第五章_工业建筑设计

1、第五章 工业建筑设计l概论l单层厂房设计l多层厂房简介5.1 概论 5.1.1 工业建筑的特点工业建筑的特点 工业建筑与民用建筑的比较 相同点：设计原则、建筑技术及建筑材料 不同点：由于生产工艺不同、技术要求高、对建筑平面空间布局、建筑构造、建筑结构及施工等，有很大影响特点1. 1. 厂房设计符合生产工艺厂房设计符合生产工艺厂房建筑设计在符合生产工艺特点的基础上进行，厂房设计必须满足工业生产的要求，为工人创造良好的劳动环境。单层厂房具有一定的灵活性，能适应由于生产设备更新或改变生产工艺流程而带来的变化。2. 2. 厂房内部空间较大厂房内部空间较大由于厂房内生产设备多而且尺寸较大，并有多种起重运

2、输设备，有的要加工巨型产品，有各类交通运输工具进出车间，因而厂房内部大多具有较大的开敞空间。3. 3. 厂房的建筑构造比较复杂厂房的建筑构造比较复杂大多数单层厂房采用多跨的平面组合形式，内部有不同类型的起吊运输设备，由于采光通风等缘故，采用组合式侧窗、天窗，使屋面排水、防水、保温、隔热等建筑构造的处理复杂化，技术要求比较高4. 4. 厂房骨架的承载力比较大厂房骨架的承载力比较大 单层厂房常采用体系化的排架承重结构，多层厂房常采用钢筋混凝土或钢框架结构5.1.2 工业建筑分类工业建筑分类 按厂房用途分按厂房用途分1. 1. 主要生产厂房主要生产厂房 在这类厂房中进行生生的全部生产活动，一般包括从

3、备料、加工到装配的全部过程。 所谓生产工艺流程是指产品从原材料到半成品到成品的全过程。2. 2. 辅助生产厂房辅助生产厂房 辅助生产厂房是指的厂房，例如机械修理、工具等车间3 3、动力用厂房、动力用厂房动力用厂房是为主要生产厂房提供能源的场所，例如发电站、锅炉房、煤气站等4 4、储存用房屋、储存用房屋储存用房屋是为生产提供存储原料、半成品、成品的仓库5. 5. 运输用房屋运输用房屋运输用房屋是为生产或管理用车辆提供存放与检修的房屋，例如汽车库、消防车库、电瓶车库等6. 6. 其他其他包括解决厂房给水、排水问题的水泵房、污水处理站等 按生产状况分类按生产状况分类1. 1. 冷加工车间冷加工车间用

4、于在常温状态下进行生产，例如机械加工车间、金工车间等2. 2. 热加工车间热加工车间用于在高温和熔化状态下进行生产，可能散发大量余热、烟雾、灰尘、有害气体3. 3. 恒温恒湿车间恒温恒湿车间用于在恒温(20左右)、恒湿(相对湿度为50%60%)条件下进行生产的车间，例如精密机械车间、纺织车间等4. 4. 洁净车间洁净车间 洁净车间要求在保持高度洁净的条件下进行生产，防止大气中灰尘及细菌对产品的污染，例如集成电路车间、精密仪器加工及装配车间等5. 5. 其他特种状况的车间其他特种状况的车间 其他特种状况指生产过程中有爆炸可能性、有大量腐蚀物、有放射性散发物、防微振、防电磁波干扰等情况 按建筑层数

5、分类按建筑层数分类 1. 1. 单层厂房单层厂房 单层厂房是指层数为。 用途：重型机械制造工业、冶金工业等重工业 特点：生产设备体积大、重量重、厂房内以水平运输为主2 2、多层厂房、多层厂房 常见的层数为26 层 两层厂房应用：化纤工业、机械制造工业等 多层厂房应用：电子工业、食品工业、化学工业、精密仪器工业等轻工业 特点：、工厂的大型机床一般放在底层，小型设备放在楼层上，厂房内部的垂直运输以电梯为主，水平运输以电瓶车为主。3. 3. 层数混合的厂房层数混合的厂房层数混合的厂房，厂房由单层跨和多层跨组合而成，适用于竖向布置工艺流程的生产项目，多用于热电厂、化工厂等。高大的生产设备位于中间的单跨

