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第12章单层工业厂房设计本章要点：1.了解单层厂房承重构件的组成及其作用；2.了解单层厂房平面设计的基本原理；3.了解单层厂房的定位轴线的划分；4.了解单层厂房剖面设计的原理和方法。12．1单层厂房的结构组成钢筋混凝土排架结构，其结构构件的组成，见图12－1。图12－1单层厂房构造组成12.1.1承重构件1.柱它是厂房结构的主要承重构件，承受屋架、吊车梁、支撑、连系梁和外墙传来的荷载，并传递给基础。柱的类型，按材料分有：砖柱、钢筋混凝土柱、钢柱等；按截面形式分有：单肢柱和双肢柱两大类。图12-2为钢筋混凝土柱，按其截面的构造形式分为：（1）矩形柱矩形柱截面有方形和长方形，多采用长方形，截面尺寸b×h，一般为400mm×600mm，其特点是外形简单，受弯性能好，施工方便，容易保证质量要求；仅适用于中小型厂房。（2）工字形柱工字形柱截面尺寸一般b×h为400mm×600mm、400mm×800mm、500mm×1500mm等，在大、中型厂房内采用较为广泛。（3）双肢柱当柱的高度和荷载较大，吊车起重量大于30t，柱的截面尺寸b×h＞600mm×1500mm时，宜选用双肢柱。图12-2为钢筋混凝土柱图12－3现浇柱下基础2.基础和基础梁（1）基础承受柱和基础梁传来的全部荷载，并将荷载传给地基。基础形式有现浇柱下基础、杯形基础、桩基础等（见图12-3、图12-4）。（2）基础梁承受上部砖墙重量，并传递给基础。图12－4预制柱下杯口基础3.屋架屋架是屋盖结构的主要承重构件，承受屋盖上的全部荷载并传递给柱。按制作材料分为钢筋混凝土屋架和钢屋架。形式有三角形、梯形、折线形、拱形等。尺寸有9m、12m、15m、18m、24m、30m、36m等。4.屋面板屋面板铺设于屋架上，直接承受各类荷载并传递给屋架。屋面板有钢筋混凝土槽形板等。5.吊车梁吊车梁设在柱子的牛腿上，承受吊车和起重的重量，运动中将所有荷载（包括吊车自重、吊物重量以及吊车启动或刹车所产生的横向刹车力、纵向刹车力以及冲击荷载）传递给排架柱。6.连系梁它是厂房纵向柱的水平连系构件，用以增加厂房的纵向刚度，承受风荷载和上部墙体的荷载，并传递给柱子。7.支撑系统它包括屋盖支撑和柱间支撑，其作用是加强厂房的空间整体刚度和稳定性，传递水平荷载和吊车产生的水平刹车力。8.抗风柱如果单层厂房山墙面积较大，所受风荷载也大，需在山墙内侧设置抗风柱。12.1.2围护构件1.屋面单层厂房的屋顶面积较大，防水、排水、保温、隔热等处理较复杂。2.外墙厂房的大部分荷载由排架结构承担，因此，外墙是自承重构件，除承受墙体自重及风荷载外，主要起防风、防雨、保温、隔热、遮阳、防火等作用。3.门窗供交通运输及采光通风用。4.地面满足生产及运输要求，并为厂房提供良好的室内环境。2.2单层厂房平面设计12.2.1平面设计与生产工艺的关系单层厂房平面及空间组合设计是在工艺设计与工艺布置的基础上进行的，故生产工艺平面决定着建筑平面。生产工艺是工业建筑设计的重要依据之一。生产工艺平面包含工艺流程的组织、起重运输设备的选择与布置、工段的划分。单层厂房建筑设计应满足生产工艺的要求，如通风、采光、防震、防尘、防辐射等。图12－5是机械加工装配车间的生产工艺流程。图12－6某机械加工装配车间平面图12.2.2柱网的选择在工业厂房建筑中，承重结构的柱子在平面上排列时所形成的网格称为柱网。柱网的尺寸是由柱距和跨度组成的（见图12－7）。柱网的选择，其实质是选择厂房的跨度与柱距。屋架或屋面梁的跨度即为厂房的跨度；相邻两柱之间的距离称为柱距。柱距和跨度尺寸必须符合国家规范《厂房建筑模数协调标准》（GBT6—86）的有关规定。图12－7柱网示意图1.柱网尺寸的确定选择柱网时，应满足生产工艺要求，并有利于建筑工业化。（1）跨度尺寸的确定通过对生产工艺设备及运输通道、人员活动空间的计算来确定厂房的跨度。为符合《厂房建筑模数协调标准》的要求。