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第一章 概 论
1.1 工业建筑的特点、类型及设计要求
工业建筑是指从事各类工业生产及直接为生产服务的房屋，直接从事生产的房屋包 括主要生产房屋、辅助生产房屋，这些房屋常被称为“厂房”或“车间” 。“车间”原是企业 中直接进行生产工作的生产单位，可由若干生产工段或生产小组构成： “车间”也指厂 房。而为生产服务的储藏，运输、水塔等房屋设施不是厂房，但也属工业建筑。这些 厂房和所需要的辅助建筑及设施有机地组织在一起就构成了一个完整的工厂。
1.1.1 工业建筑的特点
工业建筑和民用建筑一样，在设计原则、建筑材料和建筑技术等方面有相同之 处，要体现适用、安全、经济美观的建筑方针，另一方面由于工业建筑要以满足 工业生产为前提，复杂的生产工艺和技术要求对建筑的乎、立剖面、建筑构造、 建筑结构体系和施工方式均有很大的影响，使得工业建筑具有以下特点：
1.建筑方面
1)厂房的建筑设计是在工艺设计的基础上进行的，建筑设计无论在乎面布置、剖 面、造型或构造处理上，都应首先考虑生产工艺的要求并在此前提下为工人创造 良好的劳动环境。
2)根据生产工艺流程的需要，在厂房内通常设置各种机械设备(如各种机床、锻 锤、冶炼炉及轧机等)和生产、检修所需的起重运输设备(如吊车、辊道、电瓶 车、汽车、火车等)。这些设备的布置，要求厂房的面积和内部空间都较大
有些厂房根据生产工艺的特点，还可设计成多跨连片的．这样，要求厂房的面积就更 大(图1.1)。
有些厂房为了布置高大的设备，加工巨型产品，有时在捧架柱上设置双层或三层吊 车(图1.2)，例如桥式吊车的厂房。室内净高一般均在8m以上，有6kt吨以上水压机的 锻压车间，室内净空可超过20m。厂房长度一般均在数十米以上，有些大型轧钢厂， 其长度可多达数百米甚至到千米。
3)由于厂房空间大，设备、产品、运输车辆也大，因此其大门的尺寸和屋面的面积 也较大，多跨厂房内常在屋顶上设置各种天窗以解决天然采光和自然通风，这使得屋 面排水、防水的构造复杂，由于通过天窗采光通风，厂房大都不设也不必要设天棚。
4)由于生产性质及工艺过程不同，车间内可能产生对人体有害的因素，如生产过程 中产生大量的余热、水及水蒸气、烟和灰尘、噪声、振动和冲击作用以及火灾、爆炸 危险等，在建筑设计上应采取相应措施。
2.结构方面
1)单层厂房常设置一台或多台吊车，其起重量自5kN至数百kN不等。由于跨度大， 屋顶及吊车荷载大，多采用钢筋混凝土排架结构，对特别偏大的厂房或有重型吊车、 高温或地震裂度较高地区的厂房，宜采用钢排架结构。在多层厂房中，由于楼面荷载 较大，广泛采用钢筋混凝土框架结构。
2)厂房结构承受的荷载既有结构、设备的自重等静荷载，还有吊车和机械设备产生 的较大的动荷载。
3)生产过程中可能产生对结构不利的有害因素，如结构受到高温作用，会降低其力 学性能甚至破坏，结构受水、水蒸气及腐蚀性介质的影响而降低其耐久性和保温隔热 等性能。
4)厂房大多采用排架结构或框架结构，因而其外墙不是受力结构，仅起围护作用。
图1.1 某工厂金工装配车间
1、原材料毛坯库 2、变电所 3、中件机械加工工部 4、大件机械加工工部5、小件机械加工 工部 6、夹具存放库 7、中间库 8、装配工部 9、袖滦包装工部10、生活间 11、油擦乳化液室 12、工具分发室 13、磨刀工部 14、辅助材料存放室
1.2 某重型机械厂粗加工热处理车间剖面
3.施工方面
1)为了缩短建设周期， 降低造价，单层工业厂房大多采用预制构件装配而成；大量的预 制吊装工程需要大吨位的起重机等机械化施工设备。
2)由于厂房体量较大，故各构件对施工安装精度和其他技术条件要求较高。
3)厂房中各种生产设备，管线等工程复杂，施工时更需各工种之间密切协作。
1.1.2 工业建筑的类型
随着社会的发展，工业生产规模不断扩大，生产工艺也越来越复杂， 生产类型日益增 多。在建筑设计时，工业建筑还是按其用途、内部生产状况及层数进行分类。
1.按厂房的用途分类
1)主要生产厂房，是指各类工厂的主要产品从原材料至成品加工装配过程中的各个车 间，以机械制造工厂为例，包括铸造车间、锻造车间、冲压车间、铆焊车间、电镀车 间、热处理车间、机械加工车间和机械装配车间等，钢铁厂的主要生产车间为烧结、焦 化、炼铁、炼钢、轧钢等车间。
在主要生产车间中常布置有较大的生产设备和起重运输设备，建筑面积大，职工人数 多，在全厂生产中占主要地位.
