第20章单层工业建筑设计.doc

【精品文档】如有侵权，请联系网站删除，仅供学习与交流第20章单层工业建筑设计.精品文档.第20章 单层工业建筑设计【教学目的】通过本章学习，使学生对了解单层厂房的类型与构件组成，学习如何选择单层厂房的柱网，掌握单层厂房的剖面设计，熟悉单层厂房的屋面排水设计，理解和掌握单层厂房的定位轴线设计。最终达到理解和掌握单层工业建筑设计的基本原则和方法。【教学要求】：通过本章学习，学生能够 1、了解单层厂房的类型与构件组成； 2、单层厂房柱网的确定原则；3、掌握单层厂房的剖面设计依据和方法；4、熟悉单层厂房的屋面排水设计；5、理解和掌握单层厂房的定位轴线设计方法。【学习重点与难点】本章重点：单层厂房的柱网选择、剖面设计。本章难点：单层厂房的定位轴线设计。【重要知识点】柱网的定义、厂房高度的定义、柱顶标高的确定、横向定位轴线、纵向定位轴线20.1 单层工业建筑的结构类型与构件组成单层工业建筑的结构支承方式可以分为承重墙支承与骨架支承两类。只有当工业建筑的跨度、高度、吊车荷载较小时才用承重墙承重结构，而当工业建筑的跨度、高度和吊车荷载较大时，则多采用骨架承重结构。骨架结构系由柱子、屋架或屋面大梁（或柱梁结合或其他空间结构）等承重构件组成。其结构体系可以分为刚架、排架及空间结构。其中以排架最为多见，因为梁柱间为铰接，可以适应较大的吊车荷载。在骨架结构中，内外墙一般不承重，只起到围护或分隔作用。骨架结构在内部可提供宽大通畅的空间，有利于生产工艺及其设备的布置、工段的划分，也有利于生产工艺的更新和改善。20.1.1排架结构体系排架结构按材料可分为砌体结构、钢筋混凝土结构和钢结构。1.砌体结构它由砖石等砌块砌筑成柱子，钢筋混凝土屋架(或屋面大梁)、钢屋架等组成，如图20-1-1所示为砖柱、组合屋架的工业建筑。 图20-1-1 砖砌体结构工业建筑2.钢筋混凝土结构这种骨架结构多采取预制装配的施工方式。结构构成主要由横向骨架、纵向连系构件以及支撑构件组成，如图20-1-2所示。横向骨架主要包括屋面大梁(或屋架)、柱子、柱基础。纵向构件包括屋面板、连系梁、吊车梁、基础梁等。此外，垂直和水平方向的支撑构件用以提高建筑的整体稳定件。 图20-1-2 装配式钢筋混凝土排架及主要构件 1-边列柱；2-中列柱；3-屋面大梁；4-天窗架；5-吊车梁；7-基础梁；8-基础 9-外墙；10-横梁；11-屋面板；12-地面；13-天窗扇；14散水；15-风荷载这种结构建设周期短，坚固耐久，与钢结构相比可节省钢材，造价较低，故在国内外工业建筑中应用十分广泛。但是其自重大，抗震性能比钢结构工业建筑差。图20-1-3所示为这种骨架结构几种常见的预制钢筋混凝土拄的形式。 图20-1-3 几种常见预制钢筋混凝土柱（a）矩形柱；（b）工子型柱；（c）（d）双肢柱；（e）管柱3.钢结构 钢结构工业建筑的主要承重构件全部采用钢材制作，如图20-1-4所示。这种骨架结构自重轻，抗震性能好，施工速度快，主要用于跨度巨大、空间高、吊车荷载重、高温或振动荷载大的工业建筑。对于那些要求建设速度快，早投产、早受益的工业建筑也采用钢结构。但钢结构易锈蚀，保护维修费用高，耐久性能较差，防火性能差，使用对应采取必要的防护措施。设计中究竟选择哪种骨架结构，应当根据工业建筑的用途、规模、生产工艺和起重运输设备、投资、施工条件、材料供应情况等因素综合分析而定。 图20-1-4 钢结构工业建筑20.1.2其他结构体系单层工业建筑的承重结构除上述排架结构外，还有其他形式结构。其中一类是屋顶部分并非像排架那样采用屋架及连系构件系统，而是改用轻型屋盖，如v型折板结构、单面或双面曲壳结构、或者网架结构，如图20-1-5所示。这类结构均属空间结构，其共同特点是受力合理，能充分地发挥材料的力学性能，空间刚度大，抗震性能较强。缺陷在于施工复杂，大跨及连跨工业建筑使用时受限制较大。另一类是如门式刚架(图20-1-6)、 T形板等特殊结构。门式刚架(简称门架)，是一种梁柱合一的结构形式，可用期筋混凝土制作，也可用钢结构制作；而T形板用作竖向承重构件时相当于墙柱结合的构件。但刚架属于平面结构体系，不能够承受较大的吊车荷载。 