当屋架跨度＜18m时，采用扩大模数30M的数列，即跨度尺寸是18m、15m、12m、9m及6m；当屋架跨度＞18m时，采用扩大模数60M的数列，即跨度尺寸是18m、24m、30m、36m、42m等。当工艺布置有明显优越性时，跨度尺寸可采用21m、27m、33m。（2）柱距尺寸的确定单层厂房主要采用装配式钢筋混凝土结构体系，其基本柱距是6m，而相应的结构构件，例如基础梁、吊车梁、连系梁、屋面板、横向墙板等，均已配套成型，有全国通用的构件标准图集。2.扩大柱网的尺寸及其优越性常用扩大柱网（跨度×柱距）为12m×12m、15m×12m、18m×12m、24m×12m、18m×18m、24m×24m等。扩大柱网的优点，是可以提高厂房面积利用率（见图12－8），扩大柱网尺寸应主要是扩大柱距尺寸，其屋顶承重方案有两种:有托架的方案和无托架方案（见图12-9）。图12－8扩大柱距后设备布置情况图12－9扩大柱网屋顶承重方案（a）有托架方案（b）无托架方案12.2.5单层厂房生活间设计1.生活间的组成根据车间生产的卫生要求、车间规模及所在地区条件不同，生活间的组成大致如下：1)生产卫生用室包括存衣室、浴室、盥洗室等。根据某些生产特殊需要尚可包括洗衣房、衣服干燥室等。2)生活卫生及生活福利用室包括休息室、厕所等。特殊需要时尚可设置取暖室、冷饮制作间等。女工较多时尚应设置妇女卫生室。如车间距全厂服务设施较远且车间职工人数又较多时，还须考虑设置车间卫生站、婴儿哺乳室及托幼用室和存放自行车、摩托车的设施等。3)行政办公用室包括党、政、工、团的办公室，计划调度、技术、财务、检验、阅览、值班及会议室等。4)生产辅助用室如工具室、材料库、磨刀室、计量室以及其它某些生产辅助用室等。3.生活间的形式及其构造特点目前我国单层厂房中常用生活间的形式有毗连式、独立式及车间内部式三种基本形式。（1）毗连式生活间是与厂房纵墙或山墙毗连而建，见图12-10。毗连式生活间多采用单面走廊的平面形式．常用的宽度有（6．0＋1.8）米，（6.0＋2.1）米，（6．6＋2．4）米。（首项数代表房间进深，第二项数代表走廊宽度）。因受单面采光的限制，房间进深一般不超过7．0米。常用的开间为3．3米，3．6米，3．9米等。图12－10毗连式生活间（2）独立式生活间是距厂房一定距离而建的。图12－11独立式生活间（3）车间内部式生活间。图12－12利用工具室顶部设置生活室12.3单层厂房的定位轴线12.3.1单层厂房横向定位轴线单层厂房的横向定位轴线主要用来标注厂房纵向构件如屋面板、吊车梁的长度（标志尺寸）。1.中间柱与横向定位轴线的联系。见图12－13。除山墙端部排架柱以及横向伸缩缝处和防震缝处的柱以外，横向定位轴线一般与柱截面宽度的中心线重合，每根柱轴线都通过了由柱基础、屋架中心线及上部两块屋面板横向搭接缝隙中心。图12－13中间柱与横向定位轴线的联系2.横向伸缩缝、防震缝与定位轴线的联系。图12－14。横向温度伸缩缝和防震缝处的柱子采用双柱双屋架，可以使结构与建筑构造简化。3.山墙与横向定位轴线的联系单层厂房山墙按受力情况分为非承重墙与承重墙，其横向定位轴线的划分也不相同。（1）山墙为非承重墙。见图12－15。横向定位轴线与山墙内缘重合，并且与屋面板的端部形成“封闭”式联系，端部柱的中心线应从横向定位轴线内移600mm，即端部柱距实际减少600mm，也便于山墙处设置抗风柱。抗风柱的柱距采用15M数列，如4500mm、6000mm、7500mm等。抗风柱需通至屋架上弦处，与屋架用弹簧板铰接，以便传递风荷载，因此为避免与端部屋架发生冲突，需在端部让出抗风柱上柱的位置，见图12－16。图12－15非承重山墙与横向定位轴线的联系图12－16抗风柱与屋架的连接（2）山墙为承重墙（见图12－17）山墙与横向定位轴线的距离为λ。λ根据砌体的块材类别决定，为半块或半块的倍数，或墙体厚度的一半。屋面板直接伸入墙内，并与墙上的钢筋混凝土梁垫连接。