煤礦地面建筑優(yōu)化設計

李 霞

(山西安煤礦業(yè)設計工程有限公司，山西 太原 030020)

煤礦地面建筑優(yōu)化設計

李 霞

(山西安煤礦業(yè)設計工程有限公司，山西 太原 030020)

結合礦井的建設標準，從設計的角度分析了煤礦地面建筑的造價控制方法，并探討了地面建筑設計中輕鋼結構的應用范圍，總結了地面建筑設計中的注意事項，旨在實現(xiàn)建筑設計的經(jīng)濟性與合理性。

煤礦，地面建筑，造價控制，輕鋼結構

煤礦地面建筑優(yōu)化設計是以設計單位為主導，參建各方均要參與的一個比較復雜的系統(tǒng)過程。這個過程從項目前期的選址規(guī)劃，到項目實施過程中的設計階段，建設階段，貫穿始終，在工程建設的每一個階段，其他參建各方都要支持與配合設計單位，同時設計單位應積極了解工程內部、外部環(huán)境情況，尤其是不斷變化的某些外部環(huán)境因素，經(jīng)過精準的計算，認真的比選，及時提供經(jīng)濟合理的設計成果，真正做到煤礦地面建筑的優(yōu)化設計。下面我將從幾個方面闡述煤礦設計的一些特點、注意事項以及如何進行優(yōu)化設計。

1 礦井的建設標準及應用

GB 50592—2010煤礦礦井建筑結構設計規(guī)范第1.0.4條規(guī)定：新建礦井主要建(構)筑物的結構設計使用年限應與礦井設計服務年限相適應。當?shù)V井設計服務年限不滿50年時，其主要建(構)筑物的設計使用年限仍應按50年設計。礦井建(構)筑物的結構安全等級和抗震設防類別應按表1.0.4的規(guī)定采用。

表1.0.4略。但需注意，對于一些重要的建筑物，如提升系統(tǒng)里面的提升機房、井口房、天輪架，供配電系統(tǒng)里的地面變電所、配電室，通信系統(tǒng)里的通信樓、調度中心等結構安全等級均為一級，抗震設防類別為乙類(即為重點設防類)。根據(jù)GB 50223—2008建筑工程抗震設防分類標準第3.0.3條2款，重點設防類，應按高于本地區(qū)抗震設防烈度1度的要求加強其抗震措施；但抗震設防烈度為9度時應按比9度更高的要求采取抗震措施；地基基礎的抗震措施，應符合有關規(guī)定。同時，應按本地區(qū)抗震設防烈度確定其地震作用。一般的建筑安全等級為二級或三級，抗震設防類別通常為丙類(即為標準設防類)。

該條的條文說明：對于那些不直接影響生產(chǎn)或者影響很小的、易于拆除重建的建(構)筑物不受此條限制。

很多兼并重組的礦井，設計年限為十幾年甚至幾年，在結構設計時應根據(jù)建筑物的重要程度，能不建的不建，必須建的，結構專業(yè)設計時應考慮使用年限的調整系數(shù)(該系數(shù)取值見GB 50009—2012建筑結構荷載規(guī)范第3.2.5條)，在效應設計值計算時活荷載應乘以該系數(shù)，結構設計使用年限為5年時取0.9,結構設計使用年限為50年時取1,結構設計使用年限在5年～50年之間時，按線性內插確定。

2 地面建筑造價控制

工程造價的控制貫穿于工程建設的整個過程(主要包括項目決策、設計、施工階段)，但在不同階段工程造價所占的比例不同。據(jù)有關資料統(tǒng)計分析，設計階段對整個項目造價的影響約為35%～75%，可見設計階段是控制工程造價的重要階段。對于礦井建設項目的總投資而言，除井巷工程、設備購置費以外，地面土建工程的造價所占的比重最大，一般能占到礦井總投資的10%以上。

控制煤礦基本建設投資應從設計抓起。不僅要使設計能滿足煤礦安全生產(chǎn)的功能需要，同時還能保證設計的經(jīng)濟、合理，從而有效的控制工程造價、節(jié)約建設單位投資成本。

