单层工业厂房设计

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第十六章 单层工业厂房设计
学习目标和要求：
1、 了解单层厂房平面设计的基本内容掌握生产工艺、运输设备与平面设计的关系。
2、 着重掌握厂房高度确定的原则和方法，了解各种采光天窗的主要特点。
3、 了解厂房使用功能对厂房立面的影响以及单层厂房立面处理常采用的手法。
第一节    单层厂房平面设计
一、总平面对平面设计的影响：
    1、厂区人流、货流组织对平面设计的影响：
    厂区人流、货流组织具体表现为原材料，成品和半成品的运输及人流进出厂路线的组织。合理的设计布局不仅方便使用，而且可以大大提高劳动生产率，减少工人的劳动强度，降低工伤事故的发生率。厂区人流、货流组织会直接影响厂房平面设计中门的位置、数量、尺寸等。
    2、地形的影响：
    厂区地形对厂房平面形式有着直接的影响，特别是在山区建厂，为了减少土石方工程量，节约投资，加快施工进度，只要工艺条件允许，厂房平面形式应根
据地形条件做适当调整。
    3、气象条件的影响：
厂区所在地区的气象条件对厂房的平面形式和朝向有很大的影响。
在炎热地区，为使厂房有良好的自然通风，并且避免室内受阳光照射，厂房宽度不宜过大，最好采用长条形平面，朝向接近南北向，厂房长轴与夏季主导风向垂直或大于45°。П形、Щ形平面的开口应朝向迎风面。并在侧墙上开设窗子和大门，大门在组织穿堂风中有良好作用。若朝向与主导风向有矛盾时，应根据主要要求进行选择。
寒冷地区，为避免风对室内气温的影响，厂房的长边应平行冬季主导风向，并在迎风面的墙面上尽量少开门窗。
   二、平面设计与生产工艺的关系：
    1、生产工艺流程的影响：
    (1)、直线布置：
这种布置方式适用于规模不大，吊车负荷较轻的车间。采用这种布置的厂房平面可全部为平行跨，具有建筑结构简单，扩建方便的优点。但当跨数较少时，会形成窄条状平面，厂房外墙面大，土建投资不够经济。
    (2)、平行布置：
这种布置方式常用于汽车、拖拉机等装配车间，平面也全为平行跨，同样具有建筑结构简单，便于扩建等优点。
    (3)、垂直布置：
这种厂房平面虽因跨间互相垂直，建筑结构较为复杂，但在大、中型车间中由于工艺布置和生产运输有其优越性，故应用也颇广泛。
    2、生产特征的影响：
    不同性质的厂房，在生产操作时会出现不同的生产特征，而生产特征也会影响厂房的平面设计。有些车间（如机械工业的铸钢、铸铁、锻工等车间）在生产过程中会散发出大量的热量、烟、粉尘等，此时平面设计应使厂房具有良好的自然通风。有些车间（如机械加工装配车间），生产是在正常的温湿度条件下进行的，室内无大量余热及有害气体散发，但是该车间对采光有一定的要求（根据《工业企业采光标准》，要求Ⅲ级采光），在平面布置时，应综合考虑它所在地区的气象条件、地形特征等，满足采光和通风的要求。还有些车间（如纺织车间），生产环境对温湿度、清洁度有严格的要求，厂房常采用空气调节装置，所以厂房平面宜采用联跨整片式，以减少空调负荷。
    3、生产设备布置的影响：
    生产设备的大小和布置方式及设备的进出和安装要求直接影响到厂房的平面布局、跨度大小和跨间数，同时也影响到大门尺寸和柱距尺寸等。
    4、运输设备的影响：
    吊车也称行车，是单层厂房中被广泛采用的起重设备，主要有三种类型。
   三、单层厂房常用的平面形式：
厂房平面形式与工艺流程、生产特征、生产规模等有直接的关系。常用的平面形式有矩形、方形、L形、П形、Ш形等。下面介绍最常用的平面形式。
    1、矩形平面：
  (1)、平行多跨组合平面
  (2)、跨度相互垂直布置组合平面
 2、L形、П形、Ш形平面：
L、П、Ш形平面的特点是厂房各部分宽度不大，外围护结构周长较长，在外墙上可以多设门窗，使厂房室内有良好的采光通风，从而改善了室内劳动条件。
四、生活间设计：
1、生活间的组成及设备布置：
    (1)、生产卫生用房：
包括浴室、厕所、存衣室、盥洗室等。我国卫生部主编的《工业企业设计卫生标准》（TJ36—79），将一般工业企业按卫生特征分为四级，每一级都有它最基本的生产卫生用房。
    (2)、生活福利用房：
    包括休息室、女工卫生室、吸烟室、厕所、饮水间、小吃部、保健室等。厕所内的大小便器按规范和有关规定计算。浴室、盥洗室、厕所的设计计算人数按最大班工人总数的93%计算。
    (3)、行政办公用房：
    包括党、政、工、团办公室及会议室、值班室、计划调度室等。
    (4)、生产辅助用房：
    包括工具室、材料库、计量室等。
2、生活间设计原则：
