工业建筑的分类

6　工业建筑设计

本章导读:

●基本要求　了解和熟悉工业建筑的特点和分类;了解单层厂房设计与生产工艺、运输设备的关系;掌握单层厂房的常用结构形式和平面形式;了解生活间的内容和布局方式;掌握定位轴线划分的基本常识;掌握单层厂房柱网选择和高度确定要素;熟悉多层厂房设计的主要内容。

●重点　工业建筑分类,单层厂房排架结构、平面形式、定位轴线划分、柱网选择和高度确定。

●难点　单层厂房排架结构构件组成、定位轴线划分、高度确定。

6.1　概　述

工业建筑是指用于工业生产的各种房屋,也称为厂房。现代意义上的工业建筑是工业革命的产物。在现代建筑发展早期,工业建筑是重要的革命力量,涌现了许多优秀的现代建筑作品。如贝伦斯设计的德国通用电气公司透平机制造车间(1909年),格罗皮乌斯设计的法古斯鞋楦厂(1911—1912年)等(图6.1)。

6.1.1　工业建筑的特点

工业建筑同民用建筑一样具有建筑的共性,但由于生产工艺的影响,又独具特点。

①工业建筑必须紧密结合生产,满足生产工艺的要求,并为工人创造良好的劳动卫生条件,以利提高产品质量及劳动生产率。

图6.1　早期工业建筑代表作

②工业生产类别繁多、差异很大,对建筑空间布局、体量构成、立面造型及室内设计有直接的影响。因此,生产工艺不同的厂房具有不同的特征。

③不少工业厂房有大量的设备及起重机械,不少厂房为高大的敞通空间,无论在采光、通风、屋面排水及构造处理上都较一般民用建筑复杂。

6.1.2　工业建筑的分类

工业建筑通常按厂房的用途、内部生产状况及层数分类。

1)按用途分类

①主要生产厂房:用于完成产品从原料到成品加工生产的主要工艺过程的各类厂房,如拖拉机制造厂中的铸铁车间、铸钢车间、锻造车间、冲压车间、铆焊车间、热处理车间、机械加工及装配等车间。

②辅助生产厂房:为主要生产车间服务的各类厂房,如上述拖拉机制造厂中的机器修理间、电修车间、木工车间、工具车间等。

③动力用厂房:为工厂提供能源和动力的各类厂房,如发电厂、锅炉房、煤气发生站、乙炔站、氧气站、压缩空气站等。

④储存用房:储存各种原料、半成品、成品的房屋,如炉料库、砂料库、金属材料库、木材库、油料库、易燃易爆材料库、半成品库、成品库等。

⑤运输用房:管理、停放、检修各种运输工具的房屋,如机车库、汽车库、电瓶车库、消防车库等。

⑥其他:如水泵房、污水处理站等。

2)按层数分类

①单层厂房(图6.2):广泛应用于机械制造、冶金等工业,适用于有大型设备及加工件,有较大动荷载和大型起重运输设备、需要水平方向组织工艺流程的工业厂房。

图6.2　单层厂房

②多层厂房(图6.3):主要应用于电子、精密仪器、食品和轻工业,适用于设备、产品较轻、竖向布置工艺流程的生产项目。

图6.3　多层厂房

③混合层数厂房(图6.4):同一厂房内既有多层也有单层,常在单层内设大型设备,多用于化工和电力工业。

图6.4　混合层数厂房
1—汽机间;2—除氧间;3—锅炉间;4—煤斗间

3)按生产状况分类

①冷加工厂房:生产操作在常温下进行的车间,如机械加工、机械装配车间等。

②热加工厂房:生产中散发大量余热,有时伴随烟雾、灰尘、有害气体的车间,如冶炼、铸造、锻造和轧钢车间等。

③恒温恒湿厂房:在稳定的温、湿度条件下进行生产的车间,如精密机械、纺织车间等。

④洁净厂房:为保证产品质量,在无尘、无菌的条件下进行生产的车间,如精密仪表、集成电路车间和食品工业、医药工业的相关车间等。

⑤其他特种状况的厂房:如有爆炸的可能性、有大量腐蚀物、有放射性散发物,防微振、防电磁波干扰的车间等。

6.2　单层厂房设计

6.2.1　概述

单层厂房在使用、建筑和结构方面有如下特点:a.单层厂房对生产工艺适应性强;b.建筑上便于组织大面积联合厂房,结构上便于采用大跨度、大柱距;c.运输工具选择比较灵活,有利于工艺更新;d.地面可承受较大荷载,重型设备可以单独设置基础;e.可以利用屋顶设置天然采光和自然通风天窗;f.主要缺点是占地多,屋面面积较大,建筑空间不够紧凑等。

