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(共25张PPT)
第三部分工业建筑构造与设计部分
模块15单层工业厂房设计
YCF
01
单层工业厂房的平面设计
03
单层工业厂房的定位轴线
02
单层工业厂房的剖面设计
目录
CATALOG
04
单层工业厂房的体型和立面设计
05
单层工业厂房天窗构造
02
单层工业厂房的剖面设计
15.2.1厂房高度的确定
15.2.2天然采光
15.2.3自然通风
15.2.1厂房高度的确定
单层工业厂房的剖面设计是在平面设计的基础上进行的。生产设备的体型、工艺流程、生产特点、加工件的大小和重量以及垂直起重运输工具的种类和起重量等都直接影响厂房的剖面形式。为保证生产的正常进行并为工人创造良好、舒适的生产环境，在进行厂房剖面的建筑设计时，应在满足生产工艺要求的前提下经济合理地确定厂房高度及有效利用和节约空间，妥善地解决厂房的天然采光、自然通风和屋面排水，合理地选择围护结构形式及其构造，以使厂房具有随气候条件变化的良好的围护功能（保温、隔热、防水）。
15.2.1厂房高度的确定
厂房高度是指室内地面（相对标高定为±0.000）至柱顶(或倾斜屋盖最低点、或下沉式屋架下弦底面)的距离，如图 (a)所示。确定厂房的高度必须满足生产使用要求以及建筑统一化的要求，同时还应考虑到空间的合理利用。
根据《厂房建筑模数协调标准》的规定，柱顶标高应按3M数列确定，牛腿标高按3 M数列考虑，当牛腿顶面标高大于7.2m时按6M数列考虑，钢筋混凝土柱埋入段的长度也应满足模数化要求，如图(b)所示。
15.2.1厂房高度的确定
1.柱顶标高的确定
(1)无吊车厂房的柱顶标高。柱顶标高通常是根据最大生产设备的高度和其使用、安装、检修时所需的净空高度来确定的。同时，必须考虑采光和通风的要求，以避免由于单层厂房跨度大、高度低时给空间带来的压抑感。柱顶标高一般不低于3.9m，柱顶标高应符合300mm的整数倍，若为砖石结构承重，则柱顶标高应为100mm的倍数。
(2)有吊车厂房的柱顶标高。如图所示，有吊车厂房的柱顶标高可按下式计算求得。
15.2.1厂房高度的确定
柱顶标高H＝＋
轨顶标高＝＋＋＋＋
轨顶至柱顶高度＝＋
式中，为跨越最大设备、室内分隔墙或检修所需的高度；为起吊物与跨越物间的安全距离，一般为400～500mm；为被吊物体的最大高度；为吊索最小高度，根据起吊物件的大小和起吊方式而定，一般大于1000mm；为吊钩至轨顶面的最小尺寸，由吊车规格表中查得；为吊车梁轨顶至小车顶面的净空尺寸，由吊车规格表中查得；为屋架下弦至小车顶面之间的安全距离，主要应考虑到屋架下弦及支撑可能产生的下垂挠度，以及厂房地基可能产生不均匀沉降时对吊车正常运行的影响，最小尺寸为220mm，湿陷性黄土地区一般不小于300mm，如屋架下弦悬挂有管线等其他设施时，还需另加必要的尺寸。
15.2.1厂房高度的确定
2.室内外地坪标高的确定
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±0.000。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，室内外高差不宜太大，一般取100～150mm。并且应在大门处设置坡道，其坡度不宜过大。
在地形较平坦的情况下，整个厂房地坪一般取一个标高，相对标高定为±0.000。当厂房内地坪有两个以上不同高度的地坪面时，主要地坪面的标高为±0.000。
15.2.1厂房高度的确定
3.厂房高度的调整
