14 单层厂房设计.doc

第14章 单层厂房设计学习目标：1、了解单层厂房的组成，2、掌握单层厂房平面设计、剖面设计、立面设计的基本原理和方法。 3、重点掌握单层厂房剖面高度计算，天然采光和自然通风的基本原理，单层厂房定位轴线划分的原理和方法14.1 厂房的组成14.1.1 功能组成单层厂房的功能组成是有生产性质、生产规模和工艺流程所决定的，它一般由主要生产工部、辅助生产工部及生产配套设施房间组成。这些部位布置在一幢厂房或几幢厂房内，满足厂房的功能要求。图14-1是一个金工车间，它包括机械加工，装配两大生产工部和为生产配套的高压配电、油漆调配、水压试验、动力平衡场地等房间。图14-1 某金工车间平面图1高压配电；2管理；3油漆调配4水压试验；5动力平衡场地；6中间库；7工具分发14.1.2 构件组成目前，我国单层工业厂房一般采用的结构体系是装配式钢筋混凝土排架结构。这种体系有两大部分组成，即承重构件和围护构件（图14-2）图14-2 单层厂房的构件部位示意1、承重构件（1）排架柱：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。（2）基础：它承受柱和基础梁传来的全部荷载，并将荷载传给地基。（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，通过屋架将荷载传给柱。（4）屋面板：它铺设在屋架、棱条或天窗架上，直接承受板上的各类荷载（包括屋面板自重，屋面维护材料，雪、积灰及施工检修等荷载），并将荷载传给屋架。(5) 吊车梁：它设在柱子的牛腿上，承受吊车和起重的重量，运行中所有的荷载（包括吊车自重、起吊物体的重量以及吊车起动或刹车所产生的横向刹车力、纵向刹车力以及冲击荷载），并将其传给框架柱。(6) 基础梁：承受上部砖墙重量，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，承受风荷载和上部墙体的荷载，并将荷载传给纵向柱列。(8) 支撑系统构造：它分别设在屋架之间和纵向柱列之间，其作用是加强厂房的空间整体刚度和稳定性，它主要传递水平荷载和吊车产生的水平刹车力。(9) 抗风柱：单层厂房山墙面积较大，所受风荷载也大，故在山墙内侧设置抗风柱。在山墙面受到风荷载作用时，一部分荷载由抗风柱上端通过屋顶系统传到厂房纵向骨架上去，一部分荷载由抗风柱直接传给基础。2、围护结构(1) 屋面：单层厂房的屋顶面积较大，构造处理较复杂，屋面设计应重点解决好防水、排水、保温、隔热等方面的问题。(2) 外墙：厂房的大部分荷载由排架结构承担，因此，外墙是自承重构件，除承受墙体自重及风荷载外，主要起着防风、防雨、保温、隔热、遮阳、防火等作用。(3) 门窗：供交通运输及采光、通风用。(4) 地面：满足生产及运输要求，并为厂房提供良好的室内劳动环境。14.2 平面设计单层厂房的平面设计，应从以下几个方面考虑：首先是单体厂房与工厂总平面的关系；其次是生产工艺流程对厂房平面设计所提出的要求；还应考虑车间生产特征对平面设计的作用和影响等。14.2.1 总平面对平面设计的影响一个工厂是由很多建筑物和构筑物组成。工厂总平面设计是根据全厂的生产工艺流程、交通运输、卫生、防火、风向、地形、地质等条件确定建筑物、构筑物的相对位置；合理地组织人流和货流避免交叉和迂回；布置地上和地面的各种工程管线；进行厂区竖向布置及美化和绿化厂区等。在布置建筑物和构筑物时，应保证各建筑物之间生产运输线最短，不迂回不交叉，避免相互干扰，并保证各建筑物之间的卫生防火等要求。工厂总平面图一般都分生产区和厂前区两部分。在生产区中布置主要生产厂房和辅助建筑、动力建筑、露天和半露天的原料堆场和备品及成品仓库，水塔和泵房等。在厂前区布置行政办公楼、门房等。因此，当厂房在总图位置确定后，其平面设计又不能不受总图布置的影响和约束。一般说来，工厂总平面图在人物流组织、地形和风向等方面对厂房平面形式有着直接影响。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。形、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。14.2.2 生产工艺对平面设计的影响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。图14-3 金工装配车间平面组合示意1金属材料；2毛坯堆放；3机械加工；4拆卸装配；5成品库6工具分发；7试验及存放；8办公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。