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1、第第12章章单层工业厂房设计单层工业厂房设计v本章要点：本章要点：v1.了解单层厂房承重构件的组成及其作用；了解单层厂房承重构件的组成及其作用；v2.了解单层厂房平面设计的基本原理；了解单层厂房平面设计的基本原理；v3.了解单层厂房的定位轴线的划分；了解单层厂房的定位轴线的划分；v4.了解单层厂房剖面设计的原理和方法。了解单层厂房剖面设计的原理和方法。121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121。图图121单层厂房构造组成单层厂房构造组成承重构件 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
2、：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bh600mm1500mm时，宜选用双肢柱。图图12-2为钢筋混凝土柱为钢筋
3、混凝土柱图图123现浇柱下基础现浇柱下基础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。图图124预制柱下杯口基础预制柱下杯口基础 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
4、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。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
5、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 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。图图125是机械加工装配车间的生产工艺流程。是机械加工装配车间的生产工艺流程。图图126某机械加工装配车间平面
6、图某机械加工装配车间平面图 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127）。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（GBT686）的有关规定。图图127柱网示意图柱网示意图 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 30
7、M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、18m12m、24m12m、18m18m、24m24m等。扩大柱网的优点，是可以提高厂房面积利用
8、率（见图128），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）。图图128扩大柱距后设备布置情况扩大柱距后设备布置情况图图129扩大柱网屋顶承重方案扩大柱网屋顶承重方案（a）有托架方案（）有托架方案（b）无托架方案）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
9、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（601.8）米，（6.02.1）米，（6624）米。（首项数代表房间进
10、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70米。常用的开间为33米，36米，39米等。图1210 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1211 独立式生活间（3）车间内部式生活间。图1212 利用工具室顶部设置生活室12.3单层厂房的定位轴线 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1213。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
11、中心。图1213 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1214。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1215。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
12、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1216。图1215 非承重山墙与横向定位轴线的联系图1216 抗风柱与屋架的连接 （2）山墙为承重墙（见图1217）山墙与横向定位轴线的距离为。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1217 承重山墙横向定位轴线纵向定位轴线纵向定位轴线 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，
13、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，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1218。图1218 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1219（a）知：ehKB 则K=e-（hB）式中：K吊车尽端外缘至上柱
14、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。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1219（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Q20t，查吊车规格，知B260mm，K80mm，吊车轻，一般h400mm 如不设安全走道板，e=750mm，则：e-（hB）90mm，满足K80mm的要求。当Q20t，e=750mm时，采用封闭结合，可满足吊
15、车安全运行的净空要求，简化屋面构造，施工方便。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1219（b）。如果吊车起重量 Q20t，B300mm，K80mm，吊车重，h400mm，如不设安全走道板，e=750mm，则：e-（hB）50mm，不能满足K80mm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
16、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1219 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1220。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。图图121220 20 平行等高跨中柱与纵向定位轴线的联系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1221（a）