在工艺要求有高差的多跨厂房中，由于厂房高低不齐，在高低错落处需增设墙梁、女儿墙、泛水等，使构件种类增多，剖面形式、结构构造复杂，造成施工不便，并增加投资成本。
因此当生产上要求厂房高度相差不大时，将低跨抬高与高跨齐平较设高低跨更为经济合理，有利于统一厂房结构，灵活变动工艺，如图所示。《厂房建筑模数协调标准》中规定，在采暖和不采暖的多跨厂房中，当高差值等于或小于1.2m时，不宜设高度差；在不采暖的厂房中，当一侧仅有一低跨且高差不大于1.8m时，也不宜设置高度差。
15.2.1厂房高度的确定
在工艺条件允许的情况下，把高大设备布置在两榀屋架之间，利用屋顶空间起到缩短柱子长度的作用，从而降低厂房高度，如图(a)所示。在厂房内部有个别高大设备或需高空间操作的工艺环节时，可采取降低局部地面标高的方法，从而减小厂房空间高度，如图(b)所示。
15.2.2天然采光
在白天，室内利用天然光线进行照明的方式称为天然采光。由于天然光线质量好，单层厂房大多数采用天然采光，当天然采光不能满足时，才辅以人工照明。天然采光分直射光和散射光。
在厂房设计时，应首先考虑天然采光，根据生产性质对采光的要求，进行采光设计，确定采光窗的大小，选择窗的形式与布置。在进行天然采光设计时，需保证室内光线均匀，避免眩光。
1.天然采光的基本要求
1）满足采光系数最低值的要求
室内工作面上应该有一定的光线，光线的强弱是用照度来衡量的。由于天然光的照度时刻都在变化，室内工作面上的照度也随之改变，因此，室内某点的采光设计不能以变化的照度为依据，而应用采光系数的概念来表示采光标准。
15.2.2天然采光
室内某一点的采光系数C等于室内某一点的照度En与同一时刻室外全阴天水平面上天然照度Ew比值的百分数，即
C = En/Ew×100%
式中，C为室内某点的采光系数，%；En为在全阴天空漫射光照射下，室内给定平面上的某一点由天空漫射光所产生的照度，lx；Ew为在全阴天空漫射光照射下，与室内某一点照度同一时间、同一地点在室外无遮挡水平面上由天空漫射光所产生的室外照度，lx。
根据厂房对采光要求的不同，我国颁发的《建筑采光设计标准》(GB 50033—2013)中规定，视觉作业场所工作面上的采光系数标准应符合表中的规定。
15.2.2天然采光
注1：表中所列采光标准值适用于我国Ⅲ类光气候区。采光系数标准值是根据室外临界为 5000 lx制定的。
注2：亮度对比小的Ⅱ、Ⅲ级视觉作业，其采光等级可提高一级采用。
2）满足采光均匀度的要求
满足采光均匀度和避免产生眩光，是防止工作人员视觉疲劳、影响视力和保证正常操作的基本要求。采光均匀度是指工作面上采光系数的最低值与平均值之比。
15.2.2天然采光
因此，《建筑采光设计标准》（GB 50033—2013）中规定：顶部采光时，Ⅰ～Ⅳ级采光等级的采光均匀度不宜小于0.7。为保证采光均匀度的要求，相邻两天窗中线间的距离不宜大于工作面至天窗下沿高度的1.5倍，通常工作面取地面以上1.0～1.2m高。当侧窗采光时，由于照度变化大，未作规定。
检验工作面上的采光系数是否符合标准，通常是在厂房横剖面的工作面上选择光照最不利的点进行验算。将多个测点的值连接起来，形成采光曲线。该曲线显示了整个厂房的光照情况，如图所示。
15.2.2天然采光
3）避免在工作区产生眩光
在厂房工作区，人的视野范围内出现的比周围环境明亮而刺眼的光叫眩光，它使工作人员的眼睛感到不舒适或无法适应，影响工作。因此，工作区内不允许出现眩光。
2.采光方式及布置
1）采光方式
