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1、第七章：单层工业建筑设计,7.1工业建筑概述7.2单层工业建筑柱网选择7.3单层工业建筑定位轴线7.4单层工业建筑的排水方式,第七章 单层工业建筑设计,7.1 工业建筑概述7.1.1工业建筑的类型、特点和设计要求（1）工业建筑类型 所谓工业建筑，是指从事各类工业生产及直接为工业生产服务的房屋，通常也称为厂房或房间。为了把握工业建筑的特征和标准，便于进行设计与研究，常将其分为如下几种类型：1）按厂房用途分（A）主要生产厂房：用于完成产品从原料到成品加工的主要工艺过程的各类厂房。例如：机械厂的铸造、锻造、热处理、锚焊、冲压、机加工和装配车间等。,（B）辅助生产房间：为主要生产车间服务的各类厂房，如
2、：机修和工具等车间。（C）动力用厂房：为工厂提供能源和动力的各类厂房，如：发电厂、锅楼房等。（D）储藏类建筑：储存各类原料、半成品或成品的仓库，如：材料库、成品库等。（E）运输工具用房：停放、检修各种运输工具的库房，如：汽车库和电瓶车库等。2）按厂房生产状况分（A）冷加工房：在正常温湿度状态下进行生产的房间。如：机械加工、装配等车间。,（B）热加工房：在高温或熔化状态下进行的生产的车间。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。（C）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。（D）洁净厂房：为保证产品质量，在无尘、无菌、无污
3、染的洁净状态下进行生产的车间。如：集成电路车间、医药工业、食品工业的一些车间等。3）按厂房层数分（A）单层厂房：广泛应用于机械、冶金等工业。适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、需要水平方向组织生产流程和运输的生产项目。（B）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。（C）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。（D）混合层数厂房：同一厂房内既有多层又有单层，单层或跨层内设置大型生产设备，多用于化工和电力工业。以上三种厂房都可以根据需要做成单跨、双跨、多跨或高低跨。,混层厂房,4）联合厂房 在同一建
4、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。（2）工业建筑的特点 工业建筑在设计原则、建筑用料和建筑技术等方面与民用建筑有很多共同之处，但在设计配合、平面形式、室内空间处理及结构选型方面，还存在诸多显著特点。单层厂房的特点有如下几条：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、经济、安全、美观的建筑方针要求。,2）体形高大。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
5、的体形特征。3）顶层构造复杂。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，致使屋顶构造相对复杂。4）结构特殊。单层厂房由于屋顶和吊车荷载较大，生产中还可能有强阵等荷载，只有采用大跨度的骨架结构，才能适应较大荷载的特殊要求。,（3）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、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（A）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
6、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；（B）生产工艺不断更新，生产规模不断扩大，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；,（C）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，合理选择厂房的建筑参数（柱距、跨度、柱丁标高），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（A）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，管望线路集中的优势，使建筑经济性更趋合理。,（B）建筑的层数是影响建筑经济性的重要因素，因此，应该
7、根据工艺要求、建筑技术经济条件等，合理选择厂房层数。（C）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。（D）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。（E）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（A）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；（B）设法排除工作余热、废气及有害气体，以提供卫生的工作环境；（C）对散发有害气体、有害辐射和存在严重噪声的厂房，应采取进化、隔离、消声、隔声等措施，以减少或消
