第20章-單層工業(yè)建筑設計

1、第20章 單層工業(yè)建筑設計【教學目的】通過本章學習，使學生對了解單層廠房的類型與構件組成，學習如何選擇單層廠房的柱網(wǎng)，掌握單層廠房的剖面設計，熟悉單層廠房的屋面排水設計，理解和掌握單層廠房的定位軸線設計。最終達到理解和掌握單層工業(yè)建筑設計的基本原則和方法?！窘虒W要求】：通過本章學習，學生能夠 1、了解單層廠房的類型與構件組成； 2、單層廠房柱網(wǎng)的確定原則；3、掌握單層廠房的剖面設計依據(jù)和方法；4、熟悉單層廠房的屋面排水設計；5、理解和掌握單層廠房的定位軸線設計方法?！緦W習重點與難點】本章重點：單層廠房的柱網(wǎng)選擇、剖面設計。本章難點：單層廠房的定位軸線設計?！局匾R點】柱網(wǎng)的定義、廠房高度的定

2、義、柱頂標高的確定、橫向定位軸線、縱向定位軸線20.1 單層工業(yè)建筑的結構類型與構件組成單層工業(yè)建筑的結構支承方式可以分為承重墻支承與骨架支承兩類。只有當工業(yè)建筑的跨度、高度、吊車荷載較小時才用承重墻承重結構，而當工業(yè)建筑的跨度、高度和吊車荷載較大時，則多采用骨架承重結構。骨架結構系由柱子、屋架或屋面大梁（或柱梁結合或其他空間結構）等承重構件組成。其結構體系可以分為剛架、排架及空間結構。其中以排架最為多見，因為梁柱間為鉸接，可以適應較大的吊車荷載。在骨架結構中，內(nèi)外墻一般不承重，只起到圍護或分隔作用。骨架結構在內(nèi)部可提供寬大通暢的空間，有利于生產(chǎn)工藝及其設備的布置、工段的劃分，也有利于生產(chǎn)工藝

3、的更新和改善。20.1.1排架結構體系排架結構按材料可分為砌體結構、鋼筋混凝土結構和鋼結構。1.砌體結構它由磚石等砌塊砌筑成柱子，鋼筋混凝土屋架(或屋面大梁)、鋼屋架等組成，如圖20-1-1所示為磚柱、組合屋架的工業(yè)建筑。 圖20-1-1 磚砌體結構工業(yè)建筑2.鋼筋混凝土結構這種骨架結構多采取預制裝配的施工方式。結構構成主要由橫向骨架、縱向連系構件以及支撐構件組成，如圖20-1-2所示。橫向骨架主要包括屋面大梁(或屋架)、柱子、柱基礎?？v向構件包括屋面板、連系梁、吊車梁、基礎梁等。此外，垂直和水平方向的支撐構件用以提高建筑的整體穩(wěn)定件。 圖20-1-2 裝配式鋼筋混凝土排架及主要構件 1-邊列

4、柱；2-中列柱；3-屋面大梁；4-天窗架；5-吊車梁；7-基礎梁；8-基礎 9-外墻；10-橫梁；11-屋面板；12-地面；13-天窗扇；14散水；15-風荷載這種結構建設周期短，堅固耐久，與鋼結構相比可節(jié)省鋼材，造價較低，故在國內(nèi)外工業(yè)建筑中應用十分廣泛。但是其自重大，抗震性能比鋼結構工業(yè)建筑差。圖20-1-3所示為這種骨架結構幾種常見的預制鋼筋混凝土拄的形式。 圖20-1-3 幾種常見預制鋼筋混凝土柱（a）矩形柱；（b）工子型柱；（c）（d）雙肢柱；（e）管柱3.鋼結構 鋼結構工業(yè)建筑的主要承重構件全部采用鋼材制作，如圖20-1-4所示。這種骨架結構自重輕，抗震性能好，施工速度快，主要用于

5、跨度巨大、空間高、吊車荷載重、高溫或振動荷載大的工業(yè)建筑。對于那些要求建設速度快，早投產(chǎn)、早受益的工業(yè)建筑也采用鋼結構。但鋼結構易銹蝕，保護維修費用高，耐久性能較差，防火性能差，使用對應采取必要的防護措施。設計中究竟選擇哪種骨架結構，應當根據(jù)工業(yè)建筑的用途、規(guī)模、生產(chǎn)工藝和起重運輸設備、投資、施工條件、材料供應情況等因素綜合分析而定。 圖20-1-4 鋼結構工業(yè)建筑20.1.2其他結構體系單層工業(yè)建筑的承重結構除上述排架結構外，還有其他形式結構。其中一類是屋頂部分并非像排架那樣采用屋架及連系構件系統(tǒng)，而是改用輕型屋蓋，如v型折板結構、單面或雙面曲殼結構、或者網(wǎng)架結構，如圖20-1-5所示。這類

6、結構均屬空間結構，其共同特點是受力合理，能充分地發(fā)揮材料的力學性能，空間剛度大，抗震性能較強。缺陷在于施工復雜，大跨及連跨工業(yè)建筑使用時受限制較大。另一類是如門式剛架(圖20-1-6)、 T形板等特殊結構。門式剛架(簡稱門架)，是一種梁柱合一的結構形式，可用期筋混凝土制作，也可用鋼結構制作；而T形板用作豎向承重構件時相當于墻柱結合的構件。但剛架屬于平面結構體系，不能夠承受較大的吊車荷載。 圖20-1-5 薄殼式屋頂結構 圖20-1-6 門式剛架結構20.2單層工業(yè)建筑的柱網(wǎng)選擇柱子在工業(yè)建筑平面上排列所形成的網(wǎng)格稱為柱網(wǎng)。如圖20-2-1所示，柱子縱向定位軸線之間的距離稱為跨度，核向定位軸線之

7、間的距離稱作柱距。柱網(wǎng)尺寸是由跨度和柱距確定的，柱網(wǎng)的選擇實際上就是選擇工業(yè)建筑的跨度和柱距。工藝設計人員根招工藝流程和設備布置狀況，對跨度和柱距提出初始的要求，建筑設計人員在此基礎上、依照建筑及結構的設計標準，最終確定工業(yè)建筑的跨度和柱距。柱網(wǎng)確定的原則是：圖20-2-1 柱網(wǎng)布置示意1-柱子；2-機床；3-柱基礎輪廓1.滿足生產(chǎn)工藝要求 跨度和柱距要滿足設備的大小和布置方式、材料和加工件的運輸、生產(chǎn)操作和維修等生產(chǎn)工藝所需的空間要求。2.平面利用和結構方案經(jīng)濟合理跨度和柱距的選擇要使平面的利用和結構方案達到經(jīng)濟合理。工業(yè)建筑由于工藝的要求，常將個別大型設備越跨布置，采用抽柱方案，上部用托架

