工业建筑设计

房屋建筑学,第7章,提几个问题，同学们找出答案：,1.与民用建筑相比较，工业建筑的特点是什么？ 2.单层骨架式承重工业厂房的承重结构由哪些构件组成？ 3.什么是联系梁？什么是基础梁？ 单层骨架式承重工业厂房的联系梁和圈梁有什么异同？ 4.什么是单层工业厂房封闭式结合非封闭式结合？,第7章 单层工业建筑设计,7.1 工业建筑概述 7.1.1 工业建筑的类型、特点和设计要求,（1）主要生产厂房 用于完成产品从原料到成品的加工的主要工艺过程的各类厂房。 （2）辅助生产厂房 为主要生产车间服务的各类厂房，如：机修和工具等车间。 （3）动力用厂房 为工厂提供能源和动力的各类厂房，如：发电站、锅炉房等。 （4）储藏类建筑 储存各种原料、半成品或成品的仓库，如：材料库、成品库等。 （5）运输工具用房 停放、检修各种运输工具的库房。,二、工业建筑类型 ： （一）按厂房用途分,（二）按厂房生产状况分 （1）冷加工厂房 在正常温湿度状况下进行生产的车间，如：机械加工、装配等车间。 （2）热加工厂房 在高温或熔化状态下进行生产的车间。在生产中产生大量的热量及有害气体、烟尘。如：冶炼、铸造、锻造和轧钢等车间。 （3）恒温恒湿厂房 在稳定的温湿度状态下进行生产的车间。如：纺织车间和精密仪器等车间。 （4）洁净厂房 为保证产品质量，在无尘无菌，无污染的洁净状况下进行生产的车间。如：集成电路车间、医药工业、食品工业的一些车间等。,（三）按厂房层数分,（1）单层厂房 广泛应用于机械、冶金等工业。使用于有大型设备及加工件，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。 （2）双层厂房 这类厂房主要用于机械制造工业、冶金工业、化纤工业等。 （3）多层厂房 用于电子、精密仪器、食品和轻工业。适用于设备、产品较轻、竖向布置工艺流程的生产项目。 （4）混合层数厂房 同一厂房内既有多层也有单层，单层或跨层内设置大型生产设备，多用于化工和电力工业。,多层厂房,混合层数厂房,（4）满足卫生及安全要求,1）应有与生产工艺适应的天然采光，以保证厂房内部工作面上的照度；还应有良好的自然通风； 2）设法排除生产余热、废气及有害气体，以提供卫生的工作环境； 3）对散发有害气体、有害辐射和存在严重噪声的厂房，应采取净化、隔离、消声、隔声等措施，以减少或消除不必要的危害； 4）美化室内环境，注意厂房绿及色彩处理，优化生产环境。,7.1.2 单层工业建筑的结构类型,单层工业建筑的结构类型可以分为： 墙承重结构， 骨架承重结构 两类。 只有当厂房的跨度、高度、吊车荷载较小或无吊车时才采用承重墙承重结构，通常多采用骨架承重结构。,骨架结构按材料可分为砌体结构、钢筋混凝土结构和钢结构。 （1）砌体结构 由粘土砖等砌块砌筑成的柱子、钢筋混凝土屋架（或屋面大梁）或钢屋架等组成。,（2）装配式钢筋混凝土结构,这种骨架结构主要由横向骨架和纵向连系构件组成。 横向骨架体系包括屋面大梁（屋架）、柱子、柱基础等。 纵向连系构件包括屋面板、连系梁、吊车梁、基础梁等。 这种结构坚固耐久，建设周期短，与钢结构相比可节省钢材， 造价较低，故在国内外工业建筑中应用十分广泛。唯其自重大， 抗震性能比钢结构厂房差。图为这种骨架结构几种常见预制钢筋 混凝土柱的形式。,（3）钢结构,其主要承重构件全部采用钢材制作。 这种骨架结构自重轻，抗震性能好，施工速度快，主要用于跨度巨大、空间高、吊车荷载重、高温或振动荷载大的厂房。但钢结构易锈蚀，防火性能差，保护维修费用高，使用时应采取必要的防护措施。 究竟选择哪种骨架结构，应根据厂房的用途、规模、生产工艺和起重运输设备、施工条件、材料供应情况等因素综合分析而定。