（1）单轨悬挂吊车：是在屋顶承重结构下部悬挂梁式钢轨，轨梁布置为直线或可转弯的曲线，在轨梁上设有可移动的滑轮组(或称神仙葫芦)，沿轨梁水平移动，利用滑轮组升降起重。起重量一般在3吨以下，最多不超过5吨。有手动和电动两种类型。（2）梁式吊车：悬挂式是在屋顶承重结构下悬挂钢轨，钢轨布置为两行直线，在两行轨梁上设有可滑行的单梁。支承式是在排架拄上设牛腿，牛腿上设吊车梁，吊车梁上安装钢轨，钢轨上设有可滑行的单梁，在滑行的单梁上装有可滑行的滑轮组，在单梁与滑轮组行走范围内均可起吊重物。梁式吊车起重量一般不超过5吨，有电动和手动两种（3）桥式吊车通常是在厂房排架柱上设牛腿，牛腿上搁吊车梁，吊车梁上安装钢轨，钢轨上放置能滑行的双榀钢桥架(或板梁)，桥架上支承小车；小车能沿桥架滑移，并有供起重的滑轮组。在桥架与小车行走范围内均可起吊重物。起重量从5吨至数百吨不等。起重时为电动。吊车上设有驾驶室，常设在桥架一端或根据要求确定其位置。如图14-4。图14-4 桥式吊车14.2.3 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、形、形等。下面介绍最常用的平面形式。1、矩形平面： 矩形平面中最简单的是单跨。它是构成其他平面形式的基本单位。当生产规模较大要求厂房面积较多时，常用多跨组合的平面，其组合方式多随工艺流程而异。有的将跨度平行布置，有的将跨度相垂直布置。平行跨布置适用于直线式的生产工艺流程，即原料由厂房一端进入，产品由另一端运出。同时，它也适用于往复式的生产工艺流程。这种平面形式较其他形式平面各工段之间靠得较紧，运输路线短捷，工艺联系紧密，工程管线较短；形式规整，占地面积少；如整个厂房柱顶及吊车轨顶标高相同，结构、构造简单，造价省，施工快；在宽度不大的情况下室内采光通风都较容易解决。跨度相垂直布置适用于垂直式的生产工艺流程，即原料从厂房一端进入，经过加工最后到装配跨装配成成品或半成品出厂。这种平面形式的优点是工艺流程紧凑，零部件至总装配的运输路线短捷。其缺点是在跨度垂交处结构、构造复杂，施工麻烦。2、方形平面：方形平面是在矩形平面基础上加宽成为金丝正方形或正方形的厂房。其特点是当厂房面积相同时，比其他形式平面节约围护结构的周长大约25%。方形平面由于外墙面积的减少，不仅造价低，在寒冷地区的冬季还可减少外墙的热量损失，在炎热地区的夏季可减少太阳辐射对室内的影响。对于空调厂房则对节约能源大为有利。方形平面不只是通用性强，也有利于抗震，因此应用很多。3、L形、形、形平面： L、形平面的特点是厂房各部宽度不大，厂房周长较长，可以在较长的外墙上设置门窗，使室内的采光通风条件良好，有利于改善室内劳动条件。但这种形式平面都有纵横跨垂交，垂交处构件类型增多，构造复杂。如半封闭庭院堆物较高时则影响室内通风和采光。此外，由于平面形式复杂，地震时易引起结构破坏，为避免这种破坏不得不设防震缝。同时，外墙长度较长，造价及维修费均较高，室内各种工程管线也较长。因此，这种平面形式，如无特殊工艺需要，在工程实践中已趋于少用。图14-5 厂房平面形式14.2.4 柱网的选择在厂房中，为支承屋顶和吊车须设柱子。为确定柱位，在平面图上要布置定位轴线。在纵横定位轴线相交处设置柱子。柱子在平面上排列所形成的网格称之为柱网。柱子纵向定位轴线间的距离称之为跨度，横向定位轴线间的距离称之为柱距。柱网的选择实际上就是选择厂房的跨度和柱距。工艺设计人在设计时，根据工艺流程和设备布置对跨度和柱距大小提出了要求，有时还提出了一些特殊要求，如有时需越跨布置大型设备或有长尺产品越过柱距，一般柱距满足不了这种要求，这就要在一定长度范围内少设一根或几根柱子。建筑设计人员在选择柱网时要考虑下述各点的要求：1、满足生产工艺提出的要求2、遵守厂房建筑模数协调标准在钢筋混凝土平面结构中，厂房的距度尺寸和屋顶承重结构（屋架等）的跨度是统一的。柱距尺寸和屋面板，吊车梁跨度尺寸是统一的。因此，柱网尺寸不仅在平面上规定着厂房的跨度、柱距大小，而且还规定着屋架、屋面板、吊车梁的尺寸。为减少厂房构件的尺寸类型，提高厂房建设的工业化水平，必须对柱网尺寸作相应的规定。根据厂房建筑统一化基本规则规定，跨度小于18米时，跨度的增减采用扩大模数30米数列，即9米、12米、15米、18米。大于18米时，跨度的增减采用扩大按6M数列，即18米、24米、30米和36米。柱距采用扩大模数60米数列，即6米和12米。厂房山墙处抗风柱柱距宜采用扩大模数15M数列。在选择柱网尺寸时必须遵守这些规定。3、调整和统一柱网在某些情况下，因工艺要求，在内部柱列要拔掉一些柱子（即不设柱），这时将会出现大小柱距排列不一的现象，这会给结构布置、计算和施工带来复杂性。