1)功能组成

工业生产的门类众多,其功能组成各不相同,但从总体来看,工业建筑均可划分为如下功能组成:

①生产工段:是加工产品的主体部分;

②辅助工段:是为生产工段服务的部分;

③库房部分:存放原料、材料、半成品、成品的地方;

④行政办公生活用房。

2)常用结构

我国单层厂房多采用排架结构体系,有钢筋混凝土排架结构和钢结构排架两种。此外,门式刚架近年来使用也较为广泛,常用钢结构制作,也可用钢筋混凝土制作。

(1)排架结构的构件组成

排架结构主要针对跨度大、高度较高、吊车吨位大的厂房,其工业化程度较高(图6.5)。它的构件组成包括承重结构、围护构件以及其他附属构件。

①承重结构:

●横向排架:由基础、柱、屋架(或屋面梁)组成,是结构受力的主体。

●纵向连系构件:由基础梁、连系梁、圈梁、吊车梁、檩条、屋面板及各种支撑组成,与横向排架构成骨架,保证厂房的整体性和稳定性。

②围护结构:包括外墙、屋顶、地面、门窗、天窗等。

③其他:如散水、地沟、隔断、作业梯、检修梯等。

(2)门式刚架的构件组成

门式刚架是一种梁柱合一的结构形式,构造简单(图6.6),其构件组成与排架结构相似。屋面常采用有檩体系,压型钢板屋面;外墙可采用砌筑外墙,也可采用压型钢板外墙。

图6.5　排架结构构件组成

图6.6　门式刚架构件组成

6.2.2　平面设计

单层厂房的平面设计主要研究以下几方面的问题:a.平面设计与生产工艺的关系;b.平面设计与运输设备的关系;c.单层厂房常用平面形式;d.柱网选择;e.生活间设计。

1)平面设计与生产工艺的关系

单层厂房平面及空间组合设计,是在工艺设计及工艺布置的基础上进行的。完整的工艺设计图,主要包括5项内容:a.根据生产的规模、性质、产品规格等确定的生产工艺流程;b,选择和布置生产设备和起重运输设备;c.划分车间内部各生产工段及其所占面积;d.初步拟定厂房的跨间数、跨度和长度;e.提出生产对建筑设计的要求,如采光、通风、防震、防尘、防辐射等。

平面设计受生产工艺的影响有以下几个方面:

(1)生产工艺流程的影响

生产工艺流程是指某一产品的加工制作过程,即由原材料按生产要求的程序,逐步通过生产设备及技术手段进行加工生产,并制成半成品或成品的全部过程。不同类型的生产,工艺流程也不相同。

现以机械工厂的金工装配车间为例,介绍其平面组合与工艺流程的关系(图6.7)。

图6.7　金工装配车间工艺流程图

根据工艺要求,金工装配车间一般包括机械加工和装配两个主要生产工段。机械加工工段是对铸、锻件等金属毛坯进行车、铣、刨、镗、钻、磨等加工,制造零件。装配工段是将加工好的零件装配成部件;或进一步将零、部件进行总的装配成为机械产品。机械加工和装配工段是全车间生产的主体,对平面设计起着决定作用。一般有如下3种组合方式:

①直线布置(图6.8(a)):生产线路为直线形,路线简捷,连续性好。厂房平面可全部为平行跨,具有建筑结构简单、扩建方便的特点,但平面不够紧凑,占地较大。

②平行布置(图6.8(b)):生产线路呈马蹄形,平面紧凑,节省用地。厂房平面也全部为平行跨,同样具有建筑结构简单、便于扩建的优点,但须采用越跨运输设备。

③垂直布置(图6.8(c)):装配工段布置在加工工段相垂直的横向跨间内,跨间互相垂直,结构较为复杂,但运输线路较短捷、平面紧凑,在工艺有利时常采用。

图6.8　金工装配车间组合方式

图6.9为依据生产工艺设计布置的某机械加工装配车间平面图。

图6.9　机械加工装配车间平面图
1—高压配电;2—分配间;3—油漆调配;4—水压试验;5—工具分发室;6—中间仓库

(2)生产状况的影响

不同性质的厂房,在生产操作时会出现不同的生产状况。如机械加工车间,生产在正常的温、湿度条件下进行,噪声较小,无大量余热及有害气体散发,主要考虑天然采光的要求,需合理设置平面进深和开窗位置。又如铸工车间,生产时会产生大量余热和灰尘,建筑设计应加强通风,在平面设计中影响门窗的位置和大小,以及墙体围护方案。

(3)生产设备布置的影响

生产设备的大小和布置方式直接影响厂房的平面布局、跨度大小和跨间数,同时也影响大门尺寸和柱距尺寸等。

2)平面设计与运输设备的关系

为了运送原材料、半成品、成品及安装、检修、操作和改装设备,厂房内需设置起重运输设备。厂房中普遍采用的运输设备是吊车,因生产不同还可采用火车、汽车、电瓶车、手推车、起重车、悬链、传送带、辊道、管道、升降机、提升机等运输设备。

吊车亦称行车或天车,是单层厂房内部的主要运输工具,它主要包括单轨悬挂吊车、梁式吊车、桥式吊车等(图6.10)。此外,还有移动式悬臂吊车、固定式转臂吊车和龙门式吊车等(图6.11)。

图6.10　轻型吊车和桥式吊车

图6.11　悬臂、转臂式吊车及龙门式起重机

以图6.9的机械加工装配车间为例,该车间内部主要的起重运输设备为桥式吊车,内部辅助运输设备为转臂吊车;对外的运输设备有火车、汽车及电瓶车,车间平面布置尺寸以及车间大门的尺寸需与吊车、火车、汽车及电瓶车相适应。

3)常用平面形式

单层厂房平面形式概括起来可分为一般和特殊两种类型。一般的平面形式以矩形为主[图6.12(a)～(e)];特殊的平面形式有L、Π、?形平面[图6.12(f)～(h)]。

(1)矩形平面

矩形平面中,最简单的是单跨矩形平面,它是构成其他平面形式的基本单位,当生产规模较大时,常采用平行多跨组合平面。跨度相互垂直布置的平面,适用于垂直式的生产工艺流程。正方形或趋近正方形的平面,适合联合厂房,经济性较好,有利于节能,但应注意采光和通风问题。

(2)L、П、Ⅲ形平面

热加工车间生产环境比较恶劣。在平面设计中需保证厂房具有良好的自然通风条件,因此,厂房不宜太宽,又因工艺的要求和用地的限制就产生了L形П形或　?形平面。这三种平面形式的特点是:跨度不大,外墙上可多设门窗,改善自然通风条件,从而保证劳动生产环境。此类平面由于有垂直相交跨,结构、构造处理均较复杂。

图6.12　厂房平面形式
1—伸缩缝;2—标准单元;3—连接体

4)柱网选择

承重结构柱在平面上排列所形成的网格称为柱网。柱网的尺寸由柱距和跨度组成。图6.13是单层厂房柱网尺寸示意图,图中B为相邻两柱之间的距离,称为柱距;L为跨度,指屋架或屋面梁的跨度。柱网尺寸必须符合《厂房建筑模数协调标准》的规定。

(1)跨度尺寸的确定

跨度尺寸主要根据下列因素确定:

①生产设备的大小及布置方式。设备大,所占面积也大,设备布置成横向或纵向,布置成一排、二排或三排,都影响跨度的尺寸。

②车间内部通道的宽度。不同类型的水平运输设备,如电瓶车、汽车、火车等所需通道宽度是不同的,同样影响跨度的尺寸。

图6.13　单层厂房柱网尺寸示意图

③满足《厂房建筑模数协调标准》的要求。当屋架跨度≤18m时,采用扩大模数30M的数列,即18m、15m、12m、9m及6m;当屋架跨度>18m时,采用扩大模数60M的数列,即跨度尺寸是18m、24m、30m、36m、42m等。当工艺布置有明显优越性时,亦可采用21m、27m、33m。