6、内，边跨为多层 按承重构件的材料分按承重构件的材料分 1 1、混合结构、混合结构： 砖柱+钢筋砼屋架或屋面梁 砖柱+木屋架 砖柱+轻钢或组合屋架：构造简单，承载能力及抗地震和震动性较差：吊车起重量不超过5T、跨度不大于15M的小型厂房2 2、钢筋砼结构、钢筋砼结构： 钢筋砼柱+钢筋砼屋架或屋面梁： 结构坚固耐久，与钢结构相比可节约钢材，造价较低；但其自重大，抗震性不如钢结构。：跨度小于30M的单层厂房3 3、钢结构、钢结构： 主要承重构件全部用钢材做成： 抗地震和振动性能好，构件较轻，施工速度快，但钢结构易锈蚀，耐火性能差： 起重量50T，跨度24M，大荷载大跨度及有高温振动的厂房 5.1.3

7、 厂房内部的起重设施厂房内部的起重设施1 1、悬挂式单轨吊车、悬挂式单轨吊车 由运行（工字钢轨道）和提升（电动葫芦）两部分组成 安装在工字型钢轨上，钢轨悬挂在屋架（或屋面大梁）下弦上，轨道为单轨式。 厂房屋顶应有较大的刚度，适应吊车荷载的作用。悬挂式吊车的起重量较小，一般为1-2T。2 2、梁式吊车、梁式吊车 由梁架和电动葫芦组成 吊车梁架可悬挂在屋架下弦，也有把吊车梁架两端支承在吊车梁上。吊车梁架沿跨间纵向移动，而电动葫芦则在吊车梁架下横移动。3 3、桥式吊车、桥式吊车 桥式吊车通常是在厂房排架柱上设牛腿，牛腿上搁吊车梁，吊车梁上安装钢轨，钢轨上放置能滑行的双榀（pin,pin,一个房架称为

8、一一个房架称为一榀）榀）钢桥架（或板梁），桥架上支承小车；小车能沿桥架滑移，并有供起重的滑轮组。在桥架与小车行走范围内均可起吊重物。吊车设有驾驶室。起重量从5吨至数百吨不等。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，故对厂房结构受力很不利。 5.1.4 5.1.4 厂房建筑设计要求厂房建筑设计要求 1、满足生产工艺的要求 2、应满足卫生的要求 3、应满足统一化与工业化要求 4、应满足生产发展与灵活性要求 5、应具有良好的外部造型及内部空间5.2 5.2 单层厂房设计单层厂房设计5.2.1 5.2.1 平面设计平面设计 1 1、平面设计与生产工艺的关系、平面设计与生产工艺

9、的关系 民用建筑的平面设计主要是建筑设计人员完成，而厂房的平面设计是先由工艺设计人员进行工艺平面设计，建筑设计人员在生产工艺平面图的基础上进行厂房的建筑平面设计生产工艺流程是指某一产品的加工制作过程，即由原材料按生产要求的程序，逐步通过生产设备及技术手段进行加工生产，并成为半成品或成品的全部过程完整工艺平面图包括完整工艺平面图包括 （1）根据生产的规摸、性质、产品规格等确定的生产工艺流程 （2）选择和布置生产设备和起重运输设备 （3）划分车间内部各生产工段及其所占面积 （4）初步拟订厂房的跨间数、跨度和长度 （5）提出生产对建筑设计的要求，如采光、通风、防振、防尘、防辐射 产生余热、有害气体以

10、及有爆炸和火灾危险的工段布置在靠外墙处。 2 2、平面设计与总图及环境的关系、平面设计与总图及环境的关系 受总图布局影响和约束（1）与人货流组织的关系 人流出入口及生活间：面向厂区主要干道 货流出入口：面向厂区道路并和相邻厂房的出入口位置相对应。人、货分流人、货分流（2）与地形的关系 地形对厂房平面形式有直接影响。只要工艺条件允许，为了节约投资，厂房平面形式，应根据地形条件作适当的调整，使之与地形相适应。人行流线货物流线货物流线（3）与气候的关系 炎热地区：良好的通风，宽度不大，长条形，长轴与夏季主导风垂直或夹角大于45 寒冷地区：长边平行冬季主导风向，面对主导风向墙上尽量减少门窗面积 3 3

11、、平面形式的选择、平面形式的选择 一般有矩形、方形、L形、U形和山形等。 矩形：可以是单跨，可以是多跨平行布置，亦可以纵横跨布置。适用于冷加工或小型热加工厂房 方形平面：当厂房面积相同时比其他形式平面节约维护结构的周长约25%，具有较好的保温、隔热性，通用性强，抗震性能好，应用广泛 L形、U形和山形平面：具有良好的通风、采光、排气、散热和除尘能力，适用于中型以上的热加工厂房4 4、柱网的选择、柱网的选择 柱子在建筑平面上排列所形成的网格称为柱网柱网 纵向定位轴线之间的距离称为跨度跨度 横向定位轴线之间的距离称为柱距柱距 柱网选择的原则（1）符合生产和使用原则（2）建筑平面和结构方案经济合理（3