2)辅助生产厂房，是指不直接加工产品而只是为主要生产车间服务的厂房建筑，例如 机械制造厂中的机械修理车间、电机修理车间、工具车间，模型车间、回收再生车间 等。
3)动力用厂房，是为全厂生产提供能源与动力的场所，如发电站、变电所、锅炉房、 煤气站、乙炔站、氧气站、压缩空气站等。动力设备的正常运行，
对全厂生产特别重要，故这类厂房必须具有足够的坚固耐久性、妥善的安全设施和 良好的使用质量。
4)贮藏用建筑，是贮存原材料、半成品与成品的房屋，如机械厂包括金属料 库、炉料库、砂料库、木料库、燃料库、油料库、易燃易爆材料库、辅助材料库、 半成品与成品库等。由于所贮物质的不同，在防火、防潮、防爆、防腐蚀、防变质 等方面将有不同的要求。设计时应根据不同要求按有关规范，采取妥善措施。
5)运输用建筑，是管理。贮存及检修交通运输工具用的房屋，包括机车库、汽 车库、电瓶车库、起重车库、消防车库等。
6)其他建筑，如水泵房，污水处理站等.
中小型工厂或以协作为主的工厂，则仅有上述各类型房屋中的局部或个别厂 房。有时一幢厂房中包括多种类型用途的车间或部门。
2.按车间内部生产状况分类
1)冷加工车间，主要是指在常温情况下进行生产的车间，如机械加工及装配车 间等。生产要求车间内部卫生状况正常，有良好的采光与通风。
2)热加工车间，主要指在高温或熔化状态下进行生产并在生产过程中会散发出 大量的余热、烟尘、或有害气体等的车间，如炼钢、轧钢、铸工、锻工等车间。在 热加工车间进行生产，对人的健康、厂房结构的坚固耐久性均有直
接影响，因此要求厂房加强自然通风措施以降低温度，排除烟尘、改善车间内的 劳动卫生条件，并采取有效结构材料或隔热保护措施，如采用金属隔热板、耐火砖 或粘土砖等保护设施。
3)恒温恒湿车间，主要是指为了保证产品的质量必须在恒定的空气温度和湿度条件下 进行生产的厂房，如棉纺织厂、精密仪表厂等。这些车间室内除装有空调设备外，厂 房也要采取相应的措施，以减少室外气候对室内温湿度的影响。
4)洁净车间，主要是指在无尘、无菌的超净条件下进行生产的车间，如集成电路 车间、制药厂、精密仪表加工、食品厂、化妆品厂等。这类车间除通过净化处理，将 空气中的含尘量控制在允许范围以外，厂房围护结构应保证严密，以免大气灰尘的侵 入，以保证产品质量。
5)其他种状况的车间，有爆炸可能性的车间，注意泄压和隔离，有大量腐蚀物作 用的车间，如化工厂和化肥厂的某些车间、冶金工厂中的酸洗车间，注意在建筑材料 及构造上做可靠的防腐蚀措施：还有防微振、高度隔声、防电磁波干扰等车间。
车间内部生产状况是确定厂房平、立、剖面及围护结构形式和构造的主要因素之 一，设计应根据具体规范给予充分注意。
3．按厂房层数分类
1)单层厂房(图1.3)。单层厂房在工业建筑中得到广泛应用，约占工业建筑重量 的75％左右，一般多用于机械制造、冶金等工业部门。这类厂房便于水平方向组织生 产工艺流程，弋其对运输量大，设备、加工件及产品笨重，原料、燃料、成品及半成 品所需堆放的面积大，出现地沟、地坑的车间则更有较大的适应性。同时，单厂也便 于工艺改革。但单厂占地面积大，围护结构面积多，道路和技术管网较长，维修管理 费高，厂房扁长，立面处理比较单调。
单层厂房按跨数有单跨与多跨之分。多跨大面积厂房在实践中采用较多，单跨用的 减少。但有的生产如飞机装配车间和飞机库常采用跨度很大(36-100m)的单跨厂房。