8、粱承托屋架(圖20-2-2)。根據(jù)生產(chǎn)工藝實際情況，適當調(diào)整跨度和柱距，達到結構統(tǒng)一，充分利用面積，達到較好的經(jīng)濟效益。圖20-2-2 跨越布置設備示意3.符合廠房建筑建筑模數(shù)協(xié)調(diào)標準(GBJ6-86)的要求。滿足廠房建筑建筑模數(shù)協(xié)調(diào)標準(GBJ6-86)的要求。該標準規(guī)定，當工業(yè)建筑跨度<l8m時，應采用擴大模數(shù)30M的尺寸系列，即跨度可取9m、12m、15m。當跨度尺寸18m時，按60M模數(shù)遞增，即跨度可取18m、24m、30m和36m。柱距采用60M系列，即6m、12m、18m等。4.擴大柱網(wǎng)及其優(yōu)越性現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)的生產(chǎn)工藝、生產(chǎn)設備和運輸設備在不斷更新變化、且其周期越來越短。為適

9、應這種變化、工業(yè)建筑應具有相應的靈活性與通用性，在設計中還應考慮可持續(xù)性使用，擴大掛網(wǎng)是途徑之一。將柱距由6m擴大至12m、18m乃至24m，如采用柱網(wǎng)(跨度×柱距)為12m×12m、15m×12m、18m×12m、24m×l2m、18m×18m、24m×34m等。采用鋼結構工業(yè)建筑，大柱網(wǎng)更易于實現(xiàn)。 有研究成果證明擴大柱網(wǎng)的主要優(yōu)點是：可以有效提高工業(yè)建筑面積的利用率；有利于大型設備的布置及產(chǎn)品的運輸；能提高工業(yè)建筑的通用性，適應生產(chǎn)工藝的變更及生產(chǎn)設備的更新；有利于提高吊車的服務范圍；能減少建筑結構構件的數(shù)量，并能加快

10、建設速度。20.3 單層工業(yè)建筑剖面與屋面排水方式剖面設計是廠房建筑設計的一個組成部分。在廠房剖面設計時主要是從廠房建筑空間處理上使它滿足生產(chǎn)對廠房提出的各種要求。廠房剖面設計的具體任務是：確定廠房高度，選擇廠房承重結構及圍護結構方案，處理車間采光、通風等問題。剖面設計應滿足以下要求：廠房剖面設計要適應工業(yè)生產(chǎn)所需要的足夠空間；具備良好的采光和通風條件；(3)屋面排水和滿足室內(nèi)保溫隔熱的圍護結構；(4)經(jīng)濟合理的結構方案；(5)為提高建筑工業(yè)化創(chuàng)造條件。20.3.1 工業(yè)建筑高度的確定1.生產(chǎn)工藝對工業(yè)建筑剖面設計的影響 單層工業(yè)建筑剖面設計是在平面設計的基礎上進行的，剖面設計著重解決建筑在垂

11、直空間方面如何滿足生產(chǎn)的各項要求。 生產(chǎn)工藝對工業(yè)建筑剖面設計影響很大，生產(chǎn)設備的體形大小，工藝流程的特點，生產(chǎn)狀況，加工件的體量與重量，起重運輸設備的類型和起重量等都直接影響工業(yè)建筑的剖面形式。2.單層工業(yè)建筑的高度單層工業(yè)建筑的高度是指由室內(nèi)地坪到屋頂承重結構最低點的距離。在一般情況下，它與柱頂距離地面的高度基本相等，因此經(jīng)常用柱頂標高來代表和衡量工業(yè)建筑的高度。屋頂承重結構是傾斜的，其計算點應算到屋頂承重結構的最低點。同時，柱子的長度應滿足模數(shù)協(xié)調(diào)標準的要求。圖20-3-1 工業(yè)建筑高度的確定(1)柱頂標高的確定1)無吊車工業(yè)建筑 在無吊車工業(yè)建筑中，柱頂標高是按最大生產(chǎn)設備高度及安裝檢

12、修所需要的凈空高度來確定的，且應符合工業(yè)企業(yè)設計衛(wèi)生標準(TJ3679)的要求，同時柱頂標高還必須符合擴大模數(shù)3M(300mm)數(shù)列規(guī)定。無吊車工業(yè)建筑柱頂標高一般不得低于3.9m，以保證室內(nèi)最小空間，同時滿足采光、通風的要求。2)有吊車工業(yè)建筑柱頂標高關系(如圖20-3-1) 在有吊車的廠房中，不同的吊車對廠房高度的影響各不相同。對于采用梁式或橋式吊車的廠房來說：其柱頂標高可按下式來計算：柱頂標高HH1十H2軌頂標高H1h1十h2十h3十h4十h5軌頂標高至柱頂高度H2h6十h7 式中：h1需要跨越的最大設備高度；h2起吊物與跨越物之間的安全距離，一般為400-500mm；h3起吊的最大物件

13、高度；h4吊索最小高度，根據(jù)起吊物件的大小和起吊方式?jīng)Q定，一般大于1m；h5吊鉤至軌頂面的距離，由吊車規(guī)格表中查的；h6軌頂至吊車小車頂面的距離，由吊車規(guī)格表中查得；h7 小車頂面至屋架下弦底面之間的安全距離，應考慮到屋架的擾度、廠房可能不均勻沉陷等因素，最小尺寸為220mm，濕陷黃土地區(qū)一般不小于300mm。如果屋架下弦懸掛有管線等其他設施時，還需要加必要的尺寸。 根據(jù)廠房建筑模數(shù)協(xié)調(diào)標準的規(guī)定，柱頂標高H應為300mm的倍數(shù)。軌頂?shù)臉烁逪1應為600mm的倍數(shù)。由于吊車梁的高度、吊車軌道及其固定方案的不同，計算得出的軌頂標高(H1)可能與工藝設計人員所提出的軌頂標高有差異。最后軌頂標高應等

