鋼結(jié)構(gòu)在特殊條件下的應(yīng)用

梁 濤

（山西太鋼工程技術(shù)有限公司，山西 太原 030009）

1 概述

太鋼節(jié)能減排的重要舉措——廢混酸再生工程已竣工，標(biāo)志著太鋼大力推進(jìn)循環(huán)經(jīng)濟(jì)，實(shí)現(xiàn)環(huán)境保護(hù)和能源的重復(fù)利用工作有了新的突破，是對(duì)公司提出的“要讓節(jié)能減排成為公司新的利潤(rùn)增長(zhǎng)點(diǎn)”的工作目標(biāo)有力支撐。

在實(shí)現(xiàn)全球最具競(jìng)爭(zhēng)力不銹鋼企業(yè)的戰(zhàn)略目標(biāo)過(guò)程中，軋鋼生產(chǎn)中產(chǎn)生了大量的廢混酸，目前大部分采取回收后與石灰進(jìn)行中和處理，直接進(jìn)行中和處理不僅會(huì)消耗大量石灰（CaO），而且會(huì)產(chǎn)生大量污泥需運(yùn)輸和二次填埋。這樣不但消耗大量的人力物力，同時(shí)也不符合國(guó)家提倡的實(shí)現(xiàn)循環(huán)經(jīng)濟(jì)的政策要求。為此，公司決定對(duì)這部分廢混酸進(jìn)行回收處理，將從根本上消除廢酸處理對(duì)環(huán)境的影響，并且回收的廢酸和金屬氧化物還能繼續(xù)為公司生產(chǎn)服務(wù)。

廢混酸再生工程采用目前世界上最先進(jìn)的噴霧焙燒工藝。整套裝置由：酸再生站本體、酸儲(chǔ)罐、氧化鐵粉站以及生產(chǎn)線優(yōu)先使用再生酸4個(gè)系統(tǒng)組成。項(xiàng)目總投資約29 677萬(wàn)元（其中外匯2 100萬(wàn)歐元）。項(xiàng)目建成后，每年可回收Hf（55%）13 920 t、HNO3（98%）12 375 t、節(jié)約CaO 25 113 t、減少污泥外運(yùn)量約35 397 t、回收金屬氧化粉7 175 t，同時(shí)可改善中和站中和處理后的水質(zhì)，實(shí)現(xiàn)中和水回用，年節(jié)約水量約592.9萬(wàn)m3。

采用廢混酸再生技術(shù)，不但具有較好的經(jīng)濟(jì)、環(huán)保等效益，而且也能滿足國(guó)家提倡的建設(shè)節(jié)約型社會(huì)，實(shí)現(xiàn)循環(huán)經(jīng)濟(jì)的需要，達(dá)到企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力與環(huán)境競(jìng)爭(zhēng)力的共同提升，實(shí)現(xiàn)企業(yè)可持續(xù)發(fā)展。

工程規(guī)模：混酸再生能力3×7.5 m3/h。

工藝技術(shù)先進(jìn)：采用目前世界上最先進(jìn)的噴霧焙燒工藝，工藝環(huán)節(jié)少，操作簡(jiǎn)便。

圖1 廢混酸再生產(chǎn)步驟

2 結(jié)構(gòu)方案

（1）根據(jù)工程工藝及防火要求，一層為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，二層以上為鋼結(jié)構(gòu)。平面尺寸53 m×31 m，首層層高5.9 m，其余各層根據(jù)工藝要求3.6～6 m不等，總高度為30.5 m。屋面維護(hù)結(jié)構(gòu)采用壓型鋼板，抗震設(shè)防烈度為8度，設(shè)計(jì)基本加速度為0.2 g，場(chǎng)地類(lèi)別為III類(lèi)。該地區(qū)基本風(fēng)壓為0.4 kN/m2，地面粗糙程度為C類(lèi)，雪荷載為0.35 kN/m2。

圖2 平面布置圖

（2）本設(shè)計(jì)計(jì)算采用PKPM-STS三維框架結(jié)構(gòu)體系建模，采用SATWE進(jìn)行結(jié)構(gòu)空間整體分析。根據(jù)荷載情況，鋼梁截面高度通常在跨度的1/20～1/50之間選擇。翼緣寬度可根據(jù)梁間側(cè)向支撐的間距按l/b限值確定，這樣可避免鋼梁整體穩(wěn)定的復(fù)雜計(jì)算。在截面高度和翼緣寬度確定之后，板件厚度可按規(guī)范中局部穩(wěn)定的構(gòu)造要求判定。柱截面按長(zhǎng)細(xì)比預(yù)估，通常50<λ<150，簡(jiǎn)單選擇值在100附近。根據(jù)軸心受壓、雙向受彎或單向受彎的不同，可選擇鋼管或H型鋼截面等。根據(jù)初選結(jié)果輸入，再利用軟件的構(gòu)件優(yōu)化程序進(jìn)行整體優(yōu)化。

