第四章-----工业建筑设计

第四章工业建筑设计概论单层厂房设计多层厂房简介第一节概论一、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方面不同点：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。工业建筑特点1.厂房设计符合生产工艺的特点。厂房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.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.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.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。二、工业建筑分类按厂房用途分1.主要生产厂房在这类厂房中进行生产工艺流程的全部生产活动，一般包括从备料、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.辅助生产厂房辅助生产厂房是指为主要生产厂房服务的厂房，例如机械修理、工具等车间。3、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、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.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.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1.冷加工车间用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.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.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.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.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。按建筑层数分类1.单层厂房单层厂房是指层数为一层的厂房。主要用于：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、多层厂房常见的层数为2～6层。两层厂房应用：化纤工业、机械制造工业等。多层厂房多应用：电子工业、食品工业、化学工业、精密仪器工业等轻工业。特点：生产设备与产品较轻、体积较小、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.层数混合的厂房为层数混合的厂房，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内，边跨为多层。按承重构件的材料分1、混合结构组合方式：砖柱+钢筋砼屋架或屋面梁砖柱+木屋架砖柱+轻钢或组合屋架特点：构造简单，承载能力及抗地震和震动性较差适用于：吊车起重量不超过5T、跨度不大于15M的小型厂房。2、钢筋砼结构组合方式：钢筋砼柱+钢筋砼屋架或屋面梁特点：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。适用于：跨度小于30M的单层厂房3、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：起重量≥50T，跨度≥24M，大荷载大跨度及有高温振动。厂房结构类型分1、空间结构体系常用的空间结构形式：网架结构、薄壳结构、膜体结构及悬索结构等特点：受力性能合理，节约材料，减少结构自重，加大空间跨度。用于：大柱距的工业厂房。洛尔铸铁车间混凝土薄壳结构2、平面结构体系组成：横向骨架和纵向联系构件横向骨架：排架结构（柱与屋架铰接、与基础刚接）和钢架结构（柱子与屋架刚接、与基础铰接）纵向联系构件：屋面板、檩条、吊车梁、连系梁、支撑系统等构件适用于：中小型厂房和仓库三、厂房内部的起重设施1、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、梁式吊车它是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、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。四、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。第二节单层厂房设计一、平面设计（一）平面设计与生产工艺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，并支撑半成品或成品的全部过程。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、有害气体以及有爆炸和火灾危险的工段布置在靠外墙处。（二）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。（三）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。（四）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。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为柱距。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）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①生产工艺中设备的大小及布置方式②车间内部通道的宽度③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。常用扩大柱网（跨度×柱距）为12×12、15×12、18×12、24×12、18×18、24×24（米）等。(五)生活间的设计•1、生活间的组成•生活间的组成包括：①生产卫生用房：如浴室、存衣室等。②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。③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。④生产辅助用房，如工具库、材料库、计量室等。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。1.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。毗邻式生活间平面组合的基本要求是：职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：①距离短、联系方便②共用外墙，节约材料③充分利用空间，占地较省④对车间保温有利⑤易与总平面图人流路线协调一致⑥可避开厂区运输繁忙的不安全地带•缺点：①影响车间的采光和通风②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2.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3.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：•(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。二、厂房的剖面设计•单层厂房剖面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。（一）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)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)有吊车工业建筑轨顶高度（地面至轨顶的高度）轨顶至小车顶面的高度小车顶面至屋架下弦的高度工艺人员根据吊车运行确定根据《通用桥式起重机界限尺寸》产品样本确定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特别高大的设备（二）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。（三）厂房的剖面形式（四）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1.5～2.0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•顶部采光形