14、于或大于工藝設計人員提出的軌頂標高。H1值重新確定后，再進行H值的計算。工業(yè)建筑高度對造價有直接影響，因此在確定工業(yè)建筑高度時，注意有效地利用和節(jié)約空間，對降低建筑造價具有重要意義。如圖20-3-2和圖20-3-3所示的處理方法，避免了提高整個工業(yè)建筑高度，減少空間浪費。 圖20-3-2 利用降低設備地坪降低 圖20-3-3 利用屋頂空間布置設備降 工業(yè)建筑高度 低工業(yè)建筑高度為了簡化結構、構造和施工，當相鄰兩跨間的高差不大時，可采用等高跨，雖然增加了用料，但總體還是經(jīng)濟的?；谶@種考慮，我國工業(yè)建筑統(tǒng)一化基本規(guī)則規(guī)定：在多跨工業(yè)建筑中，當高差值等于或小于1.2m時不設高差；在不采暖的多跨工業(yè)

15、建筑中，高跨一側僅有一個低跨，且高差值等于或小于1.8m時，也不設置高差。另外，有關建筑抗震的技術文件還建議，當有地震設防要求時，上述高差小于2.4m宜做等高跨處理。(2)室內(nèi)地坪標高的確定廠房室內(nèi)地坪的絕對標高是在總平面時確定的。室內(nèi)地坪的相對標高實質上就是室內(nèi)地坪相對于室外地面的高差，定為±0.000。確設這樣一個高差的目的是防止雨水浸入室內(nèi)，同時考慮到單層工業(yè)建筑運輸工具進出頻繁，若室內(nèi)外高差值過大則出入不便，故一般取150-200mm，且一般用坡道相連接。如果在地形平坦的地段建造廠房，考慮到廠房的使用性質，通常室內(nèi)只有一個標高；若地形情況比較復雜，在建設地段出現(xiàn)不同標高時，設

16、計中，為減少土方量、減低造價，應因地制宜地結合地形等各方面情況進行考慮?？蓪④囬g跨度順著等高線布置，以適應生產(chǎn)工藝流程及運輸?shù)男枰?。在工藝允許的條件下，也可將車間各跨分別布置在不同的標高上（如圖20-3-4），工藝流程由高跨處向低跨流動，利用物體的自重進行運輸，以減少運輸費和動力消耗。若跨度垂直等高線，地形坡度較陡時，可采用“天平地不平”的處理方法。即在同一跨內(nèi)將地坪分段布置在不同標高的臺階上，內(nèi)部承重構件及屋頂高度不受影響（如圖20-3-5）。當廠房內(nèi)有兩個以上不同的地坪面時，主要地坪面的標高為±0.000。圖20-3-4 廠房的室內(nèi)地坪標高（a）鑄工車間；（b）利用地形較低一端設

17、置底下室1-大件造型；2-熔化；3-爐料；4-小件造型圖20-3-5 廠房垂直于等高線布置20.3.2天然采光白天，室內(nèi)通過窗口取得天然光進行照明的方式稱為天然采光。由于廠房采光的效果之間關系到生產(chǎn)效率、產(chǎn)品質量以及工人的勞動衛(wèi)生條件，它是衡量廠房建筑質量標準的一個重要因素。因此，廠房采光設計就是根據(jù)室內(nèi)生產(chǎn)對采光的安求來確定窗口大小、形式及其布置、保證室內(nèi)采光強度、均勻度及避免眩光。采光面積的多少是根據(jù)采光的要求。按采光系數(shù)的標準值進行計算的。天然采光的基本要求 滿足采光系數(shù)最低值的要求 室內(nèi)工作面上應有一定的光線光線的強弱是用“照度”(即單位面積上所接受的光通量)來衡量的。由于室外天然光線

18、變化、室內(nèi)的照度也隨著變化。因此不能用這個隨時變化的照度值來表示室內(nèi)某點的采光情況，而是用室內(nèi)外照度的相對值表示，即室內(nèi)工作面上某一點的照度En與同一時刻室外全云天水平面上天然光照度E的百分比稱為室內(nèi)某點的采光系數(shù)C。C=En/E×100%式中：En室內(nèi)工作面上某點照度lx； E同一時刻室外全天無云天地面上的天空擴散照射下的照度lx； 在采光設計中，以此不變的采光系數(shù)作為廠房采光設計的標準。 在單層廠房天然采光設計中，為滿足車間內(nèi)部有良好的視覺工作條件，生產(chǎn)車間工作面上的采光系數(shù)最低值不應低于工業(yè)企業(yè)采光設計標準TJ-33-79中規(guī)定的數(shù)據(jù)（如表20-3-1）表20-3-1生產(chǎn)車間工

19、作面上的采光系數(shù)最低值 要判斷工作面上采光系數(shù)是否滿足設計要求，應該選擇廠房的典型剖面工作面上采光最不利點進行檢驗。工作面一般距地面為1m高的水平面。在橫剖面上進行檢驗，具體做法是連接各點采光系數(shù)值形成采光曲線，它反映該剖面的采光情況（圖20-3-6）。圖20-3-6 采光曲線示意圖滿足采光均勻度的要求 所謂采光均勻度是指假定工作面上的采光系數(shù)最低值與平均值的比值。設計中要求工作面上各處的照度均勻，不能出現(xiàn)過于明亮或陰暗的情況，以避免視力疲勞而影響操作。工業(yè)企業(yè)采光設計標準中對此作了規(guī)定：“當為頂部采光時，-級采光登記的采光均勻度大于0.07，既相臨兩天窗中線間的距離應下于工作面至天窗下沿高度

20、的兩倍”。當為側窗采光時由于照度變化大，不可能均勻，所以未做規(guī)定。除此之外，還應該避免在工作區(qū)內(nèi)產(chǎn)生眩光，影響視力。采光面積的確定采光面積一般根據(jù)采光、通風等綜合因素來確定。首先可大致確定窗面積，然后根據(jù)廠房對采光的要求進行校核，驗證是否符合采光標準值。采光計算方法很多，由于一般廠房對采光要求不很精確，可按工業(yè)企業(yè)采光設計標準推薦的方法一窗地面積比(表20-3-2)估算窗面積。表20-3-2 窗墻面積比采光方式 按采光口在外圍護結構上不同的位置分為三種方式(圖20-3-7)：側面采光、頂部采光以及側面和頂部想結合的混合采光三種采光方式。早采光口面積相同的情況下，由于其所在的位置不同，采光的效果

