页数：41页文件大小：824.6 KB来源： 房屋建筑学ppt课件
本课件讲单层厂房剖面设计，先说明剖面形状与生产工艺的关系，讲清厂房高度的确定方法，再讲天然采光的方式与采光面积计算，最后介绍自然通风的组织与屋面排水方式。
图3.1厂房高度影响图3.2厂房各标高及要求
3.1.1柱顶标高的确定厂房内部有无吊车对于柱顶标高的确定有很大．无吊车厂房在无吊车的厂房中，柱顶标高通常是按最大生产设备的高度和安装、检修时所需的高度两部分之和来确定的，柱顶标高应符合扩大模数3M数列的要求.同时，厂房高度还需满足采光和通风的要求.一般，无吊车厂房的柱顶标高不小于3.9m.2.有吊车厂房图3.3所示为有吊车厂房内部影响厂房高度的因素.①确定轨顶标高H1：H1=h1+h2+h3+h4+h5式中：h1为生产设备或隔断的最大高度：h2为被吊物件安全超越高度，一般为400～500mm~：h3为被吊物件的最大高度，h4为吊绳最小高度，h5.为吊钩距轨顶面最小高度，可由吊车规格表中查出，h6为轨顶至小车顶部高度，可由规格表中查出，h7为小车顶吊面至屋架下弦底部的安全高度，根据吊车起重量大小取300㎜、400㎜、500㎜.
图3.3有吊车厂房高度的确定
3.1.2室内地面标高的确定为了使厂房内外运输方便和缩短门前坡道的长度，一般单层厂房的室内外地面高差不宜太大，但要考虑到防止雨水浸入，室内外地面高差通常为100~150mm.在通常地形较平坦的情况下，为便于工艺布置和生产运输，整个厂房地坪采取统一标高.但在山区建厂时，由于地形起伏不同形成复杂的地貌，从经济角度考虑应依山就势，因地制宜.例如：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.如图3.4是某车间的剖面，由于炉料要直接加入化铁炉内，铁炉内的入料口又在一定的高度上，因此把炉料跨布置在高台阶上，既少土石方量又方便生产操作.2)当厂房跨度垂直等高线布置、地形坡度又较大时，可将同一跨度的地坪分别布置在不同标高的台阶上，也可将局部做成两层.如图3.5是某汽车厂木模和铸铁车间剖面，二者分别布置在不同标高的台阶上，为便于运输联系，将木模库局部做成两层，木模由底层运至二层，再运往临近的铸工车间.这样处理既方便生产工艺流程，又充分利用地形.
图3.4某铸工车间剖面1.小件造型2.大件造型3.熔化4.炉料图3.5某汽车厂木模和铸铁车间剖面
3.1.3厂房高度的调整确定厂房高度时，应在满足生产要求的前提下充分利用空间，不可轻易提高柱顶标高.对于多跨厂房和有特殊设备要求的厂房，需做相应厂房高度的调整.在工艺要求有高差的多跨厂房中，当高差不大于1.2m时(有空调要求除外)，低跨所占面积较小时，不宜设置高度差.在不采暖的多跨厂房中，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.这样在剖面设计中尽量采用平行等高跨，使构件统一，施工方便，较为经济.对于厂房内局部有特殊设备，为了柱顶标高的统一，通常在厂房一端屋架与屋架之间的空间布置个别高大设备，或降低局部地面标高，如地坑来放置大型设备，以减小厂房空间高度.如图3.6是某厂铸铁车间砂处理工段剖面图，在不影响吊车运行的情况下，把高大设备布置在两榀屋架之间.如图3.7是某厂的变压器修理工段的剖面图，在修理大型变压器芯子时，须将芯子从变压器外壳抽出，如将变压器放在地面上操作，就要抬高整个厂房高度，使造价提高，如将须修理的变压器置于低于地坪的地坑里，即满足了修理要求，又降低了厂房高度，做到既经济、又适用.
