工业建筑的基本概念

14．1．1 工业建筑的类型

（1）按建筑层数分类

①单层厂房（图14．1） 指层数为一层的厂房，它主要用于重型机械制造工业、冶金工业等重工业。 这类厂房的特点是设备体积大、质量大，厂房内以水平运输为主。

图14．1 单层厂房剖面图

②多层厂房（图14．2） 指层数为两层及两层以上的厂房。 其中双层厂房广泛应用于化纤工业、机械制造工业等。 多层厂房多应用于电子工业、食品工业等轻工业。 这类厂房的特点是设备较轻、体积较小，工厂的大型机床一般放在底层，小型设备放在楼层上。 厂房内部的垂直运输以电梯为主，水平运输以电瓶车为主。 建在城市中的多层厂房，能满足城市规划布局的要求，可丰富城市景观，节约用地面积，在厂房面积相同的情况下，4层的厂房造价最为经济（图14．3）。

图14．2 多层厂房剖面图

图14．3 多层厂房经济图

③层次混合的厂房（图14．4） 厂房由单层跨和多层跨组合而成，多用于热电厂、化工厂等。 高大的生产设备位于中间的单跨内，边跨为多层。

（2）按用途分类

①主要生产厂房 在这类厂房中进行生产工艺流程的全部生产活动，一般包括从备料、加工到装配的全部过程。所谓生产工艺流程是指产品从原材料→半成品→成品的全过程，例如钢铁厂的烧结、焦化、炼铁、炼钢等车间。

②辅助生产厂房 为主要生产厂房服务的厂房，例如机械修理、工具等车间。

③动力用厂房 为主要生产厂房提供能源的场所，例如发电站、锅炉房、煤气站等。

④储存用房屋 为生产提供存储原料、半成品、成品的仓库，例如炉料、砂料、油料、半成品、成品库房等。

图14．4 层次混合厂房

1—汽机间；2—除氧间；3—锅炉间；4—煤斗间

⑤运输用房屋 为生产或管理用车辆的存放与检修的房屋，例如汽车库、消防车库、电瓶车库等。

⑥其他 例如解决厂房给水、排水问题的水泵房、污水处理站等。

（3）按生产状况分类

①冷加工车间 在常温状态下进行生产，例如机械加工车间、金工车间等。

②热加工车间 在高温和熔化状态下进行生产，可能散发大量余热、烟雾、灰尘、有害气体，例如铸工、锻工、热处理等车间。

③恒温恒湿车间 在恒温（20℃左右）、恒湿（相对湿度为50％～60％）条件下进行生产，例如精密仪器车间、纺织车间等。

④洁净车间 要求在保持高度洁净的条件下进行生产，防止大气中灰尘及细菌的污染，例如集成电路车间、精密仪表加工及装配车间。

14．1．2 工业建筑的特点

从世界各国的工业建筑现状来看，单层厂房的应用比较广泛。 其在建筑结构等方面与民用建筑相比较，具有以下特点：

①厂房平面要根据生产工艺的特点设计。 厂房的建筑设计在生产工艺设计的基础上进行，并能适应由于生产设备更新或改变生产工艺流程而带来的变化。

②厂房内部空间较大。 由于厂房内生产设备多而且尺寸较大，并有多种起重运输设备，有的加工巨型产品，通行各类交通运输工具，因而厂房内部大多具有较大的开敞空间。 如有桥式吊车的厂房，室内净高在8m以上，有6000t压力的水压机车间，室内净高在20m以上，有些厂房高度可达40m以上。

③厂房的建筑构造比较复杂。 大多数单层厂房采用多跨的平面结合形式，内部有不同类型的起吊运输设备，由于采光通风等缘故，采用组合式侧窗、天窗，使之屋面排水、防水、保温、隔热等建筑构造的处理复杂化，技术要求比较高。

④厂房骨架的承载力较大。 在单层厂房中，由于屋顶质量大，且多有吊车荷载；在多层厂房中，楼板荷载大，故我国厂房结构主要采用钢筋混凝土骨架或钢骨架承重。

综上所述，进行工业建筑设计应满足以下要求：①生产工艺的要求；②建筑技术的要求；③卫生及安全要求；④建筑经济的要求。

14．1．3 单层厂房的起重运输设备

每种工业产品都有一定的生产工艺流程，许多产品的生产是在流动中完成的。 因此，在工业厂房内应根据原材料和产品的重量，布置相应的起重运输设备。 常用的起重运输设备有单轨悬挂式吊车、梁式吊车、桥式吊车、悬臂移动式吊车、固定转臂式吊车等。

（1）单轨悬挂式吊车

它是由电动葫芦和工字钢轨道组成。 电动葫芦以工字钢为轨道，可沿直线、曲线或分岔往返运行。 工字钢轨道可悬挂在屋架或屋面梁的下弦，因而对屋架或屋面梁的结构强度要求较高。 吊车起重量一般在2t左右，特殊情况下可达5t。 单轨悬挂式吊车构造简单，造价低廉，但它不能横向运行，需借助人力和车辆辅助运输，故适用于小型或辅助车间（图14．5）。

