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(共29张PPT)
第三部分工业建筑构造与设计部分
模块16多层工业厂房设计
YCF
01
多层工业厂房的特点和适用范围
03
多层工业厂房的剖面设计
02
多层工业厂房的平面设计
目录
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01
多层工业厂房的特点和适用范围
16.1.1多层工业厂房的主要特点
16.1.2多层工业厂房的适用范围
16.1.3多层工业厂房的结构形式
16.1.1多层工业厂房的主要特点
多层工业厂房和单层工业厂房相比具有以下几个特点。
(1)建筑物占地面积小。不仅可以节约用地，而且还降低了基础和屋顶的工程量，缩短了各种工程管线以及道路的长度，节约了基本建设投资和维护管理费用。
(2)外围护结构面积小。同样面积的厂房，随着层数的增加，单位面积的外围护结构面积随之减少。在北方地区，可以减少冬季采暖费用；在有空调的房间则可以减少空调费用，且容易保证恒温恒湿的要求，从而获得节能的效果。
(3)屋盖构造简单。多层厂房的宽度一般都比单层厂房的小，可以利用侧面采光，不设天窗，从而简化了屋面构造，而且清理积雪及排除雨雪水都比较方便。
(4)柱网小，工艺布置灵活性受到一定限制。由于柱子多，结构所占面积大，因而生产面积使用率较单层的低。
16.1.1多层工业厂房的主要特点
(5)增加了垂直交通运输设施（电梯和楼梯）。在多层厂房中，不仅有水平向运输，而且出现了垂直交通运输，人流和货流组织都比单层厂房复杂，而且增加了交通辅助面积。
(6)在利用侧面采光的条件下，厂房的宽度受到一定的限制。如果生产上需要宽度大的厂房，则需提高厂房的层高或辅以人工照明。
究竟是采用单层工业厂房还是多层工业厂房，要根据生产工艺、用地条件和施工技术等具体情况进行综合比较和分析，才能获得合理的方案。在多层工业厂房中必然有大部分工序分别布置在各个楼层上，各工序之间以楼梯、电梯或其他形式的运输工具保持竖向联系，因而产品或设备过重或过大以及不宜采用垂直运输的生产就不宜采用多层工业厂房。
16.1.2多层工业厂房的适用范围
(1)生产工艺流程垂直布置的企业。 这类企业的原材料大部分为粒状和粉状的散料或液体。经一次提升（或升高）后，可利用原料的自重自上而下地传送加工，直至产品成型，如面粉厂、造纸厂、啤酒厂、乳品厂和化工厂的某些生产车间等。
(2)设备、原料及产品重量较轻(楼面荷载小于20 kN/)，单件垂直运输小于3t的企业。
(3)生产中要求在不同层高上操作的企业。例如，化工厂的大型蒸馏塔、碳化塔等设备，其高度较大，生产需在不同层高上进行。
(4)生产工艺对生产环境有特殊要求的企业。由于多层厂房房间体积小，容易解决生产所需求的特护环境（如恒温恒湿、净化洁净、无菌无尘等）。属于这类企业的有仪表、电子、医药及食品加工类企业。
16.1.2多层工业厂房的适用范围
(5)建筑用地紧张及城市规划的需要。随着城市工业化用地日趋紧张和城市建设规划的需要，多层工业厂房不断向着高层和超高层厂房方向发展，因而出现了多厂的工业大厦或多厂及多功能用途的综合性工业大厦。这种厂房在设计时不受某一特定的工艺流程制约，而应具有较大的通用性，它能适应多种生产的需要，便于向外租赁。其具有的标志是：厂房应有较大的柱网；厂房层高应有适当的储备；厂房楼板的承载能力较大，以适应多种生产工艺的需要。
16.1.3多层工业厂房的结构形式
厂房结构形式的选择首先应该结合生产工艺及层数的要求进行，其次还应该考虑建筑材料的供应、当地的施工安装条件、构配件的生产能力以及基地的自然条件等。目前我国多层厂房的承重结构按其所用材料的不同一般分为以下几种。
1.混合结构