这时就要全面考虑调整柱距，最好使柱距统一。如某厂因产品（长10宽5米）要越跨，需拔柱处较多，经全面分析比较，最后确定采用统一的内部柱距为12米。内部柱距扩大以后（边柱距大多数采用6米），如仍采用6米长的屋面板时，为支承屋架（屋面大梁），在二柱间需设托架梁。托架梁跨度随柱距大小而定。图14-5 单层厂房柱网示意14.2.5 生活间设计1、生活间的组成及设备布置：根据车间生产性质、卫生要求、车间规模及所在地区条件不同等因素，生活间的组成大致如下：（1）生产卫生用室 包括存衣室、淋浴室、盥洗室等。根据某些生产特殊需要尚可包括洗衣房、衣服干燥室等，参看表14-1。表14-1 生产卫生用室按卫生特征分级卫生特征级别有 毒 物 质粉 尘其 他须设置的生产卫生用室（最低限）1极易经皮肤吸收引起中毒的剧毒物质（如有机磷、三硝甲基苯、乙基铅等）一 处理传染性材料，动物原料（如皮毛等）车间浴室，必要时设事故淋浴，便服及工作服应分设存衣室、洗衣房、盥洗室2易经皮肤吸收或有恶臭的物质，或高毒物质（如丙烯腈、吡啶、苯酚等）严重污染全身或对皮肤有刺激的粉尘高温作业、井上作业车间浴室，必要时设事故淋浴，便服及工作服可同室分开存放的存衣室、盥洗室3其他毒物一般粉尘（如棉尘）重作业车间（或厂区）附近设集中浴室，便服与工作服可同室存放，盥洗室4不接触有毒物质或粉尘，不污染或轻度污染身体（如仪表、金属冷加工、机械加工等）一一浴室（可在厂区或居住区内设置），工作服（可在车间适当地点存放或与休息室合并），盥洗室（2）生活卫生用室 包括休息室、厕所等。特殊需要时尚可设置取暖室，冷饮制作间、饮水室、倒班休息室等。女工较多时尚应设置妇女卫生室。如车间距全厂服务设施较远且车间职工人数又较多时，还须考虑设置车间卫生站、婴儿哺乳室及托幼用室和存放自行车、摩托车的设施等。上述组成并非每个车间均需设置，设计时可参照工业企业卫生标准和各地已有经验合理的确定。（3）浴室、存衣室、厕所和盥洗室是生活间的主要组成部分，现结合实际需要，就其设计及平面布置问题简述于后。淋浴室 淋浴室应按卫生要求和生产污染程度选择不同的形式。淋浴室应考虑保温、排水、排气、防温。当附近无厕所时，淋浴室内应设厕所。若存衣室和淋浴室之间有一定距离时，淋浴室应设更衣间，更衣间应与淋浴分开，并设存衣设备和更衣凳。无特殊原因，浴室中一般不应设置浴池。淋浴室建筑面积可按每个淋浴器710m2估算。厂内或车间内使用浴室的人数可按最大班工人总数的93%计算，每一淋浴器可供815人使用。 盥洗室 盥洗室常与厕所、淋浴室等相邻布置。但在车间内部适当地点，如有粉尘、油垢污染手臂的工作岗位或休息室、值班室车间入口附近等处，分散布置若干盥洗设备，以便于工人就近使用。一般地，卫生特征1、2级的车间，其水龙头数按每2030人设一个，一般生产车间水龙头数按3140人设一个。散发有害物质、粉尘和污染油腻的生产车间，应供热水。厕所 厕所与作业地点的距离不宜过远，一般在75m左右。厕所应为水冲式，并有洗手设备和排臭防蝇措施。厕所蹲位数和民用建筑一样应按使用人数计算确定。存衣室 存衣室是为适应工人上下班更换和存放衣服的要求而设置。随着人们文化生活水平的不断提高，这种要求越来越强烈，因此，存衣室已成为生活间设计中的重要内容。存衣室和存衣设备应根据生产散发毒害的程度和使用人数设置。存衣室的存衣设备有衣钩、开放式衣柜及闭锁式衣柜等形式。衣钩及开放式衣柜占地少、较经济，但需专人管理。闭锁式衣柜占地面积大，价格较高，但不需专人照管，安全、方便，很受使用者欢迎。是目前广为采用的存衣设备。闭锁式衣柜按在册人数每人一柜设计。对不散发有害气体和粉尘，只污染手臂的生产和有辐射热及对流热的生产，工作服和便服可分格存放在同一柜中。污染全身的生产和散发有害气体、粉尘和处理有感梁危险材料的生产，以及为保证品质量而有特殊卫生要求的生产，工作服与便服应同室分开存放或分室存放，以保证卫生条件。存放柜尺寸受多种因素影响，设计时应全面考虑，以满足使用者需求。存衣柜应尽可能垂直于窗口布置，以利室内采光通风。为节省投资和便于管理，存衣室以集中布置较好。对每天下班后需淋浴的工人，其存衣室与淋浴室应临近布置。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：(1) 毗连式生活间：毗连式生活间是与厂房纵墙或山墙毗连而建，它用地较少，与车间联系紧密，使用方便，并可与车间共用一段墙，既经济又有利于室内保温，车间的某些辅助部分也可设在生活间底层。它常用于单层厂房的冷加工车间。但当生活间沿车间纵墙毗连时，易妨碍车间的采光与通风。当用于散发热量较大并有湿气及其它有害气体的厂房，其被生活间以遮挡部分不宜超过厂房全长的1/3，必要时，与生活间毗连的厂房边跨应增设天窗。 (2) 独立式生活间：独立式生活间是距厂房一定距离而建的。独立式生活间不受厂房影响和干扰，生活间布置灵活，卫生条件较好，故多有于南方和一些热加工或其它散发有害物及较大振动的车间、地下作业或几个车间联合用的生活间等。但独立式生活间占地较多，来往费时间，在北方或多雨地区可考虑以通廓与车间相连系，以免工人往返时受风吹雨淋。如生活间与车间之间来往通道与厂内主要运输路线交叉时，则通道应改为架空栈桥或隧道，以保证通行安全。独立式生活间的布置、层高及构造处理等均与民建筑相同。 (3) 厂房内部式生活间：在生产卫生状况允许时，充分利用车间内部空闲位置灵活布置生活间，使用方便，经济合理，很受欢迎。如厂房端部、操作平台下部等空闲部位，此外，中间仓库，工具室等常须设置顶盖，其上部亦多是闲置无用，利用这些空闲位置设置生活用室。沿厂房内墙附近、柱间等不便安放生产设备的空闲地段，或利用吊车“死角”等处，分散布置衣柜、盥洗设备。在南方地区也有将处墙侧窗以下做成匚型钢筋混凝土基础梁，利用其凹进部分设置工具箱及衣柜等。这样布置，便于工人就近利用，也可适当改变车间内部观瞻。14.3 单层厂房的剖面设计14.3.1 柱顶高度的确定1、无吊车厂房 柱顶标高是按最大生产设备高度和安装、检修时所需的净空高度确定。还应考虑到，避免由于单层厂房跨度大、高度低时易产生压抑感。从卫生角度，确定厂房高度时，还应遵守卫生标准的要求，应保证每人占有空间不小于13立方米、面积不小于4.0平方米。因而柱顶不得小于3.25米。柱顶标高还应符合300毫米的数列。砖混结构厂房的柱顶标高也可符合100毫米数列。2、有吊车厂房柱顶标高：H=H1H2轨顶标高：H1= h1h2h3h4h5轨顶至柱顶高度：H2= h6h7式中：h1需跨越最大设备，室内分隔墙或检修所需的高度 h2起吊物与跨越物间的安全距离，一般为400mm500mm h3起吊物体的最大高度 h4吊索最小高度，根据加工件大小而定，一般大于1000mm h5吊钩至轨顶面的最小距离，由吊车规格表中查得 h6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屋架下弦至小车顶面之间的安全间隙。此值应保证屋架产生最大挠度以及厂房地基可能产生的不均匀沉陷时，吊车能正常运行。国家标准通用桥式起重机界限尺寸中根据吊车起重量大小将h7分别定为300mm、400mm、500mm。如屋架下弦悬挂有管线等其他设施时，还需加必要的尺寸。图14-6 厂房高度的组成14.3.2 室内地坪标高的确定在一般情况下，单层厂房室内地坪与室外地面须设置高差，以防雨水浸入室内。但为了便于运输工具进出厂房和不加长门口坡道的长度，这个高差又不宜太大，一般取150毫米。 在通常地形较平坦的情况下，为便于工艺布置和生产运输，整个厂房地坪取一个标高。但在山区建厂时，由于地形起伏不同形成了高低交错的地貌。在这样地形建厂，如象在平坦地段那样将厂房地坪做成一个标高，势必要挖大量土石方，引起造价高，施工慢，厂房不能很快投产。因此在这样地形建厂时，应依山就势，因地制宜，选择厂房地坪标高，具体做法有两种情况:1、当厂房跨度平行等高线布置，地形坡度又较大时，若工艺条件许可，可将厂房不同跨度的地坪标高分别布置在不同的台阶上，以节省土石方及基础工程量。矿石被破碎以后进到选矿厂，在选矿时，磨细的矿粉浆由球磨间流进精选工段,这就要求厂房地坪要有一定的坡度，因而这种厂房一般都建于矿山附近的坡地上，依山就势，充分利用地形。由于炉料要直接加入化铁炉内，化铁炉的入料口以在一定高度上，因此把炉料跨布置在高台阶上，既可少挖土石方，又可使生产操作方便，节省能源。2、当跨度垂直等高线布置，地形坡度又较陡时，若工艺条件许可，可将同一跨度地坪分段布置在不同标高的台阶上，也可将局部做成两层。因场地较陡，将厂房地坪做成2米的高差，吊车轨顶仍保持同一标高。吊车将铁水运至低2米处进行浇注，对生产无影响又避免了大量土石方，节省开支，加快了工期。二者分别布置在不同标高的台阶上，为便于二进之间的运输联系，将木模库做成局部两层，将木模运至底层木模库内，再通过垂直运输运至第二层，由二层直接运往邻近的铸工车间，对生产工艺没有影响，又充分利用地形和剖面空间，缩短了生产线，取得了较好的效果。14.3.3 天然采光1、天然采光系数白昼间，室内通过窗口取得光线称之为天然采光。窗口大小、形式及其布置方式都直接影响室内光线。采光设计就是根据室内生产对采光的要求确定窗子大小、形式及其布置，保证室内采光的强度、均匀度及避免眩光。很明显，窗面积过小，使室内光线很暗，给工人生产操作、行走、运输造成困难，从而降低劳动生产率，影响产品质量，还容易造成工伤事故，也增加电能消耗。