下面我將從幾個方面分別進行闡述：

煤礦地面建筑通常分為生產(chǎn)系統(tǒng)、輔助生產(chǎn)系統(tǒng)和行政福利系統(tǒng)三大部分。在規(guī)范及標準允許的情況下，設計人員應針對地面上主要建(構)筑物的特點，對其分別進行優(yōu)化設計。主要包含以下幾個方面：地面生產(chǎn)系統(tǒng)，如井口房、篩分車間、提升機房等直接影響到礦井生產(chǎn)的建筑，以安全性為主，對其關鍵部位重點設防，確保其安全可靠；其他建筑的優(yōu)化設計則根據(jù)其功能、特點及常用的結構形式，從地基處理、結構形式、材料的選用等分別考慮。

1)在整個建筑工程的各專業(yè)設計中，設計方案及結構設計的選擇對整個建筑工程造價影響最顯著，是工程造價控制的關鍵環(huán)節(jié)。對生產(chǎn)系統(tǒng)的設計、各建筑的工藝布置在方案階段盡量多做比選，選取最優(yōu)方案，這是節(jié)約地面建筑投資的關鍵所在，也是避免后期設計變更的關鍵。一個合理的系統(tǒng)不僅能保證生產(chǎn)順暢，出錯環(huán)節(jié)減少，還能使初期建設投資成本大大降低。

2)在工業(yè)場地總體規(guī)劃上，避開不利地段，重要的建筑(如筒倉、篩分車間、提升機房等)及行政福利區(qū)建筑避開填方地段，這樣不僅對建筑物安全有利，而且可節(jié)約很大一部分地基處理費用。

3)對每一個單體，不論大小，精細化設計。如：室外管溝的設計。小的工程往往是人們在設計過程中容易忽視的，室外管溝對于土建專業(yè)來說，是一個很小的項目，但對于整個工業(yè)場地，它的工程量非常大，費用也是一筆不小的數(shù)目。設計人員應根據(jù)地溝的寬度和深度、地面荷載等條件來選擇磚地溝還是素混凝土地溝，若廠區(qū)地質情況變化較大，則還應根據(jù)具體情況進行分段設計，采取不同的地基處理方式，或者不處理。

4)對于大中體量的輕鋼結構廠房，人們往往會控制它的平米含鋼量來控制成本，卻容易忽略其他方面，如圍護結構的選型，單層彩板還是夾芯板，彩板厚度選擇，地面做法(滿足地面荷載要求即可)，防火涂料的做法等，這些在單體的總造價中也占有相當大的比例，只有逐一的精細設計，才能從總體上把造價降下來。

3 地面建筑設計中輕鋼結構的應用

在礦井建設中，對于一些對進度要求比較嚴格的礦井，以及服務年限較短(10年以內)的礦井或者大跨度的廠房等，鋼結構受到很多建設單位的推崇。

在地面建筑中，鋼結構常常用于棧橋、儲煤棚、副井井口房、提升機房、綜采設備庫、機修車間、器材庫、棚及壓風機房等建筑。

4 在工程實施過程中避免增大不必要投資的措施

設計人員應與參建各方及時溝通，及時了解工程施工進展情況，根據(jù)出現(xiàn)的情況及時調整設計文件的內容，達到工程質量、進度、造價的最優(yōu)化。

1)行政福利區(qū)建筑方案直接影響到后期的使用，方案設計時，建設方應做好充分的調查，征求相關領導意見，還要對礦井現(xiàn)狀及未來的發(fā)展趨勢有一個綜合的、前瞻性的認識，對住宿人數(shù)、用餐人數(shù)、辦公人數(shù)及面積等提出相對準確的要求，使行政福利設計盡量一步到位，避免后期改造、擴建、加建等。

2)施工過程中不同于勘察報告的地質情況的出現(xiàn)。如果持力層的埋深有變化，可以調整基礎的埋置深度，優(yōu)化地基處理方案。

如：某單層框架采用獨立柱基礎方案，持力層埋深1.5 m左右，原設計滿堂換填灰土1.5 m厚。實際開挖后，持力層埋深大部分范圍大于3 m，此時可將基地埋置深度加深，直接落于持力層上，而不用換填灰土，經(jīng)簡單處理即可滿足設計要求，可以降低造價，加快工程進度。

3)施工外部環(huán)境的改變。根據(jù)工程實際情況調整材料，在施工過程中可以將原設計的某些材料換成現(xiàn)場易于采用的材料，如：將灰土換成當?shù)匾子谌∮玫乃槭?、砂石土，加快進度，實現(xiàn)優(yōu)化。又如將現(xiàn)場易于采購的鋼筋和鋼材代換原設計的鋼筋和鋼材，加快進度，實現(xiàn)優(yōu)化。