(2)柱距尺寸的确定

我国单层厂房主要采用装配式钢筋混凝土结构体系,基本柱距是6m,相应的结构构件如基础梁、吊车梁、连系梁、屋面板、横向墙板等,均已配套成型。厂房设计、制作、运输、安装都积累了丰富的经验,该体系至今仍广泛采用。为了增加柱网的通用性,柱距可以增加至12m,在对工艺布置特别有利的条件下,也可采用9m柱距。

5)生活间布置

为了给工人创造良好的劳动卫生条件,除在全厂设有行政管理及生活福利设施外,每个车间也相应设有这类用房,称之为生活间。

(1)生活间的组成

一般来说,生活间包括以下4个方面的内容:

①生产卫生用室:包括浴室、存衣室、洗衣房等。

②生活卫生用室:包括休息室、吸烟室、厕所、饮水室、小吃部、保健站等。

③行政办公室:包括各类办公室及会议室、学习室、值班室、计划调度室等。

④生产辅助用室:包括工具室、材料库、计量室等。

(2)生活间的布置

生活间布置应便于职工上下班,避免生产中有害物质及高温的影响。同时,应尽量减少对厂房天然采光和自然通风的影响,不妨碍厂房的扩建,造型及色彩应与厂房统一协调。

生活间的布置方式有毗连式生活间、独立式生活间和内部式生活间三种。

毗连式生活间紧靠厂房外墙布置,可以紧靠山墙布置(图6.14(a)),也可紧靠外纵墙布置(图6.14(b))。独立式生活间(图6.14(c)、(d))距厂房一定距离,分开布置,可采用走道、天桥和地道等方式与厂房相连。内部式生活间是将生活间布置在车间内部,在生产工艺和卫生条件允许的情况下采用,它的缺点是相互干扰较大,厂房的通用性也受到影响。

6.2.3　剖面设计

厂房剖面设计的任务包括:确定厂房高度;处理车间的采光、通风等问题;确定厂房的承重结构和围护方案等。

1)高度确定

厂房高度是指室内地面至柱顶(或倾斜屋盖最低点、或下沉式屋架下弦底面)的距离。厂房高度必须根据生产使用要求及建筑模数协调标准的要求来确定。

(1)柱顶标高的确定

①无吊车厂房:柱顶标高通常是按最大生产设备及其使用、安装、检修时所需的净空高度来确定。还须考虑采光通风的要求,一般不低于4m,并符合300mm的倍数。

②有吊车厂房: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,其高度确定分析如下(图6.15):

柱顶标高H=H1+H2

轨顶标高H1=h1+h2+h3+h4+h5

图6.14　生活间鸟瞰图

轨顶至柱顶高度H2=h6+h7

式中　h1——需跨越的最大设备高度;

　　　h2——起吊物与跨越物间的安全距离,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>1m;

　　　h5——吊钩至轨顶面的距离,由吊车规格

　　　表中查得;

　　　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

图6.15　确定厂房高度的因素

安全距离,应考虑到屋架的挠度、厂房可能不均匀沉陷等因素,最小尺寸为220 mm,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,还需另加必要的尺寸。

柱顶标高H应为300mm的倍数,轨顶的标志高度H1常取为600mm的倍数。

(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设计时确定的,室内地坪的相对标高定为±0.000。一般单层厂房室内外需设置一定的高差,以防雨水侵入室内。同时,为了运输车辆出入方便,室内外相差不宜太大,一般取150～200mm,且常用坡道连接。

2)天然采光

厂房的采光方式分为天然采光和人工照明。由于天然光线节约能源,所以应尽可能地利用自然光线,仅有一些洁净厂房和恒温恒湿厂房设计成无窗厂房,还有一些生产因加工精密度较高,常在采用天然光线的同时在机床操作部位辅以局部人工照明。