图1.3 单层厂房
2)多层厂房(图1.4)。多用于食品、电子、精密仪器、纺织、印刷、服装等轻工业部 门，其设备和产品轮廓小、重量轻，并适合在垂直方向上布置工艺流程。多层厂房占 地面积小，管道集中，厂房宽度都不很大，因此这类建筑的天然采光、自然通风和屋 面排水都易于解决，保温隔热措施也较经济。近年来一些中小型机械加工装配类厂房 也有向多层发展的趋势。为了减轻厂房结构的荷载，可将重的生产设备布置在底层， 轻的依次布置在上面各层。
3)层次混合的厂房(图1. 5)。即在同一厂房内既有单层又有多层。图1.5(a)为热 电厂主厂房，汽轮发电机设在单层跨内，其他为多层。图1.5(b)为一化工车间，高大 的生产设备位于中间单层跨内，两个边跨则为多层。
图1.4多层厂房
图1.5 层次混合厂房
1.汽机间 2.除氧间 3.锅炉间 4.煤斗间
1.1.3 工业建筑设计任务和要求
1.工业建筑设计的任务
工业建筑设计应在分析建设单位提供的任务书的基础上，按工艺专业人员提出 的生产工艺要求，确定厂房的平面形状和组合方式、柱网尺寸、剖面形式、层高和 层数、建筑体型，确定合理的结构方案和围护结构类型，完成细部设计，协调建筑 与结构和设备各专业之间的关系，最终完成全部施工图。
2.业建筑设计应满足的要求
1)生产工艺的需要体现了使用功能的要求， 它们对厂房的面积、柱距、高度、平剖面 形式、细部尺寸、结构与构造等都有直接的影响。要适应工艺中各项条件，要满足设
备的安装、操作、运转、检修等要求。例如，有时需在柱距中布置大性设备，可采用大柱 距12-24m；精密仪器厂要求恒温、恒湿、洁净，可采用多层密闭厂房，棉纺厂为避免 断 纱，要求室内温度稳定，除安装空调外，建筑上常采用北向锯齿性天窗以免阳光直射。
2)满足有关技术要求。所设计的厂房必须具有坚固性和耐久性，使其能经受外力化学 侵蚀等各种不利因素的作用。根据现场条件和材料供应情况积极采用先进技术，努 力 创造适合我国国情的新形式、新结构和新材料，使设计工作有所创新。
应使厂房具有较大的通风性和适应扩建的条件，以适应工艺的革新、改造和扩大生产 规模的需要。
应遵守《建筑模数协调统一标准》(GBJ2—86)与《厂房建筑模数协调标准》(GBJ6—86) 的规定，合理选择建筑参数(柱距、跨度、高度等)，以便采用标准及通用构件，有利于建
筑设计标准化、构配件生产工厂化、施工机械化和管理科学化，从而提高厂房建筑工业化 的水平。
3)要有良好的综合效益。工业建筑设计中要注意提高建筑的经济、社会和环境的综合 效益，三者之间不可偏废，不能片面强调其中一个或两个而忽视其他。在经济效益方面， 既要注意接节约建筑用地和建筑造价，降低材料消耗和能源消耗，缩短建筑周期，又要有 利于减低经常维修、管理费用，防止盲目、重复建设，或可能出现投资效果差的现象，
在社会效益方面，应使工业建筑投产以后，在它所影响范围内的社会生活素质发生 有利变化，如人口素质、国民收入、文化福利、社会安全等方面。在环境效益方 面，应使工业建筑投产以后，在它所影响范围内的环境质量符合国家有关部门规定 的质量标准。
要综合治理废水、废气、控制生产的噪声，注意保持生态平衡。
4)满足卫生等方面要求。对生产中所产生的有害因素， 应采取必要的措施以保证 工人的健康。因此要求厂房应有良好的采光和通风条件以及正常的工作环境，并注 意室内装修和色彩的处理以利于减轻工人的疲劳，从而提高产品质量与生产效率。 例如高温车间，应采取合理的厂房剖面形式，使通风顺畅以利排除热量及有害气 体，噪声较大的生产车间，应从工艺设备及建筑方面采取消声、减声及隔声措施。
