工业建筑设计

第四章工业建筑设计主讲教师：李曌第一节概述•工业建筑的概念进行工业生产的房屋，在其中根据一定的工艺过程及设备组织生产。•工业建筑的特点•1、按厂房用途分（1）主要生产厂房（2）辅助生产厂房（3）动力类厂房（4）贮藏类建筑（5）运输类建筑（6）其它生产厂房（中航工业直升机公司）•2、按层数分类（1）单层厂房（2）多层厂房（3）混合层次厂房•3、按车间内部生产状况分（1）冷加工厂房（2）热加工厂房（3）有侵蚀性介质作用的车间（4）恒温恒湿车间（5）洁净车间（6）其它特种状况的车间热加工厂房（锻工车间）厂房的结构组成•（1）装配式钢筋混凝土结构组合方式：预制钢筋混凝土柱+钢筋混凝土屋架或屋面梁特点：结构坚固耐久，可预制装配，与钢结构相比可节约钢材，造价较低；但其自重大，抗震性能不如钢结构。适用于：跨度小于30M的单层厂房•（2）钢结构组合方式：主要承重构件全部用钢材做成特点：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。适用于：L≥24M,大荷载大跨度及有高温振动•（3）钢—钢筋混凝土结构组合方式：钢筋混凝土柱+钢屋架特点：具有装配式钢筋混凝土结构和钢结构的双重优点适用于：L=24—26M，大荷载及有振动工业建筑设计的任务与要求一、工业建筑设计的任务根据生产工艺，设计厂房的平面形状、柱网尺寸、剖面形式、建筑体型；合理选择结构方案和围护结构的类型，进行细部构造设计；协调建筑、结构、水、暖、电、气、通风等各工种；正确贯彻“坚固适用、经济合理、技术先进”的原则。•二、工业建筑设计的要求1、满足生产工艺的要求2、满足建筑技术要求1）坚固性、耐久性应符合建筑的使用年限。2）应具有通用性和改建、扩建的可能性。3）应遵守《厂房建筑模数协调标准》及《建筑模数协调统一标准》。3、满足建筑经济要求1）在可能的条件下，多采用联合厂房。2）合理确定建筑的层数（单层或多层厂房）。3）合理减少结构面积，提高使用面积。4）合理降低建筑材料的消耗。5）优先采用先进的、配套的结构体系及工业化施工方法。•4、满足卫生及安全要求1）应有充足的采光条件及通风措施。2）有效排除生产余热、废气及有害气体。3）采取相应的净化、隔离、消声、隔声等措施。4）美化室内外环境。第二节单层厂房设计1、房屋的组成生产工段辅助工段库房部分行政办公生活用房•2、构件组成承重结构1）横向排架：基础、柱、屋架（或屋面梁）2）纵向联系构件：基础梁、连系梁、圈梁、吊车梁等。3）支撑系统：屋架支撑、柱间支撑等。围护结构外墙、屋顶、地面、门窗、天窗等。其它隔断、作业梯、检修梯等。平面形式及其特点•影响厂房平面轮廓形式的因素：（1）生产工艺流程的影响直线布置平行布置垂直布置（2）生产状况的影响门窗位置、大小布置等（3）生产设备布置的影响设备大小、布置方式（4）总平面的影响1）人物流组织的影响2）地形的影响3）气候的影响日照、风向朝向：夏季室内不受阳光照射且通风良好。厂房内部的起重运输设备与平面设计的关系•一、单轨式悬挂吊车是在屋顶承重结构下部悬挂梁式钢轨，轨梁布置为直线或可转弯的曲线，在轨梁上设有可移动的滑轮组(或称神仙葫芦)，沿轨梁水平移动，利用滑轮组升降起重。起重量一般在3吨以下，最多不超过5吨。有手动和电动两种类型。•二、梁式吊车分手动和电动两种1）悬挂梁式吊车在屋顶承重结构下悬挂钢轨，钢轨布置为两行直线，在两行轨梁上设有可滑行的单梁。2）梁承梁式吊车在排架拄上设牛腿，牛腿上设吊车梁，吊车梁上安装钢轨，钢轨上设有可滑行的单梁，在滑行的单梁上装有可滑行的滑轮组，在单梁与滑轮组行走范围内均可起吊重。适用于小型起重量的车间，一般起重量不超过5T。•三、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。起重量从5吨至数百吨不等。起重时为电动。吊车上设有驾驶室，常设在桥架一端或根据要求确定其位置。