图12－17承重山墙横向定位轴线12.3.2纵向定位轴线单层厂房的纵向定位轴线主要用来标注厂房横向构件，如屋架的长度（标志尺寸）。墙和柱与纵向定位轴线的联系方式，要求构造简单、结构合理、保证吊车运行所需尺寸。1.外墙、边柱与纵向定位轴线的联系（1）在无吊车的厂房中，常采用带有承重壁柱的外墙，这时墙内缘与纵向定位轴线相重合，或与纵向定位轴线的距离为λ，λ根据砌体的块材类别决定，为半块或半块的倍数，或墙体厚度的一半。图12－18。图12－18承重与纵向定位轴线的联系（2）在有吊车的厂房设计中，由于屋架和吊车都是标准件，为使二者规格相协调，确定二者关系为：L=LK+2e式中：L—厂房跨度（即屋架跨度）；Lk—吊车跨度，即吊车的轮距，可查吊车规格资料；e—吊车轨道中心至纵向定位轴线间的距离，其值一般为750mm。当吊车为重级工作制而需要设安全走过板，或者吊车起重量大于50t时，可采用1000mm。由图12－19（a）知：e＝h＋K＋B则K=e-（h＋B）式中：K——吊车尽端外缘至上柱内缘的安全距离；h——上柱截面高度；B——轨道中心线至吊车端夹外缘的距离。由吊车规格表查明。由于吊车起重量、形式、柱距、跨度、有无安全走道板等因素，边柱外缘与纵向定位轴线的联系有两种情况。①封闭式结合的纵向定位轴线当边柱外缘、墙内缘与定位轴线三者相重合时，称封闭式结合的纵向定位轴线（见图12－19（a））。这时屋架上的屋面板与外墙内缘紧紧相靠，可全部采用标准板，不需设非标准的补充构件。如果吊车起重量Q≤20t，查吊车规格，知B≤260mm，K≮80mm，吊车轻，一般h≤400mm如不设安全走道板，e=750mm，则：e-（h＋B）≥90mm，满足K≮80mm的要求。当Q≤20t，e=750mm时，采用封闭结合，可满足吊车安全运行的净空要求，简化屋面构造，施工方便。②非封闭式结合的纵向定位轴线当边柱外缘与纵向定位轴线之间有一定的距离，屋架上的屋面板与墙内缘之间有一段空隙时称为非封闭结合。见图12－19（b）。如果吊车起重量Q≥20t，B≥300mm，K≥80mm，吊车重，h≥400mm，如不设安全走道板，e=750mm，则：e-（h＋B）≤50mm，不能满足K≮80mm的要求。为保证吊车安全运行所需净空，同时又不增加构件的规格，设计时需将边柱外缘从定位轴线向外扩移一定距离，即加设联系尺寸D，其值为150mm、250mm、500mm三种。此时墙内缘与标准屋面板之间的空隙，需作构造处理，如墙挑砖封平或增设屋面板补充构件。因此非封闭结合构造复杂，施工不便，吊车荷载对柱的偏心距也较大，同时增加了厂房占地面积，成本相应提高。图12－19有吊车厂房外墙、边柱与纵向定位轴线的联系（a）封闭式结合(b)非封闭式结合2.中柱与纵向定位轴线的联系（1）平行等高跨中柱其上柱中心线与纵向定位轴线重合，通常设单柱单轴线处理,见图12－20。其截面宽度h一般为600mm，以满足两侧屋架的支承长度为300mm的要求。图12－20平行等高跨中柱与纵向定位轴线的联系（2）不等高跨中柱当两邻跨都采用封闭结合时，高跨上柱外缘、封墙内缘和低跨屋架标志尺寸端部应与纵向定位轴线相重合。见图12－21（a）。当高跨为非封闭结合时，上柱外缘与纵向定位轴线不重合，应采用两条定位轴线，其间的插入距A值等于联系尺寸D。见图12－21（b）。如果不等高跨处有墙体时，可按图12－21（C）、（d）处理。图12－21无变形缝平行高低跨处单柱与纵向定位轴线的联系（a）单轴线封闭结合（b）双轴线非封闭结合（c）双轴线封闭结合（d）双轴线非封闭结合12.4单层厂房剖面设计剖面设计应满足以下要求：（1）适应生产需要的足够空间；（2）良好的采光和通风条件；（3）满足屋面排水的要求;(4）经济合理、有利于建筑工业化的结构方案。12.4.1厂房高度的确定单层厂房的高度是指厂房室内地坪到屋顶承重结构下表面之间的距离。在一般情况下，它与柱顶距地面的高度基本相等，所以常以柱顶标高来衡量厂房的高度。1.柱顶高度的确定（1）无吊车厂房的柱顶