淺談水泥廠的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計

周俊

（江蘇省建筑材料研究設(shè)計院有限公司，江蘇 南京210000）

0 引言

在水泥廠工業(yè)設(shè)計中， 要做到節(jié)能、 環(huán)保、安全、協(xié)同、技術(shù)先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)合理。 建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的綠色環(huán)保、安全合理是一個重要環(huán)節(jié)。 在水泥廠建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中，除滿足生產(chǎn)工藝的要求外，還應(yīng)采用符合國家產(chǎn)業(yè)政策的結(jié)構(gòu)、新材料、新技術(shù)。

1 廠區(qū)建筑設(shè)計的復(fù)雜性

1.1 滿足工藝及環(huán)保要求的分析

水泥工業(yè)建筑具有占地范圍廣、流程復(fù)雜、建筑設(shè)計與工藝流程聯(lián)系緊密的特點。 在建筑設(shè)計中，應(yīng)充分考慮生產(chǎn)工藝的要求，以生產(chǎn)工藝為主線，進(jìn)行建筑布局，需要將建筑設(shè)計與工藝流程有機(jī)結(jié)合起來。 在設(shè)計中要深入分析各道工藝、工序、工段之間的相互聯(lián)系。 除考慮固定的生產(chǎn)工藝系統(tǒng)及設(shè)備外， 還需考慮生產(chǎn)過程的交通運輸方式及通道，以實現(xiàn)建筑內(nèi)部及外部良好的銜接。

環(huán)境保護(hù)設(shè)施應(yīng)與主體工程同時設(shè)計、 同時施工、同時投入使用。 對廢氣、廢水、廢物、噪聲、振動等污染要有防治設(shè)施，做到以防為主、防治結(jié)合。廠區(qū)綠化應(yīng)結(jié)合當(dāng)?shù)刈匀粭l件、植物生態(tài)習(xí)性和抗污性能設(shè)計。

1.2 建筑平面布置

對建筑平面的功能劃分、功能布置要方便日常生產(chǎn)和管理。廠區(qū)及功能分區(qū)各項設(shè)施的布置應(yīng)緊湊協(xié)調(diào)、外形規(guī)整劃一、合理劃分功能分區(qū)。建筑布局應(yīng)利用地形、地貌、地勢條件統(tǒng)籌規(guī)劃。

道路連接應(yīng)方便快捷，人流和物流交通避免交叉干擾。 生產(chǎn)設(shè)施間聯(lián)系緊密，輸送機(jī)廊布置簡捷順暢。 廠區(qū)通道寬度應(yīng)滿足兩側(cè)建筑物對防火、防塵、防振動、防噪聲及安全衛(wèi)生間距的要求。廠房的設(shè)計和設(shè)備不得影響檢修起重設(shè)施的運行和物件的起吊；預(yù)均化堆場應(yīng)設(shè)置封閉廠房；氧氣、乙炔瓶庫及煤粉制備等廠房的布置應(yīng)滿足防火防爆的間距和要求；窯尾煙囪宜布置在生產(chǎn)區(qū)全年最小頻率風(fēng)向的上風(fēng)側(cè)；廠區(qū)動力、公用設(shè)施應(yīng)布置緊湊合理，并宜留有擴(kuò)建余地；生產(chǎn)管理及生活設(shè)施布置合理，環(huán)境適宜，藝術(shù)風(fēng)格要與當(dāng)?shù)亟ㄖ鄥f(xié)調(diào)。

1.3 建筑豎向布置

豎向設(shè)計應(yīng)與總平面設(shè)計同時進(jìn)行，豎向設(shè)計方案應(yīng)按廠區(qū)交通運輸、工藝流程、發(fā)展規(guī)劃、雨水排除、水文地質(zhì)、地形地貌及氣象等因素確定。廠區(qū)不應(yīng)被洪水、潮水及內(nèi)澇淹浸。 廠區(qū)出入口道路路面標(biāo)高宜高于廠外道路路面標(biāo)高， 并應(yīng)連接平順。豎向設(shè)計應(yīng)采用平坡式或階梯式，當(dāng)場地較為平坦時，宜采用平坡式布置，當(dāng)場地較陡時，應(yīng)采用階梯式布置，臺階的劃分應(yīng)與廠區(qū)功能分區(qū)一致。