图3.6利用屋架空间布置设备图3.7利用地地坑布置大型设备
3.2天然采光在白天，室内利用天然光线照明的方式叫天然采光.天然光分为;1)直射光.太阳光直射到界面的光线，它的照度高，有一定的方向性，在物体背后出现阴影.2)散射光.太阳光在大气中受到灰尘、云雾等的影响，或不直接照射到物体上，而在天空中形成的散射光.它的照度低，没有方向性，也不会形成阴影.晴天时有直射光和散射光，阴天时只有散射光.在厂房设计时应首先考虑天然采光.采光设计是根据室内生产对采光的要求确定开窗大小、型式、位置等，以保证室内光线均匀，避免眩光．3.2.1天然采光的基本要求1.满足采光系数的最低值由于天然光的照度时刻都在变化，室内工作面上的照度也随之改变，因此采光设计不能用变化的照度来作依据，面是用采光系数的概念来表示采光标准.室内某一点的采光系数C等于室内某一点的照度EN.与同一时刻室外全云天水平面上天然照度Ew比值百分数，即c=EN/EW×100%式中：EN为室内工作面上某点的照度(Lx)，Ew为同一时刻露天地平面上全云天散射光照射下的照度(Lx)(图3.8).
图3.8确定采光系数示意EN是室内工作面上的最低胴度，Ew在各地区是一个已确定的常数，则C采光系数的最低值，以‘值作为设计标准，不管室外照度如何变化，室内工作面都能满足生产要求.根据厂房对采光要求的不同，我国《工业企业采光设计标准9中规定，将天然采光分为五级，见表3．1.表中采光系数最低值是按照室外临界照度值确定的，室外临界照度值一般取5000Lx.室外临界照度低于这个标准的地区，如四川、贵州和广西西北部，其采光等级可提高一级(即乘以修正系数1.25)采用.
表3.1生产车间工作：本页为表格页，源文件中表格数据已被压平，未能安全还原，需对照原课件图片补充。
2.满足采光均匀度的要求工作面上照度差别大，容易产生视觉疲劳，影响工人操作，降低劳动生产率.为了保证视觉舒适，应尽量使室内照度均匀.所谓采光均匀度是指工作面上的采光系数的最低值与平均值之比，具体可以根据车间的采光等级及采光口的位置来确定.在顶部采光时，对I—v级采光等级的采光均匀度不宜小于0.7.侧面采光时，由于照度变化很大，不可能均匀，所以未做规定.为保证采光均匀度0.7的规定，相邻两天窗中线间的距离不宜大于工作面至天窗下沿高度的两倍，通常工作面取地面以上1.0一1.2m高度.检验工作面上采光系数是否符合标准，通常是在厂房横剖面的工作面上选择光照最不利点进行验算.将多个测点的值连接起来，形成采光曲线，显示整个厂房的光照情况，见图3.9.图3.9采光曲线示意图
3.避免在工作区产生眩光在人的视野范围内出现比周围环境特别明亮而又刺眼的光叫眩光，使人的眼睛感到不舒适，影响视力及操作.设计时应避免工作区出现眩光.2.采光面积的确定采光面积的确定，在实际工程中，往往是根据厂房的采光、通风、立面处理等综合要求，对于采光设计不需要十分精确的厂房，可通过窗地面积比来确定采光面积，其计算方法为：1)根据生产车间和工作场所的性质(表3．2)，决定车间的采光等级.2)根据采光等级(表3．1)，决定车间所需的采光系数最低值c.3)根据采光系数最低值c，决定窗地面积比，即可得采光口面积.4)根据车间的平面和剖面，确定窗口的大小和数量.3.采光方式及采光窗类型1.采光方式根据采光口在外围护结构上的位置，可分为侧窗采光、天窗采光和混合采光三种方式，如图3.10所示.