图14．5 单轨悬挂式吊车

（2）梁式吊车

它是由梁架、工字钢轨道和电动葫芦组成。 梁架可以悬挂在屋架或屋面梁下弦的纵向轨道上，也可支承在吊车梁上的轨道上。 梁式吊车可以纵横双向运行，使用方便。 行车的操纵可以地面操纵，也可以设置操纵室凌空操纵。 梁式吊车的起重量有1t，2t，3t，5t这4种，吊车的跨度（LK）是厂房跨度（L）减去1m（图14．6）。

图14．6 梁式吊车

（3）桥式吊车

它是由桥架和起重行车（也称大车和小车）组成，桥架行驶在吊车梁的轨道上，起重行车行驶在桥架的轨道上。 桥式吊车的起重量较大，由5t到500t不等，并有主钩与副钩之分，还可根据生产需要设置抓斗、电磁吸盘、夹钳、料槽等专用吊具。

桥式吊车的跨度（LK），当起重量在100t之内时，为厂房跨度（L）减去1．5m，超过100t时，则减去2m。

桥式吊车按其工作的重要性和繁忙程度分为重级、中级和轻级3种工作制度。 操纵应在操纵室进行，因而在厂房的端部或中部设置供司机上下的钢梯。

如图14．7所示为桥式吊车的布置图。 表14．1为桥式吊车技术规格摘录。

图14．7 桥式吊车

（4）其他起重运输设备

在厂房中，还有可沿着柱列运行的悬臂式吊车和固定在柱上可旋转的转臂式吊车（图14．8）。这两种吊车的起重能力和工作范围有一定限度，只可作为辅助起重设备。 还有一种龙门式吊车，它的起重量很大，不宜支承在柱子上，而是支承在厂房的地面上，多用于重型机械厂车间和露天货栈（图14．8）。

14．1．4 单层工业厂房的组成

在单层工业厂房建筑中，由承受各种荷载的构件组成骨架结构，这种骨架结构通常称为排架。 排架中主要有基础、柱、屋架等；连系排架之间的构件有基础梁、连系梁、圈梁、屋面板等；为围护和分隔而设置的，有外墙、内墙、屋面和门窗等；为加强厂房的整体性和抵抗侧向荷载，需设置抗风柱和支撑系统；为便于厂房内起重和运输，可设置吊车梁；除此之外，厂房仍应设置必备的辅助设施，如天窗、检修梯、走道板等。 如图14．9所示为单层工业厂房组成示意图。

单层工业厂房排架结构的主要荷载，一是竖向荷载，包括屋面荷载、墙体自重和吊车竖向荷载，并分别通过屋架、墙梁、吊车梁等构件传递到柱身；二是水平荷载，包括纵横外墙风荷载和吊车纵横向冲击荷载，并分别通过墙、墙梁、抗风柱、屋盖、柱间支撑、吊车梁等构件传到柱身。 因此上述荷载均由柱身传到基础。 另外，基础梁的竖向荷载不通过柱身直接传递到基础上，基础所承受的全部荷载传递到地基上。

图14．8 其他形式的起重运输设备

图14．9 单层工业厂房组成

由此可知，梁、柱、基础是单层厂房和一切建筑物的主要承重构件，特别是柱子，更是承受并传递荷载的关键构件，因而，在设计、施工和使用诸方面均应予以重视。 如图14．10所示为单层厂房排架结构主要荷载的传递路线。

14．1．5 单层厂房结构类型和选择

单层厂房结构的分类方式有：①按其承重结构的材料分成混合结构型、钢筋混凝土结构型、钢结构型等；②按其施工方法分为装配式和现浇式钢筋混凝土结构型；③按其主要承重结构的形式分为排架结构型、钢架结构型和空间结构型，以下主要介绍后一种分类。

表14．1 电动桥式吊车技术规格（摘录）

图14．10 单层厂房排架结构主要荷载的传递路线

（1）排架结构型

排架结构型是将厂房承重柱的柱顶与屋架或屋面梁作铰接连接，而柱下端则嵌固于基础中，构成平面排架，各平面排架再经纵向结构构件连接组成为一个空间结构。 它是目前单层厂房中最基本、应用最普遍的结构形式。 此型可分以下几种厂房形式：

①砖混结构厂房 采用砖柱或钢筋混凝土柱，屋面结构可按有关条件选用木屋架、钢木屋架、钢筋混凝土屋架或屋面梁等。 此类的柱距一般为4～6m，跨度≤15m（图14．11），适用于无吊车厂房或吊车起重量≤3t的中小型厂房。

图14．11 砖混结构厂房

②钢筋混凝土柱厂房 此类的承重柱可选用钢筋混凝土的矩形截面柱、工字形截面柱、双肢形截面柱、圆管形截面柱，还可采用钢与钢筋混凝土组合的混合型柱等。 屋面结构视情况可选用钢筋混凝土屋架或屋面梁、预应力混凝土屋架或屋面梁，在具有某些特殊情况时，经过技术经济比较，且综合效益较好，也可采用钢屋架。 一般柱距为6～12m，跨度为12～30m（图14．12）。