(1)侧面采光。侧面采光分单侧采光和双侧采光两种。当房间很窄（如毗连于厂房的生活及辅助用房）时，可利用单侧采光。单侧采光的有效进深B（当生产为中等精细程度）约为侧窗口上沿至工作面高度H的2倍，即B=2H。如果房间进深超过了单侧采光所能满足的范围时，就要辅以人工照明或采用双侧采光。
15.2.2天然采光
在有桥式吊车的厂房中，因在一定高度处会有吊车梁通过，故常将侧窗分成上下两段布置，下段高度大一些，上段高度小一些，上段称之为高侧窗，下段称之为低侧窗，如图所示。高侧窗投光远，光线均匀，能提高远窗点的采光效果；低侧窗投光近，对近窗点采光有利。
为方便工作（如检修吊车轨等）和不使吊车梁遮挡光线，高侧窗下沿距吊车梁顶面不应太高和过低，一般取600mm左右为宜。低侧窗下沿（窗台）一般应略高于工作面的高度，工作面高一般取1m左右。
(2)顶部采光。在屋顶处设置天窗。顶部采光容易使室内获得较均匀的照度，采光率比侧窗高，但其构造复杂、造价较高。
(3)混合采光。其特点是可以充分发挥侧窗采光和天窗采光的优点，采光效率高。
15.2.2天然采光
2）采光天窗的形式和布置
(1)矩形天窗。沿厂房纵向升起局部屋面，在高、低屋面的垂直面上开设采光窗而形成的天窗称为矩形天窗。其特点是当窗扇朝向南北时，室内光线均匀，直射光较少；受污染程度小，易于防水；窗可开启，有一定的通风作用。缺点是增加了厂房的体积和屋顶承重结构的集中荷载，屋顶结构复杂，造价高，抗震性能不好。
矩形天窗是我国单层厂房中应用最广的一种天窗形式，其采光特点与侧窗采光类似，具有中等照度。合适的天窗宽度为1/3～1/2厂房跨度，两天窗的边缘距离l应大于相邻天窗高度和的1.5倍，如图所示。
15.2.2天然采光
(2)锯齿形天窗。将厂房屋盖做成锯齿形，在两齿之间的垂直面上设采光窗而形成的天窗称为锯齿形天窗，如图所示。其特点是可利用倾斜的天棚反射光线以增加室内的照度，采光效率比矩形天窗高；窗开启时，能兼起通风的作用；天窗窗口常采用北向或接近北向，阳光不会直射入室内，室内光线均匀稳定。锯齿形天窗多适用于要求光线稳定和需要调节温湿度的厂房，如纺织厂、印染厂、精密仪器制造车间等。
15.2.2天然采光
(3)横向下沉式天窗。将相邻柱距的屋面板上下交错布置在屋架的上下弦上，通过屋面板位置的高差作为采光口而形成的天窗称为横向下沉式天窗，如图所示。其特点是可根据使用要求每隔一个或几个柱距灵活布置，采光效率与纵向矩形天窗相近，但造价较矩形天窗低；当厂房为东西向时，横向下沉式天窗为南北向，朝向好，有利于采光和通风，多适用于朝向为东西向的冷加工车间；排气路线短捷，可开设较大面积的通风口，因此，也适用于要求通风量大的热加工车间；窗扇形式受屋架限制，构造复杂，厂房纵向刚度差。
3.采光面积的确定
采光面积一般是根据厂房的采光、通风、立面设计等综合因素来确定的。首先大致确定窗户面积，然后根据厂房对采光的要求进行计算校核，验证其是否符合采光标准。
15.2.3自然通风
厂房的通风方式有两种，即机械通风和自然通风。机械通风是依靠通风机的力量作为空气流动的动力来实现通风换气的。它要耗费大量的电能，设备投资及维修费也很高，但其通风稳定、可靠、有效。自然通风是利用室内外温差造成的热压和风吹向建筑物而在不同表面上造成的压差来实现通风换气的。在无特殊要求的厂房中，一般采用自然通风的方式。
1.自然通风的基本原理
1）热压作用
由于生产过程中所产生的热量和人体散发热量的影响，厂房内部的空气体积膨胀、密度变小而自然上升。而室外空气的温度相对较低、密度较大，因此，当厂房下部的门窗敞开时，室外空气进入室内，使室内外的空气压力趋于相等。
15.2.3自然通风