    (1)、生活间应尽量布置在车间主要人流出入口处，且与生产操作地点有方便的联系，并避免工人上、下班时的人流与厂区内主要运输线（火车、汽车等）的交叉，人数较多集中设置的生活间以布置在厂区主要干道两侧且靠近车间为宜。
    (2)、生活间应有适宜的朝向，使之获得较好的采光、通风和日照。同时，生活间的位置也应尽量减少对厂房天然采光和自然通风的影响。
    (3)、生活间不宜布置在有散发粉尘、毒气及其他有害气体车间的下风侧或顶部，并尽量避免噪声振动的影响，以免被污染和干扰。
    (4)、在生产条件许可及使用方便的情况下，应尽量利用车间内部的空闲位置设置生活间，或将几个车间的生活间合并建造，以节省用地和投资。
    (5)、生活间的平面布置应面积紧凑，人流通畅，男女分设，管道尽量集中。
    (6)、建筑形式与风格应与车间和厂区环境相协调。
3、生活间的布置形式：
生活间的布置形式有三种：
    (1)、毗连式生活间
    (2)、独立式生活间
    (3)、厂房内部式生活间
第二节   单层厂房剖面设计
 
一、厂房高度的确定：
1、厂房高度：指室内地面至柱顶（或倾斜屋盖最低点、或下沉式屋架
下弦底面）的距离。
(1)、无吊车厂房：
    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确定的。同时，必须考虑采光和通风的要求，以及避免由于单层厂房跨度大，高度低时给空间带来的压抑感。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，柱顶标高应为100mm的倍数。
(2)、有吊车厂房：
有吊车厂房的柱顶标高可按下式计算求得：
柱顶标高  H=H1+H2              
               轨顶标高  H1=h1+h2+h3+h4+h5
               轨顶至柱顶高度  H2=h6+h7
式中: h1为需跨越最大设备，室内分隔墙或检修所需的高度；
      h2为起吊物与跨越物间的安全距离，一般为400mm—500mm；
      h3为被吊物体的最大高度；
      h4为吊索最小高度，根据起吊物件大小和起吊方式而定，一般大于1000mm；
      h5为吊钩至轨顶面的最小尺寸，由吊车规格表中查得；
      h6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；
      h7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。 
《厂房建筑模数协调标准》规定，钢筋混凝土结构柱顶标高H应为300mm的整倍数，轨顶标高H1为600mm的整倍数，牛腿标高也应为300mm的整倍数。
2、室内外地坪标高的确定：
厂房室内外地坪的标高是在厂区总平面设计时确定的，室内外高差的大小应考虑方便运输，防止雨水侵入等因素，常取100～150mm，并在室外入口处设置坡道。
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。
   3、厂房高度的调整：
(1)、在厂房高低不齐的多跨厂房中，提高低跨高度，变高低跨为等高跨。
1）、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；
      2）、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。
    (2)、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，从而降低了厂房高度。
    (3)、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。
二、天然采光：
1、天然采光的基本要求：
(1)、满足采光系数最低值的要求
  (2)、满足采光均匀度的要求
(3)、避免在工作区产生眩光
2、采光方式及布置：
     (1)、采光方式
1)、侧窗采光。即采光口布置在厂房的侧墙上。
2)、顶部采光。即在屋顶处设置天窗。
3)、混合采光。当厂房很宽，侧窗采光不能满足整个厂房的采光要求时，则须在屋顶上开设天窗，即采用混合采光的方式。
     (2)、采光天窗的形式和布置：
 1）、矩形天窗：是沿跨间纵向升起局部屋面，在高低屋面的垂直面上开设采光窗而形成的，是我国单层工业厂房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。
 2）、锯齿形天窗：是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。
