選煤廠主廠房結(jié)構(gòu)方案探析

孫建斌

(煤炭工業(yè)太原設(shè)計研究院，山西太原 030001)

1 概述

選煤廠主廠房結(jié)構(gòu)布置受工藝限制，有如下特點(diǎn):平面凹凸不規(guī)則，層高高，錯層多，樓層荷載較大且分布不均勻，振動設(shè)備多，大型設(shè)備(浮選機(jī)、壓濾機(jī)、加壓過濾機(jī))一般布置在頂層，屋頂配有橋式檢修吊車，主廠房的特點(diǎn)決定了結(jié)構(gòu)復(fù)雜性。設(shè)計者應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況，選用合適的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)或鋼結(jié)構(gòu)方案，結(jié)構(gòu)方案的選型直接影響設(shè)計計算，建設(shè)周期，成本投資，后期廠房維護(hù)及設(shè)備檢修等。

下面我們比較一下兩種結(jié)構(gòu)形式的優(yōu)缺點(diǎn)。

1)建筑方面:鋼結(jié)構(gòu)屋面、墻面均可采用復(fù)合板材，如彩鋼板夾輕質(zhì)保溫材料等，保溫、隔熱、隔音、裝飾一步到位，色澤和形式可按需求多重選擇，無需再作室內(nèi)外裝修，具有強(qiáng)烈現(xiàn)代感;混凝土結(jié)構(gòu)通常在空心磚墻或墻板砌筑完成后另加保溫隔熱材料，再作外飾面(如刷涂料或貼面磚、鋪瓦等)，工序繁瑣。

2)層高方面:在同樣荷載及跨度的條件下，鋼梁及鋼柱有較小的截面，對于層高有要求的結(jié)構(gòu)，其優(yōu)勢更明顯。鋼筋混凝土框架，梁柱構(gòu)件截面大，自重也大，既不美妙又占領(lǐng)空間。

3)抗震功能方面:鋼結(jié)構(gòu)自重輕，強(qiáng)度高，延性好，對地震有很好的順應(yīng)性。而鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)自重大，剛度大，很難有較好的延性，抗震功能較鋼結(jié)構(gòu)差。

4)施工方面:鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件的制作在車間內(nèi)完成，施工占地少，并能夠保證加工質(zhì)量，且不受外界場地及氣象限制，結(jié)構(gòu)可邊加工，邊運(yùn)載，邊施工，大大縮小現(xiàn)場堆料量，因此縮小了堆料場地。而混凝土結(jié)構(gòu)由于現(xiàn)場施工，受氣象條件及本身硬化周期影響，易耽誤工期，且施工質(zhì)量不好保證。

5)樓板方面:鋼結(jié)構(gòu)常采用兩種樓面結(jié)構(gòu)形式，一種是浸鋅鋼格板，另一種是壓型鋼板—混凝土組合樓板。鋼格樓板優(yōu)點(diǎn)一是省去了埋設(shè)工藝專注的預(yù)埋件，混凝土樓板埋件的種類多，數(shù)量也已千計，施工時易漏埋，錯埋，一旦漏埋，錯埋修改非常困難，優(yōu)點(diǎn)二是中間的空隙決定了廠房的采光性好，缺點(diǎn)是到處漏水，樓面剛度差，不利于檢修設(shè)備且設(shè)備運(yùn)行時振動較大;壓型鋼板—混凝土組合樓板的優(yōu)點(diǎn)是施工方便，不需支底模(可立體式多層同時施工)，受力性能好，具有密肋樓蓋的較好剛度特性，設(shè)計理論成熟、簡單，如果不考慮壓型鋼板的受力組合作用(一般都是這樣考慮的，僅將壓型鋼板作為底模用，設(shè)計僅驗(yàn)算其施工階段的極限狀態(tài)是否滿足要求)，對板底壓型鋼板的規(guī)格要求、防火要求、防銹要求都較簡單;組合樓板缺點(diǎn)是樓板上預(yù)埋件同混凝土結(jié)構(gòu)一樣多，特別是預(yù)埋螺栓時，須鋼梁上留孔，為了設(shè)備安裝牢固(避免螺栓安裝在壓型鋼板凹槽內(nèi))，組合樓板常在所有設(shè)備安裝完成為施工樓板，造成設(shè)備安裝時需鋪設(shè)臨時通道作業(yè)，工人不安全且設(shè)備地腳埋入樓板中，給以后的設(shè)備維修及更換帶來了不便。

