化工廠房的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計特點

李俊杰

（天津港保稅區(qū)，天津 300456）

作為化工建筑，它有其自身的規(guī)律和特點，工藝流程和生產(chǎn)條件限制著化工土建專業(yè)的設(shè)計。所以，化工設(shè)計中的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計顯得尤為重要。土建專業(yè)的各項規(guī)范、規(guī)程和技術(shù)要求以及生產(chǎn)工藝及與其相關(guān)的各項技術(shù)要求都是化工廠土建設(shè)計中需要符合和滿足的標(biāo)準(zhǔn)。否則，工藝要求和化工類建筑物自身的建筑使用功能就不能得到實現(xiàn)。

1 化工的工藝特性

在封閉的容器及管道內(nèi)，物料進(jìn)行連續(xù)的化學(xué)反應(yīng)或物理過程的反應(yīng)及輸送是化工生產(chǎn)中的典型形式?？梢?，工藝是化工設(shè)計中的主導(dǎo)專業(yè)。而化工建筑的作用是為了滿足工藝、設(shè)備等專業(yè)的要求，所進(jìn)行的輔助設(shè)計[1]。

為了能夠設(shè)計出合理的建筑平面、立面和剖面布置形式，使化工建筑盡可能地滿足化工工藝的要求，滿足防火、防爆、泄爆和防腐蝕的相應(yīng)的建筑物措施，以達(dá)到化工生產(chǎn)操作能在良好的工作空間環(huán)境中進(jìn)行[1]。需要相關(guān)的土建設(shè)計人員除了要對本專業(yè)的知識精通，還要對化工工藝的生產(chǎn)內(nèi)容和流程熟悉。為了保證這個化工建筑設(shè)計中的重要因素，作為土建設(shè)計人員，首先要了解是否有容易燃燒和容易爆炸的化學(xué)物品存在，有無腐蝕性的介質(zhì)存在，以及腐蝕性介質(zhì)的形態(tài)和濃度等。其次要對化工裝置內(nèi)的工藝流程、設(shè)備布置、生產(chǎn)環(huán)境和工藝管線的空間走向有所了解。

2 化工建筑、結(jié)構(gòu)的不規(guī)則特性

許多化工建筑會受到工藝流程和生產(chǎn)條件的限制，出現(xiàn)高低錯落、凹凸不平、奇形怪狀的不規(guī)則的建筑形態(tài)?！敖M織空間”是建筑的基本任務(wù)，設(shè)計出能夠滿足化工生產(chǎn)使用功能要求的“生產(chǎn)空間”是化工建筑設(shè)計的任務(wù)。而對于小面積、小規(guī)模、小體積的化工建筑也會由于設(shè)備荷載大和工藝的復(fù)雜性出現(xiàn)建筑的不規(guī)整性。所以，化工類建筑體型的不規(guī)則性導(dǎo)致了建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的不規(guī)則性。以下是一個工程設(shè)計中的實例說明這一點。

建新化工廠是一個雙跨四層框架結(jié)構(gòu)的蒸發(fā)廠房，一臺10 t的單梁手動吊車被設(shè)置在此廠房的四層，即頂層，用來滿足工藝流程、設(shè)備布置和生產(chǎn)使用中對吊裝和檢修高度要求的規(guī)定。在三層樓板上，固定有一個蒸發(fā)罐，需要被單梁手動吊車吊到四層，再通過吊裝孔放到一層。從而，有利于對其進(jìn)行維護和檢修，也因此形成了蒸發(fā)罐吊裝的三維立體空間運動。

在調(diào)查研究和多個方案比較之后,采用了以下的結(jié)構(gòu)設(shè)計方案，來滿足以上的要求：將跨度方向的框架結(jié)構(gòu)中柱只升高至四層樓板結(jié)構(gòu)高度處,而且將橫向框架梁在4.5m跨部分?jǐn)嚅_,而且無縱向框架連系梁與16.50m標(biāo)高處的縱向框架柱連接。因此，此化工建筑框架結(jié)構(gòu)三層以上的柱子被截斷,橫向框架組成由原來的雙跨結(jié)構(gòu)變成單跨結(jié)構(gòu)，而且縱向框架連系梁也無法貫通，所以形成了“抽梁斷柱”這種有些復(fù)雜的非標(biāo)準(zhǔn)框架結(jié)構(gòu)，即異形框架[2]。如果蒸發(fā)廠房按照常規(guī)設(shè)計，并考慮到蒸發(fā)器自身的高度有7.5m左右，其四層的結(jié)構(gòu)層高將從7.0m增高到12m左右。

考慮到各層的框架柱的剛度相差較大，而且四層層高較過高，這樣的設(shè)計首先是不經(jīng)濟，其次在結(jié)構(gòu)上也不合理，所以要采用異形框架結(jié)構(gòu)設(shè)計方案。一方面，可以滿足工藝和檢修的要求，另一方面可使化工工藝專業(yè)與建筑結(jié)構(gòu)在設(shè)計上達(dá)到協(xié)調(diào)。