,（二）其他结构,单层工业厂房的承重结构除上述骨架结构外，还有其他结构形式。 一类是上述骨架结构中，屋顶部分改用轻型屋盖，如V形折板结构、单面或双面曲壳结构或者网架结构。 这类结构的屋盖属于空间结构，其特点是受力合理，能充分地发挥材料的力学性能，其空间刚度大，抗震性能较强。缺陷是施工复杂，大跨及连跨厂房不便采用。 另一类诸如门式刚架、T形板结构。 门式刚架（简称门架）是一种梁柱合一的结构形式；而T形板用作竖向承重构件时相当于墙柱结合的构件。这类结构的共同特点是构件类型少，材料节省。,（三）装配式钢筋的混凝土排架结构的组成,（1）承重结构 横向排架、纵向连系构件和支撑系统组成。 1）横向排架由基础、柱子、屋架（或屋面大梁）组成，用以承受厂房的各种荷载。 2）纵向连系构件包括基础梁、连系梁、吊车梁、大型屋面板（或檩条）等。它们与横向排架构成整个骨架，保证厂房的整体性与稳定性；纵向构件还要承受作用于山墙上的风荷载及吊车纵向制动力，并将其传给柱子。 3）为了保证厂房骨架的整体性刚度，还需在厂房屋架之间和柱间设置支撑系统，分别称为屋盖支撑、柱间支撑和系杆。 组成骨架的柱子、屋架、柱基础和吊车梁是厂房的主要承重构件，关系到厂房的坚固与安全，设计时必须给予足够的重视。,（2）围护结构,单层厂房的外围结构主要包括外墙、屋顶、地面、门窗及天窗，是单层工业厂房的外壳，对于维持厂房室内良好的物理环境起着重要的保障作用。,7.1.3 单层工业厂房内部的起重运输设备,（一）单轨悬挂式吊车 单轨悬挂式吊车按操纵方法有手动和电动两种。 此吊车由运行和提升两部分组成，安装在工字形钢轨上，钢轨悬挂在屋架（或屋面大梁）下弦上，轨道为单轨式，布置或直或曲。为此厂房屋顶应有较大的刚度，以适应吊车荷载的作用。悬挂式吊车的起重量较小，一般为12t。,（三）桥式吊车,桥式吊车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吊车轨道（沿厂房纵向）上运行，吊车轨道铺设在由柱子支承的吊车梁上。桥式吊车的司机室多设在吊车桥架端部，极少数设在桥架中部。根据每班内平均工作时间的多少，桥式吊车可分为： 重级工作制（工作时间40%）， 中级工作制（工作时间为25%40%）， 轻级工作制（工作时间为15%25%）。 桥式吊车的起重量可由5t到数百吨，它在工业建筑中应用很广。由于所需净空高度大，自重巨大，加之高空运行，故对厂房结构受力是很不利的。 龙门吊车的荷载直接传到基础上，因而大大减轻了厂房承重结构的荷载，便于扩大柱距以适应工艺流程的改造。但龙门吊车行驶速度缓慢，且多占厂房使用面积，所以还不能全然替代桥式吊车。,7.2 单层工业建筑柱网选择,7.2.1 柱网选择的依据 在骨架结构厂房中，柱子是最主要的承重构件，作为厂房平面设计重要内容之一的结构布置，要求确定柱子的平面位置，亦即柱网选择。 柱子在厂房平面上排列所形成的网格称为柱网，柱网尺寸是由跨度和柱距组成的。 柱子纵向定位轴线之间的距离称为跨度，横向定位轴线之间的距离称作柱距。柱网的选择实际上就是选择厂房的跨度和柱距。,工艺设计人员根据工艺流程和设备布置状况，对跨度和柱距提出初始的要求，建筑设计人员在此基础上，依照建筑及结构的设计原则，最终确定厂房的跨度和柱距。选择柱网时要综合考虑以下几个方面： （1）满足生产工艺提出的要求； （2）遵守厂房建筑模数协调标准的有关规定； （3）尽量扩大柱网，提高厂房的通用性； （4）满足建筑材料、建筑结构和施工等方面的技术性要求； （5）尽量降低工程造价。,7.2.3 柱距尺寸的确定,柱距是两柱之间的纵向间距。 在厂房结构中，实际上规定了诸多纵向构件如基础梁、吊车梁、联系梁、屋面板、柱间支撑等的长度尺寸。