单层厂房中常见的天然采光方式有三种:侧面采光、顶部采光和混合采光(图6.16)。

图6.16　单层厂房天然采光方式
(a)、(b)、(c)侧面采光;(d)、(f)、(g)、(h)、(i)顶部采光;(c)混合采光

图6.17　吊车梁对侧窗采光的阻挡

侧面采光是通过外墙上窗口采光,造价低,但采光的方向性强,均匀度差。侧面采光可分为单侧采光和双侧采光,双侧采光对光线均匀度有所改善。侧窗分为高、低侧窗,高侧窗能提高远窗点的采光系数,但需避免吊车梁的阻挡(图6.17)。顶部采光是通过屋顶上的天窗进行采光,采光效率高。常用天窗形式有:矩形、M形、锯齿形以及横向天窗、平天窗等[图6.16(e) ～(i)]。

侧面采光和顶部采光混合使用时,就是混合采光[图6.16(c)]。

3)自然通风

厂房通风方式有自然通风和机械通风两种。自然通风如设计合理,既能收到较好的通风效果,又能节约能源,所以一般多采用自然通风。在不能完全满足通风要求时才辅以机械通风。为有效地组织好自然通风,在厂房设计中要合理布置总图,确定平面进深,选择剖面形式,设置进排风口位置。

(1)冷加工车间的自然通风

冷加工车间室内无大的热源,一般按采光要求设置窗,通过门窗就能满足车间通风换气的要求。冷加工车间的自然通风处理可考虑以下几点:①厂房纵向与夏季主导风向的夹角不宜小于45°;②控制厂房宽度,可采用天井、院落组织空间;③在侧墙上对应设窗,在通道端部对应设门,加强穿堂风;④室内少设或不设隔墙,避免影响穿堂风的流速;⑤可设置通风屋脊,促进空气流动;⑥夏季通风不足时,需要辅设机械通风设施。

(2)热加工车间的自然通风

热加工车间产生大量余热和有害气体,因此有条件,也必须利用热压作用组织自然通风,改善工作环境。

①进、排风口的布置。根据热压原理,热加工车间进风口布置得越低越好。南方炎热地区低侧窗窗台标高可以低于1m。北方寒冷地区低侧窗可分为上下两排,根据季节调整开启(图6.18)。排风口的位置应尽可能高,一般设在柱顶处[图6.19(a)]。当设有天窗时,天窗常设置在屋脊处[6.19(b)]。此外,天窗宜设在散热量较大设备的上方[图6.19(c)],这样可缩短通风距离,快速排除热空气。

图6.18　寒冷地区低侧窗进风口布置

图6.19　排风口布置
1—挡风板;2—墙

②通风天窗的选择。通风天窗的类型主要有矩形通风天窗和下沉式通风天窗。

●矩形通风天窗。为避免热压和风压共同作用时,出现风倒灌、阻碍热压通风的不利状况,需要在距离排风口一定距离的地方设置挡风板,使排风口始终处于负压区(图6.20),设有挡风板的矩形天窗称为矩形通风天窗或避风天窗。挡风板至矩形天窗的距离L为排风口高度h的1.1～1.5倍为宜。

●下沉式通风天窗。将屋面板分别铺在屋架的上、下弦上,利用此高差作为排风口,且可保证排风口处于负压区,此种天窗称为下沉式通风天窗。其共同特点是通风流畅、布置灵活。主要形式又分为井式通风天窗、纵向下沉式通风天窗、横向下沉式通风天窗(图6.21)三种。

③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,除采用通风天窗外,还可以采用开敞式外墙。开敞式外墙不设窗扇而用挡雨板代替(图6.22)。

图6.20　矩形通风天窗示意

图6.21　下沉式通风天窗示意

图6.22　开敞式外墙剖面示意

6.2.4　定位轴线

单层厂房定位轴线是确定厂房主要承重构件位置及其标志尺寸的基准线,同时也是厂房施工放线和设备定位的依据。为了使厂房建筑主要构配件的几何尺寸达到标准化和系列化,减少构件类型,增加构件的互换性和通用性,厂房设计应执行《厂房建筑模数协调标准》的有关规定。

定位轴线的划分是在柱网布置的基础上进行的。通常把平行于屋架的定位轴线称为横向定位轴线,厂房横向定位轴线之间的距离是柱距;垂直于屋架的定位轴线称为纵向定位轴线,厂房纵向定位轴线之间的距离是跨度(图6.23)。