21、也是各不相同的。側面采光圖20-3-7單層廠房天然采光方式它可分為單側采光和雙側采光兩種方式。當房間較窄時采用單側采光它的光自單側采光的有效進深約為側窗口上沿至工作面高度的兩倍見圖20-3-8；若進深增大則采光的有效范圍，則需采用雙側采光或人工照明等方式。由于側面采光的方向性強，故布置側窗時，要避免可能產(chǎn)生的遮擋，在有橋式吊車的廠房中、吊車梁處不必開設側窗就把外墻上的側窗分為上下兩段，形成高低側窗。高側窗投光遠，光線均勻能提高遠窗點的采光效果；低側窗投光近，對近窗點采光有利。兩者的有機結合、解決了較寬廠房采光的問題。高側窗窗臺宜高干吊車梁面約600mm，低側窗窗臺高度一般應略高于工作面高度工作

22、面高度一般取1.0m左右(見圖20-3-9)。在設計多跨廠房時可以利用廠房高低差來開設高側窗，使廠房的采光均勻見圖20-3-10。圖20-3-8單側采光光線衰減示意頂部采光（圖20-3-7）當廠房為連續(xù)多跨時，中間跨無法通過側窗進行采光，以滿足工作面上的照度要求時，或側墻上由于某種原因不能開設采光窗時，則可在屋頂上開設采光天窗（圖20-3-11），采用頂部采光的方式解決廠房的天然采光溫暖體。頂部采光容易使室內(nèi)獲得較均勻的光線，采光效率較側窗高。但構造復雜，造價也較側窗高。圖20-3-9吊車梁遮擋光線與高低側窗的位置關系圖20-3-10 利用高低差處設高側窗的廠房剖面混合采光（圖20-3-7c）

23、 由于側窗采光的有效進深是有限的，當廠房深度超過側窗采光的有效進深，或側面采光不能滿足要求時，則在屋頂上開設天窗加以補充，采用混合采光的方式解決天然采光問題。 采光天窗的形式和布置采光天窗的形式 采光天窗有多種形式，常見的有矩形、梯形、三角形、M形、鋸齒形以及橫向天窗、平天窗等(圖20-3-12)。圖20-3-11 單層廠房頂部采光示意矩形天窗(圖20-3-12)：是沿跨間縱向升起局部屋面、在高低屋面的垂直面上開設采光窗而形成的，具有中等照度。是我國比較廣泛采用的一種采光天窗。當廠房為南北向時，室內(nèi)光線均勻。由于窗面垂直，積灰少，且易于防水。窗扇可開啟，能兼起通風作用。它的缺點是組成構件類型多

24、、結構復雜，自重大，造價高，增加了廠房高度，抗震性能不好。為了獲得良好的采光效果矩形天窗的寬度b宜等于廠房跨度L的1/31/2，天窗的高寬比hb宜為0.3左右，不宜大于0.45，這是由于天窗過高對提高工作面照度的作用較小。圖20-3-12 矩形天窗 M形天窗(圖20-3-13)：是將矩形天窗的屋蓋由兩側向內(nèi)傾斜而形成。由于屋蓋的傾斜，其內(nèi)表面可增強光線的反射作用，同時，傾斜的屋蓋可以引導氣流。所以，M形天窗較矩形天窗的采光、通風都更有利。但構造較矩形天窗復雜，天窗屋面需設置內(nèi)排水，或形成縱向長天溝外排水。圖20-3-13 M形天窗圖20-3-14 不同窗扇角度的鋸齒形天窗 鋸齒形天窗(圖20-

25、3-14)：是將廠房屋蓋做成鋸齒形窗設于垂直面上(有時也做成稍傾斜面)。這種天窗能利用天棚傾斜面反射光線。因此，采光效率比矩形天窗高。窗扇可開啟，能兼起通風作用，窗口一般朝北或接近北向無直射陽光進入室內(nèi)、能射進的陽光很少室內(nèi)光線穩(wěn)定。因此，對于要求光線穩(wěn)定，要調(diào)節(jié)溫濕度的廠房如紡織廠多采用這種天窗形式。其它，如印染廠、機械廠等也可采用。圖20-3-15 橫向下沉式天窗縱剖面及局部軸測投影圖b-柱距圖20-3-16平天窗布置示意圖L跨度；1平天窗橫向下沉式天窗(圖20-3-15)：是將相鄰柱距的整跨屋面板上下交替布置在屋架的上下弦上，利用屋面板位置的高差(即屋架上下弦的高差)作采光口而形成的。橫

26、向下沉式天窗布置靈活，可根據(jù)使用要求每隔一個柱距或幾個柱距布置，其造價較矩形天窗低。當廠房為東西向時，橫向下沉式天窗為南北向。因此，橫向下沉式天窗多用于朝向為東西向的冷加工車間。同時，它的排氣路線短捷，可開設較大而積的通風口，通風量大。所以，它還適用于對采光、通風都有要求的熱加工車間。其缺點是窗扇形式受屋架限制、不標準且構造復雜廠房縱向剛度較差。20-3-17結合屋蓋結構形式設置天窗平天窗(圖20-3-16)：是在屋蓋上直接設置采光口而形成的。它可以成點、成塊、或成帶布置。平天窗的采光效率高，約為矩形天窗的22.5倍，并具有布置靈活、構造簡單、施工方便、造價低等優(yōu)點。缺點是對于太陽光直射車間易

27、產(chǎn)生眩光、采田地區(qū)玻璃易結露、造成水滴下落、玻璃表面易積塵或積雪、玻璃破碎落下傷人、以及平天窗一般不起通風作用等，我國在實踐中采取了一些措施(詳見天窗部分)。由于平天窗有著明顯的優(yōu)點，故在冷加工車間的設計中應用較廣泛。采光天窗的布置 采光天窗的布置須結合天圖形式、屋蓋結構和構造、廠房朝向、生產(chǎn)要求等因素綜合考慮。概括起來有縱向布置(天窗帶平行于屋脊)、橫向布置(天窗帶垂直于屋脊)、點式或塊狀布置等幾種形式。縱向布置主要適用于朝向為南北向的廠房，多采用矩形、M形、梯形、鋸齒形等天窗，也可采用平天窗做成采光帶沿廠房屋脊縱向布置。為了屋面檢修及消防人員在屋面上活動方便，常在第山墻及橫向變形統(tǒng)兩側柱間