8、除不必要的危害；（D）美化室内环境，注意注意厂房绿化及色彩处理，优化生产设备。,7.1.2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体承重结构和骨架承重结构两类。只有当厂房的跨度、高度、吊车荷载较小或无吊车时才采用墙体承重结构，通常多采用骨架承重结构。（1）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，只起维护或分隔作用。,骨架结构的优越性在于：便于提供高大通畅的厂房室内空间，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。由于主要由骨架来承受厂房的各种荷载，内外墙仅起维护或分隔作用，
9、所以骨架和墙体的材料均能充分发挥其技术性能，能有效的节省工程造价。骨架结构按材料可以分为砌体结构、钢筋混凝土结构和钢结构。1）砌体结构：它由黏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，其剖面图如下图所示。,砖砌体结构厂房剖面图,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联系构件组成。横向骨架包括屋面大梁（或屋架）、柱子、柱基础等。纵向联系构件包括大型屋面板、联系梁、吊车量、基础梁等。这种结构坚固耐久，建筑周期短，与钢结构相比可以节省钢材，造价较低，故在国内外建筑中应用十分广泛。惟其自重大，抗震性能比钢结构厂房差。下图为这种骨架结构几种常见的预制钢筋混凝
10、土柱的形式。,装配式钢筋混凝土骨架结构厂房示意图,几种常见的预制钢筋混凝土柱,3）钢结构 其主要承重构件全部采用钢才制作。这种骨架结构自重轻，抗震性能好，施工速度快，主要用于跨度大、空间高、吊车荷载重、振动荷载大的厂房。但是钢结构易锈蚀，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。究竟选择那种骨架结构，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。,钢结构厂房剖面图,（2）其他结构 单层工业厂房的承重结构除上述骨架结构外，还有其他形式结构。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（如教材图
11、7-9所示）。这类结构的屋盖属于空间结构，其特点是受力合理，能充分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，大跨和连跨厂房不便采用。另一类诸如门式钢架、T形板结构。门式钢架是一种梁柱合一的综合形式；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。,门式刚架,（3）装配式钢筋混凝土排架结构的组成装配式钢筋混凝土排架主要由以下部分组成1）承重结构 排架结构主要由横向排架、纵向联系构件和支撑系统组成。（A）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。（B）纵向联系构件包括基础梁、联系梁、吊车梁、大型屋面板（或檩
12、条）等。他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。,（C）为了保证厂房骨架的整体刚度，还需在厂房屋架之间和柱之间设置支撑系统，分别称为屋盖支撑、柱间支撑和系杆。组成骨架的屋架、柱子、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 单层厂房的外围护结构主要包括外墙、屋顶、门窗及天窗，是单层工业厂房的外壳，对于维护厂房室内良好的物理环境起着重要的保障作用。,7.1.3单层工业厂房内部的起重运输设备 为了在工业生产中运送原材料、成品或半成品，厂房内部应设置必要的起重运
13、输设备。起重运输设备的种类很多，用途各异，其中与厂房的空间及结构设计密切相关的是各种高空运行的吊车。常见的吊车有单轨悬挂式吊车、梁式吊车和桥式吊车等。（1）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类。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，布置或曲或直。为此厂房屋顶应有较大的刚度，以适应吊车荷载的作用。单轨吊车的起重量较小，一般为12t。,（2）梁式吊车 梁式吊车亦分为手动和电动两类，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
14、撑行车的梁架组成，梁架断面为“工”字型钢，直接作为起重行车的轨道，梁架两端装有行走轮，以便在轿车轨道上运行。吊车轨道亦可悬挂在屋架（或屋面大梁）的下弦上，但多支撑在吊车梁上，后者通过吊车梁和牛腿等支撑于柱子上。如下图所示。梁式吊车的起重量一般不超过5t。,（3）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撑的吊车上。桥式吊车的司机室多设在吊车桥架端部（如下图所示）。根据每班内平均工作时间的多少，桥式吊车工作制分为：重级工作制（工作时间40%），中级工作制（工作时间为2540%）和