混合结构有砖墙承重和内框架承重两种形式。前者包括横墙承重和纵墙承重两种不同的布置方案。但由于砖墙占用的面积较多，影响工艺布置，因而内框架承重的混合结构形式是目前应用最多的一种结构形式。
由于混合结构的取材和施工均较方便，费用又较经济，保温隔热性能较好，因此当楼板跨度在4～6m，层数在4～5层，层高在5.4～6m，且楼面荷载不大又无振动的情况下，均可采用混合结构。但当地基条件差，容易产生不均匀下沉时，则应慎重选用。此外，在地震区亦不宜选用。
16.1.3多层工业厂房的结构形式
2.钢结构
钢结构具有质量轻、强度高、施工方便等优点，是国内外采用较多的一种结构形式。经验证明，它施工速度快，能使工厂早日投产(一般认为可提高速度1倍左右)。虽然建筑造价较高，但可以提早投产以补偿损失。
钢结构主要趋向是采用轻钢结构和高强度钢结构。采用高强度钢结构较普通钢结构可节约钢材15%～20%，造价降低15%，减少用工20%左右。
3.钢筋混凝土结构
钢筋混凝土结构是目前广泛采用的一种结构。它的构件截面较小、强度较大，能适应层数较多、荷载较大、跨度较宽的情况。
02
多层工业厂房的平面设计
16.2.1生产工艺流程
16.2.2平面布置形式
16.2.3柱网（跨度、柱距）的选择
16.2.4定位轴线的标定
16.2.1生产工艺流程
首先，多层工业厂房的平面设计首先应满足生产工艺的要求。其次，运输设备和生活辅助用房的布置、基地的形状、厂房方位等都对平面设计有很大影响，必须全面、综合地加以考虑。
按生产工艺流向的不同，多层厂房的生产工艺流程可归纳为以下三种类型（如图所示）。
（1）自上而下式。这种布置方式是将原料提升到顶层，然后按照加工顺序逐层下降至底层加工成为成品运出。这种工艺流程的特点是利用原材料的重力在垂直运输过程中进行加工，适用于使用散粒状或液体材料做原料的企业。面粉加工厂和电池干法密闭调粉楼的生产流程都属于这种类型。
16.2.1生产工艺流程
（2）自下而上式。将原料自底层起按工艺流程顺序向上逐层加工，到顶层进行组装和总装成为成品，检验合格后，包装出厂。在这种布置方式中，适宜将初加工时所用的比较笨重的设备和有大量原材料的工序布置在底层，以减少垂直运输量和减轻楼板荷载。轻工业类的手表厂、照相机厂或一些精密仪表厂的生产流程都属于这种形式。
（3）上下往复式。这种布置方式包括自下而上和自上而下两种工艺流程布置方式，以满足生产过程中的某些特殊要求。例如，中间工序的设备过大或者有振动，不得不把这种设备或工部移至底层；又如有的工部有特殊的要求，如精密度要求高，要求防震或恒温恒湿等，对这类工序必须做特殊考虑，最好集中布置在厂房的一侧，以便采取措施。印刷厂的生产工艺流程就属于这种形式。
16.2.2平面布置形式
由于各类企业的生产性质、生产特点、使用要求和建筑面积不同，其平面布置的形式也不相同，一般有以下几种布置形式（如图所示）。
（1）内廊式。如图（a）所示，各生产工段需用隔墙分隔成大小不同的房间，用内廊联系起来，这样对某些有特殊要求的工段或房间，如恒温、恒湿、防尘、防振等可分别集中。内廊式平面布置适用于各工部或房间在生产上要求有密切联系，又要求生产过程中不互相干扰的厂房。
16.2.2平面布置形式
（2）统间式。统间式平面布置对自动化流水线生产更为有利，如图（b）所示。其适于生产工艺相互之间联系紧密，彼此无干扰，不需设分隔墙，生产工艺又要求大面积、大空间或考虑有较大的通用性、灵活性的厂房。
（3）套间式。通过一个房间进入另一个房间的布置形式为套间式，如图（c）所示。其适用于有特定生产工艺要求或要求保证高精度生产正常进行（通过低精度房间进入高精度房间）的厂房。
16.2.2平面布置形式
（4）混合式。混合式平面布置能更好地满足生产工艺的要求，并具有较大的灵活性，其缺点是易造成厂房平、立、剖面的复杂化，使结构类型增多，施工较复杂，且对防振不利，如图（d）所示。混合式平面布置适用于联系紧密且使用空间或面积各不相同的厂房。
