第二篇+工业建筑设计

房屋建筑学

第二篇工业建筑设计

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11章单层工业建筑设计

11.1工业建筑概述

11.2工业建筑的类型、特点和设计要求

（1）工艺当先。建筑设计是在由工艺设计人员提供的生产工艺设计图的基础上进行的，建筑设计首先应适应生产工艺方面的要求，其次应满足适用、安全、经济、美观的建筑方针要求。（2）体型高大。大多数单层厂房中，由于生产设备多而体形高大，各部分生产联系紧密，并伴有多种起重和运输设备通行，因而造成厂房占地面积大、空间高大、内部敞通的体型特征。（3）屋顶构造复杂。单层厂房多数采用多跨形式，为解决室内采光、通风和屋面排水防水等技术问题，需在屋顶上开设大面积的天窗及复杂的排水系统，致使屋顶构造十分复杂。（4）结构特殊。单层厂房由于屋顶和吊车荷载大而特殊，生产中还可能有强振等荷载，只有采用大跨度的骨架结构，才能适应较大复杂荷载的特殊要求。一、工业建筑的特点

（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。单层厂房剖面多层厂房混合层数厂房（四）联合厂房

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。如：某企业一栋近3万平方米的综合体内，设有行政办公，产品研发设计、生产车间，并在车间隔离出自动化高架仓库，用以储存产品。

（1）工艺当先。建筑设计是在由工艺设计人员提供的生产工艺设计图的基础上进行的，建筑设计首先应适应生产工艺方面的要求，其次应满足适用、安全、经济、美观的建筑方针要求。（2）体型高大。大多数单层厂房中，由于生产设备多而体形高大，各部分生产联系紧密，并伴有多种起重和运输设备通行，因而造成厂房占地面积大、空间高大、内部敞通的体型特征。（3）屋顶构造复杂。单层厂房多数采用多跨形式，为解决室内采光、通风和屋面排水防水等技术问题，需在屋顶上开设大面积的天窗及复杂的排水系统，致使屋顶构造十分复杂。（4）结构特殊。单层厂房由于屋顶和吊车荷载大而特殊，生产中还可能有强振等荷载，只有采用大跨度的骨架结构，才能适应较大复杂荷载的特殊要求。二、工业建筑的特点

三、工业建筑的设计要求

（1）满足生产工艺的要求生产工艺要求是工业建筑设计的主要依据。因此，其建筑设计在建筑面积、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。（2）满足建筑技术的要求

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，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》及《建筑模数协调统一标准》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。（3）满足建筑经济要求

1）在不影响卫生、防火及室内环境要求的条件下，有时将若干个车间合并成联合厂房，对现代化连续生产极为有利。充分发挥联合厂房建设用地较少，外墙面积相应减少，管网线路相对集中的优势，使建筑经济性更趋合理；

2）建筑的层数是影响建筑经济性的重要因素，因此，应根据工艺要求，建筑技术经济条件等，合理选择厂房层数；

3）在满足生产要求的前提下，应尽量减少结构所占面积，扩大使用面积，并设法缩小建筑体积，充分利用建筑空间；

4）在不影响厂房的坚固、耐久、生产操作和施工速度的前提下，应尽量降低材料消耗，减轻构件自重，以降低建筑造价；

5）设计方案应优先采用先进配套的结构体系和工业化施工方法。（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。

第12章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。（一）骨架承重结构骨架承重结构简称骨架结构，系由柱子、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。骨架结构的优越性：（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，也有利于生产工艺的更新和改造。（2）由于主要由骨架来承受厂房的各种荷载，内外墙仅起围护或分隔作用，所以骨架和墙体的材料均能充分发挥其技术性能，能有效地节省工程造价。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。钢结构厂房示例钢结构钢结构厂房示例钢檩条钢柱钢结构厂房示例支撑（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。

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1~2t。单轨悬挂式吊车远景（二）梁式吊车梁式吊车亦分手动和电动两种。手动的多用于工作不甚繁忙的工段或检修设备之用。一般厂房多用电动梁式吊车，可在吊车上的司机室中操作，也可在地面上操作。梁式吊车由起重行车和支承行车的梁架组成，梁架断面为“工”字形型钢，直接作为起重行车的轨道，梁架两端装有行走轮，以便在吊车轨道上运行。吊车轨道亦可悬挂在屋架（或屋面大梁）的下弦上，但多支承在吊车梁上，后者通过吊车梁和牛腿等支承于柱子上。梁式吊车的起重量一般不超过5t。

（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。1.1工业建筑的特点、分类与设计要求桥式吊车

单层工业建筑柱网选择

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。柱距跨度柱网实例柱距柱网实例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。

跨度尺寸的确定

厂房跨度实际上指屋架或屋面大梁的跨越尺寸，厂房跨度一旦确定，厂房结构中屋架的跨度尺寸也随即而定。跨度尺寸主要应根据下列因素确定：（1）生产设备的大小和布置方式。设备大，所占面积也大；设备布置成横向或纵向，都影响跨度的尺寸；（2）车间内部通道宽度。不同类型的水平运输设备，如电瓶车、汽车、火车等所需通道宽度是不同的，同样影响跨度的尺寸；（3）《厂房建筑模数协调标准》的要求。有关规定如下：当厂房跨度＜18m时，应采用扩大模数30M(3000)mm的尺寸系列，即跨度可取9m、12m、15m。当跨度尺寸≥18m时，按60M模数增长，即跨度可取18m,24m30m和36m。

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。

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12m×12m、15m×12m、18m×12m、24m×12m、18m×18m、24m×24m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。

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。

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。变形缝实例变形缝（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。

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彻体的块材的半块或半块的倍数，或者取墙体厚度的一半。作此规定，以保证满足结构支承长度的要求。

纵向定位轴线

厂房纵向定位轴线的确定，除考虑结构合理，构造简单外，在有吊车的情况下，还应保证吊车运行及检修的安全需要。（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=L－2e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Q≤20t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Q≤20t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Q≤20t时，则B≤260mm，Cb≥80mm；柱距6m，吊车轻，h≤400mm；不设安全走道板，e=750mm。则：e－（h＋B）≥90mm满足Cb≥80mm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Q≥30t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：Q≥30t时，B≥300mm；Cb≥80mm；柱距较大，吊车较重，故h≥400mm；如不设安全走通板e＝750mm。则：

e-（h+B）≤50mm，不能满足上述Cb≥80mm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。

等高跨中柱与纵向定位轴线的联系（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。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。

（一）多脊双坡屋面的排水方式

我国单层工业厂房多采用标准化的装配式钢筋混凝土排架结构体系，与此相配套的屋架形式多为双坡式，这对于连续多跨的厂房，必然形成多脊双坡屋面形式。这种屋面自然形成若干内天沟。内天沟的排水往往采用内落式，有时还需设置悬挂于屋架下弦的水平排水管（或称导水管）以组织排水。该屋面排水方式不足之处在于：落水斗、落水管极易堵塞，天沟易积水，并产生渗漏现象；有时地下排水管网被堵，室内地面会出现冒水现象。长天沟端部外排水（二）缓