28、不設天窗。當天窗太長時，可將天窗分段布置，分段處柱間不設天窗。橫向布置主要適用于朝向為東西向的廠房，多采用橫向下沉式天窗，平天窗也可做成橫向布置。點式或塊狀布置一般采用乎天窗，根據(jù)使用要求，在屋面上靈活地布置采光口，采光均勻性好。選擇采光天窗形式及布置方式應結合屋蓋結構形式。如采用屋架(或屋面梁)上鋪屋面板的屋益可采用矩形、梯形、M形、乎天窗等多種形式的天窗，而采用折板、馬鞍形殼板的屋蓋則可利用屋面板上下布置形成的高差設置橫向天窗(圖20-3-17)，采用殼體結構的廠房可利用殼體邊緣凸起的弧形部分設置天窗(圖20-3-18)。圖3-20-18 殼體屋蓋采光天窗的布置20.3.3 自然通風20.

29、3.3.1 自然通風的基本原理單層廠房自然通風是利用空氣的熱壓和風壓作用進行的。(1) 熱壓作用由于廠房內(nèi)部人體散發(fā)的熱量、機械加工生產(chǎn)的熱量提高了室內(nèi)空氣溫度，使空氣體積膨脹，密度變小而自然上升；室外空氣溫度相對較低，密度較大，便由外圍護結構下部的門窗洞口進入室內(nèi)，加速了室內(nèi)熱空氣的流動。新鮮空氣不斷進入室內(nèi)，污濁空氣不斷排出，如此循環(huán)，達到通風的目的。這種利用室內(nèi)外冷熱空氣產(chǎn)生的壓力差進行通風的方式，稱為熱壓通風。圖20-3-19表示設矩形天窗的單層單跨廠房利用熱壓通風的示意圖。熱壓值按下列公式計算：PH(r外-r內(nèi))式中：P熱壓(kgm²)；H進風口中心線至排風口中心線的垂直距

30、離（m）；r外室外空氣密度(kgm³)；r內(nèi)室內(nèi)空氣密度(kgm³)。該公式的物理意義是：熱壓值的大小與上下進排風口中心線的垂直距離和室內(nèi)外空氣密度差成正比。所以，在無天窗的廠房中，應盡可能提高高側窗的位置，降低低側窗的位置，以增加進排風口的高差。而中部側窗可采用固定窗或便于開關的中懸窗。(2)風壓作用 當風吹向建筑物時(圖20-3-20)，建筑物迎風面AA(剖面)及AD(平面)的空氣壓力增加，超過一個大氣壓，迎風面AAD區(qū)域為正壓區(qū)，用符號“十”表示；當風越過建筑物迎風面時，根據(jù)單位時間流量相等的原理，則風速加大，使建筑物頂面、背面和側面均形成小于一個大氣壓的負壓區(qū)，用符

31、號“-”表示。在建筑物中，正壓區(qū)的洞口為進風口，負壓區(qū)的洞口為排風口。這樣，就會使室內(nèi)外空氣進行交換。這種由于風而產(chǎn)生的空氣壓力差稱為風壓通風。在剖面設計中，應根據(jù)自然通風的熱壓原理和風壓原理，正確布置進風口和排風口的位置。盡管各個風向的頻率不等，但是，風可以從任何方向吹來。所以，建筑設計應考慮各個風向都有進風口和排風口，合理組織氣流，達到通風換氣的目的。應當指出，為了增大廠房內(nèi)部的通風量，應考慮主導風向的影響特別是夏季主導風向的影響。20-3-19熱壓通風示意圖20-3-20風繞房屋流動時壓力狀況示意20.3.3.2 冷加工車間的自然通風 冷加工車間室內(nèi)無大的熱源，室內(nèi)余熱量較小，一股按采光

32、要求設置的窗，其上有適當數(shù)量的開啟扇和為交通運輸設置的門就能滿足車間內(nèi)通風換氣的要求，故在剖面設計中，著重在天然采光的設計上，而對于自然通風的處理上應使廠房縱向垂直于夏季主導風向或不小于45傾角，并限制廠房寬度(當風吹進室內(nèi)以后，壓力會逐漸減小，最多能達到50-60m左右即消失)。在側墻上設窗，在縱橫貫通的端部或在橫向貫通的側墻上設置大門以及室內(nèi)少設或不設隔墻，使其有利于“穿堂風”的組織。為避免氣流分散，影響穿堂風的流速，冷加工車間不宜設置通風天窗，但為了排除積聚在屋蓋下部的熱空氣，可以設置通風屋脊。 20.3.3.3 熱加工車間的自然通風 熱加工車間在生產(chǎn)時產(chǎn)生大量余熱和有害氣體，尤其要組織

33、好自然通風。因為車間內(nèi)的熱源使室內(nèi)外溫差增大，熱壓值隨之增加，從而增強了自然通風。在剖面設計中，應合理布置進、排風口的位置，盡可能增大月值，并選擇良好的通風又窗形式。(1) 進、排風口的布置（圖20-3-21）圖20-3-21 寒冷地區(qū)低側窗進風口位置（a）夏季使用時的開啟位置；（b）冬季使用時窗的開啟位置根據(jù)熱壓原理，熱壓值的大小與進、排風口的中心線距離月成正比。所以，熱加工車間進風口布置得越低越好。南方炎熱地區(qū)進風口低側窗窗臺標高，可以低于lm；北方寒冷地區(qū)熱車間的低側窗可分為上下兩排，夏季將下排窗開啟，上排窗關閉(圖20-3-21(a)。冬季上排窗開啟，下排窗關閉(圖20-3-21(b)

34、，透免冷風吹向人體。為了提高熱加工車間的通風能力和便于窗扇啟閉，低側窗宜采用平開窗或立旋窗，尤其以立旋窗為最佳。因為它的開啟角度可隨風向來調(diào)節(jié)，能得到最大的通風量，如圖20-3-22排風口的位置應盡可能高一些，一般設在柱頂處，如圖20-3-23(a)。當設有天窗時，天窗位置一般在屋脊處，如圖20-3-23(b)。另外天窗宜設在散發(fā)熱量較大的設備上方，如圖20-3-23(c)。這樣做可縮短通風距離，較快地排除熱空氣。外墻中間部分的側窗，一般不按進、排風口設計，以免影響下部進風口的進氣量和氣流速度，但應按采光窗設計。為了開關方便，中側窗常采用固定窗或中懸窗，很少采用上懸窗。圖20-3-22 單層廠