根据我国设计、制作、运输、安装等方面的经验，柱距通常采用6m，称为基本柱距。,7.2.4 扩大柱网及其优越性,现代工业生产的显著特征之一在于生产工艺、生产设备和运输设备在不断更新变化，而且其周期越来越短。为使其适应这种变化，厂房应具有相应的灵活性与通用性，这种通用性、灵活性在厂房平面设计中的技术表现之一就是采用扩大柱网，也就是扩大厂房的跨度和柱距。 将柱距由6m扩大至12m、18m乃至24m，如采用柱网（跨度柱距）为12m12m、15m12m、18m12m、24m12m、18m18m、24m24m等。,扩大柱网的主要优点是：,（1）可以有效提高厂房面积的利用率； （2）有利于大型设备的布置及产品的运输； （3）能提高厂房的通用性，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。,7.3 单层工业建筑定位轴线,单层厂房定位轴线是确定厂房主要承重构件的平面位置及其标志尺寸的基准线，同时也是厂房施工放线和设备安装定位的依据。为了工业化的需要，必须使厂房建筑主要构配件标准化和系列化，减少构件类型，增加通用性和互换性，因此，厂房定位轴线的确定必须执行厂房建筑模数协调标准有关规定。,7.3.1 横向定位轴线,（一）中间柱与横向定位轴线的联系 除横向变形缝两侧及厂房端部排架柱外的柱称为中间柱。中间柱的截面中心线与横向定位轴线重合，厂房的纵向结构构件如屋面板、吊车梁、连系梁的标志长度皆以横向定位轴线为界。,（二）横向伸缩缝、防震缝部位柱与横向定位轴线的联系,横向伸缩处一般采用双柱处理，为保证缝宽的要求，此处应设两条定位轴线，缝两侧柱截面中心均应自定位轴线向两侧移600mm。两条定位轴线之间的距离称做插入距，用ai来表示。在这里，插入距ai等于变形缝宽ae。,（三）山墙与横向定位轴线的联系,单层厂房的山墙按受力情况分为非承重山墙和承重山墙，两种情况时横向定位轴线的确定是不同的。,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。端柱其所以内移600mm，是由于山墙内侧设有抗风柱，抗风柱上柱需通至屋架上弦进行连接的构造需要，还考虑与横向伸缩缝和防震缝处定位轴线划分一致，有利于结构构件的协调统一。,（一）外墙、边柱与纵向定位轴线的联系,在有吊车的厂房中，厂房建筑模数协调标准对吊车规格与厂房跨度的关系作如下规定： Lk=L2e 式中 Lk吊车跨度，即吊车两轨道中心线之间的距离（mm）； L厂房跨度（mm）； e吊车轨道中心线至纵向定位轴线的距离（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。 由图所示细部构造关系可知： e=h+Cb+B 式中 h上柱截面高度（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（mm），即吊车轨道中心线至吊车端部外缘的距离，可查阅吊车规格资料； Cb吊车端部外缘至上柱内缘的安全净空尺寸（mm），当吊车起重量Q20t时，Cb80mm；Q75t时，Cb100mm。Cb值主要考虑吊车和柱子的安装误差以及吊车运行中的变形而应预留的安全空隙。,由于吊车起重量、柱距、跨度、是否有安全走道板等因素的影响，边柱外缘与纵向定位轴线的联系有两种情况： （1）封闭式结合 （2）非封闭式结合,封闭式结合,在无吊车或只有悬挂式吊车，以及在柱距为6m，桥式吊车起重量Q20t条件下的厂房中，一般采用封闭结合式定位轴线，即边柱外缘与纵向定位线相重合。 此时采用封闭结合定位轴线的原因是：当Q20t时，则B260mm，Cb80mm；柱距6m，吊车轻，h400mm；不设安全走道板，e=750mm。则：e（hB）90mm满足Cb80mm的要求。 