5)与总平面及环境协调，注意美观，根据生产工艺流程，人、物流组织，气候， 防火，卫生等要求，确定厂房的位置及平面尺寸。在此基础上注意厂房的立面造型 的处理，把建筑美与环境美结合起来，创造出良好的室内外工作环境。
1.2 单层厂房的组成
1.2.1 车间的组成
我们常提到的“ 车间”就是工厂生产的一个单位。对于一个车间来说，根据生产 的情况，一般由以下几部分组成；生产工段(也称生产工部)，指加工产品的主体部 分。
2)辅助工段，为生产上段服务的部分。
3)仓库部分，用于存放原材料、半成品、成品的部分。
4)生活行政部分，如车间办公室、技术室、厕所、盥洗室等。
有的一幢厂房就是一个车间，以上四个部分都布置在一幢厂房里，如某 矿山机械厂金工装配车间(图1 ．1)。其中机械加工、轴承浇铸及加工、装
配、油漆、包装等属于生产工段，工具存放、工具分发、膺刀间、变电室属 于辅助工段，毛坯库、中间仓库、辅助材料库、油料乳化液等属于仓库部
分，生活间是生活行政部分，有的一幢厂房里不止一个车间(图1.6)。也有的 一个车间的几个组成部分布置在两幢以上的厂房里。所以，对于一幢厂房建 筑来说，其内部的组成部分是不一定的， 采用什么形式组织及布置各工部和 房间以适应生产要求和建筑设计要求，应根据工厂性质、生产规模、工艺特 点以及总图布置等要求来决定。
图1.6 某厂几个车间布置在一幢厂房内
1.2.2 单层厂房结构体系及构件组成
单层厂房设计必须考虑所采用的结构类型和构件组成对厂房建筑平面、剖面设计 的影响。
1.厂房的结构类型
根据厂房屋顶结构的受力特点，可将其分为空间结构体系和平面结构体系两大 类。空间结构的优点是能使建筑材料更合理地发挥它的空间工作的受力性能，可以节 约建筑材料减少结构自重，加大空间跨度，如各种类型的折板、薄壳、悬索、网架结 构等（图1.7）就这样。但是，目前大都存在着施工技术和建筑工业化方面的困难，现 场作业量大，工期较长，因此这类空间结构体系很少用于厂房建筑中。
当前广泛采用的厂房结构是平面结构体系， 一般都采用装配式，以适应建筑工业 化。平面结构体系是有横向骨架与纵向连系构件组成。横向骨架包括屋面大梁(或屋 架)，柱子、柱基础，横向骨架有排架结构和刚架结构二种主要形式。纵向连系构件 是指屋面板(或檀条)、吊车梁、连系梁(或圈梁)、支撑系统等构件，它们共同作用， 以保证厂房结构的整体刚度和稳定性。
(1)排架结构。
是目前单厂中最基本、最普遍的结构形式。它的主要特点是把屋架看成是一根刚 度很大的横梁，屋架与柱子的联结为铰接。柱子与基础的联结为刚接。排架结构优点 是其有一定的刚度和抗震能力，特别是当厂房平面布置规整、体型等高齐平，使刚度 充分协调时，它的抗震性能可以大大地提高。同时，
由于排架结构的构件是分开制作，然后装配而成，故有利于设计标准化、构件工厂化 和施工机械化。排架结构可以由一种材料或几种材料组成，常见有以下几种类型。
1)装配式钢筋混凝土排架结构。这种结构是单厂中应用最广泛的一种(图1.8)，这种 结构坚固耐久，可预制装配，与钢结构相比可节约钢材、造价较低、抗腐蚀性好，但 其自重大，抗振性能不如钢结构，可用于单跨、双跨、多跨、等高以及不等高形式的 大中型厂房。表1.1为钢筋混凝土屋架的一般形式及应用范围，图1.9为几种常见的预 制钢筋混凝土柱的形式。