35、房常用側窗開啟方式(2)通風天窗的類型 無論是多跨或單跨熱車間，僅靠高低側窗通風往往不能滿足車間的生產(chǎn)要求，一般都在屋頂上設置天窗。以通風為主的天窗稱為通風天窗。通風天窗的類型主要有矩形通風天窗和下沉式通風天窗兩種。 矩形通風天窗 除了風速為零的情況以外，熱車間的自然通風是在風壓和熱壓的共同作用下進行的。其空氣流動出現(xiàn)三種狀態(tài)，當風壓小于熱壓時，不僅背風面排風口可以排氣，迎風面排風口也能排氣。但由于迎風面風壓的影響，使排風口排氣量減小，見圖20-3-24(a)；圖20-3-23 排風口布置圖20-3-24風壓和熱壓共同作用下的三種氣流狀況示意圖當風壓等于熱壓時，迎風面排風口不能排氣，但背風面排

36、風口照樣能排氣，見圖20-3-24(b)；當風壓大于熱壓時，迎風面的排風口不但不能排氣，反而出現(xiàn)風倒強的現(xiàn)象，阻礙室內(nèi)空氣的熱壓排風，見圖20-3-24(c)，這時如果關閉迎風面排風口、打開背風面的排風口，則背風面排風口也能排氣。但是，風向是隨時變化的，耍隨著風向不斷開啟或關閉排風口是困難的。因此，應采取措施防止迎風面對室內(nèi)排氣口產(chǎn)生的不良影響。雖有效的辦法，是在迎風面距離排風口一定距離的地方設置擋風板。由于風可以從各個方向吹來，因此，矩形天窗的兩側均應設置擋風板，無論風從何處吹來，均可使排風口始終處于負壓區(qū)。沒有擋風板的矩形天窗稱為矩形通風天窗或避風天窗。在無風時，車間內(nèi)部靠熱壓通風，有風時

37、，風速越大則負壓區(qū)絕對值也越大，排風量也增大。擋風板至矩形天貿(mào)的距離以等于排風口高度的1.1-1.5倍為宜。 當平行等高跨兩矩形天窗排風口之水平距離L小于或等于天窗高度h的5倍時，可不設擋風板，因為該區(qū)域的風壓始終為負壓，如圖20-3-25所示。下沉式通風天窗 在屋頂結構中，一部分屋面板鋪在屋架上弦上，另一部分屋面板鋪在屋架下弦上。屋架上弦與下弦之間空間構成在任何風向下均處于負壓區(qū)的排風口，這樣的天窗稱為下沉式通風天窗。圖20-3-25平行等高跨兩天窗之間不設擋風板的條件下沉式通風天窗有三種形式： 井式通風天窗：每隔一個或幾個性距將部分屋面板擱置在屋架下弦上形成一個個的“井”式天窗處于屋頂中部

38、的稱為中井式天窗(圖20-3-26)，設在邊部的稱為邊井式天窗。 縱向下沉式通風天窗：將部分屋面板沿廠房縱向擱置在屋架下弦上形成的天窗稱為縱向下沉式通風天窗(圖20-3-27)。它可布置在屋脊處或屋脊兩側。圖20-3-26 井式通風天窗 圖20-3-27縱向下沉式通風天窗 橫向下沉式通風天窗：沿廠房橫向將一個性距內(nèi)的屋面板全部擱置在屋架下弦上所形成的天窗稱為橫向下沉式通風天窗(圖20-3-15)，這種天窗采光均勻，排氣路線短適用于對采光、通風都有要求的熱車間。在東西朝向的車間中，采用橫向下沉式天窗可減少直射陽光對廠房的影響。以上三種下沉式通風天窗布置的共同持點是：通風流暢，布置靈活。開敞式廠房

39、我國南方及長江流域一帶，夏季氣候都很炎熱。這些地區(qū)的熱加工車間采用開敞式。所謂開敞式是指外墻不設窗扇而用擋雨板來代替(圖20-3-28)。圖20-3-28 開敞式廠房剖面圖開敞式廠房的優(yōu)點是：進、排氣口的氣流阻力系數(shù)小，通風量大；室內(nèi)外空氣交換迅速、散熱快、通風降溫顯著；構造簡單，造價比較低。它的缺點是：防寒、防雨、防風沙能力差；風速很大時，室內(nèi)煙塵彌漫，通風不穩(wěn)定。開敞式廠房適用于防寒、防雨、防風沙要求不高的車間。按照開敞式廠房的開敞部位，可分為四種形式，如圖20-3-29所示。全開敞式廠房開敞面積大，通風、排熱、排煙快。圖20-3-29擋雨板間距與設計飄雨角的關系下開敞式廠房排風量大，排煙

40、穩(wěn)定，可避免風倒灌，但冬季空氣直接吹至人身。上開敞式廠房冬季冷風不會直接吹至人體，但風大時，會出現(xiàn)倒灌現(xiàn)象。部分開敞式廠房，有一定的通風和排煙效果。在設計開敞式廠房時，應根據(jù)廠房的生產(chǎn)特點、設備布置、當?shù)仫L速、夏季主導風向、設計擋雨角等因素來確定采用哪種形式。擋雨扳的出挑長度和垂直間距，應根據(jù)設計擋雨角度值來確定。擋雨板的尺寸根據(jù)所采用的建筑材料及構造方案來確定。圖20-3-29中設計擋雨角是根據(jù)生產(chǎn)要求、雨滴大小及風速來確定的。防濺板高度一般為200mm。20.3.2單層工業(yè)建筑屋頂形式與排水方式常用的屋頂形式有兩種：一種為多脊雙坡屋頂長天溝排水（圖20-3-30、圖20-3-31）。特點是