图20-1-5 薄壳式屋顶结构 图20-1-6 门式刚架结构20.2单层工业建筑的柱网选择柱子在工业建筑平面上排列所形成的网格称为柱网。如图20-2-1所示，柱子纵向定位轴线之间的距离称为跨度，核向定位轴线之间的距离称作柱距。柱网尺寸是由跨度和柱距确定的，柱网的选择实际上就是选择工业建筑的跨度和柱距。工艺设计人员根招工艺流程和设备布置状况，对跨度和柱距提出初始的要求，建筑设计人员在此基础上、依照建筑及结构的设计标准，最终确定工业建筑的跨度和柱距。柱网确定的原则是：图20-2-1 柱网布置示意1-柱子；2-机床；3-柱基础轮廓1.满足生产工艺要求 跨度和柱距要满足设备的大小和布置方式、材料和加工件的运输、生产操作和维修等生产工艺所需的空间要求。2.平面利用和结构方案经济合理跨度和柱距的选择要使平面的利用和结构方案达到经济合理。工业建筑由于工艺的要求，常将个别大型设备越跨布置，采用抽柱方案，上部用托架粱承托屋架(图20-2-2)。根据生产工艺实际情况，适当调整跨度和柱距，达到结构统一，充分利用面积，达到较好的经济效益。图20-2-2 跨越布置设备示意3.符合厂房建筑建筑模数协调标准(GBJ6-86)的要求。满足厂房建筑建筑模数协调标准(GBJ6-86)的要求。该标准规定，当工业建筑跨度<l8m时，应采用扩大模数30M的尺寸系列，即跨度可取9m、12m、15m。当跨度尺寸18m时，按60M模数递增，即跨度可取18m、24m、30m和36m。柱距采用60M系列，即6m、12m、18m等。4.扩大柱网及其优越性现代工业生产的生产工艺、生产设备和运输设备在不断更新变化、且其周期越来越短。为适应这种变化、工业建筑应具有相应的灵活性与通用性，在设计中还应考虑可持续性使用，扩大挂网是途径之一。将柱距由6m扩大至12m、18m乃至24m，如采用柱网(跨度×柱距)为12m×12m、15m×12m、18m×12m、24m×l2m、18m×18m、24m×34m等。采用钢结构工业建筑，大柱网更易于实现。 有研究成果证明扩大柱网的主要优点是：可以有效提高工业建筑面积的利用率；有利于大型设备的布置及产品的运输；能提高工业建筑的通用性，适应生产工艺的变更及生产设备的更新；有利于提高吊车的服务范围；能减少建筑结构构件的数量，并能加快建设速度。20.3 单层工业建筑剖面与屋面排水方式剖面设计是厂房建筑设计的一个组成部分。在厂房剖面设计时主要是从厂房建筑空间处理上使它满足生产对厂房提出的各种要求。厂房剖面设计的具体任务是：确定厂房高度，选择厂房承重结构及围护结构方案，处理车间采光、通风等问题。剖面设计应满足以下要求：厂房剖面设计要适应工业生产所需要的足够空间；具备良好的采光和通风条件；(3)屋面排水和满足室内保温隔热的围护结构；(4)经济合理的结构方案；(5)为提高建筑工业化创造条件。20.3.1 工业建筑高度的确定1.生产工艺对工业建筑剖面设计的影响 单层工业建筑剖面设计是在平面设计的基础上进行的，剖面设计着重解决建筑在垂直空间方面如何满足生产的各项要求。 生产工艺对工业建筑剖面设计影响很大，生产设备的体形大小，工艺流程的特点，生产状况，加工件的体量与重量，起重运输设备的类型和起重量等都直接影响工业建筑的剖面形式。2.单层工业建筑的高度单层工业建筑的高度是指由室内地坪到屋顶承重结构最低点的距离。在一般情况下，它与柱顶距离地面的高度基本相等，因此经常用柱顶标高来代表和衡量工业建筑的高度。屋顶承重结构是倾斜的，其计算点应算到屋顶承重结构的最低点。同时，柱子的长度应满足模数协调标准的要求。图20-3-1 工业建筑高度的确定(1)柱顶标高的确定1)无吊车工业建筑 在无吊车工业建筑中，柱顶标高是按最大生产设备高度及安装检修所需要的净空高度来确定的，且应符合工业企业设计卫生标准(TJ3679)的要求，同时柱顶标高还必须符合扩大模数3M(300mm)数列规定。无吊车工业建筑柱顶标高一般不得低于3.9m，以保证室内最小空间，同时满足采光、通风的要求。2)有吊车工业建筑柱顶标高关系(如图20-3-1) 在有吊车的厂房中，不同的吊车对厂房高度的影响各不相同。