图1.7 几种空间结构屋顶形式
图1.8 装配式钢筋混凝土排架结构厂房剖面
1.边列柱 2.中列柱 3.外墙 4.杯形基础 5.基础梁 6.吊车梁 7.连系梁 巳吊车9.凰 面检蜂梯 10.屋面板 11.山墙(抗风柱) 12.钢筋混凝土屋架 13.地面
2)钢屋架与钢筋混凝土柱组成的排架，屋面荷载降低、跨度较大，适用于大型厂房。 3)砖石混合结构。它与钢筋混凝土排架不同之处是用砖墙、砖壁柱来代替钢筋混凝 土柱，屋架可用钢筋混凝土屋架、木屋架或钢木轻型屋架。这种结构构造简单，但 承载能力及抗振性能较差，故仅用于无吊车或吊车起重量不超过50kN、跨度不大于 15m柱距为4～6m的小型厂房(图1.10)。
表1.1 钢筋混凝土量架的一般形式及应用范围
4)钢结构。其主要承重构件全部由钢材制成。这种结构的优点就是抗震以及抗振动性 能好，构件较钢筋混凝土结构轻，施工速度快，缺点是钢结构易锈蚀，耐火性差，使 用时应采取防腐防锈等措施，适用于吊车荷载大、高温或振动大的车间，也适用于要 求建设速度快、需要早投产的工业厂房。
图1.9 几种常用的有吊车厂房的预制钢筋混凝土柱
图1.10 砖混结构厂房
(2)刚架结构。
其主要特点是屋架与柱合并为同一构件，其连接处为一整体刚接，柱与基础一 般为铰接。有以下两种形式：
1)装配式钢筋混凝土门式刚架结构(图1.11)，优点是构件种类小、制作简便、室内 空间宽敞， 一般比钢筋混凝土排架结构经济些，适用于跨度不超过18m、檐高不超 过10m、无吊车或吊车起重量在100kN以下的建筑。目前在中小型单层厂房和仓库建 筑中广泛应用。
图1.11 装配式钢筋混凝土刚架结构
图1.12 钢刚架结构
2)钢刚架结构(钢结构)(图1.12)。主要承重构件全部用钢材做成，这种结构抗振如大
型炼钢车间、水压机车间、有重型锻锤的锻工车间等。对于要求建设 速度快、早投早产早受益的工业厂房，也可采用钢结构。
3)板架合一结构，即屋面板与梁合为一体，常见结构形式有双T板、单T板、V型 折板等，跨度为6～24m。
2.单层厂房的构件组成
以钢筋混凝土单层厂房排架结构为例(图1．8)，它主要由承重构件和围护构件两 部分组成：
(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，并把它传给基础。单厂的山墙面积大，所受风荷载也大，故在山墙中部 设抗风柱，使墙面受到的风荷载， 一部分由抗风柱上端通过屋顶系统传到厂房纵向骨 架上去， 一部分由抗风柱直接传至基础.
2)基础。它承受柱子和基础梁传来的全部荷载，并传至地基。
3)屋架。它是屋盖结构的主要承重构件，承受屋盖上的全部荷载，再由屋架传给 柱子。
4)屋面板．它铺设在屋架或檩条或天窗架上，直接承受板上的各类荷载(包括屋 面板自重、屋面围护材料、雪、积灰、施工检修等荷载)，并将荷载传给屋架。
5)吊车梁。它设置在柱子的牛腿上，承受吊车和起重、运行中所有的荷载
(包括吊车自重、吊车最大起重量、吊车启动或刹车时所产生的横向刹车力、纵向刹车力以及冲 击荷载)，并将其传给柱子。
6)基础梁。它承受上部砖墙的重量，并把它传给基础。
7)连系梁。它是厂房纵向柱列的水平连系构件，用以增加厂房的纵向刚度，承受风荷载或 上部墙体的荷载，并传给纵向列柱.