41、屋架受力合理，構件定型。但排水立管多，屋面易滲漏，施工較困難，造價偏高。另外一種為緩長坡屋頂(圖20-3-32)，這種屋頂可避免多脊雙坡屋頂?shù)娜秉c，管網(wǎng)短，構造簡單，可以減少維修和投資費用。采用壓型鋼板屋面時，坡度可減小到5%，既可節(jié)約室內(nèi)空間，又可提高屋面的耐久性，特別適合嚴禁漏水以防引起爆炸事故的車間(如冶煉車間)等。圖20-3-30 有組織內(nèi)排水 圖20-3-31 長天溝端部外排水圖20-3-32 緩長坡屋頂外排水此外，從20世紀60年代起，美國、西歐以及前蘇聯(lián)發(fā)展乎屋頂工業(yè)建筑(圖20-3-33)，主要用于機械廠，前蘇聯(lián)還推廣應用于軋鋼廠。國內(nèi)也有應用實例，如成都機電設備倉庫等，利用平

42、屋頂和緩長坡屋頂種植蔬菜和花草，豐富了蔬菜供應，美化了環(huán)境，凈化了空氣，同時是隔熱的良好措施。這種屋頂采用墻板時，可減少墻板類型，有利于建筑工業(yè)化。圖20-3-33 平屋頂工業(yè)建筑20.4 單層工業(yè)建筑的定位軸線單層工業(yè)建筑定位軸線是確定工業(yè)建筑主要承重構件的平面位置及其標志尺寸的基準線，同時也是工業(yè)建筑施工放線和設備安裝定位的依據(jù)。確定工業(yè)建筑定位軸線必須執(zhí)行廠房建筑模數(shù)協(xié)調(diào)標準(GBJ6-86)有關規(guī)定。通常，把工業(yè)建筑長軸方向的定位軸線稱為縱向定位軸線，相鄰兩條縱向定位軸線間的距離標志著工業(yè)建筑跨度。將短軸方向的定位軸線稱為橫向定位軸線，相鄰兩條橫向定位軸線之間的距離標志著工業(yè)建筑柱距，

43、如圖20-4-1所示。圖20-4-1 單層工業(yè)建筑定位軸線示意20.4.1橫向定位軸線 橫向定位軸線標定了縱向構件的標志端部，如吊車梁、聯(lián)系梁、基礎梁、屋面板、墻板、縱向支撐等。確定橫向定位軸線應主要考慮工藝的可行性、結構的合理性和構造的簡單可行。1.柱與橫向定位軸線的關系除兩頂端的邊柱外，中間柱的截面中心線與橫向定位軸線重合，而且屋架中心線也與橫向定位軸線重合(圖20-4-2)，縱向的結構構件如屋面板、吊車梁、連系梁的標志長度皆以橫向定位軸線為界。圖20-4-2 中柱與橫向定位軸線的關系2.山墻與橫向定位軸線的關系單層工業(yè)建筑的山墻按受力情況分為非承重山墻和承重山墻，兩種情況的橫向定位軸線是

44、不同的。(1)非承重山墻 當山墻為非承重山墻時，山墻內(nèi)緣與橫向定位軸線重合，端部柱截面中心線應自橫向定位軸線向內(nèi)移600mm(圖20-4-3)。端柱之所以要內(nèi)移600mm，這是由于山墻內(nèi)側沒有抗風柱，抗風柱上柱需與屋架上弦連接的構造得要求。而且可以便其與橫向變形縫處定位軸線劃分相一致，有利于結構構件的協(xié)調(diào)統(tǒng)一。2）承重山墻 當山墻為承重山墻時、承重山墻內(nèi)緣與橫向定位軸線的距離應按砌體塊材的半塊或半塊的倍數(shù)、或者取墻體厚度的一半，如圖20-4-4所示，以保證構件在墻體上有足夠的結構支承長度。 （a） （b）圖20-4-3 非承重山墻處端柱與橫向 圖20-4-4 承重山墻橫向定位軸線定位軸線的聯(lián)系

45、 -墻體塊材的半塊（長）（a） 平面；（b）剖面 半塊的倍數(shù)（長）或墻厚1-抗風柱；2-端部柱 的一半3.橫向伸縮縫、防震縫部位柱與橫向定位軸線的關系橫向伸縮縫處一般采用雙柱處理，為保證縫寬的要求，此處應設兩條定位軸線，縫兩側柱截面中心均應自定位軸線向兩側內(nèi)移600mm(圖20-4-5)。兩條定位軸線之間的距離稱做插入距，用ai來表示。在這里，插入距ai等于變形縫寬ae。20.4.2縱向定位軸線縱向定位軸線標定橫向構件屋架或屋面大梁標志尺寸的端部位置，也是大型屋面板邊緣的位置。工業(yè)建筑縱向定位軸線的確定原則是結構合理、構件規(guī)格少、構造簡單，在有吊車的情況下，還應保證吊車運行及檢修的安全需要。1

46、.外墻、邊柱與縱向定位軸線的關系 在有吊車的工業(yè)建筑中、廠房建筑模數(shù)協(xié)調(diào)標準GBJ6-86對吊車規(guī)格與工業(yè)建筑K跨度的關系為： LkL2e其中Lk一吊車跨度，即吊車兩軌道中心線之間的距離，m；L工業(yè)建筑跨度，m；e吊車軌道中心線至縱向定位軸線的距離，mm，一般取750mm，當?shù)踯嚻鹬亓看笥?0t或者為重級工作制需設安全走道板時，取1000mm(圖20-4-6)。圖20-4-5 伸縮縫處雙柱處理由(圖20-4-6)可知：e=H十Cb十BH上柱截面寬度，mm根據(jù)工業(yè)建筑高度、跨度、柱距及吊車起重量確定；B吊車橋架端部構造長度，mm，即吊車軌道中心線至吊車端部外緣的距離；Cb吊車端郊外緣至上柱內(nèi)緣的

47、安全凈空尺寸(mm)，當?shù)踯嚻鹬亓縌 50t時，Cb80mm；Q75t時，Cb100mm。Cb值主要考慮吊車和柱子的安裝誤差以及吊車運行中的安全間隙。 由于吊車起重量、工業(yè)建筑柱距、跨度不同、是否有安全走道板等條件，邊柱外緣縱向定位軸線的關系有兩種情況：(1)封閉式結合在無吊車或只有懸掛式吊車，以及柱距為6m，橋式吊車起重量Q20t/5t條件下的工業(yè)建筑中，一般采用封閉結合式定位軸線(圖20-4-7)，即邊柱外緣與縱向定位線相重合。圖20-4-6 吊車與工業(yè)建筑空間關系示意圖h-上柱寬度，一般為400，500mm；h0-軸線至上柱內(nèi)緣的距離；Cb-上柱內(nèi)緣至吊車橋架端部的縫隙寬度（安全間隙）；