16.2.3柱网（跨度、柱距）的选择
柱网的选择首先应满足生产工艺的需要，其尺寸的确定应符合《建筑模数协调标准》(GB/T 50002—2013)和《厂房建筑模数协调标准》(GB/T 50006—2010)的要求。同时还应考虑厂房的结构形式、采用的建筑材料和其在经济上的合理性及施工上的可能性。
根据《厂房建筑模数协调标准》（GB/T 50006—2010），多层厂房的跨度(进深)应采用扩大模数15M数列，宜采用6.0m、7.5m、9.0m、10.5m和12.0m。厂房的柱距(开间)应采用扩大模数6M数列，宜采用6.0 m、6.6m和7.2m。内廊式厂房的跨度可采用扩大模数6M数列，宜采用6.0m、6.6m和7.2m。走廊的跨度应采用扩大模数3M数列，宜采用2.4m、2.7m和3.0m。
16.2.3柱网（跨度、柱距）的选择
在工程实践中结合上述平面布置形式，多层厂房的柱网可概括为如图所示的类型，它们的适用范围、优缺点和柱网尺寸见表。
16.2.4定位轴线的标定
同单层厂房相同，多层厂房的平面定位轴线有纵向和横向两种。与厂房长度平行的轴线称为纵向定位轴线，与其垂直的轴线称为横向定位轴线，其编号规则和单层厂房相同。根据《厂房建筑模数协调标准》（GB/T 50006—2010）的规定，多层厂房定位轴线的位置随厂房结构形式的不同而有所不同。下面介绍砌体墙承重和装配式钢筋混凝土框架结构承重的多层厂房定位轴线的标定方法。
1.砌体墙承重
当厂房采用砌体墙承重时，其内墙的中心线一般与定位轴线相重合，外墙的定位轴线与顶层墙内缘的距离可按砌块的块材类别分别位于距砌体墙内缘半块或半块的倍数或墙厚的一半处。带有承重壁柱的外墙，墙内缘既可与纵向定位轴线相重合，也可与纵向定位轴线相距半块或半块的倍数，如图所示。
16.2.4定位轴线的标定
2.装配式钢筋混凝土框架结构承重
这是目前多层厂房中最常用的结构形式，其定位轴线的标定方法如下。
(1)横向定位轴线的标定。横向定位轴线一般与柱子的中心线重合，这样可以保证纵向构件（楼板、屋面板、纵向梁、纵向外墙板等）长度相等，以减少构件的规格类型，如图所示。
16.2.4定位轴线的标定
(2)纵向定位轴线的标定。对于中柱，其顶层柱中心线应与纵向定位轴线重合。对于边柱，其外缘在下柱截面hi范围内与纵向定位轴线浮动定位，其浮动幅度an为50mm及其整数倍。其浮动值an的确定主要考虑各种构配件的统一与互换和满足建筑、结构构造等要求，如图所示。
(3)横向变形缝（伸缩缝或防震缝）处定位轴线的标定。采用加设插入距并设两条横向定位轴线的标定方法，轴线与柱中心线重合，如图所示。
03
多层工业厂房的剖面设计
16.3.1剖面形式
16.3.2层数的确定
16.3.3层高的确定
16.3.1剖面形式
多层工业厂房的剖面设计主要是研究和确定厂房的剖面形式、层数和层高等有关问题。
由于厂房平面柱网的不同，多层工业厂房的剖面形式也是多种多样的。不同的结构形式和生产工艺的平面布置都对剖面形式有着直接的影响。在目前我国多层工业厂房设计中，结合经常采用的柱网布置形式，主要有如图所示的几种剖面形式。
16.3.2层数的确定
多层工业厂房层数的确定与生产工艺、城市规划、地质条件和经济因素等相关，其中生产工艺是起主导作用的。为节约用地，在满足生产工艺要求的前提下，可增加厂房的层数，向竖向空间发展。就大量性而言，目前建造的多层厂房还是以3～５层为主。在具体设计时，厂房层数的确定应综合考虑下列各项因素。
1.生产工艺的影响
厂房根据生产工艺流程进行竖向布置，在确定各工段的相对位置和面积时，厂房的层数也相应地确定了。例如，面粉加工车间就是利用原料或半成品的自重，用垂直布置生产流程的方式，自上而下地布置除尘、平筛、清粉、吸尘、磨粉、打包六个工段，相应地确定了厂房的层数为六层，如图所示。