2 廠區(qū)結(jié)構(gòu)設(shè)計的安全性

2.1 基礎(chǔ)設(shè)計

廠區(qū)場地選擇應(yīng)避開危險地段。建筑物及構(gòu)筑物的基礎(chǔ)宜采用天然地基，當(dāng)天然地基的承載力或變形不滿足要求以及消除地基液化沉陷和軟黏性土地基震陷時，應(yīng)采用人工地基。當(dāng)結(jié)構(gòu)位于斜坡、坡頂、坡腳附近時，應(yīng)計算分析斜坡的穩(wěn)定性及其對結(jié)構(gòu)的影響，并采取相應(yīng)措施。 基礎(chǔ)的埋置深度應(yīng)滿足地基承載力、變形和穩(wěn)定性的要求。 同一結(jié)構(gòu)單元的基礎(chǔ)不宜設(shè)置在性質(zhì)截然不同的地基上，同一結(jié)構(gòu)單元不宜部分采用天然地基部分采用人工地基。 基礎(chǔ)的地基反力不宜出現(xiàn)零應(yīng)力區(qū)。 同一設(shè)備的相鄰兩基礎(chǔ)之間的不均勻差異沉降量不應(yīng)過大。 附近有大面積堆料時，應(yīng)考慮堆料對建（構(gòu)）物基礎(chǔ)的影響，并對差異沉降采取相應(yīng)的措施。 大型動力設(shè)備基礎(chǔ)應(yīng)設(shè)計成墻式或大塊式，并控制頂面的振幅，保證設(shè)備基礎(chǔ)自身的剛度和強(qiáng)度。

2.2 結(jié)構(gòu)選型及材料

水泥廠建（構(gòu)）筑物的安全等級一般為二級。結(jié)構(gòu)體系應(yīng)根據(jù)工藝和功能要求、 抗震設(shè)防類別、抗震設(shè)防烈度、結(jié)構(gòu)高度、場地條件、地基、結(jié)構(gòu)材料和施工等因素，經(jīng)技術(shù)、經(jīng)濟(jì)和使用條件比較后確定。 多層廠房宜采用現(xiàn)澆混凝土框架結(jié)構(gòu)，單層廠房宜根據(jù)跨度采用鋼結(jié)構(gòu)或鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。預(yù)熱器塔架的底層宜采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，上部宜采用鋼結(jié)構(gòu)或鋼混結(jié)構(gòu)。筒倉采用現(xiàn)澆鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)或預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)， 筒倉邊的提升機(jī)樓與筒倉為一整體。 大跨度堆場采用鋼結(jié)構(gòu)，廠房的柱網(wǎng)應(yīng)整齊符合模數(shù)，大型設(shè)備基礎(chǔ)、地坑等宜與柱基礎(chǔ)分開。

普通磚和多孔磚的強(qiáng)度等級不應(yīng)低于M10，砌筑砂漿等級不應(yīng)低于M5。 混凝土強(qiáng)度等級一般不低于C30。 鋼筋應(yīng)滿足屈強(qiáng)比，并應(yīng)有足夠的延性及伸長率。 結(jié)構(gòu)用鋼材應(yīng)采用延性、韌性和焊接好的鋼材。

2.3 抗震設(shè)計

水泥廠建（構(gòu)）筑物的抗震設(shè)防分類一般為丙類。應(yīng)重視結(jié)構(gòu)的抗震概念設(shè)計對抗震性能及經(jīng)濟(jì)合理性的影響。 結(jié)構(gòu)設(shè)計應(yīng)符合平面、立面和豎向剖面的規(guī)則性要求，選用規(guī)則的形體，不應(yīng)采用嚴(yán)重不規(guī)則的結(jié)構(gòu)設(shè)計。抗側(cè)力結(jié)構(gòu)的平面布置宜規(guī)則對稱，側(cè)向剛度沿豎向宜均勻變化，避免結(jié)構(gòu)的側(cè)移剛度和承載力突變。 體型復(fù)雜、平面立面特別不規(guī)則的建（構(gòu)）物，可在適當(dāng)部位設(shè)置防震縫，并留有足夠的寬度， 其兩側(cè)的上部結(jié)構(gòu)應(yīng)完全分開。應(yīng)有符合要求的抗震承載力、變形能力和消耗地震能量的能力。 宜有多道抗震防線，且具有合理的剛度和承載力分布，避免產(chǎn)生過大因局部削弱或突變形成薄弱部位，產(chǎn)生過大的應(yīng)力集中或塑性變形集中。 結(jié)構(gòu)在兩個主軸方向的動力特性宜相近。

鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，抗側(cè)力構(gòu)件宜對稱均勻布置。 豎向構(gòu)件截面尺寸宜自下而上逐漸減小，并做到強(qiáng)柱弱梁、強(qiáng)節(jié)點、強(qiáng)錨固。鋼筋混凝土筒倉宜簡單、規(guī)則，質(zhì)量和剛度分布宜均勻?qū)ΨQ，宜選用筒壁支承形式或筒壁與柱混合支承的結(jié)構(gòu)形式。鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件的尺寸應(yīng)合理控制，避免局部失穩(wěn)或整個構(gòu)件失穩(wěn)，鋼結(jié)構(gòu)支撐系統(tǒng)應(yīng)能保證地震時結(jié)構(gòu)的整體性和穩(wěn)定性，保證可靠地傳遞水平地震作用。

2.4 荷載及結(jié)構(gòu)計算分析

荷載的計算包括自重荷載、使用荷載、儲料荷載、風(fēng)荷載、雪荷載、積灰荷載、施工荷載、地下水浮力及地震作用的計算。使用荷載應(yīng)根據(jù)生產(chǎn)實際情況確定； 設(shè)備荷載應(yīng)根據(jù)工藝要求的數(shù)值采用，應(yīng)將其分解為永久荷載和可變荷載；儲料荷載的重力密度、內(nèi)摩擦角和摩擦系數(shù)無試驗資料時按規(guī)范采用。

結(jié)構(gòu)計算應(yīng)具有明確的計算簡圖和合理的地震作用傳遞途徑。計算模型的建立和簡化計算處理應(yīng)符合結(jié)構(gòu)實際工作狀態(tài)。當(dāng)采用計算機(jī)進(jìn)行結(jié)構(gòu)抗震分析時，對計算結(jié)果應(yīng)分析判定其合理性和有效性，再用于工程設(shè)計，并確保結(jié)構(gòu)主體能夠在相應(yīng)等級的地震災(zāi)害下保持整體完好。結(jié)構(gòu)應(yīng)按多遇地震作用進(jìn)行內(nèi)力分析和變形分析，可假定結(jié)構(gòu)與構(gòu)件處于彈性工作狀態(tài)，內(nèi)力和變形分析可采用線性靜力方法或線性動力方法。鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)及鋼結(jié)構(gòu)應(yīng)根據(jù)設(shè)防類別、烈度、結(jié)構(gòu)類型和結(jié)構(gòu)高度采用不同的抗震等級，并應(yīng)符合相應(yīng)的計算和構(gòu)造措施要求。高寬比大于4 的框架，應(yīng)計入風(fēng)振系數(shù)，并且頂點水平位移不應(yīng)大于H/500；地坑的計算應(yīng)包括強(qiáng)度計算、抗浮計算、裂縫計算。

2.5 結(jié)構(gòu)抗磨防腐設(shè)計

長期處于磨損工作狀態(tài)下的結(jié)構(gòu)構(gòu)件應(yīng)采取抗磨措施，且結(jié)構(gòu)外應(yīng)單獨設(shè)置耐磨層，并應(yīng)定期檢查更換。 在水泥廠建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中，鋼結(jié)構(gòu)及鋼構(gòu)件使用較多，需要做好結(jié)構(gòu)防銹防腐，避免在使用過程中因腐蝕問題引發(fā)結(jié)構(gòu)危險。在使用金屬材料時，需要在其表面涂刷致密的防腐蝕材料，提高其環(huán)境抵抗能力。

3 結(jié)語

綜上所述， 水泥廠的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計是一個系統(tǒng)、全面、復(fù)雜的工作。 通過生產(chǎn)工藝的進(jìn)步、裝備技術(shù)的提高、 建筑布局的創(chuàng)新及結(jié)構(gòu)選型的合理，可以促進(jìn)水泥廠建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計水平的提高。應(yīng)重視建筑的綠色環(huán)保概念設(shè)計， 創(chuàng)造環(huán)境優(yōu)美的廠區(qū)。重視結(jié)構(gòu)的抗震概念設(shè)計， 降低結(jié)構(gòu)安全風(fēng)險，滿足工藝和生產(chǎn)功能的要求。