图3.10单层厂房天然采光方式
图3.11单侧采光光照衰减示意图3.12吊车粱遮挡光线与高低侧窗的位置
图3.13采光天窗形式及布置
图3.14天窗宽度与跨度的关系图3.15锯齿形天窗的剖面
当厂房东西朝向时，如采用矩形天窗则朝向不好，可采用横向下沉式天窗.是将屋顶的一部分屋面板布置在屋架下弦，利用上下弦之间的屋面板位置的高差作为采光口和通风口.若将相邻柱距的屋面板交错布置在屋架下弦上，就成为横向下沉式天窗，如图3．16所示.其主要特点是能根据使用要求，灵活布置天窗位置，并能降低建筑高度，简化结构，抗震性好，降低造价(约为矩形天窗的62％)，而采光效率与矩形天窗相近.其缺点是窗扇形式受屋架形式的限制，构造较复杂，厂房纵向刚度差.横向下沉式天窗适用于东西向的冷加工车间，也适用于热车间.图3.16横向下沉式天窗的剖面
4)平天窗.在屋面板上直接设置水平或接近水平的采光口叫平天窗.这种天窗构造简单、造价低廉，由于其透光材料水平设置，故采光效率高.在采光面积相同的条件下，平天窗的照度比矩形天窗高2—3倍.平天窗虽有上述优点，但也存在一些问题：平天窗不能通风，如必须通风，需在构造上还须采取通风措施，在采暖地区容易在玻璃上结露，形成水滴下落，影响使用，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，在直接阳光作用下，工作面上眩光较重，影响工作.另外，平天窗还存在容易积灰和污染，玻璃破碎易伤人等问题.由于这些原因，平天窗适用于一些冷加工车间，在工业建筑中未得到广泛应用(图3.17).图3.17平天窗的剖面
电量较多.在无特殊要求的厂房中，尽量以自然通风的方式解决厂房的通风问题.3.3.1自然通风的基本原理自然通风是以利用热压和风压来实现通风换气的，1.热压原理厂房内部由于生产过程中所产生的热量，如工业炉子、热部件以及机械设备运转等排出大量的热量，提高了室内空气的温度，使空气体积膨胀，容重变小而自然上升.而室外空气温度相对较低，容重较大，当厂房下部的门窗敞开时，室外空气进入室内，使室内外的空气压力趋于平衡.如将天窗开启，由于热空气的上升，天窗内侧的气压大于天窗外侧的气压，使室内热气不断排出，如此循环，从而达到通风的目的.这种通风方式称为热压通风，如图3.18所示.图3.18热压通风示意
由于室内外温差造成的空气压力叫热压.热压值用下式计算：△P＝H(RW一rn)式中：厶尸为热压(kg/Me)，H为进排风口中心线的垂直距离，RW为室外空气密度(kg/m3，)，h为室内空气密度(kg/m3).从式中可看出，热压值的大小取决于进风口室内外的温差.开设天窗和降低进风口高度，都是加大热压的有效措施.2.风压原理当风吹向建筑物时，遇到建筑物而受阻，如图3.19所示，在Ⅰ-Ⅰ剖面位置处，迎风面空气压力增大，超过了大气压力为正压区，用“+”表示，在Ⅱ一Ⅱ剖面位置处，气流通过房屋两侧和上方迅速而过，此处气流变窄，风速加大，使建筑物的侧面和顶面形成了一千小于大气压力的负压区，用“一”表示.风到Ⅲ-Ⅲ处时，空气飞越建筑物，并在背风一面形成涡流，出现一个负压区.因此根据这个现象，应将厂房的进风口设在正压区，排风口设在负压区，使室内外空气更好地进行交换.这种利用风的流动产生的空气压力差而形成的通风方式为风压通风.
