淺談水泥廠結(jié)構(gòu)設(shè)計

1、淺談水泥廠結(jié)構(gòu)設(shè)計    摘要：隨著水泥的消費(fèi)量越來越大，水泥已成為建筑業(yè)的基礎(chǔ)，水泥工業(yè)己具有很多全球化特征。全球水泥工業(yè)預(yù)計每年增長3，目前全球水泥產(chǎn)量預(yù)計約為22億噸。中國的產(chǎn)量已占到總量的44%。中國乃至全球的新建、改建、擴(kuò)建水泥生產(chǎn)項(xiàng)目日漸增多，為保證水泥產(chǎn)品質(zhì)量、產(chǎn)量能達(dá)到預(yù)期要求，在工藝改進(jìn)的同時，對水泥廠內(nèi)各車間的結(jié)構(gòu)設(shè)計也提出了更高的要求，筆者就一點(diǎn)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)提出一些小小的見解。關(guān)鍵詞：水泥廠結(jié)構(gòu)設(shè)計水泥生產(chǎn)線是生產(chǎn)水泥的一系列設(shè)備組成的水泥設(shè)備生產(chǎn)線。主要由破碎及預(yù)均化、生料制備均化、預(yù)熱分解、水泥熟料的燒成、水泥粉磨包裝等過程構(gòu)成。水

2、泥廠主要包括堆場，破碎，輸送，磨，窯，配料庫，存儲庫、包裝等車間，主要結(jié)構(gòu)形式有單層廠房，地坑，砌體，框架，筒倉，桁架等。這些結(jié)構(gòu)既要承受一定的荷載，抵御一定的腐蝕，又要滿足使用功能的要求。水泥廠的車間由于受生產(chǎn)工藝要求的制約，容易給人產(chǎn)生簡陋、粗糙以及呆板的印象，而落后的生產(chǎn)工藝所排放出的大量粉塵更是與整個城市的環(huán)保理念格格不入，這就需要在結(jié)構(gòu)設(shè)計方面能夠充分認(rèn)識水泥的生產(chǎn)工藝，充分利用各個單體建筑的不同結(jié)構(gòu)體型，把單調(diào)的單體組合成一個有機(jī)的整體。一、結(jié)構(gòu)設(shè)計過程結(jié)構(gòu)設(shè)計過程大體可以分為三個階段，結(jié)構(gòu)方案設(shè)計階段，結(jié)構(gòu)計算階段和施工圖設(shè)計階段。1.結(jié)構(gòu)方案設(shè)計階段。根據(jù)建筑的重要性，建筑所在

3、地的抗震設(shè)防烈度，工程地質(zhì)勘查報告，建筑場地的類別及建筑的高度和層數(shù)來確定建筑的結(jié)構(gòu)形式（例如，單層廠房結(jié)構(gòu)，砌體結(jié)構(gòu)，框架結(jié)構(gòu)，鋼結(jié)構(gòu)，地坑結(jié)構(gòu)，筒倉結(jié)構(gòu)等以及由這些結(jié)構(gòu)組合而成的結(jié)構(gòu)形式）。確定了結(jié)構(gòu)的形式之后就要根據(jù)其特點(diǎn)和要求來布置結(jié)構(gòu)的承重體系和受力構(gòu)件。2.結(jié)構(gòu)計算階段。首先，荷載的計算。荷載包括外部荷載（風(fēng)荷載，雪荷載，施工荷載，地下水的荷載，地震荷載等）和內(nèi)部荷載（結(jié)構(gòu)的自重荷載，使用荷載，裝修荷載等），上述荷載的計算要根據(jù)荷載規(guī)范的要求和規(guī)定采用不同的組合值系數(shù)和準(zhǔn)永久值系數(shù)等來進(jìn)行不同工況下的組合計算。其次，構(gòu)件的試算。根據(jù)計算出的荷載值，構(gòu)造措施要求，使用要求及各種計算手