當(dāng)然，這種異形框架設(shè)計也是不得已的一種設(shè)計方案，因為要犧牲掉建筑物的結(jié)構(gòu)性，但是確實可以最大限度的滿足工藝和檢修需要。所以，在保證工藝流程和使用要求的前提下，還是應(yīng)該盡可能地采用規(guī)則的建筑結(jié)構(gòu)體系，使建筑物獲得一個比較好的整體性剛度。[3]

3 結(jié)構(gòu)設(shè)計荷載大

在化工建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中，為了準(zhǔn)確地進(jìn)行結(jié)構(gòu)布置，獲取準(zhǔn)確的設(shè)計依據(jù)，首先要了解車間內(nèi)部的工藝流程，其次要了解動力設(shè)備的功率、類型和設(shè)備布置情況。對于化工生產(chǎn)中的設(shè)備，重量有的大到幾百噸，因為需要進(jìn)行動力攪拌，而且有的還要加氣加料，從而產(chǎn)生震動。

像蒸發(fā)罐這種類型的動力設(shè)備，必須布置在樓面上，它的動荷載所產(chǎn)生的震動對結(jié)構(gòu)的強度和剛度影響就更大，很容易產(chǎn)生結(jié)構(gòu)共振。我們之所以要認(rèn)真、充分考慮動荷載的結(jié)構(gòu)影響，是因為這里的動荷載不僅僅是容器內(nèi)的物料，而是蒸發(fā)罐本體和蒸發(fā)罐內(nèi)物料的總和。為了確保結(jié)構(gòu)部產(chǎn)生振動，使化工生產(chǎn)可以正常進(jìn)行，結(jié)構(gòu)設(shè)計人員對動荷載的計算應(yīng)該乘以動力系數(shù)。對于動力系數(shù)，國家規(guī)范中缺少有些動力系數(shù)值，所以要根據(jù)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和實踐經(jīng)驗進(jìn)行取值[4]。

4 強腐蝕性

在化工生產(chǎn)過程中，跑、冒、滴、漏的腐蝕性液體和氣體對建筑物的腐蝕是很難避免的，這是由于在化工生產(chǎn)過程中，絕大多數(shù)都或多或少地會有腐蝕性的液體和氣體排出。所以，在化工建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中，防腐蝕設(shè)計是重要的組成部分[5]。然而，要想做好化工建筑的防腐蝕設(shè)計，首先必須弄清楚腐蝕介質(zhì)的情況：腐蝕介質(zhì)是什么、腐蝕介質(zhì)的形態(tài)是氣相還是液相、腐蝕介質(zhì)的濃度如何、溫度的高低怎樣等等。并根據(jù)這些數(shù)據(jù)來確定建筑物的腐蝕程度類別，從而對建筑物的設(shè)備基礎(chǔ)、地溝、地面、樓面、貯槽、頂棚、墻裙采用不同的防腐蝕措施，并在保證防腐蝕功能的前提下盡量選擇經(jīng)濟實用的材料。例如對某些二、三、四層無大的沖擊荷載的樓面可采用整體性樹脂砂漿材料，而對于一層地面這樣的具有較大沖擊荷載的，要采用剛性塊材防腐蝕，所以要具體問題具體分析。

5 防爆、防火、防泄爆

化工生產(chǎn)對化工建筑有很高的防爆、防火、防泄爆要求，因為化工生產(chǎn)很多都屬于具有爆炸危險性的甲、乙類火災(zāi)危險性生產(chǎn)。在化工建筑設(shè)計中，應(yīng)該嚴(yán)守《建筑設(shè)計防火規(guī)范》，確保規(guī)范中的各項防火要求。并根據(jù)化工生產(chǎn)中的火災(zāi)危險性分類，來確定各類廠房的耐火等級、防火分區(qū)和防火間距。輕質(zhì)屋蓋和易于泄壓的門、窗、輕質(zhì)墻體通常作為化工建筑防爆、防火、防泄爆的泄壓面積，而不發(fā)火的水泥砂漿則可用于地面。

6 預(yù)埋件和留洞較多

預(yù)埋件和留洞應(yīng)該在設(shè)計中引起足夠的重視，因為在化工生產(chǎn)中，工藝設(shè)備的復(fù)雜、各種管線、管架的縱橫交錯、需要在建筑物的墻體、樓板、梁、柱、地面等處進(jìn)行全方位的留洞和預(yù)埋件。如果遺漏，將會造成工藝設(shè)備的安裝不便甚至于無法安裝。

總之，經(jīng)過多年的設(shè)計實踐經(jīng)驗和設(shè)計方案體會，化工廠房的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計特點應(yīng)該被不斷地探索和總結(jié)，讓化工建筑更好地為化工生產(chǎn)服務(wù)。

［1］劉華音,任珉,陳建秋,溫健婷,常樂.工業(yè)廠房振動危害的實測及減振研究[J].工程抗震與加固改造;2005,[S1].

［2］馬國庫，徐太安.淺談結(jié)構(gòu)概念設(shè)計在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中的作用[J].黑龍江科技信息;2008,(35).

［3］譚凌燕.淺談工業(yè)建筑的特性及設(shè)計[J].化工設(shè)計;2009,(03).

［4］王軼偉.建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計淺析[J].民營科技;2011,(08).

［5］揭澤云.工業(yè)廠房結(jié)構(gòu)可靠性鑒定方法的研究 [D].長安大學(xué);2011.