但也不能把窗面积开得过大，过大不仅提高厂房造价，而且冬夏季室外气象易影响厂房内部气温状况，增加能源消耗。因此，为使采光设计做到适用、经济，设计时应根据生产性质及其对采光的要求，按采光系数的标准值进行设计。照度是衡量照射在室内工作面上光线强弱的主要单位，即单位面积上所接受光通量请单击的多少。其单位用勒克司（lx）表示。在一平方米面积上均匀分布一个流明的光通量，其照度为一个勒克司（lx）。前面提到，室内工作面上光线的强弱以照度（lx）表示。但天然光线，由于季节、天气晴、阴、雾等不同，一年之内，一日之内随时都在变化着，于是室内工作面上的照度也随之变化。在天然采光设计中不可能用这个变化不定的照度值做为采光设计的依据，而是用室内工作面上某一点的照度与同时刻室外露天地平面上照度的百分比表示，这个比值称之为采光系数。用公式表示如下：式中 En室内工作面上某点的照度；Ew同时刻露天地平面上的天空扩散光照射下的照度。为使采光系数具有代表性，c值是假定天空全阴，即10级云量看不见太阳位置的天空。这样一来，不管室外照度如何变化，室内某点的采光系数是不变的。在采光设计中，以此不变的采光系数值作为厂房采光设计的标准。工业生产按加工的精细程度，对采光的要求有所区别。我国最近颁发的工业企业采光设计标准TJ33-79（试行）按生产的精细度分为五级。如表14-5.表14-5 生产车间工作面上的采光系数最低值2、采光面积的确定采光面积的确定，在实际工作中，经常是根据厂房的采光、通风，立面处理等综合要求，先大致确定窗面积，然后根据厂房对采光的要求进行校核，验证其是否符合采光标准值。采光计算方法很多，设计时据情况参考选用。我国工业企业采光设计标准介绍了简易图表计算方法，一般厂房窗形规整使用这个计算法较为简便。如一般三房对采光要求不十分精确，可采用标准所推荐的窗地面积比（表14-6）估算的方法确定窗洞面积。表14-6 窗地面积比采光等级 采光系数最低值 （%） 单侧窗 双侧窗 矩形天窗 锯齿形天窗 平天窗51/2.51/2.01/3.51/31/531/2.51/2.51/3.51/3.51/521/3.51/3.51/41/51/811/61/51/81/101/150.51/101/71/151/151/25注：1.当级采光等级的车间采用单侧窗或、级采光等级的车间采用矩形天窗时，采光不足部分应用照明补充。2.本表适用于单层普通玻璃的木窗，当车间为级采光等级，并按清洁车间和室内各表面反射系数的加权平均值 p=0.5 计算时，或V采光等级的车间，按一般污染车间和 p=0.3 计算时。3、采光方式采光方式有三种：侧面采光；上部采光；混合采光。侧面采光是利用开设在侧墙上的窗子进行采光，上部采光是利用开设在屋顶上的窗子进行采光，混合采光是这两种方式组合起来同时采光。前、后两种在实际中采用的较多。（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。单侧采光光线不均匀，衰减幅度大，工作面上近窗点光线强，远窗点光线弱，距侧窗两倍H高处点c值仅为近窗点的二十分之一左右。单侧采光的有效进探（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2.0倍，即B=2.0H。侧窗上沿至工作面高度H越大，离窗较远点的光照将有所提高，如房间进深更大，超越单侧采光所能解决的范围时，就要辅以人工照明或用双侧采光。在有桥式吊车的厂房中，在一定高度处有吊车梁通过，在吊车梁处开窗是没有必要的。因此常将侧窗分上下两面布置，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。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。所以，这种高低侧窗结合布置，不仅是结构构件位置所分隔，而且也是充分利用了各自特点，解决较高较宽厂房采光问题。同时，侧窗造价较天窗便宜，构造简单，施工方便，能减少屋顶承重结构的集中荷载。因此，在设计中，只要工艺条件合适，应尽量利用高低侧窗结合布置方式解决多跨厂房的采光问题。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，一取取600毫米左右为宜。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1.0米左右。根据国外资料，低侧窗台的高度应根据工作人员工作时的姿态来确定，站着工作时为1.4-1.5米，坐着工作时为0.7-0.8米。这样高度便于工作人员能看到室外。