4、冊上推薦的試算方法來初步確定構(gòu)件的截面。再次，內(nèi)力的計算，根據(jù)確定的構(gòu)件截面和荷載值來進(jìn)行內(nèi)力的計算，包括彎矩，剪力，扭矩，軸心壓力及拉力等。最后，構(gòu)件的計算。根據(jù)計算出的結(jié)構(gòu)內(nèi)力及規(guī)范對構(gòu)件的要求和限制（如軸壓比，剪跨比，跨高比，裂縫和撓度等）來復(fù)核結(jié)構(gòu)試算的構(gòu)件是否符合規(guī)范規(guī)定和要求。如不滿足要求則要調(diào)整構(gòu)件的截面或布置直到滿足要求為止。3.施工圖設(shè)計階段。將計算結(jié)果用結(jié)構(gòu)語言表達(dá)在圖紙上，包括基礎(chǔ)平面圖，各層平面圖，梁、板、柱配筋圖，基礎(chǔ)詳圖，設(shè)備基礎(chǔ)詳圖，樓梯詳圖，輸送廊詳圖等。施工圖既要符合結(jié)構(gòu)計算的要求，又要符合規(guī)范中的構(gòu)造要求，還要考慮施工的可操作性，這樣的施工圖才是合理實(shí)用的。

5、二、常用的幾種結(jié)構(gòu)體系1.鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，是利用梁柱組成的縱、橫向框架，同時承受豎向荷載及水平荷載的結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)是水泥廠中常見的結(jié)構(gòu)形式，整體性好，維護(hù)墻體輕，抗震性好，平面布置靈活，能提供較大的室內(nèi)空間，便于門窗設(shè)置，立面也可變化，堅固，耐久，防火性能好。適用于中央控制室，生料粉磨，煤粉制備，窯頭，電收塵等車間。設(shè)計過程中，在選擇梁、柱的截面尺寸時，除應(yīng)滿足規(guī)范所要求的取值范圍，還應(yīng)要做到強(qiáng)柱弱梁、強(qiáng)節(jié)點(diǎn)、強(qiáng)錨固。平面布置宜規(guī)則、對稱，并具有良好的整體性，結(jié)構(gòu)的側(cè)向剛度宜均勻變化，豎向抗側(cè)力構(gòu)件的截面尺寸和材料強(qiáng)度宜自下而上逐漸減小，不宜在同一層同時改變構(gòu)件的截面尺寸和材料強(qiáng)度，避免抗

6、側(cè)力構(gòu)件的側(cè)向剛度突變。2.鋼筋混凝土地坑結(jié)構(gòu)，適用于設(shè)有破碎機(jī)、輥壓機(jī)、篦冷機(jī)、提升機(jī)、鋼球等設(shè)備的車間及皮帶轉(zhuǎn)運(yùn)站等。地坑按工藝要求有開口式和封蓋式兩種，按形狀有矩形地坑和圓形地坑，按深度有深地坑和淺地坑，受力有靜荷載和動荷載。荷載主要考慮設(shè)備自重，土壓力，浮力，水平側(cè)壓力等，設(shè)計時要進(jìn)行強(qiáng)度計算，抗浮計算，裂縫驗(yàn)算。當(dāng)?shù)乜拥装褰ㄔ煸诘叵滤灰韵聲r應(yīng)進(jìn)行施工階段和使用階段的計算。地坑底宜厚于地坑壁，在有破碎機(jī)等振動較大的設(shè)備處，地坑壁應(yīng)加厚，地坑壁的水平筋宜放在外側(cè)。地坑底部要設(shè)集水坑，防止施工或使用過程中積水。3.鋼筋混凝土筒倉結(jié)構(gòu)，存儲大量散裝物料的結(jié)構(gòu)形式，適用于熟料存儲，水泥配料，

7、水泥存儲等車間。目前均設(shè)計成圓形筒倉，倉壁受力合理，用料經(jīng)濟(jì)，關(guān)鍵是基礎(chǔ)設(shè)計。根據(jù)地質(zhì)勘探報告，儲量及物料特性及工藝要求，基礎(chǔ)可設(shè)計成整板基礎(chǔ)，環(huán)板基礎(chǔ)，分離式基礎(chǔ)等。設(shè)計過程中要考慮卸料時的所有影響因素，如動力影響或沖擊荷載的影響，附加結(jié)構(gòu)、機(jī)械設(shè)備及附加活荷載、土壤特性及其對地基沉降的影響，還要注意裂縫的控制。當(dāng)儲存的物料品種單一或儲量較小時，用獨(dú)立倉或單列布置。當(dāng)儲存的物料品種較多或儲量大時，則布置成群倉。倉的直徑有6m，8m，10m，12m，15m，18m，22.5m，45m，70m等。倉壁多為混凝土結(jié)構(gòu)，有時根據(jù)實(shí)際需要做成利浦倉。筒倉頂板應(yīng)為混凝土板，由鋼梁支撐。4.單層廠房結(jié)構(gòu)，