4)施工過程中的突發(fā)狀況。根據(jù)施工過程中出現(xiàn)的突發(fā)情況，及時制定科學合理的設計應對措施，將造價、工期實現(xiàn)優(yōu)化。

如出現(xiàn)施工質量事故或因不可抗力造成在建工程局部破壞，設計院可以及時出具合理經(jīng)濟的加固補強措施，節(jié)省工期，降低造價。

5 地面建筑設計中其他注意事項

1)地質勘察資料在工程設計中的重要性。工業(yè)場地應有良好的工程地質條件，避開地下采空區(qū)、地面沉降區(qū)、地裂縫區(qū)等地質環(huán)境惡劣場地，不得受泥石流、崩塌、滑坡、巖溶和土洞塌陷等不良因素影響。

抗震設防區(qū)工業(yè)場地宜選擇對抗震有利地段，避開不利地段，不應選擇在危險地段。

地質勘察資料是工程初步設計及施工圖設計的基礎資料，同時也是施工單位進行施工作業(yè)的基本依據(jù)，其準確與否會對工程造價及工期產(chǎn)生很大的影響，建設單位必須充分重視地勘資料，選擇具有相關資質、信譽良好的勘察單位，同時勘查單位必須嚴格依據(jù)《巖土工程勘察規(guī)范》的要求進行作業(yè)，并提供準確，詳實的勘探成果報告。

首先，地質勘察資料是總圖布置的重要依據(jù)，眾所周知，將地面建(構)筑物布置在對建筑有利地段，可以顯著降低地基處理費用，同時減小上部結構主要受力構件截面尺寸，從源頭上減少工程造價，節(jié)省工期。

其次，地質勘察資料特別是詳勘報告是確定地基處理方案的主要依據(jù)，準確、詳實的勘查報告是設計單位提供最優(yōu)化的地基處理方案的前提。

地質勘察所花費的費用在全部工程造價中僅占很小的一部分，但其成果的準確性卻對工程造價影響很大，建設單位應給予充分重視。

2)機電等主導專業(yè)在進行工藝布置時，層高應留有適當?shù)挠嗟?，以免后期生產(chǎn)需要工藝調整時，建筑限制。尺寸上盡可能取建筑模數(shù)。

3)對于山區(qū)的建筑，在計算風荷載時，風壓高度變化系數(shù)除可按平坦地面的粗糙度類別查表外，還應考慮地形條件的修正，修正系數(shù)的采用方法詳見GB 50009—2012建筑結構荷載規(guī)范第8.2.2條，設計人員需引起重視。

4)甲方的設計意識：在這些年的工作中，現(xiàn)場常常出現(xiàn)未與設計人員溝通，擅自修改圖紙的亂象，造成實際建設過程中存在很多不合理的地方，增加安全隱患，監(jiān)理和建設方應引起足夠重視。另外，參建各方要重視圖紙的設計交底，設計人員要對重點、關鍵部位進行交底，施工及相關人員要及時提出圖紙的疑難問題和不明確的地方。

項目設計絕不僅僅是設計單位的個體創(chuàng)造，還與委托方的參與和管理密切相關，因此將建設方在設計中的導向、控制作用體現(xiàn)于設計的事前、事后，對保障設計工作的質量和進度能起到關鍵的作用。

[1] GB 50592—2010，煤礦礦井建筑結構設計規(guī)范[S].

[2] GB 50223—2008，建筑工程抗震設防分類標準[S].

[3] GB 50009—2012，建筑結構荷載規(guī)范[S].

[4] GB 50215—2015，煤礦工業(yè)礦井設計規(guī)范[S].

[5] GB 50011—2010，建筑抗震設計規(guī)范[S].

[6] GB 50007—2011，建筑地基基礎設計規(guī)范[S].

[7] 龔曉南.地基處理手冊[M].第3版.北京：中國建筑工業(yè)出版社，2008.

Optimal design of coal mine surface building

Li Xia

(ShanxiAnmeiMiningIndustryDesignEngineeringCo.,Ltd,Taiyuan030020,China)

Combining with the coal mine construction standards, starting from the aspect of design, the paper analyzes coal mine surface building cost control methods, explores the application scope of light-steel structure in surface building design, and summarizes matters needing attention in surface building design, with a view to realize the building design economy and rationality.

coal mine, surface building, cost control, light-steel structure

1009-6825(2017)02-0036-02

2016-11-05

李 霞(1981- )，女，工程師

TU201

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