对于采用梁式或桥式吊车的厂房来说：其柱顶标高可按下式来计算：柱顶标高HH1十H2轨顶标高H1h1十h2十h3十h4十h5轨顶标高至柱顶高度H2h6十h7 式中：h1需要跨越的最大设备高度；h2起吊物与跨越物之间的安全距离，一般为400-500mm；h3起吊的最大物件高度；h4吊索最小高度，根据起吊物件的大小和起吊方式决定，一般大于1m；h5吊钩至轨顶面的距离，由吊车规格表中查的；h6轨顶至吊车小车顶面的距离，由吊车规格表中查得；h7 小车顶面至屋架下弦底面之间的安全距离，应考虑到屋架的扰度、厂房可能不均匀沉陷等因素，最小尺寸为220mm，湿陷黄土地区一般不小于300mm。如果屋架下弦悬挂有管线等其他设施时，还需要加必要的尺寸。 根据厂房建筑模数协调标准的规定，柱顶标高H应为300mm的倍数。轨顶的标高H1应为600mm的倍数。由于吊车梁的高度、吊车轨道及其固定方案的不同，计算得出的轨顶标高(H1)可能与工艺设计人员所提出的轨顶标高有差异。最后轨顶标高应等于或大于工艺设计人员提出的轨顶标高。H1值重新确定后，再进行H值的计算。工业建筑高度对造价有直接影响，因此在确定工业建筑高度时，注意有效地利用和节约空间，对降低建筑造价具有重要意义。如图20-3-2和图20-3-3所示的处理方法，避免了提高整个工业建筑高度，减少空间浪费。图20-3-2 利用降低设备地坪降低 图20-3-3 利用屋顶空间布置设备降 工业建筑高度 低工业建筑高度为了简化结构、构造和施工，当相邻两跨间的高差不大时，可采用等高跨，虽然增加了用料，但总体还是经济的。基于这种考虑，我国工业建筑统一化基本规则规定：在多跨工业建筑中，当高差值等于或小于1.2m时不设高差；在不采暖的多跨工业建筑中，高跨一侧仅有一个低跨，且高差值等于或小于1.8m时，也不设置高差。另外，有关建筑抗震的技术文件还建议，当有地震设防要求时，上述高差小于2.4m宜做等高跨处理。(2)室内地坪标高的确定厂房室内地坪的绝对标高是在总平面时确定的。室内地坪的相对标高实质上就是室内地坪相对于室外地面的高差，定为±0.000。确设这样一个高差的目的是防止雨水浸入室内，同时考虑到单层工业建筑运输工具进出频繁，若室内外高差值过大则出入不便，故一般取150-200mm，且一般用坡道相连接。如果在地形平坦的地段建造厂房，考虑到厂房的使用性质，通常室内只有一个标高；若地形情况比较复杂，在建设地段出现不同标高时，设计中，为减少土方量、减低造价，应因地制宜地结合地形等各方面情况进行考虑。可将车间跨度顺着等高线布置，以适应生产工艺流程及运输的需要。在工艺允许的条件下，也可将车间各跨分别布置在不同的标高上（如图20-3-4），工艺流程由高跨处向低跨流动，利用物体的自重进行运输，以减少运输费和动力消耗。若跨度垂直等高线，地形坡度较陡时，可采用“天平地不平”的处理方法。即在同一跨内将地坪分段布置在不同标高的台阶上，内部承重构件及屋顶高度不受影响（如图20-3-5）。当厂房内有两个以上不同的地坪面时，主要地坪面的标高为±0.000。图20-3-4 厂房的室内地坪标高（a）铸工车间；（b）利用地形较低一端设置底下室1-大件造型；2-熔化；3-炉料；4-小件造型图20-3-5 厂房垂直于等高线布置20.3.2天然采光白天，室内通过窗口取得天然光进行照明的方式称为天然采光。由于厂房采光的效果之间关系到生产效率、产品质量以及工人的劳动卫生条件，它是衡量厂房建筑质量标准的一个重要因素。因此，厂房采光设计就是根据室内生产对采光的安求来确定窗口大小、形式及其布置、保证室内采光强度、均匀度及避免眩光。采光面积的多少是根据采光的要求。按采光系数的标准值进行计算的。天然采光的基本要求 满足采光系数最低值的要求 室内工作面上应有一定的光线光线的强弱是用“照度”(即单位面积上所接受的光通量)来衡量的。由于室外天然光线变化、室内的照度也随着变化。因此不能用这个随时变化的照度值来表示室内某点的采光情况，而是用室内外照度的相对值表示，即室内工作面上某一点的照度En与同一时刻室外全云天水平面上天然光照度E的百分比称为室内某点的采光系数C。