 3）、横向下沉式天窗：是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采光口形成的。
 4）、平天窗：是在屋面板上直接设置采光口而形成的。
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。
三、自然通风：
1、自然通风的基本原理：
 (1)、热压作用
 (2)、风压作用
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。由于室内外温差小，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：
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。侧窗开启方式有：上悬、中悬、平开和立转四种，其中立转窗通风效果最好。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。
2）、通风天窗的类型：
① 、矩形通风天窗。
②、下沉式通风天窗。
③、开敞式厂房。
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重要作用。在布置热源时，要注意以下几点：
① 利用穿堂风的风向，热源应布置在复杂主导风向的下风向；
② 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；下
沉式天窗，热源应与下沉底板错开布置。
③ 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。
④ 连续多跨均为热跨时，可将跨间分离布置，以便缩短进排气口的路径。
第四节    单层厂房立面设计及内部空间处理
一、立面设计：
    1、影响立面设计的因素主要有以下几个方面：
       (1)、使用功能的影响
       (2)、结构形式的影响
       (3)、气候、环境的影响
    2、立面的处理方法：
    (1)、墙面划分：
       1）垂直划分。
       2）水平划分。
       3）混合划分。
    (2)、墙面的虚实处理：
    厂房立面中，窗洞面积的大小是根据采光和通风要求来确定的。窗与墙的比例关系不同，会产生不同的艺术效果。当窗面积大于墙面积时，立面以虚为主，显得明快、轻巧；当窗面积小于墙面积时，立面以实为主，显得稳重、敦实；当窗面积接近墙面积时，虚实平衡，显得安静、平淡，运用较少。
    (3)、墙面的节奏感：
在建筑立面上，相同构件或门窗有规律的变化，给人以节奏感。厂房在这方面有充分的表达能力。如成排的窗子、遮阳板等，辅以水平或竖向划分，使立面具有强烈的节奏感和方向感。
 二、厂房内部空间的处理：
    1、厂房使用功能的影响：
厂房的内部空间应满足生产功能的要求，同时也应考虑空间的艺术处理。
    2、设备管道的影响：
首先，管道的布置及排列应组织得有条不紊；另外，建筑师可以通过与设备供应商及厂方协商，选择体形优美、色彩悦目的机床；用颜色区分主要及辅助设备，同时结合室内建筑构件，整体构图，从而获得既具有明显的组织性、规律性，又具有协调统一的视觉效果。
    3、室内空间利用的影响：
    车间内部可利用柱间、墙边、门边及平台下等不影响工艺生产的空间设置生活间，这样，可以充分利用空间。另外，考虑生活间造型、色彩及材质的搭配，可以活跃车间的气氛，创造一个良好的工作环境。
    4、室内小品及绿化的影响：
    室内布置建筑小品和绿化，可以使人产生亲切感，减少工人的疲劳，使工人在轻松、自然地环境中工作，提高劳动生产效率。
    室内小品及绿化应布置在食堂、休息等人流密集的地方，绿化也可采用水平或垂直布置。
    5、建筑色彩的影响：
    目前，工业建筑上对色彩的运用，主要有以下几个方面：
    ①、红色：用以表示电器、火灾的危险标志；禁止通行的通道和门；防火消防设备；高压电的室内电裸线；电器开关起动构件；防火墙上的分隔门。
    ②、橙色：用以表示危险标志。用于高速转动的设备、机械、车辆、电器开关柜门；也用于有毒物品及放射性物品的标志。
    ③、黄色：用以表示警告的标志。用于车间吊车、吊钩、户外大型起重运输设备、翻斗车、推土机、挖掘机、电瓶车。使用中常涂刷黄色与白色、黄色与黑色相间的条纹，提示人们避免碰撞。
    ④、绿色：安全标志。常用于洁净车间的安全出入口的指示灯。
    ⑤、蓝色：多用于上下水道，冷藏库的门，也可用于压缩空气的管道。
    ⑥、白色：界线标志，用于地面分界线。