图14．12 钢筋混凝土柱厂房

③钢结构厂房 钢结构厂房，系采用钢柱、钢屋架作为厂房的承重结构。 一般柱距12m，也有将6m与12m柱距混合使用，跨度≥30m（图14．13）。

图14．13 钢筋混凝土柱厂房

（2）钢架结构型

钢架结构的基本特点是柱和屋架（横梁）合并为一个钢性构件。 柱与基础的连接通常为铰接（也有作固接的）。 钢筋混凝土钢架与钢筋混凝土排架相比，可节约钢材约10％，混凝土约20％。 一般常采用预制装配式钢筋混凝土刚架或预应力混凝土刚架，也有选用钢刚架的。一般重型单层厂房多采用钢架结构。

钢筋混凝土刚架常用于跨度≤18m（有的厂房跨度＞18m，数量不多），一般檐高不超过10m，无吊车或吊车起重量在10t以下的车间（图14．14）。

图14．14 钢架结构厂房

这种屋面体系为空间结构体系。 这种结构体系充分发挥了建筑材料的强度潜力和提高结构的稳定性，使结构由单向受力的平面结构，成为能多向受力的空间结构体系。 一般常见的有折板结构、网格结构、薄壳结构、悬索结构等。

①折板结构厂房（图14．15） 由若干狭长的薄板以一定角度相交连成折线形的空间薄壁体系，将屋面与屋面承重结构合为一体。 它适宜用于长条形平面的屋盖，两端应有通长的墙或圈梁作为板的支点。 折板常用V形、梯形、T形、马鞍形壳板等。 我国应用最广泛的是预应力混凝土V形折板，折板结构的跨度不宜超过30m，一般跨度为6～24m。 当跨度≤15m，可悬挂1t的悬挂吊车。

图14．15 折板结构厂房

②网格结构厂房（图14．16） 网格结构是杆件按一定的规律布置，通过节点连接而成的一种网状空间杆系结构。 它空间刚度大，整体性和稳定性好，有良好的抗震性能，适用于各种支承条件和各种平面形状、大小跨度。 它用钢量大，采用钢管时取材有一定困难，需要大面积采取防火及防腐蚀措施，屋面造价较高。 此结构外形呈平板状的称为平板网架；外形呈曲面状的称为曲面网架。

图14．16 网格结构厂房

③薄壳结构厂房（图14．17） 薄壳是一种曲面的薄壁结构。 它能充分发挥材料强度，能将承重与围护两种功能融合为一。 材料大多采用钢筋混凝土，它按曲面生成的形状分筒壳、圆顶薄壳、双曲扁壳和双曲抛物面壳等。 此种结构较为费工费模板。

图14．17 薄壳结构厂房

④悬索结构厂房（图14．18） 这是以一系列高强钢索作为主要承重构件并按一定规律悬挂在相应支承结构上的一种张力结构。 它受力合理、自重较轻、耗钢量少，安装时不需要大型起重设备。 它能根据各种平面形状要求，组成不同的结构体系，并可较经济地跨越很大的跨度，适应生产工艺要求。 它有单层悬索结构、双层悬索结构、索网结构和混合悬挂体系等之分。

图14．18 单曲悬索单层厂房结构示意

单层厂房结构，现普遍采用排架结构型。 在排架结构型中的各类结构形式，各具特点，应根据具体情况合理选择。 一般选择的原则是：

①对小型厂房，一般多采用砖混承重结构或钢筋混凝土承重结构。

②对中型厂房，一般多采用钢筋混凝土承重结构或预应力混凝土承重结构。

③对大型厂房，一般常采用钢筋混凝土承重结构、预应力混凝土承重结构、部分钢结构与钢筋混凝土结构组成的混合承重结构。

④对部分大型厂房或生产工艺有特殊要求的跨间或车间，如设有壁行吊车、直接承受辐射热的车间，可采用钢承重结构。

⑤对具有腐蚀性介质和空气相对湿度较大的厂房，应优先采用钢筋混凝土承重结构。

由于装配式钢筋混凝土门式刚架是屋架与柱合一、构件种类减少、制作较简单、结构轻巧，且建筑空间宽敞，但其刚度较差，在有较大吨位吊车的厂房中，应用就受到了限制。 另外其预制构件体形大、质量重，且外形呈T或Y形，这给运输、吊装等造成困难。 目前这种结构形式在中小型单层厂房也广泛采用。

14．1．6 工业建筑设计的任务和要求

工业建筑设计的主要任务是设计厂房的平面形状、柱网尺寸、剖面形式、建筑体型；合理选择结构方案和围护结构的类型，进行细部构造设计；协调建筑、结构、水、暖、电、气、通风等各工种；正确贯彻“坚固适用、技术先进、经济合理”的原则。

工业建筑设计应满足生产工艺对建筑使用功能的要求；遵守《建筑模数协调标准》GB／T 50002—2013和《厂房建筑模数协调标准》（GB／T50006—2010）的规定，满足有关的建筑技术方面的要求；应尽量降低建筑造价及满足卫生、安全等要求。