•四、其它运输设备交通车传送带提升机等•起重运输设备与平面设计关系平面布置、平面尺寸与设备适应平面相关设施配套厂房平面轮廓形式：•一般形式：矩形、方形等；特殊形式：L形、П形、Щ形等；•（一）矩形平面–跨度平行布置：适用于直线式的生产工艺流程和往复式的生产工艺流程–①各段之间靠得较紧，运输路线短捷，工–艺联系紧密，工程管线较短；–②形式规整,占地面积少；–③结构构造简单,造价低,施工快；–④室内采光通风容易解决。（二）L形、П形、Щ形平面•根据生产特征选择•L形、П形、Щ形平面的特点：–①厂房各部宽度不大，厂房周长较长，可在较长的外墙上设置门窗，室内采光通风条件好；–②纵横跨垂交,要垂交处构件类型增多,构造复杂，需设防震缝；–③外墙长度较长，造价及维修费用较高，–室内各种工程管线较长。厂房平面设计的要求：A、首先满足生产工艺的要求，同时在设计中应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；B、厂房的建筑参数应符合《厂房建筑模数协调标准》，使构件的生产满足工业化生产的要求；C、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；D、正确地解决厂房的采光和通风；E、合理地布置有害工段及生活用室；F、妥善处理安全疏散及防火措施。柱网、柱距与跨度柱网的设计要求•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》•3、调整和统一柱网•4、尽量扩大柱网，提高通用性和经济合理性–①扩大柱网能适应工艺变更和设备更新–②扩大柱网能扩大生产面积，节约用地–③扩大柱网能加快建设速度–⑤利于大型设备的布置及物品运输–④扩大柱网能提高吊车的服务范围柱网尺寸——跨度柱网尺寸——柱距•根据《厂房建筑模数协调标准》规定：•①柱距采用扩大模数60M数列；–基本柱距6m；砖柱时≤4m；–抗风柱柱距宜采用扩大模数15M数列。•②扩大柱网–（12、15、18）×12等–跨度×柱距•③方形柱网–“灵活车间”–12×12m；18×18m；24×24m在我国建筑实践中常用的柱网尺寸①在有起重量不大于5T的悬挂式吊车和无吊车的厂房为：6×18m，6×24m，12×18m，12×24m，②在有桥式吊车的厂房中，起重量大于50T时为：6×18m，6×24m，6×30m，6×36m，12×18m，12×24m，12×30m，12×36m③经过经济比较，也可选用6×9m，6×12m，6×15m，6×21m,6×27m④砖木结构常用3m,3.6m,4m柱距一般来说:不管有无吊车,18m和24m两个跨度适应性较强生活间•生活间的组成–①生产卫生用室：浴室、存衣室–②生活卫生用室：休息室、吸烟室、厕所、女工卫生室等–③行政办公室：学习室、值班室、计划调度室等–④生产辅助用室：工具室、材料库、计量室等。•生活间的布置毗连式生活间独立式生活间厂房内部生活间单层厂房剖面设计•平面设计–主要从平面形式、柱网选择、平面组合等方面解决生产对厂房提出的各种要求；•剖面设计–主要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。•剖面设计的内容–确定厂房高度；–处理车间的采光、通风和屋面排水问题；–合理选择围护的形式及其构造。厂房高度的确定•厂房高度：室内地面至柱顶的距离–自室内地面至柱顶的高度应为300的倍数–自室内地面至牛腿的高度应为300的倍数；–自室内地面至吊车轨道的标志高度应为600的倍数。•柱顶标高的确定–（1）无吊车厂房的柱顶标高：–①生产设备高度、安装检修等所需空间；–②心理角度考虑；–③满足通风和采光的要求–④卫生角度：占有空气量≥13M3/人；面积≥4M2/人–⑤符合《厂房建筑模数协调标准》：扩大模数3M数列有吊车厂房高度确定•柱顶标高应按下式计算H=H1+H2•H—柱顶标高，3M数列；•H1—吊车轨顶标高•h1—需跨越做大设备高度•h2—安全距离，400～500•h3—起吊的最大物件高度•h4—吊索的最小高度•h5—吊钩至轨顶面的距离•h6—轨顶至吊车上小车顶部的高度；•h7—小车顶面至屋架下弦底的安全距离，≥220，湿陷性黄土区≥300多跨厂房高差处理•是否设高低跨的经济性•构造角度（《厂房建筑模数协调标准》）：①在采暖和不采暖的多跨厂房中，高差值等于或小于1.2M时不设高差；②在不采暖的多跨厂房中,高跨一侧仅有一个低跨,且高差值等于或小于1.8M时,也不设高差；③有地震设防要求时,高差不大于2.4M时宜做成等高。