混合的厂房：厂房按层数分类单层厂房结构组成单层厂房结构件组成骨架承重结构：横向骨架：屋架、柱子、柱基础：作用是承受屋顶、天窗架、外墙及吊车荷载。纵向连系构件：屋面板、连系梁、吊车梁等作用是保证横向骨架的稳定性。支撑系统构件：包括屋架支撑和柱间支撑等。围护结构：外墙、屋顶、地面、门窗、天窗…其他：散水、明沟、坡道、吊车梯等——横向排架结构由横梁、横向柱列及其基础所组成的平面骨架，是厂房的基本承重结构。厂房承受的竖向荷载及横向水平荷载主要通过横向平面排架传至基础及地基横向平面排架组成及荷载图结构组成——纵向排架结构由连系梁、吊车梁、纵向柱列、柱间支撑和基础等构件组成的纵向平面骨架。作用是保证厂房结构的纵向稳定性和刚度，承受吊车纵向水平荷载、纵向水平地震作用、温度应力以及作用在山墙及天窗架端壁并通过屋盖结构传来的纵向风荷载等围护结构——位于厂房的四周，包括纵墙、横墙（山墙）、抗风柱、连系梁、基础梁等构件。这些构件所承受的荷载，主要是墙体和构件的自重以及作用在墙面上的风荷载纵向平面排架组成及荷载图结构组成厂房内的起重运输设备单轨悬挂式吊车：钢轨和电动葫芦组成梁式吊车：起重行车、横梁组成；分悬挂式和支撑梁式两种。桥式吊车：由起重行车和桥架组成。起重运输设备，如电动平板车、电瓶车、载重汽车和火车等。厂房内的起重运输设备厂房内的起重设备单层厂房的柱网选择单层厂房平面形式：生产工艺流程的形式有直线式、直线往复式和垂直式。直线式的特点是工业建筑内部各工段间联系紧密，但运输路线和工程管线较长。这种平面简单规整，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。（a）单层厂房平面形式：往复式：即原料从工业建筑一端进入，产品由同一端运出。其特点是工段联系紧密，运输路线和工程管线短捷，形状规整，占地面积小。结构构造简单，造价低。适合于多种生产性质的工业建筑。(b、c、d)垂直式：原材料从工业建筑一端进入，加工后从横跨的装配一端运出。特点是工艺流程紧凑，运输和工程管线较短。(f)单层厂房的平面形式柱网的选择：柱网：柱子在工业建筑平面上排列所形成的网格。柱网尺寸的确定：1）跨度：柱子纵向定位轴线间的距离2）柱距：横向定位轴线之间的距离厂房的柱网厂房的柱网柱距尺寸的确定我国单层工业厂房设计主要采用装配式钢筋混凝土结构体系，其基本柱距是6m。相应的结构构件如基础梁、吊车梁、连系梁、屋面板、横向墙板等，均已配套成型。柱距采用60M数列，即6m、12m、18m。当工业建筑跨度18m时，跨度采用30M的尺寸系列，即跨度可取9m、12m、15m。扩大柱网为了使厂房具有相应的灵活性和通用性，宜采用扩大柱网。常用扩大柱网(跨度×柱距)为12×12、15×12、18×12、24×12、18×18、24×24（m）等。12m柱距在工程中的应用通常有带托架和不带托架两种方案。此外，在扩大柱网中还有正方形或趋近正方形柱网，常用尺寸为12×12、18×18、24×24（m）等。扩大柱网扩大柱网的优点是：（1）提高厂房面积的利用率（2）有利于大型设备的布置和产品的运输。（3）适应生产工艺变更及生产设备更新的要求。（4）减少构件数量（5）有利于提高吊车的服务范围单层厂房剖面设计剖面设计是从厂房的建筑空间处理上满足生产对厂房提出的各种要求。厂房高度的确定厂房的天然采光厂房的自然通风厂房高度的确定概念：单层工业建筑的高度是指由室内地坪到屋顶承重结构最低点的距离，通常以柱顶标高来代表。厂房高度的确定（1）柱顶标高的确定①无吊车厂房：按最大生产设备及其使用、安装、检修时所需净空高度确定；同时兼顾采光和通风，一般不低于3.9m。根据《厂房建筑模数协调标准》的规定，应符合300mm的倍数。②有吊车厂房有吊车厂房高度的确定在有吊车的厂房中，不同的吊车对厂房高度的影响各不相同。