48、B-橋架端頭長度，其值隨吊車起重量大小而異圖20-4-7外墻、邊柱與縱向定位軸線的關系（封閉結合）圖20-4-8 外墻、邊柱與縱向定位軸線的關系（非封閉結合）此時相應的參數(shù)為：B260mm，Cb 80mm。h400mm，e=750mm，則：e-（h+B）90mm，滿足Cb80mm的要求。 在封閉式結合中，屋面板全部采用標準板，不需設補充構件，具有構造簡單、施工方便等優(yōu)點。(2)非封閉式結合 在柱距為6m、吊車起重量Q30t/5t的工業(yè)建筑中，邊柱外緣與縱向定位軸線之間有一定的距離，如圖20-4-8所示。當Q30t/5t時，B=300mm，Cb80mm；吊車較重或柱距較大，故h400mm；如不設

49、安全走道板e=750mm。則Cbe-（h+B）=50mm，不能滿足上述Cb 80mm 的要求。由于B和h值均較Q20t/5t時大，如繼續(xù)采用封閉式結合，已不能滿足吊車運行所需安全間隙要求。解決問題的辦法是將邊柱外緣自定位軸線向外移動一定距離，這個距離稱為聯(lián)系尺寸，用ae來表示。為了減少構件類型，ae值須取300mm或300mm的倍數(shù)。當外墻為砌體時，可為50mm或50mm的倍數(shù)。 在非封閉結合時，按常規(guī)布置屋面板只能鋪至定位軸線處，與外墻內(nèi)緣出現(xiàn)了非封閉的構造間隙，需要非標準的補充構件板。非封閉式結合構造復雜，施工較為麻煩。 2.中柱與縱向定位軸線的關系 在多跨工業(yè)建筑中，中柱有等高跨和不等高

50、跨(習慣稱高低跨)兩種情況。門)等高跨中柱與縱向定位軸線等高跨中柱與縱向定位軸線 當工業(yè)建筑為等高跨時，中柱通常采用單柱，其柱截面中心與縱向定位軸線相重合(圖20-4-9)。此時上柱截面般取600mm，以滿足屋架或屋面大梁的支承長度，且上柱不帶牛腿，構造簡單。圖20-4-9 等高跨中柱與縱向定位軸線的關系h-上柱高度(2)高低跨中柱與縱向定位軸線的關系1)設一條定位軸線 當高低跨處采用單柱時，如果高跨吊車起重量為Q20t/5t，則高低跨上柱外緣和封墻內(nèi)緣與縱向定位軸線相重合(圖20-4-10a)。圖20-4-10 高低跨中柱與縱向定位軸線的關系（a）單軸線；（b）雙軸線；（c）雙軸線；（d）雙

51、軸線ai-插入距；ae-聯(lián)系尺寸；t-封墻厚2)設兩條定位抽線 當高跨吊車起重量較大，如Q30t/5t，其上柱外緣與縱向定位軸線不能重合時，應采用兩條定位軸線。高跨軸線與上柱外緣之間設聯(lián)系尺寸ae，低跨定位軸線與高跨定位軸線之間的插入距離為插入距ai，為簡化屋面構造，其定位軸線應自上柱外緣、封墻內(nèi)緣通過，即插入距ai等于聯(lián)系尺寸ae (圖20-4-10b)。此時同一柱子的兩條定位軸線分屬高低跨。如封墻采用墻板結構時，可按圖20-4-10(c)、(d)處理。(3)縱向伸縮縫、防震縫處柱與縱向定位軸線的關系當工業(yè)建筑寬度較大時，沿寬度方向須設置縱向伸縮縫，以解決橫向變形的問題。 等高工業(yè)建筑需設置

52、縱向伸縮縫時，可采用單柱并設兩條定位軸線。伸縮縫一側的屋架或屋面梁擱置在活動支座上(圖20-4-11)。此時，ai=ae 圖20-4-11 等高工業(yè)建筑縱向伸縮縫處單柱與縱向定位軸線的關系不等高工業(yè)建筑設置縱向伸縮縫時一般設置在高低跨處。當采用單柱處理時，低跨的屋架或民面梁可擱置在設有活動支座的牛腿上，高低跨處應采用兩條縱向定位軸線，其間設插入距ai。此時插入距ai在數(shù)值上與伸縮縫寬度ae、聯(lián)系尺寸ac。，封火墻厚度t的關系如圖20-4-12所示。 圖20-4-12 不等高工業(yè)建筑縱向伸縮縫處單柱與縱向定位軸線的關系（a）未設聯(lián)系尺寸D；（b）設聯(lián)系尺寸；（c）a+封墻厚度；（d）b+封墻厚度

53、ai-插入距；ae-聯(lián)系尺寸；t-封墻厚；ac-縫寬高低跨采用單柱處理，結構簡單，吊裝工程量少，但柱外形較復雜，制作不便，尤其是當兩側高差懸殊或吊車起重量差異較大時不宜采用，此時可結合伸縮縫或防震縫采用雙柱結構方案。當伸縮縫或防震縫處采用雙柱時，應采用兩條縱向定位軸線，并沒插人距。柱與縱向定位軸線的關系可分別按各自的邊柱處理(圖20-4-13)。此時，高低跨兩側的結構實際是各自獨立、自成系統(tǒng)，僅是互相靠攏，以便下部空間相通，有利于組織生產(chǎn)。圖20-4-13 不等高工業(yè)建筑縱向伸縮縫處雙柱與縱向定位軸線的關系ai-插入距；ae-聯(lián)系尺寸；t-封墻厚；ac-縫寬20.4.2縱橫跨相交處的定位軸線工業(yè)建筑縱橫跨相交時，常在相交處設變形縫。使縱橫跨各自獨立。縱橫跨應有各自的柱列和定位軸線。然后再將相交休都組合在一起。對于縱跨，相交處的處理相當于山墻處；對于橫跨，相交處的處理相當于邊柱和外墻處的處理。縱橫跨相交處采用雙柱單墻處理，相交處外墻不落地，成為懸堵