8、一般是由檁條、屋架、托架、墻架、柱、吊車梁、各種支撐組成的空間骨架，一些堆場常采用這種結(jié)構(gòu)形式。單層廠房結(jié)構(gòu)跨度大，高度大，承受的荷載大，因而構(gòu)件的內(nèi)力大，截面尺寸大，用料多；荷載形式多樣，并且常承受動力荷載和移動荷載（如吊車荷載、動力設(shè)備荷載等）；是承受屋面荷載、墻體荷載、吊車荷載以及地震作用的主要構(gòu)件；基礎(chǔ)受力大，對地質(zhì)勘察的要求較高。單層廠房可設(shè)計成排架結(jié)構(gòu)或剛架結(jié)構(gòu)兩大類，門式剛架采用較多，制作較簡單，結(jié)構(gòu)輕巧，室內(nèi)有較大空間，但吊車梁的起重量不宜超過10噸。5.其他鋼結(jié)構(gòu)形式有時為了節(jié)省工期等，也采用一些鋼框架結(jié)構(gòu)，梁的跨度較大，且梁柱截面都較小，自重輕，工作的可靠性較高，抗震性、抗

9、沖擊性好，且工業(yè)化程度較高。設(shè)計時要做到剛度均勻，力學(xué)模型清晰，盡可能限制較大荷載或移動荷載的影響范圍，使其以最直接的線路傳遞到基礎(chǔ)。柱間抗側(cè)支撐的分布應(yīng)均勻，其形心要盡量靠近側(cè)向力（風(fēng)震）的作用線，否則應(yīng)考慮結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)。結(jié)構(gòu)的抗側(cè)應(yīng)有多道防線，比如有支撐的框架結(jié)構(gòu)，柱子至少應(yīng)能單獨(dú)承受1/4的總水平力。各個車間之間主要靠皮帶運(yùn)輸物料，皮帶的支撐體系桁架是必不可少的。鋼桁架有上反式，下反式兩種，主要為平行弦桁架，桁架長度從18m到36m，為3m的倍數(shù)，寬度為2.55.5m。下反式桁架重量輕，用鋼量少，適用于不封閉的皮帶支撐，上反式桁架重量大，用鋼量多，適用于需封閉的皮帶支撐，桁架下方凈高受限制

10、時也可采用上反式鋼桁架。小儲量的筒倉及喂料倉可用鋼板焊接制作，如煤粉制備車間的原煤倉，煤粉倉等，鋼倉底部設(shè)計成錐形，便于卸料，且能滿足穩(wěn)定性。有時在混凝土結(jié)構(gòu)的頂層需要做一些平臺或房屋，或做混凝土結(jié)構(gòu)受限制時，可采用鋼結(jié)構(gòu)，車間內(nèi)部也需要一些鋼平臺用來檢修設(shè)備，結(jié)構(gòu)內(nèi)部的交通通常采用鋼梯，窯頭、窯尾的煙囪也采用鋼結(jié)構(gòu)的。鋼結(jié)構(gòu)廠房的立面主要由工藝布置來決定，在滿足工藝的要求下力求立面簡潔恢宏同時使節(jié)點(diǎn)盡量簡單統(tǒng)一。彩色壓型鋼板使得廠房的建筑表現(xiàn)得體形輕盈色彩豐富，體現(xiàn)了強(qiáng)烈的現(xiàn)代工業(yè)氣息。鋼結(jié)構(gòu)屋面使用屋面采光板，采光均勻，同時兼可解決廠房通風(fēng)問題。三、總結(jié)總之，結(jié)構(gòu)設(shè)計是個系統(tǒng)的，全面的工作，需要扎實(shí)的理論知識功底，靈活創(chuàng)新的思維和嚴(yán)肅認(rèn)真負(fù)