图6.23　单层厂房平面柱网布置及定位轴线划分

横向定位轴线主要用来标注厂房纵向构件,如屋面板、吊车梁长度的标志尺寸,以及其与屋架(或屋面梁)之间的相互关系(图6.24)。

图6.24　横向定位轴线与墙柱的关系
1—屋面板;2—屋架上弦;3—屋架下弦;4—柱;5—吊车梁;6—牛腿;C—变形缝宽度

纵向定位轴线主要用来标注厂房横向构件,如屋架(或屋面梁)长度的标志尺寸和确定屋架(或屋面梁)、排架柱等构件间的相互关系,还应考虑厂房结构和吊车规格的协调。

6.3　多层厂房设计

6.3.1　概述

多层厂房主要适用于轻型工业,如纺织、服装、针织、制鞋、食品、印刷、光学、无线电、半导体以及轻型机械制造等。多层厂房也适用于采用垂直工艺流程有利的工业,如面粉厂,它还适用于利用楼层能创设较合理的生产条件的工业,如精密机械、精密仪表、光学工业等。与单层厂房相比,多层厂房具有如下特点:

①生产在不同标高的楼层上进行,既有同层水平联系,又有层间垂直联系。

②具有占地面积少、节约用地的特点。

③与单层厂房相比,受柱网尺寸和楼板荷载的限制,通用性降低。

多层厂房的主要结构型式有混合结构、钢筋混凝土结构和钢结构。混合结构厂房受结构尺寸的限制,平面布局不够灵活,已经较少采用,但因其造价低廉仍有少量应用。钢筋混凝土结构厂房平面布置灵活,通用性强,耐火性能好,应用最为广泛。除耐火性能差、造价较高外,钢结构厂房具有钢筋混凝土结构厂房的优点,且施工速度快,所以应用也日益增多。

6.3.2　平面设计

多层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。

1)生产工艺流程和平面布置

生产工艺流程的布置是厂房平面设计的主要依据。各种不同生产流程的布置在很大程度上决定着多层厂房的平面形状和各层间的相互关系。

按生产工艺流向的不同,多层厂房的工艺流程布置可归纳为自下而上式、自上而下式和上下往复式三种类型(图6.25)。

图6.25　三种类型的生产工艺流程

除满足生产工艺的要求外,在进行平面设计时,平面形式应力求规整,以利于节约土地和降低造价;按生产需要,可将一些技术要求相同或相似的工段布置在一起,如要求空调的工段和对防振、防尘、防爆要求高的工段可分别集中在一起,进行分区布置;按日照通风要求,合理安排房间朝向,主要生产工段应争取南北朝向。

2)平面布置形式

由于各类多层厂房生产特点不同,要求各层平面房间的大小及组合形式也不相同,通常布置方式有以下几种:

(1)内廊式

内廊式平面布置如图6.26所示,适用于各工部在生产上有密切联系,又不互相干扰的厂房,因此,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。

图6.26　内廊式平面布置

(2)统间式

统间式平面布置如图6.27所示,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。这种布置对自动化流水线生产更为有利。

图6.27　统间式平面布置

(3)混合式

混合式平面布置如图6.28所示,这种布置是根据不同的生产特点和要求,将多种平面形式混合布置,使其能更好地满足生产工艺的要求,并具有较大的灵活性。

(4)套间式

套间式是为满足生产工艺的要求,或为保证高精度生产的正常进行,通过低精度房间进入高精度房间而采用的组合形式。

图6.28　混合式平面布置

3)柱网布置

多层厂房的柱网尺寸一般较单层厂房小,柱网的选择是平面设计的主要内容之一。选择时首先应满足生产工艺的需要,还应考虑厂房的结构型式,采用的建筑材料、构造做法及在经济上是否合理等。多层厂房的柱网主要有以下几种类型:

(1)内廊式柱网

内廊式柱网如图6.29(a)所示,其特征是两边为主要使用空间,中间为走道的形式。在仪表、光学、电子、电器等工业厂房中采用较多。柱网常用尺寸有:(6+2.4+6)m×6m、(7.5+ 3+7.5)m×6m等。

图6.29　柱网布置的类型

(2)等跨式柱网

等跨式柱网如图6.29(b)所示,其特征是柱网尺寸在纵、横向相同或接近,形成大面积统间式的平面布局。在仓库、轻工、仪表、机械等工业厂房中采用较多。等跨式常采用柱网尺寸为(6～9)m×(6～9)m。