沿侧墙纵向工作面上光线分布情况和窗子及空间墙宽度有关。窗间墙愈宽，光线愈明暗不均，因而窗间墙不宜设得太宽，一般以等于或小于窗宽为宜。如沿墙工作面上要求光线均匀，可减少窗间墙的宽度或取消窗间墙做成带形窗。（2）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，采用混合采光方式。由于三窗形式不同，厂房剖面形式也不一样。这种矩形天窗，当窗扇朝向南北时，室内光线均匀，直射光较小，由于玻璃面是垂直的，受污染程度小，易于防水。窗可开启，有一定的通风作用。目前在实际工作中采用的较多。矩形天窗宽度对室内光线的均匀性有影响。加大天窗宽度能提高照度及光线均匀性，但也不能过宽，过宽会遮挡相邻天窗的采光，并增加造价。但宽度小易使跨中照度升高，两侧照度显著下降，造成光线不均。合适的天窗宽度为1/21/3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，即l1.5（ h1h2）。矩形天窗的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。在某些工厂，由于生产工艺的特殊要求，如纺织厂等，为了使纱线不易断头，厂房内要保持恒定的温湿度，要有空调设备。这就要求室内光线稳定、均匀，无直射光进入室内，避免生产眩光及不增加空调设备负荷。因而这种厂房常采用窗口向北或接近北向的锯齿形天窗。这种形式厂房不仅由天窗透入光线，而且还由于屋顶内表面的反射增加了反射光。因此，采光效率高，在满足同样的采光标准的前提下，该天窗可比矩形天窗节约玻璃面积30%左右。由于玻璃面积少又朝北，因而在炎热地区防止室内过热也有好处。这种厂房除适用于纺织厂外，还可应用于印染厂及机械厂等。当厂房采光要求较高和受建设地段条件的限制不得不将厂房轴南北向布置时，如仍用矩形天窗，会产生西晒，夏季室内过热。为避免这种现象，可采用横向天窗。这种天窗具有采光面大，效率高，光线均匀等优点。横向天窗有两种：一种是突出于屋面；一种是下沉于屋面。后者是将一个柱距或几个柱距内的屋面板下沉，支承在屋架下弦上，相邻屋面板仍支于屋架上弦上，利用两部分屋面板位置的高差（即屋架上下弦高差）作采光口，这种天窗称之为横向下沉式天窗。它比前者和纵向矩形天窗造价低。因此，这种天窗在实际中也常被采用。其缺点是：窗扇形式受屋架形式的限制，布置不灵活，有的窗扇不标准或构造复杂。厂房纵向刚度较差。在一些冷加工车间，天窗主要是为采光而设，这时，为简化屋顶构造，减轻屋顶荷重，降低造价，可采用平天窗，即在屋面板直接设置水平或接近水平的采光口，其厂房剖面形式。这种天窗采光效率高，在采光面积相等时，平天窗在水平面上的照度比矩形天窗高23倍。即在同样采光标准要求下需要的采光面积为矩形天窗的1/31/2，可节约大量的玻璃面积。采光口可分采光板、采光带三种。采光带可以纵向或横向布置。平天窗虽有上述优点，但还存在有待进一步解决的问题：如平天窗不能通风，如要通风在构造上还须采取通风措施；在采暖地区，由于玻璃热阻小，容易在玻璃面上结露，严重者有水滴下落；在炎热地区，通过平天窗透过大量的太阳辐射热，往往大于允许值的数倍；在直射阳光作用下工作面上眩光较重，影响工作。此外，平天窗在灰尘多雨量较少的地区容易积尘和污染，使用几年以后采光效果大大降低。对平天窗的这些缺点目前虽有不同的改进措施，但尚难达到经济、耐久、效果好的要求，因此影响了平天窗的使用范围。随着科学技术的发展，新材料的不断出现，平天窗的缺点将会不难解决。为便于排水，减少积尘，在实践中还出现了三角形天窗。即将玻璃面抬高（一般与水平面夹角3045），宽为36米，需要设天窗架，其优缺点似平天窗。当屋顶结构不同时，其采光天窗的选型和布置也有所变化。结构用于单跨或宽度不大的厂房中其采光可利用侧窗解决。当厂房较宽时，可以在每组连续壳体之间设一定宽度的水平条带作采光和排水之用。4、采光天窗的选择（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。特点：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。目前在实际工作中采用的较多。矩形天窗的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。构造尺寸：合适的天窗宽度为1/21/3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，即，（图14-6）。图14-6矩形天窗宽度与跨度的关系（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（图14-7）。 