12、）在施工方法上具有先进性和合理性（4）符合厂房建筑建筑模数协调标准的规定（5）适应生产发展和技术革新要求（1）跨度尺寸的确定生产工艺中设备的大小及布置方式车间内部通道的宽度满足厂房建筑建筑模数协调标准的要求： 当屋架跨度18米时，采用扩大模数30M的数列 当屋架跨度18米时，采用扩大模数60M的数列 当工艺布置有明显优越性时，跨度尺寸亦可采用21米、27米、33米。（2）柱距尺寸 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6米。当采用砖混结构的砖柱时，其柱距宜小于4米，可为3.9米、3.6米、3.3米（3）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

13、用扩大柱网（跨度柱距）为12 12、15 12、18 12、24 12、18 18、24 24（米）等5 5、生活间的设计、生活间的设计（1）生活间的组成 生活间的组成包括： 生产卫生用房：如浴室、存衣室等。 生活卫生用房：包括休息室、孕妇休息室、卫生间、饮水室、小吃部、保健站等。 行政办公室，包括党、政、工、团等办公室以及会议室、学习室、值班室、调度室等。 生产辅助用房，如工具库、材料库、计量室等（2）生活间的布置方式生活间的布置有毗邻式、独立式和厂房内部式。 毗邻式生活间毗邻式生活间紧靠厂房外墙，大多数紧靠厂房的山墙布置。毗邻式生活间平毗邻式生活间平面组合的基本要求是面组合的基本要求是：职

14、工上下班的路线应与服务设施的路线一致，避免迂回，其位置应结合厂房的总平面设计；厕所、休息室、吸烟室、女工卫生室等生活卫生房间应相对集中，位置恰当。 优点： 距离短、联系方便 共用外墙，节约材料 充分利用空间，占地较省 对车间保温有利 易与总平面图人流路线协调一致 可避开厂区运输繁忙的不安全地带 缺点： 影响车间的采光和通风 车间内部的震动、灰尘、余热、噪声、有害气体等，对生活间干扰大（3）独立式生活间距厂房有一定距离、分开布置的生活间称为独立式生活间。优点：生活间和车间的采光、通风互不影响；生活间的布置灵活。缺点：占地较多，生活间离车间的距离较远，联系不够方便。适用于：散发大量生产余热、有害气

15、体及易燃易爆炸的车间。 独立式生活间和车间之间主要通过走廊、地道或天桥连接（4）厂房内部式生活间厂房内部式生活间是将生活间布置在车间内部可以充分利用的空间内，只要在生产工艺和卫生条件允许的情况下均可采用。优点：它具有使用方便、经济合理的缺点：只能将生活间的部分房间布置在车间内，如更衣室、休息室等。 内部式生活间有下列几种布置方式：内部式生活间有下列几种布置方式：(1) 在边角、空余地方布置生活间，如在柱与柱之间的空间(2) 在车间上部设夹层，生活间布置在夹层内，夹层可支承在柱子上，也可以悬挂在屋架下(3) 利用车间一角布置生活间5.2.2 5.2.2 厂房的剖面设计厂房的剖面设计 单层厂房剖面

16、设计是厂房设计的一个重要组成部分，剖面设计是在平面设计的基础上进行的 厂房剖面设计的具体任务：根据生产工艺对厂房建筑空间的要求，确定厂房的高度；选择厂房承重结构及围护方案；处理车间的采光通风及屋面排水等问题。 1 1、厂房高度的确定、厂房高度的确定 厂房高度是指由室内地坪到柱顶或下撑式屋架下弦底面的高度。(1) (1) 在无吊车的工业建筑中在无吊车的工业建筑中： 柱顶标高是按最大生产设备高度及安装检修所需的净空高度来确定的。 同时柱顶标高还必须符合扩大模数3M模数的规定。无吊车厂房柱顶标高一般不得低于4m。(2) (2) 有吊车工业建筑有吊车工业建筑轨顶高度（地面至轨顶的高度）轨顶高度（地面至