15、轻级工作制（工作时间为1525%）之分。,桥式吊车的起重量可由5t到数百吨，它在工业建筑中应用广泛。由于所需净空高度大，自重大，加之高空运行，故对厂房结构受力是很不利的。因此，也有采用落地龙门吊车代替桥式吊车。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业流程的改造。但龙门吊车行驶速度缓慢，且多占厂房使用面积，所以还不能全部替代桥式吊车。,单轨悬挂式吊车,桥式吊车,7.2单层工业建筑柱网选择7.2.1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。柱子在厂房平面中排列
16、所形成的网格简称柱网，柱网尺寸是由跨度和柱距组成的。由教材图可见，柱子纵向定位轴线之间的距离称为跨度，横向定位轴线间的距离称为柱距。柱网的选择实际上就是选择厂房的跨度和柱距。,工艺设计人员根据工艺流程和设备布置情况，对跨度和柱距提出初步要求，建筑设计人员在此基础上，依据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。,柱网布置示意图,7.2.2跨度尺寸的确定 厂房跨度实际上是
17、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就随即而定。跨度尺寸主要根据下列因素确定：（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（3000mm）的尺寸系列，即跨度可取9、12、15m。当跨度尺寸18m时，按60M模数增长，即跨度可取18、24、30、36m。7.2.3柱距尺寸的确定 柱距是两柱之间的纵向间距。在厂房结
18、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。根据上述对于跨度、柱距的有关规定，我国已经颁布工业建筑全国通用构件标准图集，使相关构件成型配套。,7.2.4扩大柱网及其优越性 现代工业生产的显著特点之一在于生产工艺、生产设备和运输设备在不断的更新变化，而且其周期越来越短。为适应这种变化，厂房应具有相应的灵活性与通用性，这种灵活性、通用性在厂房平面设计中的具体表现之一就是采用扩大柱距网，也就是扩大厂房的跨度和柱距。亦即将柱距由6m扩大到12、18乃至24m，如采用柱网（跨度柱距）为1
19、2m12m、15m12m、18m12m、18m18m、24m24m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。7.3单层工业建筑定位轴线 单层工业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件标准化和系列化，减少构配件类型，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
20、准有关规定。,对于常用的单跨、多跨平行（包括有少量垂直跨的多跨平行）厂房，存在明显的长轴方向和短轴方向，如教材图7-15所示。该厂房平面图左右方向为长轴方向（亦称纵向），而上下方向为短轴方向（亦称横向）。在习惯上通常把厂房长轴方向的定位轴线称为纵向定位轴线，在平面图中，由下向上按A、B、C等字母顺序进行编写。将短轴方向的定位轴线称为横向定位轴线，在平面图中，应从左至右按1、2、3数字顺序进行编写。同时规定：相邻两条横向定位轴线之间的距离称为柱距；相邻两,条纵向定位轴线之间的距离称为跨度。7.3.1横向定位轴线（1）中间柱与横向定位轴线间的联系 除横向变形缝两侧及厂房端部排架柱外的柱称为中间柱。
21、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、联系梁的标志长度皆以横向定位轴线为界。（2）横向伸缩缝、防震缝部位柱与横向定位轴线的联系 横向收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（如教材图7-17所示）。两条定位轴线的距离称为插入距，用ai来表示。在这里，插入距ai等于变形缝宽ae。（3）山墙与横向定位轴线的联系 单层厂房的山墙按照受力情况分为非承重山墙和承重山墙，两种情况横向定位轴线确定是不同的。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
22、轴,线向内移600mm（如下图所示）。端柱之所以内移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并与之连接，还考虑与横向伸缩缝和防震缝处定位轴线划分一致，有利可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墙体的块材的半块或半块的倍数，或者取墙体厚度的一半，如下图所示。作此规定，以满足结构支撑长度的要求。,中间柱与横向定位轴线的联系,变形缝处柱与横向定位轴线的联系,山墙为非承重墙,山墙为承重墙,7.3.2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。（1）外墙