图3.19风绕房屋流动状况及风压分布
在厂房削面和通风设计时，要根据热压和风压原理考虑二者共同对厂房通风效果的影响，恰当地设计进、排风口的位置，选择合理的通风天窗形式，组织好自然通风.图3.20是热压和风压共同工作时的气流状况示意.图3.20热压和风压共同工作时的气流状况3.3.2冷加工车间的自然通风冷加工车间一般没有大量的生产余热，室内外温差较小，但从新鲜空气的引入和废气排出考虑，也应组织好厂房的自然通风．组织自然通风时可结合工艺和总平面进行，尽量使厂房长轴与夏季主导风向垂直，限制厂房的宽度在60n以内，以便组织穿堂风.另外还应合理布置进出风口的位置，尽可能设置高侧窗，以提高热压值；室内少设和不设隔墙，这些对组织通风都是有利的.当厂房较宽时，中间部位受穿堂风效益甚微，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，在夏季可在厂房内设置风扇，迫使
空气流动.3.3.3热加工车间的通风热加工车间在生产时会产生大量余热和有害气体，尤其要组织好自然通风.不仅在平面设计中要考虑通风因素之外，还应根据热压原理，充分利用热压并合理地设置进排气口，选择良好的通风天窗形式.1.进、排气口设置我国幅员辽阔，南北方气候差异较大，建造地区不同，热加工车间进、排风口布置及构造形式也不一样，主要利用低侧窗进风，高侧窗和天窗排风.根据热压原理，进排风口的高差越大，通风效果越好.图3.21为进、排风口的位置与高度的关系.图3.21进、排风口的位置与高度的关系
1)南方炎热地区作为进风口的低侧窗窗台标高，可降为0.5～1m.因冬季不冷，不需调节进排气口面积控制风量，故进、排气口可不设窗扇，但为防雨水飘入室内，必须设挡雨板[图3.22(a)].图3.222)北方寒冷地区因温差较大，进、排气口均须设置窗扇.低侧窗可分为上下两排，冬季上排窗开启，下排窗关闭，避免冷风吹向人体.夏季则将下排窗开启，上排窗关闭[图3．22(b)].为了提高热车间的通风能力和便于窗扇启闭，低侧窗宜采用平开窗和立旋窗，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.排风口的位置应尽量高一些，一般都设在柱顶处.当设有天窗时，天窗位
置一般设在屋脊处或设于散发热量较大的设备上方，这样可缩短通风距离，较快地排除热空气.中间部分的侧窗一般不按进、排风口设计，以免减少进风口的进气量和气流速度，但应按采光窗设计，常采用固定窗或中悬窗.对有些灰尘较大的热车间(如炼钢、铸铁等)由于在生产过程中不断产生大量的烟灰和二氧化硫，使侧窗和天窗的玻璃表面很快形成污染面层，清除很困难，严重地影响车间的采光和操作，夏季又需开启窗扇进行通风，由于震动等原因，玻璃破损严重，使维修费用增加.据此，为减少投资和维修费及改善车间的采光状况，对散热量及灰尘散发量大的车间，在南方地区厂房墙体形式可采用上下开敞式(图3.23).在北方地区，这类热车间的剖面设计应在保证采光基本要求的前提下，尽量缩小侧窗面积，也可采用上部开敞式.有天窗时也可不设天窗扇，具体要按设计的实际情况而定.除上下开敞式墙体形式外，还有全开敞式，它适用于只要求防雨而不要求保温的一些热车间和仓库，如冶金工业的脱锭车间、钢坯库和钢材库等(图3.24).
图3.23上下开墙体厂房图3.24全开敞式厂房