C=En/E×100%式中：En室内工作面上某点照度lx； E同一时刻室外全天无云天地面上的天空扩散照射下的照度lx； 在采光设计中，以此不变的采光系数作为厂房采光设计的标准。 在单层厂房天然采光设计中，为满足车间内部有良好的视觉工作条件，生产车间工作面上的采光系数最低值不应低于工业企业采光设计标准TJ-33-79中规定的数据（如表20-3-1）表20-3-1生产车间工作面上的采光系数最低值 要判断工作面上采光系数是否满足设计要求，应该选择厂房的典型剖面工作面上采光最不利点进行检验。工作面一般距地面为1m高的水平面。在横剖面上进行检验，具体做法是连接各点采光系数值形成采光曲线，它反映该剖面的采光情况（图20-3-6）。图20-3-6 采光曲线示意图满足采光均匀度的要求 所谓采光均匀度是指假定工作面上的采光系数最低值与平均值的比值。设计中要求工作面上各处的照度均匀，不能出现过于明亮或阴暗的情况，以避免视力疲劳而影响操作。工业企业采光设计标准中对此作了规定：“当为顶部采光时，-级采光登记的采光均匀度大于0.07，既相临两天窗中线间的距离应下于工作面至天窗下沿高度的两倍”。当为侧窗采光时由于照度变化大，不可能均匀，所以未做规定。除此之外，还应该避免在工作区内产生眩光，影响视力。采光面积的确定采光面积一般根据采光、通风等综合因素来确定。首先可大致确定窗面积，然后根据厂房对采光的要求进行校核，验证是否符合采光标准值。采光计算方法很多，由于一般厂房对采光要求不很精确，可按工业企业采光设计标准推荐的方法一窗地面积比(表20-3-2)估算窗面积。表20-3-2 窗墙面积比采光方式 按采光口在外围护结构上不同的位置分为三种方式(图20-3-7)：侧面采光、顶部采光以及侧面和顶部想结合的混合采光三种采光方式。早采光口面积相同的情况下，由于其所在的位置不同，采光的效果也是各不相同的。侧面采光图20-3-7单层厂房天然采光方式它可分为单侧采光和双侧采光两种方式。当房间较窄时采用单侧采光它的光自单侧采光的有效进深约为侧窗口上沿至工作面高度的两倍见图20-3-8；若进深增大则采光的有效范围，则需采用双侧采光或人工照明等方式。由于侧面采光的方向性强，故布置侧窗时，要避免可能产生的遮挡，在有桥式吊车的厂房中、吊车梁处不必开设侧窗就把外墙上的侧窗分为上下两段，形成高低侧窗。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。两者的有机结合、解决了较宽厂房采光的问题。高侧窗窗台宜高干吊车梁面约600mm，低侧窗窗台高度一般应略高于工作面高度工作面高度一般取1.0m左右(见图20-3-9)。在设计多跨厂房时可以利用厂房高低差来开设高侧窗，使厂房的采光均匀见图20-3-10。图20-3-8单侧采光光线衰减示意顶部采光（图20-3-7）当厂房为连续多跨时，中间跨无法通过侧窗进行采光，以满足工作面上的照度要求时，或侧墙上由于某种原因不能开设采光窗时，则可在屋顶上开设采光天窗（图20-3-11），采用顶部采光的方式解决厂房的天然采光温暖体。顶部采光容易使室内获得较均匀的光线，采光效率较侧窗高。但构造复杂，造价也较侧窗高。图20-3-9吊车梁遮挡光线与高低侧窗的位置关系图20-3-10 利用高低差处设高侧窗的厂房剖面混合采光（图20-3-7c） 由于侧窗采光的有效进深是有限的，当厂房深度超过侧窗采光的有效进深，或侧面采光不能满足要求时，则在屋顶上开设天窗加以补充，采用混合采光的方式解决天然采光问题。 采光天窗的形式和布置采光天窗的形式 采光天窗有多种形式，常见的有矩形、梯形、三角形、M形、锯齿形以及横向天窗、平天窗等(图20-3-12)。图20-3-11 单层厂房顶部采光示意矩形天窗(图20-3-12)：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，具有中等照度。是我国比较广泛采用的一种采光天窗。当厂房为南北向时，室内光线均匀。由于窗面垂直，积灰少，且易于防水。窗扇可开启，能兼起通风作用。它的缺点是组成构件类型多、结构复杂，自重大，造价高，增加了厂房高度，抗震性能不好。