鋼筋混凝土框架樓板與梁一次澆筑成型，土建施工完成后才進(jìn)行設(shè)備安裝，安裝時工人安全，且設(shè)備維修及更換非常方便。缺點(diǎn)是施工樓板需要支模，需要養(yǎng)護(hù)且達(dá)到一定強(qiáng)度后才能施工上一層樓板，時間消耗較多。

6)工期方面:由于施工方法的不同，鋼結(jié)構(gòu)主廠房較混凝土主廠房工期正?？商嵩?個月～2個月(不計受氣象條件影響天數(shù))。

7)基礎(chǔ)方面:鋼結(jié)構(gòu)的輕質(zhì)高強(qiáng)，使得鋼結(jié)構(gòu)廠房自重約為混凝土廠房自重的25%～40%，鋼結(jié)構(gòu)的柱腳內(nèi)力明顯比混凝土小很多，因此減少了基礎(chǔ)和地基處理費(fèi)用，這對地基條件差的工程有著顯著的經(jīng)濟(jì)意義。

8)環(huán)保方面:鋼結(jié)構(gòu)一方面大量減少混凝土和磚瓦的使用，減少了城市周邊的開山挖石，且現(xiàn)場可干式施工，節(jié)約用水，產(chǎn)生的噪聲小、粉塵少，有利于環(huán)境保護(hù)，而且建筑使用壽命到期，結(jié)構(gòu)拆除產(chǎn)生的固體垃圾少，廢鋼資源回收率高，是一種綠色環(huán)保產(chǎn)品?；炷两Y(jié)構(gòu)則相反。

9)耐久性(防銹)方面:鋼結(jié)構(gòu)防銹及涂裝設(shè)計應(yīng)綜合考慮結(jié)構(gòu)的重要性、環(huán)境侵蝕條件、維護(hù)條件及使用壽命，以及施工條件與工程造價等因素，合理的選用或確定鋼材表面原始銹蝕等級、除銹方法與等級、涂料與涂裝要求以及涂裝施工的質(zhì)量檢驗(yàn)要求等。在弱侵蝕及中等侵蝕性環(huán)境中的構(gòu)件，不應(yīng)采用表面原始銹蝕等級低于B級的鋼材?，F(xiàn)在的煤礦主廠房基本上是重介洗選，廠房內(nèi)環(huán)境相對濕度大于75%，生產(chǎn)過程中有少量的弱酸鹽溶液，根據(jù)生產(chǎn)環(huán)境對建筑材料的長期腐蝕特性，環(huán)境侵蝕作用應(yīng)定為中等侵蝕性。對于中等侵蝕作用的承重構(gòu)件，除銹方法采用噴射(丸、砂)除銹，除銹等級為(非常徹底)。經(jīng)除銹后的鋼材表面在檢查合格后，應(yīng)在要求的時限內(nèi)進(jìn)行涂裝，防銹涂層一般應(yīng)由底漆、中間漆及面漆組成，選涂料時應(yīng)考慮底漆與除銹等級的匹配，以及底漆與面漆的匹配組合。經(jīng)過多年的跟蹤回訪，由于主廠房生產(chǎn)環(huán)境差，選煤廠鋼結(jié)構(gòu)廠房的鋼構(gòu)件(鋼柱及鋼梁)使用2年就出現(xiàn)表面銹蝕現(xiàn)象，為了保證生產(chǎn)的正常運(yùn)行，有固定的人員隨時對鋼構(gòu)件進(jìn)行小型的維護(hù)，每三年對廠房進(jìn)行一次全面防腐維護(hù)，每次花費(fèi)數(shù)十萬元。相對于鋼結(jié)構(gòu)的復(fù)雜除銹及后期每隔3年～5年的反復(fù)維護(hù)，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)具有很好的耐久性，正常使用條件下不需要保養(yǎng)和維修，后期維護(hù)費(fèi)用基本為零。