17、轨顶的高度）轨顶至小车顶面的高度轨顶至小车顶面的高度小车顶面至屋架下弦的高度小车顶面至屋架下弦的高度工艺人员根据吊车运行确定工艺人员根据吊车运行确定根据根据通用桥式起重通用桥式起重机界限尺寸机界限尺寸产品样本确定产品样本确定工业建筑的高度对造价有直接的影响工业建筑的高度对造价有直接的影响 某厂房变压器修理工段，修理大型变压器芯子时，需将芯子从变压器中抽出，设计人员将其放在室内地坪下3m 深的地坑内进行抽芯操作，使轨顶标高由11.4m 降到8.4m某厂房变压器修理工段 也可以利用 两榀屋架间 的空间布置 2 2、室内地坪标高的确定、室内地坪标高的确定确定室内地坪标高就是确定室内地面相对于室外地面

18、的高差。设计此高差的目的是防止雨水进入室内，同时考虑到单层厂房运输工具进出频繁，如果室内外高差过大则出入不便，故室内外高差一般取150mm。 3 3、厂房的剖面形式、厂房的剖面形式 4 4、厂房采光方面的选择、厂房采光方面的选择 天然采光方式主要有侧面采光、混合采光(侧窗天窗)、顶部采光(天窗) 工业建筑大多采用侧面采光或混合采光，很少单独采用顶部采光方式 侧面采光侧面采光 侧面采光分单侧采光和双侧采光 单侧采光房间的进深一般不超过窗高的1.52.0 倍为宜 在有吊车的厂房中，常将侧窗分上下两层布置，上层称之为高侧窗，下层称为低侧窗 顶部采光顶部采光顶部采光形式包括矩形天窗、锯齿形天窗、平天窗

19、等。平天窗厂房剖面示意图平天窗厂房剖面示意图5.3 5.3 单层厂房定位轴线的标定单层厂房定位轴线的标定 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，同时也是工业建筑施工放线和设备安装的定位依据。横向定位轴线标定了纵向构件的标志端部，如吊车梁、联系梁、基础梁、屋面板、墙板、纵向支撑等。（横向定位轴线与厂房横向骨架平行）（横向定位轴线与厂房横向骨架平行）除横向变形缝两侧及厂房端部排架柱的所有柱称为中间柱。中间柱的截面中心线与横向定位轴线重合，厂房纵向的结构构件如屋面板、吊车梁、连系梁的标志长度皆以横向定位轴线为界。(1) 当山墙为非承重墙时，山墙内缘与横向定位轴线重合，

20、端部柱截面中心线应自横向定位轴线内移 600mm，这是因为山墙内侧设有抗风柱。(a) 平面(b) 剖面非承重山墙横向定位轴线1抗风柱；2端柱(2) 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者取墙体厚度一半，以保证构件在墙体上有足够的支承长度在横向伸缩缝处一般采用双柱处理，为保证缝宽的要求，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内移600mm。 单层厂房的纵向定位轴线主要用来标注厂房横向构件，如屋架或屋面梁长度的标志尺寸。（纵向定位轴线与厂房横向骨架垂直）（纵向定位轴线与厂房横向骨架垂直） 纵向定位轴线应使厂房结构和吊车的规格协调，保证吊车与柱之间

21、留有足够的安全距离。 1 1、中柱与定位轴线的关系、中柱与定位轴线的关系 多跨厂房的中柱有等高跨和不等高跨两种情况(1)等高跨厂房 等高跨厂房中柱通常为单柱，其截面中心与纵向定位轴线重合。上柱截面一般取600mm，以满足屋架和屋面大梁的支承长度。（2）高低跨处中柱 高低跨中柱与定位轴线的关系也有两种情况 设一条定位轴线。当高低跨处采用单柱时，如果高跨吊车起重量Q20t，则高跨上柱外缘和封墙内缘与定位轴线相重合高跨上柱外缘封墙内缘 设两条定位轴线 当高跨吊车起重量较大，如Q 大于等于30t 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D，为简化屋面构造，低跨定位轴线应自上柱外缘、封墙

22、内缘通过。D 值一般取300mm 或300mm 的倍数（3）纵向伸缩缝处柱 等高厂房，纵向伸缩缝采用单柱处理活动支架伸缩缝宽度 不等高厂房纵向伸缩缝，一般设在高低跨处，可采用单柱处理起重量Q200KN时等于伸缩缝的宽度3050mm 当Q300KN时A=C+D伸缩缝与联系尺寸之和 当不等高跨高差悬殊或吊车起重量差异较大或需设防震缝时，常在不等高跨处采用双柱处理，并采用两条定位轴线 厂房纵横跨相交，常在相交处设变形缝，使纵横跨各自独立。纵横跨应有各自的柱列和定位轴线。设计时，常将纵跨和横跨的结构分开，并在两者之间设变形缝当纵跨的山墙比横跨的侧墙低，长度小于或等于侧墙，横跨又为封闭式结合时，则可采用