23、、边柱和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：式中LK吊车跨度，及吊车两轨道中心线之间的距离；,L厂房跨度；E吊车轨道中心线至纵向定位轴线的距离，一般取750mm，当吊车起重量大于50t或为重级工作制需设安全走道板时，取1000mm；当采用梁式吊车时取500mm（如下图所示）。由图所示细部构造关系可知：e=B+h+Cb B-吊车桥架端头长度；即吊车轨道中心线至吊车端部外缘的距离，查表得到。,Cb吊车端部外缘至上柱内缘的安全净空尺寸，当吊车起重量不超过20t时，其大于80mm，当起重量不小于75t时，其不小于100mm；h-上柱截面高度，
24、根据厂房高度、跨度、柱距及吊车起重量来确定。由于吊车起重量、柱距、跨度、是否有走道板等的影响，边柱外缘与纵向定位轴线的联系有两种情况：,吊车与厂房关系示意图,1）封闭式结合（如教材图7-21所示）无吊车或只设悬挂式吊车，或柱距为6m，吊车起重量Q20t条件下的厂房中，一般采用封闭式结合。即轴线与外墙内缘及柱外缘重合，即ac=0，h=h0。因为吊车起重20t时，查表得B 260mm，Cb 80mmCb=e-(B+h0)=750(260+400)=90mm80mm满足安全缝隙宽度要求。在封闭式结合中，封闭的含义在于：当采取此种定位轴线时，按照常规布板，则屋架与屋面板与外墙内缘必然闭合，不需设补充构
25、件，具有构造简单，施工方便等优点。,2）非封闭式结合（如教材图7-22所示）当柱距为6m，吊车起重量30t时，轴线与柱外缘间设连系尺寸，即ac0，且为300mm或其倍数。当墙体为砌体时，可采用50mm或其整数倍。随着吊车起重量或柱距增大，相应的B和h值也相应增大，为了保证安全缝隙宽度要求，在纵向定位轴线不动的情况下，将柱外缘外推一个ac值，即h0=h-ac。要保证屋架在柱上应有的支承长度，不得小于300mm，如不足时则上柱头应伸出牛腿或采用刚接。(2)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两种情况。,1）等高跨中柱与纵向定位轴线（如下图所示）等高厂房的中柱，宜设置单柱
26、和一条纵向定位轴线。定位轴线通过相邻两跨屋架的标志尺寸端部，并与上柱中心线相重合。此时上柱截面高度一般取600mm，以保证两侧屋架应有的支承长度，上柱头不带牛腿。2）高低跨中柱与纵向定位轴线的联系（如下图所示）对这类中柱，可看做是高跨的边柱，中柱与定位轴线的联系有两截然不同的情况。,（A）当高低跨处中柱采用单柱时，如高跨吊车起重量20t，则高跨上柱外缘与封墙内缘宜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，不需设联系尺寸，也不需设两条定位轴线。（B）当高跨起重量大于30t时，其上柱外缘与纵向定位轴线间宜设连系尺寸ac，并应采用两条纵向定位轴线，两线间的距离为插入距ai，ai在数值上等
27、于连系尺寸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，则两线之间的插入距等于墙厚t；而当高跨采用非闭式结合时，且墙体需封至低跨端部，定位轴线之间的插入距等于联系尺寸与封墙厚之和。,等高跨中柱与纵向定位轴线的联系,高低跨中柱与纵向定位轴线的联系,（3）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，山墙的长度小于或等于侧墙，横跨又为封闭结合轴线时，可
28、以采用双柱单墙处理；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ae及联系尺寸ac之和；,纵横跨相交处柱与定位周线的联系,7.4单层工业建筑的排水方式 与民用建筑相同，单层工业厂房屋面排水方式也分为无组织排水和有组织排水两大类，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。但是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，其屋面排水方式要比民用建筑复杂。屋面排水方式的变化，不仅造成厂房剖面形式的变化，而且还会对厂房的其他方面造成影响。下面我们介绍一些常见的屋面排水方式，并分析其特点。,（1）多脊双坡屋面的排水方式 一直以来，我国单层
29、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，必然形成如下图所示的多脊双坡屋面形式。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，有时还需设置悬挂与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，天狗易积水，从而产生渗透现象；有时地下排水管被堵，室内地面会出现冒水现象。（2）缓长坡屋面排水形式 缓长坡屋面排水方式是将多脊双坡排水屋面改,造成无内天沟的长坡屋面，可在很大程度上避免多级双坡屋面的堵漏缺陷。如下图所示为这种屋面的排水实例，它不仅减少了天沟、落水管及地下排水管网的数量，从而简化了构造，减少了投资和维修费用，而且排水可靠性大大提高，从而保证生产的正常运行。缓长坡屋面仍然采用11215坡度，易增大厂房的体积，不够经济。新型高效防水材料的应用，使坡度可降至5%，或者更小，因此称为缓长坡屋面。缓长坡屋面多用于要求排水防水可靠，不允许有漏水现象的车间，如大型热加工车间（炼钢厂、轧钢厂）等。,多脊双坡屋面排水方式,缓长坡屋面形式,