8)支撑系统构件。支撑构件的作用是加强结构的空间整体刚度和稳定性。它主要传递水平 风荷载以及吊车产生的水平刹车力。支撑构件设置在屋架之间的称屋盖结构支撑系统，设置在 纵向柱列之间的称为柱间支撑系统。
(2)围护构件。
1)屋面。它是厂房围护构件的主要部分，受自然条件直接影响，必须处理好屋面的排水、 防水、保温、隔热等方面问题。
2)外墙。厂房外墙通常采用自承重墙形式， 除承自重及风荷载外，主要起防风、防雨、保 温、隔热、遮阳、防火等作用.
3)门窗，起交通、采光、通风作用。
4)地面。它满足生产使用要求，提供良好的劳动条件。
除此外，还有一些其他构件：吊车梯，当在吊车上设有驾驶室时，需设置供吊车驾驶员上下使 用的梯子，隔断，是为满足生产使用或为便于生产管理分隔空间设置的：走道板，是为工人检 修吊车和轨道而设置的，屋面检修梯(消防梯)，为检修屋面和消防人员设置的梯子。
此外还有平台、作业梯、扶手、栏杆以及地坑、地沟、池子、散水、坡道、料仓等。
1.3 厂房内的起重运输设备
为了在生产中运送原材料、成品或半成品，以及安装、检修生产设备，厂房内应 设置必要的起重运输设备。其中各种吊车与土建设计关系密切，需要充分了解。常见 的有单轨悬挂式吊车、梁式吊车和桥式吊车等。
1.3.1 单轨悬挂式吊车
单轨悬挂式吊车有电动和手动两种，吊车轨道悬挂在屋架下弦，它可以布置成 直线或曲线形(转弯或越跨时用)。此时屋顶应具有
较大的刚度和承载能力，以满足吊车带来的各种荷载作用。这种吊车的起重量一般为
10～20kN，见图1.13。
1.13 单轨悬挂吊车
图1.14 梁式吊车
1.3.2 梁式吊车
梁式吊车也有电动和手动两种， 一般厂房
多采用电动梁式吊车，操作吊车即可在吊车上的驾驶室内，也可在地面进行。梁 式吊： 由起重行车和支承行车的横梁组成，横梁断面为工字型，可作为起重行车的 轨道， 吊轨道可悬挂在屋架下弦或支承在吊车梁上，见图1.14。梁式吊车起重量一 般不超；50kN，适用于起重量较小的车间。
1.3.3 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的轨道(沿厂房横向运 行)，桥架两端借助车轮可在吊车轨道上运行(沿厂房纵向运行)，吊车轨道铺设在柱 子支承的吊车粱上，见图1.15。
图1.15 桥式吊车
根据工作班时间内的工作时间，桥式吊车分重级工作制(工作时间>40 %)、中级工作制(工作时间为25％～40％)、轻级工作制(工作时间为15％一 25％)；桥式吊车的起重范围可由50kN到数千kN。由于吊车起重量大对厂房 结构是不利的，也影响厂房的空间设计。厂房设有桥式吊车时，应注意其 跨度与吊车跨度之间的关系，以满足吊车正常运行所需的厂房宽度和高 度，在排架柱间的适当位置设置通向吊车驾驶室的钢梯和平台。当吊车为 重级工作制或有其他要求时，还应沿吊车梁侧设置安全走道， 以保证检修 和行走安全。
除吊车之外，厂房内部根据生产特点不同还有各式各样的运输设备， 如火车、汽车、拖拉机、吊链、辊道、传送带、汽垫等。
1.工业建筑包括从事工业生产以及直接为生产服务的所有房屋。可按其用 途、内部温度状况和层数进行分类。工业建筑设计应以生产工艺要求为依 据。
2.单层厂房中采用最多的是装配式钢筋混凝土排架结构，包括承重构件和围 护构件。承重构件又可分为横向骨架和纵向连系构件。
小 结

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