23、双柱单墙处理，插入距A为墙体厚度与变形缝宽之和当横跨为非封闭结合时，仍采用单墙处理，这时，插入距A为墙体厚度、变形缝宽度与联系尺寸D 之和多层厂房简介5.45.4 多层厂房简介多层厂房简介5.4.1 5.4.1 多层厂房的特点多层厂房的特点 1、占地面积小，节约用地，缩短室外各种管网的长度，降低了建设投资和维修费用 2、厂房宽度较小，可不设天窗，而利用侧窗采光 3、屋面面积小，防水、排水构造处理简单，利于室内保温、隔热 4、增加了垂直交通运输设施，且人、货流组织较复杂 5、若楼层上有振动荷载，使结构计算和构造处理复杂 6、柱网尺寸较小，通用性差，不利于工艺改革和设备更新多层厂房的适用范围多层厂

24、房的适用范围 1、生产中要求在不同层高上操作的企不同层高上操作的企业业，如化工企业的大型蒸馏塔，由于设备高度较大，生产又需在不同层高上进行。 2、生产工艺流程适于垂直布置生产工艺流程适于垂直布置的企业，如面粉厂、啤酒厂、造纸厂、乳品厂和化工的某些车间 3、生产工艺对环境有特殊要求生产工艺对环境有特殊要求的企业，如仪表、电子、医药及食品等类企业，往往对生产环境有恒温恒湿、净化洁净、无尘无菌等要求。由于多层厂房层间房间体积较小，能较容易的解决这类问题。 4、设备、原料及产品重量较轻的企业重量较轻的企业 5、厂区基地受到限制或需满足城市规满足城市规划要求划要求的厂房5.4.2 5.4.2 多层厂房的

25、平面形式多层厂房的平面形式1、内廊式布置 内廊式布置内廊式布置的中间为走廊，两侧布置等进深或不等进深的生产房间和办公、服务房间。 适用于：适用于：各工段面积不大、生产联系紧密但又不能互相干扰的工段。 对有恒温恒湿、防尘、防振等要求的工段，可分别集中布置，以减少设备投资。2、统间式布置 统间式布置统间式布置的中间只有承重柱，不设隔墙，又称为大厅式布置。 适用于：适用于：生产工段面积较大，各工序联系紧密不宜分隔成小间的房间。 这种布置有利于自动化流水线的生产，当生产过程中需布置少数特殊工段时，可集中布置在车间的端部、中部等位置3.大宽度式布置 大宽度式布置大宽度式布置是通过加大厂房宽度，形成的大宽

26、度式的平面形式，又称为厅廊式布置 特点：特点：平面布置相对较灵活，一般将交通运输枢纽和生活等用房，布置在采光较差的厂房中部4.混合式布置多种平面形式混合布置，称为混合式的平面布置优点：优点： 满足不同生产工艺流程的要求，灵活性较大缺点：缺点： 平面及剖面复杂，结构类型不易统一，施工较麻烦，对抗震不利 一般由内廊式布置和统间式布置混合而成5.4.3 5.4.3 柱网布置柱网布置1 1、柱网的确定、柱网的确定 多层厂房的柱网布置要考虑结构类型、生产工艺、建筑材料和经济合理性的要求，并且柱网尺寸应符合厂房建筑模数协调标准的规定 跨度：跨度：一般采用扩大模数15M数列， 常用的有：6.0m、7.5m、

27、9.0m、10.5m和12m 柱距：柱距：采用扩大模数6M数列，常用的有6.0m、6.6m和7.2m 走廊：走廊：采用扩大模数3M数列，常用的有2.4m、2.7m和3m2 2、柱网的布置形式、柱网的布置形式 常用的有：内廊式柱网、等跨式柱网、对称不等跨柱网和大跨度式柱网（1）内廊式柱网 适用于内廊式的平面布置，它所组成的平面一般是对称的，在两跨中间布置走廊。这种柱网形式主要用于零件加工或装配车间。常见柱距为6.0米，房间进深6.0m、6.6m、6.9m，走廊宽2.43.0m。（2）等跨式柱网 一般是两个以上连续等跨的形式，主要适用于需要大面积布置生产工艺的厂房，用轻质隔墙分隔后，可作内廊式平面布置。其底层一般布置机加工、仓库或总装配车间等，还可以在底层布置起重运输设备。等跨式柱网主要用于机械、轻工、仪表、电子、仓库等厂房。常用柱距6.0m，跨度a有6.0m、6.9m、7.5m、9.0m、10.5m及12.0m等（3）对称不等跨柱网 它与等跨式柱网有类似的特点和适用范围。 常用柱网尺寸：