特点：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。图14-7锯齿形天窗厂房剖面（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采光口形成（图14-8）。特点：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；还有它的排气路线短捷，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。但是窗扇形式受屋架限制，构造复杂，厂房纵向刚度差。图14-8 横向线下沉式天窗厂房部面（4）平天窗：在屋面板上直接设置采光口而形成（图14-9）。 特点：采光效率最高，而且构造简单，布置灵活（可以成点、成块或成带、片布置），施工方便，造价低（约为矩形天窗的1/31/4）。但直射光多易产生眩光，窗户一般不开启，起不到通风作用；在寒冷地区玻璃由于热阻小而易结露，形成水滴下落，影响使用；玻璃表面易积尘、积雪，且玻璃破碎易伤人，所以平天窗在工业建筑中未得到广泛采用。为便于排水，减少积尘，在实践中还出现了三角形天窗（图14-10），即将玻璃面抬高（一般与水平面夹角3045），宽为36m，需要设天窗架，其优缺点接近平天窗。 图14-9平天窗厂房剖面 图14-10三角形天窗厂房剖面（5）折板屋顶（图14-11）和壳体屋顶（图14-12）采光天窗：用于单跨或宽度不大的厂房中，其采光可利用侧窗解决。当厂房较宽时，其采光方式，除采用平天窗外，还可采用如图所示的办法解决,即每组连续壳体之间设一定宽度的水平条带作采光和排水之用。图14-11折板屋顶采光天窗布置图14-12壳体屋顶采光及排水处理示意14.3.4 自然通风（一）自然通风的基本原理 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。1、热压作用下的通风 空气，当其温度升高时，体积膨胀，密度变小。厂房内各种热源（工业炉子，热加工件，机械设备运转等）排出大量热量，使厂房内部的气温比室外高，由于室内外温度不同，空气容重也不一样。如将天窗关闭，仅开下部进气口，此时室外冷空气就流进室内，直至进气口内外压力相等时就停止流动。由于tntw，室内热而轻的空气上升，使天窗内侧压力大于外侧压力，此时，如将天窗开启，则热而轻的空气就由天窗口排出室外。随着室内空气向外流动，室内静压值逐渐降低，于是进气口室外静压力大于室内静压力，室外冷空气则由下部开敞口又流入室内，直至下部窗口的进气量与上部窗口的排气量达到平衡时，室内静压力才达到稳定。进入室内的冷空气不断地被热源加热、变轻、上升由天窗排出，如此循环不已，形成了川流不息的空气对流，达到了通风换气的目的。不难看出，厂房热源本身就起了巨大的通风机作用。这种由于厂房内外温差所造成的空气压力差，叫作热压。热压愈大，通风效果愈好，其表达式为： PgH（w-n） 式中： H进排气口中心线的垂直距离（米）； w室外空气重（公斤/立方米）；n室内空气容重（公斤/立方米）； p热压（公斤/平方米）。 g室内空气密度（公斤/立方米）。 从式中可以看出，热压大小取决于两个因素：一是上下进排气口的距离；一是室内外温度差。 2、风压作用下的通风 为便于理解，可以设想风是在一个极大的渠道中流动，房屋处于这个渠道中。当风吹向房屋迎风面墙壁时，气流改变原来流动方向沿墙面和屋面绕房而过。 “能量守恒定律”指出，一切自然现象都表明，能量既不能创造又不能消灭，只能从一种形式转变成另一种形式，它的总体是不变的。对于空气流动来说，也应遵守这个定律。气流的总能量是由动能（rv2/2g)和势能（Pa）组合而成的。在气流任何一个断面上，气流的总能量是不变的。或者说，不同形式的能量可以互相转换，但它们的总值是一个常数。因此，如动能增加，势能就会相应减少，反之，势能增加，动能就会相应减少。 上面所说的定律可也以这样来说明：即流动空气（风）的“动压”与“静压”的和是一个常数。动压增加，静压就会相应减少；反之，静压增大，动压也会相应的减少。 在迎风而，由于气流受阻，速度变慢，风的部分“动压”变为“静压”，使迎风面的空气压力增大，超过大气压力。在气流断面上，由于气流改变了原来流动方向，从房屋上方和两侧尽跃过去，报导流通路变窄，风速增大，“动作”增大。这样，气流的静压就变小，此处空气压力小于大气压力。在断面上，由于气流形成旋涡出现了空气稀薄现象，所以，该处的空气压力也小于大气压力。在以后各断面上气流逐渐恢复原来的状态。 