本設(shè)計(jì)的難點(diǎn)在于上部為鋼結(jié)構(gòu)，下部為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。如何合理地把上部結(jié)構(gòu)荷載傳到下部混凝土結(jié)構(gòu)上，同時(shí)又不至于多次重復(fù)組合計(jì)算進(jìn)而增大荷載是本設(shè)計(jì)的難點(diǎn)。

圖3 剖面體系

（3）本工程是太原市環(huán)保重點(diǎn)項(xiàng)目，工期要求緊。為了加快施工進(jìn)度，鋼結(jié)構(gòu)要求大量采用工廠化制作，采用剛接節(jié)點(diǎn)?，F(xiàn)場(chǎng)連接，減少高空焊接量。因而在采用PKPM-STS軟件設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)把節(jié)點(diǎn)選型改為剛接。

圖4 框架梁與箱型柱剛接節(jié)點(diǎn)

（4）鋼結(jié)構(gòu)為4層，局部為5層。頂層采用門(mén)式剛架結(jié)構(gòu)，屋面斜梁可根據(jù)調(diào)整節(jié)點(diǎn)高度的方法實(shí)現(xiàn)，在特殊構(gòu)件補(bǔ)充定義中將頂層梁柱定義為門(mén)式剛架。

圖6 屋面斜梁屋脊處端板連接

圖5 屋面斜梁與柱端板連接

（5）頂層屋面采用壓型保溫板與卷材相結(jié)合的處理方法，壓型鋼板的波高越高，截面的剛度就越大，壓型鋼板可根據(jù)建筑特點(diǎn)、使用環(huán)境、結(jié)構(gòu)形式等因素綜合考慮，為了滿足防火要求，現(xiàn)在復(fù)合壓型保溫板通常采用巖棉或玻璃絲綿作為填充材料，有時(shí)候檁條跨度大，屋面板上部還要求做SBS防水層時(shí)，波高低的復(fù)合板不能滿足荷載需要，這時(shí)我們采用大波板，但把波峰朝下來(lái)安裝，這樣不但能滿足荷載作用下的強(qiáng)度需要，同時(shí)又能發(fā)揮SBS的防水功能。

（6）由于本設(shè)計(jì)廠房為酸處理車(chē)間，難免會(huì)發(fā)生酸霧揮發(fā)，因而如何防止酸腐蝕至關(guān)重要。在南方的幾家類(lèi)似的生產(chǎn)車(chē)間看到壓型板用了不到4年就出現(xiàn)蜂窩麻面，檁條銹蝕嚴(yán)重，有的已經(jīng)失去承載力，有的事故車(chē)間從地面到屋頂通風(fēng)口全部腐蝕，不但影響生產(chǎn)，而且維護(hù)成本巨大。

本工程根據(jù)酸的類(lèi)型采用以下處理方法：凡是鋼構(gòu)件均刷氯磺化聚乙烯底漆兩道，中間漆兩道，面漆兩道。漆膜總厚度不小于 150 μm。

（7）上、下部結(jié)構(gòu)要分別單獨(dú)運(yùn)算，在運(yùn)算上部結(jié)構(gòu)時(shí)要充分考慮地震影響，以保證節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)的安全，保證以后的正常使用。在下部計(jì)算時(shí)不但要考慮自身載荷，同時(shí)還要考慮上部結(jié)構(gòu)傳下來(lái)的荷載。有時(shí)計(jì)算簡(jiǎn)單地把上部地震參與計(jì)算的荷載傳到下部混凝土柱頭，然后再進(jìn)行地震運(yùn)算，重復(fù)計(jì)算了地震影響，造成了不必要的浪費(fèi)。因而在計(jì)算下部荷載時(shí)，上部傳下來(lái)的應(yīng)該是標(biāo)準(zhǔn)值，并且不應(yīng)進(jìn)行地震計(jì)算，應(yīng)把上部荷載作為一個(gè)質(zhì)點(diǎn)作用在下部結(jié)構(gòu)上，并根據(jù)體系考慮質(zhì)點(diǎn)的空間位置，建立統(tǒng)一模型進(jìn)行地震計(jì)算。這樣既保證了工程的安全又兼顧了經(jīng)濟(jì)效益，提供了科學(xué)、合理的設(shè)計(jì)實(shí)施方案。

圖7

3 結(jié)束語(yǔ)

鋼結(jié)構(gòu)作為新興產(chǎn)業(yè)蓬勃發(fā)展，在工程建設(shè)中只要運(yùn)用得當(dāng)、科學(xué)設(shè)計(jì)，就會(huì)取得很好的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益，為我國(guó)的工業(yè)化大發(fā)展作出貢獻(xiàn)。