女儿墙墙梁泛水矮墙高低跨处构造处理重庆大学建筑城规学院建筑技术研究所绘制剖面空间的利用+0.0008.400-3.000+0.00010.800某厂变压器修理工段剖面利用屋架空间布置设备重庆大学建筑城规学院建筑技术研究所绘制当厂房内有个别高大设备或需高空间操作的工艺环节时，为了避免提高整个厂房的高度，可采取降低局部地面标高的方法；也可利用两榀屋架间的空间来布置个别特殊高大的设备。室内地坪标高的确定•室内外地面必须设高差，一般取150～200。•1、当厂房跨度平行等高线布置，地形坡度又较大时，若工艺条件许可，可将厂房不同跨度的地坪标高分别布置在不同的台阶上，以节省土石方及基础工程量。•2、当跨度垂直等高线布置，地形坡度又较大时，若工艺条件许可，可将同一跨度地坪分段布置在不同标高的台阶上，也可将局部做成两层，吊车轨顶仍保持同一标高。1234567814.60010.600+0.000+0.000原地形坡度线选矿厂铸工车间1-中间矿仓；2-摩碎；3-脱粒；4-脱水；5-大件造型；6-熔化；7-炉料；8-小件造型车间各跨利用不同标高的台阶重庆大学建筑城规学院建筑技术研究所绘制山地建厂应结合地形，因地制宜，尽量减少土石方工程量度。通常将车间跨度顺着等高线布置。在工艺允许的条件下，可将车间各跨分别布置在不同标高的台地上，工艺流程则可由高跨处流向低跨处，利用物体自重进行运输。天然采光•天然采光的设计要求：1、满足采光系数最低值的要求2、满足采光均匀度要求3、避免在工作区产生眩光•天然采光系数采光系数：C=（En/Ew）×100%•采光面积窗地比采光曲线工作面采光曲线示意重庆大学建筑城规学院建筑技术研究所绘制采光方式（a)（b)(c)(d)(e)（f)(g)(h)(i)(a)、(b)、（e)侧面采光（d)、(f)、（g)、（h）、（i）顶部采光（c）混合采光单层厂房天然采光方式重庆大学建筑城规学院建筑技术研究所绘制侧窗•在房间的一侧墙上或两侧墙上开采光口,是常见的一种采光方式。•分类–单侧采光；双侧采光–高侧窗；低侧窗•特点：–构造简单，布置方便，造价低，光线具有明确的方向性；有利于形成阴影，对观看立–体物体特别适宜。–侧窗通常做成长方形：横长方形、坚–长方形、方形高侧窗低侧窗光系数离窗距离0单侧窗位置高低与远近窗点采光系数和采光均匀度的关系低侧窗600高低侧窗示意1000顶部采光（天窗）、混合采光•利用开设在屋顶上的窗子进行采光•特点：–室内光线较均匀，采光效率较侧窗高–但构造较复杂，造价较高。•侧面采光+顶部采光•采光天窗的形式–矩形、梯形、M形、锯齿形–横向下沉式天窗–平天窗采光天窗的布置•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。•采光天窗的布置有：–纵向布置（天窗带平行于屋脊）适用于朝向为南北向的厂房–横向布置（天窗带垂直于屋脊）适用于朝向为东西向的厂房–点式或块状布置采用平天窗，根据使用要求，在屋面上灵活布置采光口，采光均匀性好自然通风厂房通风机械通风自然通风依靠通风机的力量作为空气流动的动力来实现通风换气的。利用自然力作为空气流动的动力来实现厂房通风换气的。热压通风风压通风自然通风的基本原理•厂房的自然通风是利用热压作用和风压作用形成的。•热压作用–由于热源作用，造成室内外温度差，从而产生空气压力差就叫热压。–热压值与上下进排气口的距离、室内外温度差成正比•风压作用–由于风的作用而产生的空气压力差叫风压–正压及正压区；负压及负压区单层厂房定位轴线横向定位轴线•横向定位轴线通过处是吊车梁、屋面板、连系梁、