在通风工程中，空气压力超过大气压力时称为正压（），超过大气压力的区域称为正压区。空气压力小于大气压力时称为负压（），小于大气压力的区域称为负压区。在正压区设进风口，在负压区设排风口，风从进风口进入室内，把室内的热空气或有害气体从排气口排至室外，达到通风换气的目的。 在剖面设计中，根据上述基本原理正确地布置进排气口的位置，在生产使用中根据室外气象条件变化情况，调节进排气口面积控制风量，组织气流，使室内外气流源源不断地行交流。(二) 冷加工车间的自然通风 夏季冷加工车间的热源主要是来自人体散热、设备散热、围护结构（包括门窗）向室内散热，前两种较小，后一种较大。因室内外温差较小，在剖面设计中，主要是合理布置进出口风口的位置，选择通风有效的进排风口形式及构造，合理组织气流路径，组织好穿堂风，使其较远地吹至操作区，增加工人舒适感。实践证明，限制厂房宽度并使其长轴垂直夏季主导风向；在侧墙上设窗，在纵横贯通的通道端部设大门；室内少设和不设隔墙等措施对组织穿堂风都是有利的。 实测证明厂房通道在自然通风中的有效性。如室外风速为3.4m/s，通道进深30m处的风速为0.5m/s，60m进深处的风速为0.26m/s。侧窗进风的有效进深，由于设备、堆物和人体的阻挡是有限的。如室外风速为0.2m/s，进深18m处（阻挡较少）的风速仅为0.28m/s。因此，穿堂风只能适用于厂房通道和厂房不宽的情况。 当厂房较宽时，中间部位受穿堂风效益甚微，加之自然通风受外界气象条件影响较大，通风不够稳定。因此，为造成厂房内部稳定的气流，增加工人的舒适感，在夏季各厂都辅设风扇，迫使室内空气流动。这是我国目前冷加工车间夏季通风的主要方式。 未设天窗时，为排除一定数量的积聚在屋盖下部的热空气，比较简单的措施是在屋脊上设置通风屋脊，其喉口有宽有窄，有时宽可达1m左右。也有实例，将排气扇置于屋脊上，迫使室内空气流动也是冷加工车间的有效通风方式之一。（三）通风天窗1、矩形通风天窗 在剖面设计中，距迎风面L5h处的风口设置挡风板，则可使排风口处在负压区而稳定排气。设有挡风板的矩形天窗称为矩形通风天窗或避风天窗（图14-13）。挡风板至矩形天窗的距离等于排风口高度的1.11.5倍为宜。 图14-13 矩形通风天窗2、下沉式通风天窗在屋顶结构中，部分屋面板铺在屋架上、下弦上，利用屋架上下弦之间的高差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。根据其下沉部位的不同有井式通风天窗（图14-14）、纵向下沉式通风天窗（图14-15）、横向下沉式天窗几种形式。以上三种下沉通风天窗的共同特点是：布置灵活，通风效果好。图14-14 井式天窗布置方法(a)中间下沉天窗 (b)两侧下沉天窗 (c)中间双下沉天窗 图14-15 纵向下沉式天窗14.4 单层厂房定位轴线的标定单层厂房定位轴线是确定厂房主要承重构件位置及其相互间标志尺寸的基准线，也是厂房施工放线和设备安装定位的依据。通常，平行于厂房长度方向的定位轴线称纵向定位轴线，在厂房建筑平面图中，由下向上顺次按A、B、C等进行编号，相邻两条纵向定位轴线间的距离标志着厂房跨度，即屋架的标志长度（跨度）。垂直于厂房长度方向的定位轴线，称横向定位轴线。在厂房平面图中，由左向右顺次按、等进行编号，相邻两条横向定位轴线间的距离代表厂房柱距，即吊车梁、连系梁、基础梁、屋面板及外墙板等一系列纵向构件的标志长度。见图14-16。 标志定位轴线时，应满足生产工艺的要求，并注意减少构件的类型和规格；扩大构件预制装配化程度及其通用互换性；提高厂房建筑的工业化水平。图14-16 单层厂房平面柱网布置及定位轴线划分14.4.1 横向定位轴线的设置1、作用：单层厂房的横向定位轴线主要用来标注厂房纵向构件如屋面板、吊车梁的长度（标志尺寸）。2、中间柱与横向定位轴线的联系（图14-176a）：除山墙端部排架柱以及横向变形缝两侧柱以外，横向定位轴线一般与柱截面宽度的中心线重合，每根柱轴线都通过柱基础、屋架中心线及上部两块屋面板横向搭接缝隙中心。3、横向变形缝处柱与定位轴线的联系（图14-17b）：横向温度伸缩缝和防震缝处的柱子采用双柱双屋架，可以使结构与建筑构造简化。根据伸缩缝与防震缝宽度的要求，此处应设两条横向定位轴线，两柱的中心线应从定位轴线向缝的两侧各移600mm。两条定位轴线间设插入距ai值，即伸缩缝或防震缝的缝宽ae。该处两横向定位轴线与相邻横向定位轴线之间的距离与其他轴线间的柱距相等。 （a）中间柱与横向定位轴线的关系（b）横向变形缝两侧柱子与横向定位轴线的关系图14-17 柱与横向定位轴线之间的关系14.4.2 纵向定位轴线作用：单层厂房的纵向定位轴线主要用来标注厂房横向构件，如屋