如将天窗开启，由于热空气的上升，天窗内侧的气压大于天窗外侧的气压，使室内热气不断排出，如此循环，从而达到通风的目的，这种通风方式称为热压通风，如图所示。
2）风压作用
当风吹向建筑物时，遇到建筑物而受阻，如图所示，在Ⅰ—Ⅰ位置处，迎风面空气压力增大，超过了大气压力而形成正压区，用“＋”表示。在Ⅱ—Ⅱ位置处，气流迅速通过房屋两侧和上方，此处气流变窄，风速加大，使建筑物的侧面和顶面形成了一个小于大气压力的负压区，用“－”表示。风到Ⅲ-Ⅲ处时，空气跃过建筑物，并在背风一面形成涡流，出现一个负压区。因此，根据这一现象应将厂房的进风口设在正压区，排风口设在负压区，使室内外空气更好地进行交换。这种利用风的流动产生的空气压力差而形成的通风方式为风压通风。
15.2.3自然通风
2.厂房的自然通风
1）冷加工车间的自然通风
冷加工车间无大的热源，室内余热量较小，利用门窗就可以满足室内通风换气的要求。由于室内外温差较小，因此在组织自然通风时可结合工艺与总平面设计进行，尽量使厂房纵向垂直于夏季主导风向或不小于45°倾角，厂房宽度限制在60m以内。在外墙上设窗，在纵横贯通的通道端部设门，以便组织穿堂风。为避免气流分散，影响穿堂风的流速，冷加工车间不宜设置通风天窗，但为了排除积聚在屋盖下部的热空气，可以设置通风屋脊。
2）热加工车间的自然通风
(1)进、排风口的布置，如图所示。
15.2.3自然通风
根据热压通风原理，进风口的位置应尽可能低。南方炎热地区低侧窗窗台可低至0.4～0.6m，或不设窗扇而采用下部敞口进气。寒冷地区的低侧窗可分为上下两排，夏季将下排窗开启，上排窗关闭；冬季将上排窗开启，下排窗关闭，避免冷风直接吹向人体。侧窗开启方式分为上悬、中悬、平开和立转四种，其中立转窗的通风效果最好。排风口的位置尽可能高，一般设在柱顶处或靠近檐口一带。当设有天窗时，天窗一般设在屋脊处，另外，为了尽快排除热空气，需要缩短通风距离，天窗宜设在散发热量较大的设备上方。外墙中间部分的侧窗应按采光窗设计，常采用固定窗或中悬窗，一般不采用上悬窗，以免影响下部进风口的进气量和气流速度。
15.2.3自然通风
(2)通风天窗的类型。目前较常用的通风天窗类型有矩形通风天窗和下沉式通风天窗两种。
①矩形通风天窗。矩形通风天窗通常能起到一定的通风作用，但很不稳定，往往会产生以下几种现象：当风压小于室内热压时，不仅背风面的排风口可以排气，迎风面的排风口也可以排气，但由于迎风面风压的影响，使排风口的排气量减少；当风压等于热压时，迎风面排风口不能排气，但背风面排气口照样排气；当风压大于热压时，迎风面的排气口不但不能排气，反而会出现风倒灌的现象。因此，为防止室外气流进入
室内，即保证在天窗两侧的排风口始终处于负压区，应
在天窗两侧设置挡风板，如图所示。设置挡风板的天窗
通常称为通风或避风天窗，挡风板距天窗的距离一般为
1.1～1.5倍的排风口高度，即 L=(1.1～1.5)h。
15.2.3自然通风
②下沉式通风天窗。利用铺设在屋架上弦和下弦的屋面板之间的空间作为排风口的天窗称为下沉式通风天窗。下沉式通风天窗的排风口在任何风向时均处于负压区，排风效果好，常见形式如图所示。
(3)合理布置热源。热源布置的恰当，对于热加工厂房的通风降温起着重要作用。在布置热源时，要注意以下几点：利用穿堂风的风向，热源应布置在夏季主导风向的下风向一侧；有天窗时，利用热压为主的自然通风，热源应布置在天窗口的下方；对于下沉式天窗，热源应与下沉底板错开布置；在多跨厂房中，利用冷热跨间隔布置，且用轻质吊墙（距地3m左右）分隔二者，以便组织通风。

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