(3)大跨度柱网

大跨度柱网如图6.29(d)所示,柱网跨度一般≥9m,为生产工艺的变革提供更大的适应性。楼盖常采用桁架结构,结构空间可作为技术夹层,用以布置各种管道。

4)楼、电梯布置

多层厂房的平面布置常将楼、电梯组合在一起,成为厂房垂直交通运输的枢纽。它对厂房的平面布置、立面处理均有一定影响,处理得当可丰富立面造型。

楼梯在平面设计中,首先应使人货互不交叉和干扰,布置在行人易于发现的部位,从安全、疏散角度考虑在底层最好能直接与出入口相连接。

电梯在平面中的位置,主要应考虑方便货运,最好布置在原料进口或成品、半成品出口处。尽量减少水平运输距离,以提高电梯运输效率。在电梯间出入口前,需留出缓冲地段。电梯间在底层平面最好应有直接对外出入口。电梯间附近宜设楼梯或辅助楼梯,以便在电梯发生故障或检修时能保证运输。

5)生活间布置

(1)房间的组成

生活间按其用途,可分为三类:生活卫生用房(如盥洗室、存衣室、卫生间、吸烟室、保健室等);生产卫生用房(如换鞋室、存衣室、淋浴间、风淋室等);行政管理用房(如办公室、会议室、检验室、计划调度室等)。

(2)生活间的位置

生活间与生产厂房的关系,从平面布置上可归纳为两类。

①生活间设于生产厂房内,便于使用管理,但对厂房的工艺布置、改扩建以及采光通风有一定影响。

生活间可布置在车间端部和中部。布置在车间端部(图6.30):这种布置不影响车间的采光、通风,能保证生产面积集中,工艺布置灵活,但对厂房的纵向扩建有一定限制。当厂房较长时,为避免流线过长,使用不便,可在两端都设置生活间。布置在车间中部(图6.31):这种布置可避免位于端部的缺点,但应注意不影响工艺布置和妨碍厂房的采光、通风。

图6.30　生活间在厂房内端部

图6.31　生活间在厂房内中部

②生活间设于生产厂房外,对厂房的工艺布置、采光通风有利。

生活间可布置在车间的山墙或纵墙外。布置在车间的山墙外(图6.32),不影响车间的采光通风,但车间的纵向发展要受到影响;布置在车间的纵墙外(图6.33),车间的纵向发展不受影响,但生活间与车间的连接处,会影响车间部分采光与通风。

图6.32　生活间在厂房山墙外

图6.33　生活间在厂房纵墙外

6.3.3　剖面设计

多层厂房的剖面设计主要是研究确定厂房的层数和层高。

图6.34　面粉加工厂剖面
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

1)层数确定

多层厂房的层数选择,主要是取决于生产工艺、城市规划和经济因素三方面,其中生产工艺起主导作用。

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,厂房的层数也能够相应确定。图6.34为面粉加工车间,结合工艺流程的布置,确定厂房的层数为6层。

厂房的层数要符合城市规划的要求,结合容积率、建筑密度和绿地率等指标确定层数,还要考虑城市形态及工厂群体组合的要求。

厂房的层数对经济指标有一定影响,我国厂房常用的经济层数为3～5层,有些厂房由于生产工艺的特殊要求,或受用地限制,也有提高到6层及以上的。

2)层高确定

多层厂房的层高主要取决于生产特性及生产设备、运输设备,管道敷设所需要的空间,同时也与厂房的宽度、采光和通风要求有密切的关系。

多层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对厂房层高的影响。通常把一些质量大、体积大和运输量繁重的设备布置在底层,只需相应地加大底层层高。有时在遇到个别特别高大的设备时,还可做局部通高处理,以节省高度。

厂房采用天然光线时,应保证侧窗的高度,随着厂房宽度的增加需相应地增加层高。厂房采用自然通风时,还应按照《工业企业设计卫生标准》的规定,保证每名工人所占容积大于40m3。

生产上所需要的各种管道对厂房层高影响较大,如空调管道的高度是影响层高的重要因素。当需要的管道数量和种类较多时,可设置技术夹层集中布置管道,这时就应根据管道高度、检修空间高度,相应地提高厂房层高。