对于采用梁式或桥式吊车的厂房来说：柱顶标高H=H1+H2轨顶标高H1=h1+h2+h3+h4+h5轨顶至柱顶高度H2=h6+h7根据《厂房建筑模数协调标准》的规定，柱顶标高H应为300mm的倍数。h1--需跨越的最大设备高度h2--起吊物与跨越物间的安全距离，一般为400mm～500mmh3--起吊的最大物件高度h4--吊索最小高度，由起吊物件的大小和起吊方式决定，一般＞1mh5--吊钩至轨顶面的距离，由吊车规格表中查得h6--轨顶至吊车小车顶面的距离，由吊车规格表中查得h7--小车顶面至屋架下弦底面之间的安全距离，应考虑到屋架的挠度、厂房可能不均匀沉陷等因素，最小尺寸为220mm，湿陷黄土地区一般不小于300mm。如果屋架下弦悬挂有管线等其它设施时，还需另加必要的尺寸。有吊车厂房的高度厂房高度的确定（2）剖面空间的利用确定厂房高度时，应在不影响生产使用的前提下，充分发掘建筑空间的潜力，降低建筑造价。见图[剖面空间的利用]。3）室内地坪标高的确定确定室内地坪标高就是确定室内地坪相对于室外地面的高差。设高差的目的是防止雨水浸入室内，一般室内外高差取150mm。剖面空间的利用屋面排水方式：无组织排水：有组织排水：屋面排水对屋顶形式的影响：多脊双坡形式屋顶：缓长坡形式屋顶：排水方式示意屋面排水方式：多脊双坡形式屋顶：屋架受力合理，构件定型。但排水立管多，屋面易渗漏，施工较困难，造价偏高。缓长坡形式屋顶：管网短，构造简单，可以减少维修和投资费用。天然采光单层厂房主要采用天然采光，当天然采光不能满足时，才辅以人工照明。确定采光系数示意采光系数：C=(EN/EW)x100%室内工作面上应有一定的光线，光线的强弱是通常用照度来衡量的，照度表示单位面积上所接受的光通量的多少。但由于室外天然光线随时都在变化，室内的照度值也随之而变化。因此，室内某点的采光情况不可能用这个变化不定的照度值来表示，而是以采光系数C来表示。采光计算采光系数C室内工作面上某一点的照度与同时间露天场地上照度的百分比表示，这个比值称为室内某点的采光系数C。见下图。即：C=En/Ew×100%C--室内某点的采光系数(％)，En--室内某点的照度(Lx)；Ew--同一时间的室外照度(Lx)；厂房立面上的窗口一般是根据厂房的采光、通风以及立面处理等因素综合考虑开设的，应进行采光计算。图表计算法是我国目前常用的方法：在初步设计阶段采用窗地面积比来估算或验算采光面积。见表[窗地面积比]。天然采光的基本要求①采光系数最低值：GB/T50033-2001《建筑采光设计标准》中将我国工业生产的视觉工作分为V级，并提出了各级视觉工作要求的室内天然光照度最低值及各级采光系数最低值。见表[作业场所工作面上的采光系数标准值]。②避免直射阳光等采光方式采光方式：图[单层厂房天然采光方式]。侧面采光：利用开设在侧墙上的窗子进行采光顶部采光：利用开设在屋顶上的窗子进行采光。顶部采光室内光线均匀，采光效率较侧窗高；但构造较复杂，造价也较高。混合采光：两种方式结合厂房采光的方式侧面采光侧面采光分单侧采光和双侧采光。采光侧窗分高侧窗和低侧窗。侧面采光经济适用、构造简单、施工方便，设计中应尽可能采用这种方式。单向低侧窗光线方向性强、均匀度差、衰减幅度大。见下图。提高侧窗位置，能使远窗点的采光系数提高、照度增加，使厂房采光的均匀度得到提高。一般中等照度要求的厂房，侧窗采光对水平工作面的有效进深为工作面至窗上缘高度的2倍。应尽可能采用双侧采光。当侧面采光不能满足要求时，可采用混合采光方式或辅以人工照明。由于侧面采光的方向性强，故布置侧窗时要避免可能产生的遮挡：高侧窗窗台宜高于吊车梁面600mm，低侧窗窗台高度一般为工作面的高度，同时为便于开关，通常取800mm左右。