10)防火方面:鋼結(jié)構(gòu)最致命的弱點(diǎn)是鋼的耐火性能非常差。鋼的內(nèi)部晶體組織對溫度非常敏感，溫度升高或者降低都會使鋼材性能發(fā)生變化，蠕變在較低溫度時也會發(fā)生，但溫度越高蠕變越明顯。在260℃以內(nèi)建筑用鋼強(qiáng)度不變，260℃～280℃開始下降，達(dá)到400℃時屈服現(xiàn)象消失，強(qiáng)度明顯降低，達(dá)到450℃～500℃時，鋼材內(nèi)部再結(jié)晶使強(qiáng)度急速下降，進(jìn)而迅速失去承載力，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)不能繼續(xù)使用甚至倒塌。鋼結(jié)構(gòu)的防火設(shè)計原則，是在設(shè)計所采用的防火措施條件下，能保證構(gòu)件在所規(guī)定的耐火極限時間內(nèi)，其承載力仍不小于各種作用產(chǎn)生的組合效應(yīng)。選煤廠主廠房生產(chǎn)類別為戊類，耐火等級為二級，根據(jù)《建筑設(shè)計防火規(guī)范》第3.2.4條，丁、戊類廠房(倉庫)二級耐火等級時，建筑的梁、柱可采用無防火保護(hù)的鋼結(jié)構(gòu)，附錄中補(bǔ)充說明本條主要針對鋼結(jié)構(gòu)而言，對于有條件達(dá)到同級耐火等級建筑構(gòu)件的耐火極限時，應(yīng)盡量滿足本規(guī)范第3.2.1條的規(guī)定，防火時根據(jù)《鋼結(jié)構(gòu)防火涂料應(yīng)用技術(shù)規(guī)范》，選用涂料的類別及做法。噴涂防火涂料前，應(yīng)按規(guī)定除銹，并進(jìn)行1遍～2遍底漆涂裝。

鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)與鋼結(jié)構(gòu)相比具有很好的耐火性?；炷潦怯伤唷⑺?、骨料和外加劑經(jīng)過攪拌、澆搗和硬化過程形成的一種水硬性復(fù)合材料，在高溫作用下，混凝土將發(fā)生熱分解，從而改變混凝土的力學(xué)性能。對于普通硅酸鹽混凝土而言，處于400℃以下時溫度對其強(qiáng)度影響不大，甚至還有一定程度的提高，但處于800℃ ～1 000℃時，其強(qiáng)度下降幅度較大。廠房著火時，溫度一般遠(yuǎn)低于800℃，根據(jù)《建筑設(shè)計防火規(guī)范》條文說明知，在鋼筋混凝土框架中，當(dāng)構(gòu)件本身的截面尺寸及鋼筋保護(hù)層厚度滿足構(gòu)造時，建筑構(gòu)件的耐火極限遠(yuǎn)大于防火規(guī)范規(guī)定的時間，所以混凝土結(jié)構(gòu)本身不需要防火處理。

11)抗裂性方面:正常使用階段鋼結(jié)構(gòu)不存在裂縫;而混凝土的抗拉強(qiáng)度非常低，因此，普通鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)經(jīng)常帶裂縫工作。盡管裂縫的存在并不一定意味著結(jié)構(gòu)發(fā)生破壞，但是它影響結(jié)構(gòu)的耐久性和美觀，當(dāng)裂縫數(shù)量較多和開展較寬時，還將給人造成一種不安全感。

12)造價方面:鋼結(jié)構(gòu)一次建成投資大概比鋼筋混凝土框架高出約20%，沒有考慮主廠房后期的防腐費(fèi)用。

13)舒適性方面:在振動設(shè)備較多的廠房內(nèi)，現(xiàn)澆鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的整體性較好，剛度大，生產(chǎn)時結(jié)構(gòu)振動要小于鋼結(jié)構(gòu)，且由于鋼框架布置的柱間支撐，影響設(shè)備檢修及人行通道。

2 結(jié)語

鑒于鋼結(jié)構(gòu)和混凝土結(jié)構(gòu)以上特點(diǎn)，主廠房得經(jīng)過多項(xiàng)方案比較并結(jié)合整個場區(qū)的綜合考慮，得出一個綜合指數(shù)較高的方案，比如現(xiàn)在流行的內(nèi)部設(shè)備支架與外圍護(hù)結(jié)構(gòu)相互脫開，內(nèi)部支架選用鋼筋混凝土框架，外圍護(hù)采用輕鋼門式鋼架(配橋式吊車)。

［1］GB 50583-2010，選煤廠建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范［S］.

［2］GB 50016-2006，建筑設(shè)計防火規(guī)范［S］.