层高的增加会带来单位面积造价的提高,在确定厂房层高时,还应从经济角度予以分析。目前,我国多层厂房常采用的层高有3.9,4.2,4.5,4.8,5.1,5.4,6.0m等多种。

6.3.4　造型设计

多层厂房的造型设计主要与建筑所承担的生产内容和性质有关,同时也应符合建筑造型的一般原理。厂房的外观形象和生产功能、技术应用达到有机统一,给人以简洁、朴素、明朗、大方又富有变化的感觉。

1)体形组合

多层厂房的体形,一般由三个部分的体量组成:其一为主要生产部分;其二为生活、办公等辅助用房部分;其三为交通运输部分,包括门厅、楼梯、电梯和廊道等。

一般情况下,生产部分体量大,造型上起着主导作用;辅助部分体量小,它可组合在生产体量之内,又可突出于生产体量之外,这两种体量配合得当,可起到丰富厂房造型作用。

图6.35将辅助体量组合在生产体量之中,强调造型的完整统一。图6.36将辅助体量突出于生产体量之外,强调造型的对比协调。

图6.35　辅助体量组合在生产体量之中

图6.36　辅助体量组合在生产体量之外

多层厂房交通运输部分,常将楼梯、电梯或提升设备组合在一起,利用其体量的高度,在构图上与主要生产部分形成强烈的横竖对比,改善墙面冗长的单调感,使整个厂房产生高大、挺拔、富有变化的效果(图6.37)。

图6.37利用交通运输体量丰富厂房造型

图6.38　利用通风管道的规律布置做造型处理

此外,因生产的需要配置的各种管线设备等,也可形成多层厂房造型的独特风貌(图6.38)。

2)墙面处理

多层厂房的墙面处理是立面造型设计中的一个主要部分,首先应根据厂房的采光、通风、结构、施工等各方面的要求,处理好墙面虚与实的关系。墙面虚与实的关系可以通过不同材质的对比形成,也可通过立面凹凸以及阴影效果产生(如图6.39)。

其次,多层厂房的墙面处理还应掌握不同的立面划分手法。一般常见的处理手法有:

①垂直划分,给人以庄重、挺拔的感受(图6.40)。

图6.39　通过材质及阴影形成墙面的虚实对比

图6.40　墙面水平划分示例

②水平划分,外形简洁明朗、舒展大方(图6.41)。

③混合划分,这种划分是上述两种划分的混合形式,要把握主次以取得生动、和谐的艺术效果(图6.42)。

图6.41　墙面垂直划分示例

图6.42　墙面混合划分示例

3)入口处理

多层厂房的入口在立面设计时应作重点处理。突出入口最常用的处理方法是,根据平面布置,结合门厅、门廊及厂房体量大小,采用门斗、雨篷、花格、花台等来丰富主要出入口,(如图6.43)。也可把垂直交通枢纽和主要出入口组合在一起,在立面作竖向处理,使之与水平划分的厂房立面形成鲜明对比,以达到突出主要入口,使整个立面获得生动、活泼又富于变化的目的(图6.44)。

图6.43　入口处理示例1

图6.44　入口处理示例2

复习思考题

1.什么是工业建筑?工业建筑的特点是什么?

2.工业建筑如何进行分类?

3.试绘简图说明装配式钢筋混凝土排架结构厂房的构件组成?

4.生产工艺对工业建筑平面设计的影响主要体现在哪几个方面?

5.试绘简图说明吊车有哪些种类?

6.什么是柱网?确定柱网的原则是什么?常用的柱距、跨度尺寸有哪些?

7.单层厂房生活间的组成内容有哪些?布置方式有哪几种?

8.如何确定厂房高度?室内外高差宜取值多少?为什么?

9.天然采光的基本要求是什么?有哪些种类?

10.自然通风的基本原理是什么?通风天窗有哪些种类?

11.定位轴线的含义和作用是什么?

12.与单层厂房相比,多层厂房的特点是什么?

13.多层厂房内廊式和统间式平面布局有什么区别?

14.多层厂房柱网布置有哪几种类型?

15.多层厂房体形组合有什么特点?