为了获得良好的采光效果矩形天窗的宽度b宜等于厂房跨度L的1/31/2，天窗的高宽比hb宜为0.3左右，不宜大于0.45，这是由于天窗过高对提高工作面照度的作用较小。图20-3-12 矩形天窗 M形天窗(图20-3-13)：是将矩形天窗的屋盖由两侧向内倾斜而形成。由于屋盖的倾斜，其内表面可增强光线的反射作用，同时，倾斜的屋盖可以引导气流。所以，M形天窗较矩形天窗的采光、通风都更有利。但构造较矩形天窗复杂，天窗屋面需设置内排水，或形成纵向长天沟外排水。图20-3-13 M形天窗图20-3-14 不同窗扇角度的锯齿形天窗 锯齿形天窗(图20-3-14)：是将厂房屋盖做成锯齿形窗设于垂直面上(有时也做成稍倾斜面)。这种天窗能利用天棚倾斜面反射光线。因此，采光效率比矩形天窗高。窗扇可开启，能兼起通风作用，窗口一般朝北或接近北向无直射阳光进入室内、能射进的阳光很少室内光线稳定。因此，对于要求光线稳定，要调节温湿度的厂房如纺织厂多采用这种天窗形式。其它，如印染厂、机械厂等也可采用。图20-3-15 横向下沉式天窗纵剖面及局部轴测投影图b-柱距图20-3-16平天窗布置示意图L跨度；1平天窗横向下沉式天窗(图20-3-15)：是将相邻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。横向下沉式天窗布置灵活，可根据使用要求每隔一个柱距或几个柱距布置，其造价较矩形天窗低。当厂房为东西向时，横向下沉式天窗为南北向。因此，横向下沉式天窗多用于朝向为东西向的冷加工车间。同时，它的排气路线短捷，可开设较大而积的通风口，通风量大。所以，它还适用于对采光、通风都有要求的热加工车间。其缺点是窗扇形式受屋架限制、不标准且构造复杂厂房纵向刚度较差。20-3-17结合屋盖结构形式设置天窗平天窗(图20-3-16)：是在屋盖上直接设置采光口而形成的。它可以成点、成块、或成带布置。平天窗的采光效率高，约为矩形天窗的22.5倍，并具有布置灵活、构造简单、施工方便、造价低等优点。缺点是对于太阳光直射车间易产生眩光、采田地区玻璃易结露、造成水滴下落、玻璃表面易积尘或积雪、玻璃破碎落下伤人、以及平天窗一般不起通风作用等，我国在实践中采取了一些措施(详见天窗部分)。由于平天窗有着明显的优点，故在冷加工车间的设计中应用较广泛。采光天窗的布置 采光天窗的布置须结合天图形式、屋盖结构和构造、厂房朝向、生产要求等因素综合考虑。概括起来有纵向布置(天窗带平行于屋脊)、横向布置(天窗带垂直于屋脊)、点式或块状布置等几种形式。纵向布置主要适用于朝向为南北向的厂房，多采用矩形、M形、梯形、锯齿形等天窗，也可采用平天窗做成采光带沿厂房屋脊纵向布置。为了屋面检修及消防人员在屋面上活动方便，常在第山墙及横向变形统两侧柱间不设天窗。当天窗太长时，可将天窗分段布置，分段处柱间不设天窗。横向布置主要适用于朝向为东西向的厂房，多采用横向下沉式天窗，平天窗也可做成横向布置。点式或块状布置一般采用乎天窗，根据使用要求，在屋面上灵活地布置采光口，采光均匀性好。选择采光天窗形式及布置方式应结合屋盖结构形式。如采用屋架(或屋面梁)上铺屋面板的屋益可采用矩形、梯形、M形、乎天窗等多种形式的天窗，而采用折板、马鞍形壳板的屋盖则可利用屋面板上下布置形成的高差设置横向天窗(图20-3-17)，采用壳体结构的厂房可利用壳体边缘凸起的弧形部分设置天窗(图20-3-18)。图3-20-18 壳体屋盖采光天窗的布置20.3.3 自然通风20.3.3.1 自然通风的基本原理单层厂房自然通风是利用空气的热压和风压作用进行的。(1) 热压作用由于厂房内部人体散发的热量、机械加工生产的热量提高了室内空气温度，使空气体积膨胀，密度变小而自然上升；室外空气温度相对较低，密度较大，便由外围护结构下部的门窗洞口进入室内，加速了室内热空气的流动。新鲜空气不断进入室内，污浊空气不断排出，如此循环，达到通风的目的。这种利用室内外冷热空气产生的压力差进行通风的方式，称为热压通风。图20-3-19表示设矩形天窗的单层单跨厂房利用热压通风的示意图。热压值按下列公式计算：PH(r外-r内)式中：P热压(kgm²)；H进风口中心线至排风口中心线的垂直距离（m）；r外室外空气密度(kgm³)；r内室内空气密度(kgm³)。