2.通风天窗的类型以满足厂房通风为主的天窗称为通风天窗.应根据不同生产性质的厂房、不同地E的气候条件，选择相应的通风天窗.目前较常用的通风天窗类型有矩形通风天窗和下沉式通风天窗两种.(1)矩形通风天窗.一般的矩形通风天窗虽然能起一定的通风作用，但很不稳定当室外风压大于迎风面室内热压时，迎风面天窗排气口不但不能排气，反而室外气流会进入室内或穿堂而过，产生倒灌现象，阻碍天窗排气.要避免这种现象，就要关闭迎风面的窗扇，打开背风面的窗扇.但风向是经常变化的，这就需要根据风向的变化随时开闭迎、背风面排气口的窗扇，这实际上是做不到的.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.最有效的办法是在距排风口一定距离的地方设置挡风板.当风吹到挡风板上时产生气流飞跃，在天窗与挡风板之间形成负压区，保证天窗在任何风向的情况下都能稳定排气(图3．25).这种带挡风板的矩形天窗称为矩形通风天窗或避风天窗.图3.25矩形通风天窗
挡风板与窗口的距离对天窗的通风效果有影响，根据实验得知，挡风板距天窗的距离L与天窗排气口高度^的比值应在0.6～2.5的范围内.由图3.26可以看出，L／h<0.6时，阻力系数剧增，说明挡风板距天窗太近，通风受影响，当L/h>2.5时，阻力系数变化不大，说明L值过大实用意义也不大，而且不经济.因此，常用的L／h值是：当天窗挑檐较短时，L/h＝1.1—1.5，当天窗的挑檐较长时，L/h=0.9—1.25.大风多雨地区比值还可偏小.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的五倍时，可设挡风板，因为该区域的风压始终为负压（图3.27）图3.26挡风板距离天窗的距离与通风性能的关系图3.27平行等高两矩形天窗不设挡风板条件
(2)下沉式通风天窗.由于矩形通风天窗使厂房高度增加，集中荷载加大，对抗震也不利.为克服这种通风天窗的缺点，出现了下沉式通风天窗，即在屋顶结构中，把部分屋面板铺在上弦上，其余屋面板铺在下弦上，上弦与下弦之间的空间构成在任何风向下均处于负压区的排风口.它和矩形通风天窗相比有很多优点：降低石房高度，减少了风荷载；由于不设天窗架和挡风板，减少了屋架上的集中荷载；可节省材料，降低造价；由于重心下降，抗震性能好；通风稳定可靠.其缺点是：屋架上下弦受扭；屋面排水处理复杂；如设窗扇时，因受屋呆形式的限制，使构造复杂.下沉式通风天窗有三种形式：井式天窗、纵向下沉式天窗和横向下沉式天窗.1）井式天窗，是每隔一个柱距离或几个柱距将一定范围内的屋面板下沉，形成一个天井.处于屋顶中部的称为中井式天窗，设在边部的称为边井式天窗[图3.28（a）]2)纵向下沉式天窗，是沿厂房纵向将部分屋面板下沉面形成.根据需要可布置在屋脊处或屋脊两侧[图3.28（b）].3）横向下觉式天窗，是沿厂房横向将一个柱距离内的屋面板下沉而形成[图3.28（c）].这种天窗采光均匀，排气路线短.在东西朝向的车间中，采光横向下沉式天窗或叛乱少直射阳光对厂房的影响.具体设计时，应根据室内热源分布情况和各类下沉式天窗的特点来选用.为克服矩形通风天窗的缺点，除了下沉式通风天窗外，还出出了多种形式的通风屋顶.如根据工艺要求将两榀单坡屋架做成高低位置不同的屋顶，在高差处形成排气口，既能满足通风要求，排水处理亦简单(图3.29)，也可把两榀下弦标高相同的屋架局部加高，做成通风天窗.它通风稳定，又可不做挡风板(图3.30).
图3.28平行等高跨两矩形天窗不设挡风板条件
图3.29排气天窗图3.30排气天窗
3.合理布置热源和其他措施热源位置的合理与否对热车间的通风效果影响很大。在利用穿堂风作为主要通风方式时，热源应布置在夏季主导风向的下风向一侧，而且进出风口应布置在一条线上，使气流通畅。
以热压为主的自然通风，热源应布置在天窗开口下面，使气流排出路线短捷，减少涡流。当有些设备在生产时散发出大量的热量和烟尘时，为防止其扩散污染整个厂房，可在这些设备上部设置排烟罩。
另外，在各跨高度基本相等的多跨厂房中，为了提高自然通风效果，可将冷热跨间隔布置，中间设置轻质吊墙，使空气从冷跨不断地流向热跨，图3.28平行等高跨两矩形天窗不设挡风板条件样使气流速度加快，通风效果明显(图3.31)。图3.31冷热跨间隔布置。