在封闭式结合中，封闭的含义在于： 当采用此种定位轴线时，按常规布板，则屋架及屋面板与外墙内缘必然闭合，不需设补充构件，具有构造简单、施工方便等优点。,非封闭式结合,在柱距为6m、吊车起重量Q30t的厂房中，边柱外缘与纵向定位轴线之间应保持一定的距离。 这是由于：Q30t时，B300mm；Cb80mm；柱距较大，吊车较重，故h400mm；如不设安全走通板e750mm。则： e -（h+B）50mm，不能满足上述Cb80mm的要求。 如继续采用封闭式结合，已不能满足吊车安全运行所需净空要求。 解决问题的办法是将边柱外缘自定位轴线向外移动一定距离，这个距离称为联系尺寸，用ac来表示。为了减少构件类型， ac值须取300mm或300mm的整倍数。当墙为砌体时可为50mm或50mm的整倍数。 在非封闭结合时，按常规布板屋面板只能铺至定位轴线处，与外墙内缘必然出现一条结构构造间隙，不能闭合，这也正是非封闭式结合的含义。,（二）纵向中柱与纵向定位轴线的联系,在多跨厂房中，中柱会有等高跨和不等高跨（习惯称高低跨）两种情况。 （1）等高跨中柱与纵向定位轴线 当厂房为等高跨时，中柱通常采用单柱，其柱截面中心与纵向定位轴线相重合。此时上柱截面一般取600mm，以满足屋架或屋面大梁的支承长度，且上柱不带牛腿，构造简单。,（2）高低跨中柱与纵向定位轴线的联系,当厂房出现高低跨时，中柱与定位轴线的联系有两种截然不同的情况： 1）当高低跨处采用单柱时，高跨上柱外缘和封墙内缘与纵向定位轴线相重合。此时，纵向定位轴线按封闭结合设计，不需要设联系尺寸，也无需设两条定位轴线。 2）当上柱外缘和封墙内缘与纵向定位轴线不能重合时，应采用两条定位轴线。高跨轴线与上柱外缘之间设联系尺寸ac，低跨定位轴线与高跨定位轴线之间插入距ai等于高跨联系尺寸ac；当高跨采用封闭式结合时，且高跨封墙需要封至低跨屋架端部，则两轴线之间插入距ai等于封墙厚t；而当高跨采用非封闭式结合，且墙体需封至低跨屋架端部，定位轴线之间的插入距ai则等于联系尺寸ac与封墙厚t之和。,（三）纵横跨连接处柱与定位轴线的联系,有纵横跨的厂房，由于纵跨和横跨的长度、高度、吊车起重量都可能不相同，为了简化结构和构造，设计时，常将纵跨和横跨的结构分开，并在两者之间设置变形缝。纵横跨连接处设双柱、双定位轴线。两定位轴线之间设插入距ai，有如下几种可能： 当纵跨的山墙比横跨的侧墙低，山墙长度小于或等于侧墙，横跨又为封闭结合轴线时，则可采用双柱单墙处理，插入距ai为砌体墙厚度t与变形缝宽度ac之和。 当横跨为非封闭结合时，仍采用双柱单墙处理，这时，插入距ai为砌体墙厚度t、变形缝宽度ac及联系尺寸ai之和。 当纵跨的山墙比横跨的侧墙短而高时，应采用双柱双墙处理。当横跨为封闭结合时，插入距ai等于双墙的厚度及变形缝宽度ae之和。当横跨为非封闭结合时，ai等于双墙厚度t、变形缝宽度ae及联系尺寸ai之和。,7.4 单层工业建筑的排水方式,单层工业厂房屋面排水方式分为 无组织排水 有组织排水 两大类，其中有组织排水又包括有组织内排水和有组织外排水两种。但不同的是单层工业厂房具有多跨并列、垂直跨相接、高低跨相连的特点，其屋顶排水方式远较民用建筑复杂。,长天沟端部外排水,（二）缓长坡屋面排水方式,缓长坡屋面排水方式是将多脊双坡屋面改造成无内天沟的长坡屋面，可在很大程度上避免多脊双坡屋面的堵漏缺陷。它不仅减少了天沟、落水管及地下排水管网的数量，从而简化了构造，减少了投资和维修费用，而且排水可靠性大大加强，从而保证生产的正常运行。缓长坡屋面若仍用l/5 l/12坡度，易增大厂房的体积，不够经济。新型高效防水材料的推广应用，使坡度可以降至5，或者更小些，因此称为缓长坡屋面。 缓长坡屋面多用于要求排水防水