该公式的物理意义是：热压值的大小与上下进排风口中心线的垂直距离和室内外空气密度差成正比。所以，在无天窗的厂房中，应尽可能提高高侧窗的位置，降低低侧窗的位置，以增加进排风口的高差。而中部侧窗可采用固定窗或便于开关的中悬窗。(2)风压作用 当风吹向建筑物时(图20-3-20)，建筑物迎风面AA(剖面)及AD(平面)的空气压力增加，超过一个大气压，迎风面AAD区域为正压区，用符号“十”表示；当风越过建筑物迎风面时，根据单位时间流量相等的原理，则风速加大，使建筑物顶面、背面和侧面均形成小于一个大气压的负压区，用符号“-”表示。在建筑物中，正压区的洞口为进风口，负压区的洞口为排风口。这样，就会使室内外空气进行交换。这种由于风而产生的空气压力差称为风压通风。在剖面设计中，应根据自然通风的热压原理和风压原理，正确布置进风口和排风口的位置。尽管各个风向的频率不等，但是，风可以从任何方向吹来。所以，建筑设计应考虑各个风向都有进风口和排风口，合理组织气流，达到通风换气的目的。应当指出，为了增大厂房内部的通风量，应考虑主导风向的影响特别是夏季主导风向的影响。20-3-19热压通风示意图20-3-20风绕房屋流动时压力状况示意20.3.3.2 冷加工车间的自然通风 冷加工车间室内无大的热源，室内余热量较小，一股按采光要求设置的窗，其上有适当数量的开启扇和为交通运输设置的门就能满足车间内通风换气的要求，故在剖面设计中，着重在天然采光的设计上，而对于自然通风的处理上应使厂房纵向垂直于夏季主导风向或不小于45倾角，并限制厂房宽度(当风吹进室内以后，压力会逐渐减小，最多能达到50-60m左右即消失)。在侧墙上设窗，在纵横贯通的端部或在横向贯通的侧墙上设置大门以及室内少设或不设隔墙，使其有利于“穿堂风”的组织。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。 20.3.3.3 热加工车间的自然通风 热加工车间在生产时产生大量余热和有害气体，尤其要组织好自然通风。因为车间内的热源使室内外温差增大，热压值随之增加，从而增强了自然通风。在剖面设计中，应合理布置进、排风口的位置，尽可能增大月值，并选择良好的通风又窗形式。(1) 进、排风口的布置（图20-3-21）图20-3-21 寒冷地区低侧窗进风口位置（a）夏季使用时的开启位置；（b）冬季使用时窗的开启位置根据热压原理，热压值的大小与进、排风口的中心线距离月成正比。所以，热加工车间进风口布置得越低越好。南方炎热地区进风口低侧窗窗台标高，可以低于lm；北方寒冷地区热车间的低侧窗可分为上下两排，夏季将下排窗开启，上排窗关闭(图20-3-21(a)。冬季上排窗开启，下排窗关闭(图20-3-21(b)，透免冷风吹向人体。为了提高热加工车间的通风能力和便于窗扇启闭，低侧窗宜采用平开窗或立旋窗，尤其以立旋窗为最佳。因为它的开启角度可随风向来调节，能得到最大的通风量，如图20-3-22排风口的位置应尽可能高一些，一般设在柱顶处，如图20-3-23(a)。当设有天窗时，天窗位置一般在屋脊处，如图20-3-23(b)。另外天窗宜设在散发热量较大的设备上方，如图20-3-23(c)。这样做可缩短通风距离，较快地排除热空气。外墙中间部分的侧窗，一般不按进、排风口设计，以免影响下部进风口的进气量和气流速度，但应按采光窗设计。为了开关方便，中侧窗常采用固定窗或中悬窗，很少采用上悬窗。图20-3-22 单层厂房常用侧窗开启方式(2)通风天窗的类型 无论是多跨或单跨热车间，仅靠高低侧窗通风往往不能满足车间的生产要求，一般都在屋顶上设置天窗。以通风为主的天窗称为通风天窗。通风天窗的类型主要有矩形通风天窗和下沉式通风天窗两种。 矩形通风天窗 除了风速为零的情况以外，热车间的自然通风是在风压和热压的共同作用下进行的。其空气流动出现三种状态，当风压小于热压时，不仅背风面排风口可以排气，迎风面排风口也能排气。