在我国南方及中部地区，夏季炎热，这些地区的热，加工车间除了采用通风天窗外，外墙还可采取开敞式的形式。开敞式的厂房应设置挡雨板，防止雨水进入室内。开敞式厂房主要有全开敞式、上开敞式和下开敞式三种，如图3.32所示。
图3.32开敞式外墙的厂房开敞式厂房的特点是：通风量大，室内外空气交换迅速，散热快，构造简单，造价低．缺点是：防寒、防风、防沙能力差，通风效果不太稳定。3.4屋面排水方式对屋顶形式的影响厂房屋面排水方式类似民用建筑，可分成有组织排水和无组织排水。有组织排水又分为外排水和内排水。
但工业建筑的有组织排水其构造复杂，造价高，特别是多跨厂房，施工和维修麻烦，天沟容易漏水。除有组织外排水之外，更多采用内排水．而无组织排水构造简单，造价便宜，施工方便(图3.33)。
厂房排水方式的选择应根据气候条件、生产方式、屋顶面积大小等综合考虑而定。如积灰多的工业厂房(铸工、炼钢等)在生产过程中散发大量粉尘积于屋面，下雨时被冲进天沟会造成管道堵塞，故应尽量采用无组织排水。而有腐蚀性介质的厂房容易使铸铁雨水装置遭受侵蚀，也应尽量采用无组织排水。
排水方式的不同又会对厂房屋顶形式产生较大影响。3.4.1多脊双坡形式量顶在多跨厂房中，多把屋顶做成有内天沟的多脊双坡形式，坡度一般在1/5—1/12之间，见图3.33(a)。其优点是承重构件受力合理，材料消耗量少，应用较广泛。
但其不足也是显而易见的，如排水管易堵塞，天沟积水，屋面易渗漏。有时地下排水管网被堵引起室内地面冒水，且构件类型多，排水构造复杂，施工操作困难。图3.33排水方式示意1.天沟2.雨水管3.地下捧水管网。
3.4.2缓长坡形式屋顶这种形式的屋顶把常用的多脊双坡屋顶改变成没有内天沟的和坡屋面，可以在很大程度上避免多脊双坡形式屋顶的缺点(图3.34)。其特点是减少天沟、水落管及地下排水管网的数量，简化构造，并能保证生产的正常进行。正因为如此，它对某些生产有较大的适应性。如炼钢厂，若有水滴落入灼热的钢水中，会发爆炸事故。
同时，由于炼钢厂房散热量大，在北方的冬季也不会出现屋面积雪、结冰，因此，这类厂房应做成双坡的屋顶形式，避免做有组织内排水(图3.35)，又如某彩色电视显像管厂主装车间也是一个良好的实例，既简化了构造又减少了漏水的可能性(图3.36)。在有腐蚀性介质的厂房采用缓长坡形式屋顶更是适宜的。在国外，除大型热车间采用坡度较大的屋顶外，一般机械厂都有向缓长坡和平屋顶发展的趋势。这样的屋顶形式，使墙板类型大为减少，有利于建筑工业化，还能在乎屋顶上布置一些小型辅助房间，扩大生产面积。
在多雪地区，平屋顶的雪载分布均匀，不致产生局部超载。有隔热要求时，还可利用平屋顶做蓄水屋面或种植花草，既改善了环境，又是隔热的有效措施。
图3.36某彩电显像管厂主厂房图3.35某钢铁厂屋面排水图3.34缓长坡形式屋顶
小结单层厂房剖面设计的是单层厂房设计中的重要一环，是在平面设计的基础上进行的，厂房剖面设计着重解决建筑空间如何满足生产的各项要求的问题。同时，厂房剖面设计还受到生产工艺的影响，并选择好结构方案和围护结构形式，以满足建筑工业化的要求。在学习过程中应注意以下内容：1.确定好合理的厂房高度，掌握柱顶标高的确定、室内地面标高的确定及厂房高度的调整，使其有足够空间满足生产工艺的要求。
2.天然采光的基本要求：满足采光系数的最低值，满足采光均匀度，避免在工作区产生眩光：了解采光面积的确定依据。3.采光方式：侧窗采光、天窗采光、混合采光。4.采光天窗的类型：矩形、锯齿形、下沉式和平天窗四种类型及布置方式。
5.自然通风的方式和基本原理，及冷，热加工车间的自然通风。重点掌握热压原理、风压原理，掌握热加工车间进排风口的设置，以及通风外墙、通风天窗的类型。6.屋面排水方式对屋顶形式的影响，了解多脊双坡、缓长坡形式的屋顶。
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