17、。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 1221（b）。如果不等高跨处有墙体时，可按图1221（C）、（d）处理。图图121221 21 无变形缝平行高低跨处单柱与纵向定位轴线的联系无变形缝平行高低跨处单柱与纵向定位轴线的联系 （a a）单轴线封闭结合）单轴线封闭结合 （b b）双轴线非封闭结合）双轴线非封闭结合 （c c）双轴线封闭结合）双轴线封闭结合 （d d）双轴线非封闭结合）双轴线非封闭结合 12.4 12.4 单层厂房剖面设计单层厂房剖面设计 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
18、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。厂房高度的确定厂房高度的确定 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）无吊车厂房的柱顶标高，一般不低于39m，以保证室内最小空间，以及满足采光、通风的要求，柱顶高度应符合300mm的整倍数。（2）有吊车厂房的柱顶标高由以下七项组成，见图1222：图图121222 22 厂房高度的组成厂房高度的组成 柱顶标高柱顶标高 H=H1H=H1H2 H2 轨顶标高轨顶标高 H1=h1H1=h1h2
19、h2h3h3h4h4h5 h5 轨顶至柱顶高度轨顶至柱顶高度 H2=h6H2=h6h7 h7 式中：式中：h1h1：需跨越最大设备，室内分隔墙或检修所需的高度；：需跨越最大设备，室内分隔墙或检修所需的高度；h2h2：起吊物与跨越物间的安全距离，一般为：起吊物与跨越物间的安全距离，一般为 400mm400mm500mm500mm；h3h3：被吊物体的最大高度；：被吊物体的最大高度；h4h4：吊索最小高度，根据加工件大小而定，一般大于：吊索最小高度，根据加工件大小而定，一般大于1000mm1000mm；h5h5：吊钩至轨顶面的最小距离，由吊车规格表中查得；：吊钩至轨顶面的最小距离，由吊车规格表中查
20、得；h6h6：吊车梁轨顶至小车顶面的净空尺寸，由吊车规格表中查得；：吊车梁轨顶至小车顶面的净空尺寸，由吊车规格表中查得；h7h7：屋架下弦至小车顶面之间的安全间隙。此值应保证屋架产：屋架下弦至小车顶面之间的安全间隙。此值应保证屋架产生最大挠度以及厂房地基可能产生的不均匀沉陷时，吊车能正常运生最大挠度以及厂房地基可能产生的不均匀沉陷时，吊车能正常运行。国家标准行。国家标准通用桥式起重机界限尺寸通用桥式起重机界限尺寸中根据吊车起重量大小中根据吊车起重量大小将将h7h7分别定为分别定为300mm300mm、400mm400mm、500mm500mm。厂房建筑模数协调标准（GBYJ686）中规定，钢筋
21、混凝土结构的柱顶标高应符合300mm数列确定，轨顶标高按600mm数列确定，牛腿标高也按300mm数列确定。柱子埋入地下部分也需满足模数化要求。在平行多跨厂房中，由于各跨设备和吊车不同，厂房高低不齐，见图1223，这样在高低跨错落处需增设牛腿、墙垛、女儿墙、泛水等.图1223 高低跨处构造处理 在模数协调标准中规定：“在工艺有高低要求的多跨厂房中，当高差值不大于 12m时，不宜设置高度差；在不采暖的多跨厂房中高跨一侧仅有一个低跨，且高差不大于 18m 时，也不宜设置高度差。”所以，剖面设计中应尽量采用平行等高跨。2.剖面空间的利用 （1）利用屋架之间的空间，图1224是铸铁车间砂处理工段纵剖面
22、图。图1224 利用屋架空间布置设备（2）利用地下空间。图1225 某厂房变压器修理工段的剖面 3.3.室内外地坪标高室内外地坪标高 单层厂房室内地坪的标高，由厂区总平面设计确定，其相对标高定为0000。一般单层厂房室内外需设置一定的高差，以防止雨水浸入室内，同时为便于汽车等运输工具通行，室内外高差宜小，一般取100150mm。应在大门处设置坡道，其坡度不宜过大。天然采光天然采光 白天，室内通过窗口取得天然光进行照明的方式称为天然采光。采光设计就是根据室内生产对采光的要求来确定窗口大小、形式及其布置，保证室内采光强度、均匀度及避免眩光。1.1.天然采光的基本要求天然采光的基本要求 （1）满足采
23、光系数最低值的要求 室内工作面应有一定的光线，光线的强弱是用“照度”（即单位面积上所接受的光通量）来衡量的。室内工作面上某一点的照度En 与同一时刻室外全云天水平面上天然光照度Ew 的百分比称为室内某点的采光系数C，见图1226。C En/Ew100 式中：En:室内工作面上某点照度lx；Ew:同一时刻室外全云天地面上的天空扩散照射下的照度lx。图1226 采光系数值的确定 生产车间工作面上的采光系数最低值不应低于工业企业采光设计标准中规定的数据，见表12l。采光采光等级等级 视觉工作分类视觉工作分类 室内天室内天然光照然光照度最低度最低值值(lx)(lx)采光系采光系数最低数最低值（值（%）
24、工作精确度工作精确度 识别对象的最小尺寸识别对象的最小尺寸d(mm)I 特别精细工作 d0.15 250 5 II 很精细工作 0.15d0.3 150 3 III 精细工作 0.3d1.0 100 2IV 一般工作 1.0d5.0 50 1V 粗糙工作 d5.0 25 0.5 工作面上采光系数是否满足设计要求，应选择厂房的典型剖面工作面上采光最不利点进行检验。工作面一般距地面为1m 高的水平面，见图1227 采光曲线示意。（2）满足采光均匀度的要求 采光均匀度是指假定工作面上的采光系数最低值与平均值的比值。工业企业采光设计标准中规定：“当为顶部采光时，lIV级采光等级的采光均匀度大于07，即
25、相邻两天窗中线间的距离应小于工作面至天窗下沿高度的两倍”。2.采光面积的确定 采光计算方法很多，一般可按工业企业采光设计标准 推荐的方法窗地面积比（表122）估算窗面积。采光采光等级等级 采光系数采光系数最低值最低值（%）单侧窗单侧窗 双侧窗双侧窗 矩形天窗矩形天窗 锯齿形天锯齿形天窗窗 平天窗平天窗 I 51/2.51/2.01/3.51/31/5II 31/2.51/2.51/3.51/3.51/5III 21/3.51/3.51/41/51/8IV 11/61/51/81/101/15V 0.51/101/71/151/151/25 表表12-2 12-2 窗地面积比窗地面积比 3.3.
26、采光方式及布置采光方式及布置 （1）采光方式按采光口在外围护结构上不同的位置分为三种方式。侧窗采光 它可分为单侧采光和双侧采光两种方式。当房间较窄时，采用单侧采光，它的光线不均匀。单侧采光的有效进深约为侧窗口上沿至工作面高度的两倍，见图1228。图1228 单侧采光光线衰减示意 在有桥式吊车的厂房中，吊车梁处不必开设侧窗，外墙上的侧窗分为上下两段，形成高低侧窗。高侧窗窗台宜高于吊车梁面约600mm，低侧窗窗台高度一般应略高于工作面高度，工作面高度一般取1.0m左右，见图1229。在设计多跨厂房时，可以利用厂房高低差来开设高侧窗，使厂房的采光均匀，见图1230。图图121229 29 吊车梁遮挡
27、光线吊车梁遮挡光线图图12123030利用高低差处设高侧窗的厂房的剖面利用高低差处设高侧窗的厂房的剖面 顶部采光 当厂房是连续多跨时，中间跨无法从侧窗满足工作面上的照度要求时，或侧墙上由于某种原因不能开窗采光时，可在屋顶处设置天窗，见图1231。混合采光 混合采光的特点是可以充分发挥侧窗采光和天窗采光的优点，采光效率比较高。图图121231 31 单层厂房顶部采光示意单层厂房顶部采光示意本章小结本章小结 本章主要介绍了钢筋混凝土排架结构单层厂房的构造组成、平面设计、定位轴线的划分以及厂房剖面设计的概念、原理及其构造。通过对单层厂房平面设计、剖面设计、定位轴线划分的学习，应掌握厂房平面形式的选择、柱网尺寸的确定以及厂房柱顶标高、轨顶标高的确定；了解并掌握有吊车厂房柱网采用封闭结合和非封闭结合的条件；了解采光的一般原理。