但由于迎风面风压的影响，使排风口排气量减小，见图20-3-24(a)；图20-3-23 排风口布置图20-3-24风压和热压共同作用下的三种气流状况示意图当风压等于热压时，迎风面排风口不能排气，但背风面排风口照样能排气，见图20-3-24(b)；当风压大于热压时，迎风面的排风口不但不能排气，反而出现风倒强的现象，阻碍室内空气的热压排风，见图20-3-24(c)，这时如果关闭迎风面排风口、打开背风面的排风口，则背风面排风口也能排气。但是，风向是随时变化的，耍随着风向不断开启或关闭排风口是困难的。因此，应采取措施防止迎风面对室内排气口产生的不良影响。虽有效的办法，是在迎风面距离排风口一定距离的地方设置挡风板。由于风可以从各个方向吹来，因此，矩形天窗的两侧均应设置挡风板，无论风从何处吹来，均可使排风口始终处于负压区。没有挡风板的矩形天窗称为矩形通风天窗或避风天窗。在无风时，车间内部靠热压通风，有风时，风速越大则负压区绝对值也越大，排风量也增大。挡风板至矩形天贸的距离以等于排风口高度的1.1-1.5倍为宜。 当平行等高跨两矩形天窗排风口之水平距离L小于或等于天窗高度h的5倍时，可不设挡风板，因为该区域的风压始终为负压，如图20-3-25所示。下沉式通风天窗 在屋顶结构中，一部分屋面板铺在屋架上弦上，另一部分屋面板铺在屋架下弦上。屋架上弦与下弦之间空间构成在任何风向下均处于负压区的排风口，这样的天窗称为下沉式通风天窗。图20-3-25平行等高跨两天窗之间不设挡风板的条件下沉式通风天窗有三种形式： 井式通风天窗：每隔一个或几个性距将部分屋面板搁置在屋架下弦上形成一个个的“井”式天窗处于屋顶中部的称为中井式天窗(图20-3-26)，设在边部的称为边井式天窗。 纵向下沉式通风天窗：将部分屋面板沿厂房纵向搁置在屋架下弦上形成的天窗称为纵向下沉式通风天窗(图20-3-27)。它可布置在屋脊处或屋脊两侧。图20-3-26 井式通风天窗 图20-3-27纵向下沉式通风天窗 横向下沉式通风天窗：沿厂房横向将一个性距内的屋面板全部搁置在屋架下弦上所形成的天窗称为横向下沉式通风天窗(图20-3-15)，这种天窗采光均匀，排气路线短适用于对采光、通风都有要求的热车间。在东西朝向的车间中，采用横向下沉式天窗可减少直射阳光对厂房的影响。以上三种下沉式通风天窗布置的共同持点是：通风流畅，布置灵活。开敞式厂房我国南方及长江流域一带，夏季气候都很炎热。这些地区的热加工车间采用开敞式。所谓开敞式是指外墙不设窗扇而用挡雨板来代替(图20-3-28)。图20-3-28 开敞式厂房剖面图开敞式厂房的优点是：进、排气口的气流阻力系数小，通风量大；室内外空气交换迅速、散热快、通风降温显著；构造简单，造价比较低。它的缺点是：防寒、防雨、防风沙能力差；风速很大时，室内烟尘弥漫，通风不稳定。开敞式厂房适用于防寒、防雨、防风沙要求不高的车间。按照开敞式厂房的开敞部位，可分为四种形式，如图20-3-29所示。全开敞式厂房开敞面积大，通风、排热、排烟快。图20-3-29挡雨板间距与设计飘雨角的关系下开敞式厂房排风量大，排烟稳定，可避免风倒灌，但冬季空气直接吹至人身。上开敞式厂房冬季冷风不会直接吹至人体，但风大时，会出现倒灌现象。部分开敞式厂房，有一定的通风和排烟效果。在设计开敞式厂房时，应根据厂房的生产特点、设备布置、当地风速、夏季主导风向、设计挡雨角等因素来确定采用哪种形式。挡雨扳的出挑长度和垂直间距，应根据设计挡雨角度值来确定。挡雨板的尺寸根据所采用的建筑材料及构造方案来确定。图20-3-29中设计挡雨角是根据生产要求、雨滴大小及风速来确定的。防溅板高度一般为200mm。20.3.2单层工业建筑屋顶形式与排水方式常用的屋顶形式有两种：一种为多脊双坡屋顶长天沟排水（图20-3-30、图20-3-31）。特点是屋架受力合理，构件定型。但排水立管多，屋面易渗漏，施工较困难，造价偏高。另外一种为缓长坡屋顶(图20-3-32)，这种屋顶可避免多脊双坡屋顶的缺点，管网短，构造简单，可以减少维修和投资费用。采用压型钢板屋面时，坡度可减小到5%，既可节约室内空间，又可提高屋面的耐久性，特别适合严禁漏水以防引起爆炸事故的车间(如冶炼车间)等。