高侧窗与低侧窗示意采光天窗的形式和布置见图[采光天窗的形式和布置]。常见的有矩形天窗、梯形天窗、三角形天窗、M形天窗、锯齿形天窗、横向下沉式天窗、平天窗等。采光天窗的布置须结合天窗形式、屋盖结构和构造、厂房朝向、生产要求等因素综合考虑。纵向布置：适用于南北向厂房，多采用矩形、Ｍ形、梯形、锯齿形等天窗，平天窗也可作成采光带沿纵向布置。为方便屋面检修于消防，常在靠山墙及横向变形缝两侧柱间不设天窗。横向布置：适用于东西向厂房，多采用横向下沉式天窗，平天窗也可成带横向布置。点式布置：一般采用平天窗，根据使用要求，在屋面上灵活地布置采光口，采光均匀性好。采光天窗的形式：矩形天窗：锯齿形天窗：横向天窗：平天窗：三角形天窗：其他采光天窗的形式矩形天窗矩形天窗是沿跨间纵向升起局部屋面、在高低屋面的垂直面上开设采光窗而形成的，具有中等照度。是我国广泛采用的一种采光天窗。当厂房为南北向时，室内光线均匀。由于窗面垂直，积灰少，且易于防水。窗扇可开启，能兼起通风作用。它的缺点是组成构件类型多、结构复杂，自重大，造价高，增加了厂房高度、抗震性能不好。为了获得良好的采光效果，矩形天窗的宽度b宜等于厂房跨度L的1/3～1/2，天窗的高宽比h/b宜为0.3左右，不宜大于0.45，这是由于天窗过高对提高工作面照度的作用较小。M形天窗是将矩形天窗的屋盖由两侧向内倾斜而形成。由于屋盖的倾斜，其内表面可增强光线的反射作用，同时，倾斜的屋盖可以引导气流。所以，Ｍ形天窗较矩形天窗的采光、通风都更有利。但构造较矩形天窗复杂，天窗屋面需设置内排水，或形成纵向长天沟外排水。横向下沉式天窗是将相邻柱距的整跨屋面板上下交替布置在屋架的上下弦上，利用屋面板位置的高差(即屋架上下弦的高差)作采光口而形成的。横向下沉式天窗布置灵活，可根据使用要求每隔一个柱距或几个柱距布置，其造价较矩形天窗低。当厂房为东西向时，横向下沉式天窗为南北向。因此，横向下沉式天窗多用于朝向为东西向的冷加工车间。同时，它排气路线短捷，可开设较大面积的通风口，通风量大。所以，它还适用于对采光、通风都有要求的热加工车间。其缺点是窗扇形式受屋架限制、不标准且构造复杂，厂房纵向刚度较差。锯齿形天窗是将厂房屋盖做成锯齿形，窗设于垂直面上(有时也做成稍倾斜面)。这种天窗能利用天棚倾斜面反射光线。因此，采光效率较矩形天窗高。窗扇可开启，能兼起通风作用，窗口一般朝北或接近北向，无直射阳光进入室内、或射进的阳光很少，室内光线稳定。因此，对于要求光线稳定，要调节温湿度的厂房，如纺织厂多采用这种天窗形式。其它，如印染厂、机械厂等也可采用。见图单层厂房天然采光方式i。平天窗是在屋盖上直接设置采光口而形成的。它可以成点、成块、或成带布置。平天窗的采光效率高，约为矩形天窗的2～2.5倍，并具有布置灵活、构造简单、施工方便、造价低等优点。对于太阳光直射车间易产生眩光、采暖地区玻璃易结露，造成水滴下落、玻璃表面易积尘或积雪、玻璃破碎落下伤人、以及平天窗一般不起通风作用等问题，我国在实践中采取了一些措施(详见天窗部分)。由于平天窗有着明显的优点，故在冷加工车间的设计中应用较广泛。自然通风单层厂房自然通风是利用空气的热压和风压作用进行的。一）自然通风的基本原理热压作用：风压作用：热压作用由于厂房内部人体散发的热量、机械加工生产的热量提高了室内空气温度，使空气体积膨胀，密度变小而自然上升；室外空气温度相对较低，密度较大，便由外围护结构下部的门窗洞口进入室内，加速了室内热空气的流动。新鲜空气不断进入室内，污浊空气不断排出，如此循环，达到通风的目的。这种利用室内外冷热空气产生的压力差进行通风的方式，称为热压通风。热压作用下的通风热压值按下列公式计算：ΔP=H(r外－r内)式中：ΔP-热压(kg/m2)H—进风口中心线至排风口中心线的垂直距离（m）r外-室外空气密度(kg/m3)