1—除尘间； 2—平筛间； 3—清粉； 4—吸尘、刷面、管子间； 5—磨粉机间； 6—打包间
16.3.2层数的确定
2.城市规划及其他条件的影响
当多层工业厂房建在城市中时，层数的确定要符合城市规划、城市建筑面貌、周围环境及工厂群体组合的要求。按生产性质，工业企业大约有40％可建在市区和近郊区。当厂房建在城市干道旁或广场附近时，由于用地紧张、地价昂贵，迫使厂房向高空发展，从而增加了厂房的层数。另外有时地形条件和厂区面积对厂房层数也有一定的限制。总之，应该根据各方面的因素进行全面分析、比较后再加以确定。
3.经济因素的影响
多层工业厂房的经济问题通常应从设计、结构、施工、材料等多方面进行综合分析。从我国目前情况看，较经济的层数为3～5层，有些由于生产工艺的特殊要求，或位于市区受城市用地的限制，也有提高到6～9层的，最高有达25层的。
16.3.3层高的确定
多层工业厂房的层高是指由地面(或楼面)至上一层楼面的高度。它主要取决于生产特性及生产设备、运输设备(有无吊车或悬挂传送装置)和管道敷设所需要的空间，但同时也与厂房的宽度、采光和通风要求密切相关。目前，我国多层厂房常采用的层高有4.2m、4.5m、4.8m、5.1m、5.4m、6.0m等。
1.层高与生产、运输设备的关系
多层工业厂房的层高在满足生产工艺要求的同时，还要考虑起重运输设备（吊车、传送设备等）对厂房层高的影响。一般只要在生产工艺许可的前提下，都应把一些质量大、体积大和运输量繁重的设备布置在底层，这样可相应地加大底层层高。有时在遇到个别特别高大的设备时，还可以把局部楼层抬高，处理成参差层高的剖面形式。
16.3.3层高的确定
2.层高与采光、通风的关系
为了保证多层工业厂房室内有必要的天然光线，一般多采用双面侧窗天然采光形式。当厂房宽度过大时，就必须提高侧窗的高度，相应地增加建筑层高以满足采光要求。设计时可参考单层厂房天然采光面积的计算方法，根据相关标准的规定进行计算。
在确定厂房层高时，对采用自然通风的车间应按照相关标准的规定来确定，每名工人所占厂房体积不小于13，面积不小于4，以利提高工效，保证工人健康。对散发热量的工段，则应根据通风计算求得所需的层高高度。一般在符合卫生标准和其他建筑要求的前提下，宜尽量降低厂房的层高，不宜随便增加其高度。
16.3.3层高的确定
3.层高与管道布置的关系
生产上所需要的各种管道对多层厂房的层高影响较大。在要求恒温恒湿的厂房中，空调管道的高度是影响层高的重要因素。常用的几种管道的布置方式如图所示，其中(a)、(c)表示干管布置在底层或顶层，这时就需要加大底层或顶层的层高，以便于集中布置管道。(b)、(d)则表示管道集中布置在各层走廊上部或吊顶层中，这时厂房层高也将随之变化。当需要的管道数量和种类较多，布置又复杂时，则可在生产空间上部采用吊天棚，设置技术夹层集中布置管道。这时就应根据管道高度和检修操作空间高度相应地提高厂房层高。
16.3.3层高的确定
4.层高与室内空间比例的关系
在满足生产工艺要求和经济合理的前提下，厂房的层高还应适当考虑室内建筑空间的比例关系，具体尺度可根据工程的实际情况和其他各种因素进行比较后再行确定。
5.层高与经济的关系
在确定厂房层高时，除需综合考虑上述几个问题外，还应从经济角度予以具体分析。图表明了不同层高与造价的关系，从图中可以看出层高和单位面积造价的变化是成正比的，即层高每增加0.6m，单位面积造价提高约8.3%。因此在决定层高的时候不能忽视对经济的分析。
思考与练习
1.多层工业厂房的特点是什么？
2.多层工业厂房的适用范围有哪些？
3.多层工业厂房的结构形式有哪些？
4.多层工业厂房的平面布置形式有哪些？各有什么特点？
一、思考题

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