图20-3-30 有组织内排水 图20-3-31 长天沟端部外排水图20-3-32 缓长坡屋顶外排水此外，从20世纪60年代起，美国、西欧以及前苏联发展乎屋顶工业建筑(图20-3-33)，主要用于机械厂，前苏联还推广应用于轧钢厂。国内也有应用实例，如成都机电设备仓库等，利用平屋顶和缓长坡屋顶种植蔬菜和花草，丰富了蔬菜供应，美化了环境，净化了空气，同时是隔热的良好措施。这种屋顶采用墙板时，可减少墙板类型，有利于建筑工业化。图20-3-33 平屋顶工业建筑20.4 单层工业建筑的定位轴线单层工业建筑定位轴线是确定工业建筑主要承重构件的平面位置及其标志尺寸的基准线，同时也是工业建筑施工放线和设备安装定位的依据。确定工业建筑定位轴线必须执行厂房建筑模数协调标准(GBJ6-86)有关规定。通常，把工业建筑长轴方向的定位轴线称为纵向定位轴线，相邻两条纵向定位轴线间的距离标志着工业建筑跨度。将短轴方向的定位轴线称为横向定位轴线，相邻两条横向定位轴线之间的距离标志着工业建筑柱距，如图20-4-1所示。图20-4-1 单层工业建筑定位轴线示意20.4.1横向定位轴线 横向定位轴线标定了纵向构件的标志端部，如吊车梁、联系梁、基础梁、屋面板、墙板、纵向支撑等。确定横向定位轴线应主要考虑工艺的可行性、结构的合理性和构造的简单可行。1.柱与横向定位轴线的关系除两顶端的边柱外，中间柱的截面中心线与横向定位轴线重合，而且屋架中心线也与横向定位轴线重合(图20-4-2)，纵向的结构构件如屋面板、吊车梁、连系梁的标志长度皆以横向定位轴线为界。图20-4-2 中柱与横向定位轴线的关系2.山墙与横向定位轴线的关系单层工业建筑的山墙按受力情况分为非承重山墙和承重山墙，两种情况的横向定位轴线是不同的。(1)非承重山墙 当山墙为非承重山墙时，山墙内缘与横向定位轴线重合，端部柱截面中心线应自横向定位轴线向内移600mm(图20-4-3)。端柱之所以要内移600mm，这是由于山墙内侧没有抗风柱，抗风柱上柱需与屋架上弦连接的构造得要求。而且可以便其与横向变形缝处定位轴线划分相一致，有利于结构构件的协调统一。2）承重山墙 当山墙为承重山墙时、承重山墙内缘与横向定位轴线的距离应按砌体块材的半块或半块的倍数、或者取墙体厚度的一半，如图20-4-4所示，以保证构件在墙体上有足够的结构支承长度。 （a） （b）图20-4-3 非承重山墙处端柱与横向 图20-4-4 承重山墙横向定位轴线定位轴线的联系 -墙体块材的半块（长）（a） 平面；（b）剖面 半块的倍数（长）或墙厚1-抗风柱；2-端部柱 的一半3.横向伸缩缝、防震缝部位柱与横向定位轴线的关系横向伸缩缝处一般采用双柱处理，为保证缝宽的要求，此处应设两条定位轴线，缝两侧柱截面中心均应自定位轴线向两侧内移600mm(图20-4-5)。两条定位轴线之间的距离称做插入距，用ai来表示。在这里，插入距ai等于变形缝宽ae。20.4.2纵向定位轴线纵向定位轴线标定横向构件屋架或屋面大梁标志尺寸的端部位置，也是大型屋面板边缘的位置。工业建筑纵向定位轴线的确定原则是结构合理、构件规格少、构造简单，在有吊车的情况下，还应保证吊车运行及检修的安全需要。1.外墙、边柱与纵向定位轴线的关系 在有吊车的工业建筑中、厂房建筑模数协调标准GBJ6-86对吊车规格与工业建筑K跨度的关系为： LkL2e其中Lk一吊车跨度，即吊车两轨道中心线之间的距离，m；L工业建筑跨度，m；e吊车轨道中心线至纵向定位轴线的距离，mm，一般取750mm，当吊车起重量大于50t或者为重级工作制需设安全走道板时，取1000mm(图20-4-6)。图20-4-5 伸缩缝处双柱处理由(图20-4-6)可知：e=H十Cb十BH上柱截面宽度，mm根据工业建筑高度、跨度、柱距及吊车起重量确定；B吊车桥架端部构造长度，mm，即吊车轨道中心线至吊车端部外缘的距离；Cb吊车端郊外缘至上柱内缘的安全净空尺寸(mm)，当吊车起重量Q 50t时，Cb80mm；Q75t时，Cb100mm。Cb值主要考虑吊车和柱子的安装误差以及吊车运行中的安全间隙。 由于吊车起重量、工业建筑柱距、跨度不同、是否有安全走道板等条件，边柱外缘纵向定位轴线的关系有两种情况：(1)封闭式结合在无吊车或只有悬挂式吊车，以及柱距为6m