冶金工业建筑结构设计要点分析

近年来冶金行业正经历着去产能、生产工艺洁净环保化、产业产品品质不提升则淘汰、产品多样化、以产业链延长提升效益等来自个方面的升级改造需求。这就要求我们设计人员需要在原有狭窄的场地中尽可能的实现旧工艺的升级改造，同时还要充分利用生产时间间隙进行施工，在材料选择和施工的可操作性方面做深入细致的调查以实现我们的设计方案的安全可靠、经济适用、施工难度小、施工进度短的综合效益。

一、结构概念设计

采用概念设计在结构设计选型中可以在宏观上保证结构设计的安全可靠行同时一定程度上控制裂缝的形成。概念设计，能够用整体概念对结构总体系统和各个基本分体之间的力学关系进行初步考虑，从而创造一个安全、经济、适用的工业建筑结构总体方案。

二、基础的设计

基础的选型首先要充分结合建筑物或构筑物所在场地的特点，如场地为毗邻旧厂房、原有构筑物、原设备则要掌握原有旧厂房、构筑物基础的埋深、尺寸，原有管线的工艺用途、管径、数量、埋深、走向等详细情况，综合对比新基础避让、悬挑或管道改线和基础架空或特殊处理的经济效益及影响生产时间从而选择最优的处理方案。如场地周边留有闲置用地则应调查清楚是否在短期内存在新项目的规划意向或现有生产工艺的升级改造是否需要留足场地或需深埋基础等综合因素。例如在我厂湿法脱硫生产线的设计时项目选址地处挡墙上边缘，挡墙下方为预留地，当时未考虑规划新项目。由于场地有限要求生产线的综合间布置在尽量靠近挡墙内边缘，原挡墙为毛石砌筑，墙高8米，砌筑质量无法保证。为保证厂房及设备基础的安全可靠基础选用冲孔灌注桩，桩深度综合考虑了桩底持力层土质情况、现有毛石挡墙的不可靠性及挡墙下方未来新建工程的需求最终确定为自挡墙上场地标高向下20米的深度。三年后挡墙下方新建了余热热发电工程，在靠近挡墙下边缘布置了主控楼，厂房基础采用钢筋混凝土独立基础，埋深为-3.0米，施工中对原有脱硫综合间无不利影响。

在设备基础设计时需深入调查设备的运行情况，尤其是大量采用同形式的单个设备基础时不仅要核算单个基础的荷载作用，更要结合设备运行特点考虑其整条生产线运行时的特点规律。在我60万吨高棒车间冷床基础设计时由于原厂房设计人员只考虑了单个基础的受力情况，未考虑到在设备运行时所有基础同时受同向水平作用，其单个基础在2.9米平台上锚固钢筋深度及数量不足，在投产近两年期间平台上40个基础相继出现底部裂缝，局部基础在生产时随冷床导位晃动，对正常生产埋下极大隐患，后经仔细观察设备运行特点，同时核算设备平台承载能力对所有基础采取了钢结构整体加固的方式。

三、厂房柱的合理设计

在厂房柱设计选型时除需考虑正常的设计参数外还应根据厂房的生产工艺特点适当加强柱构造做法。例如在废钢车间设计时就应充分考虑废钢对高对厂房柱的不利影响，柱两侧同时堆料及单侧堆料的荷载不利组合，大块废钢卸料时对柱表面混凝土保护层的冲击破坏，厂房卸料跨货车视线不利时可能对柱子的碰撞等均应在柱截面设计时综合考虑。在设计露天栈桥柱时也应充分考虑在投产使用后期是否有增加屋盖的可能性。随着各行业对环保要求的不断提高，降噪、减排、控制粉尘成为我冶金行业重点整改项目。原有的原料露天堆场的弊端日渐显著，为响应环保部门对降尘减排的控制要求提出了对原露天栈桥堆场进行屋面加盖的改造要求。堆场大面积、大跨度（36米跨）的特点均成为加盖改造的难点，在改造设计中与施工方共同探讨，结合国内既有经验决定采用钢结构的加固方式（现有均为钢筋混凝土柱），在保证荷载增加、平面内计算模型改变的情况下加强原有柱子的强度、刚度、稳定性，同时重视加强新增结构构件与原柱子的锚固节点设计。

四、梁柱和板件的设计

使用环境的不同、所处工艺节点的不同对梁板设计均提出了个性化的设计重点。若为厂房内的设备间或备品间需考虑检修时行车的误操作可能导致的重物坠落对屋面梁板的破坏；若房屋或构筑物规划于主要管网架空走廊附近或下方则需要充分调查了解今后可能新增较大管道的支座，在设计时充分考虑预留一定的承载能力。

在吊车梁设计时一定要与使用单位确认详尽的行车参数，在厂内技改项目中经常遇到由于工期紧需要提前备料的情况，此时常常是行车还未订货就需要提前完成结构设计图纸。如果结构设计人员采用了常规、相近的行车参数时就将面临构件截面过大或过小的局面。同吨位、同行式行车较容易出现的荷载作用偏差为轮距的差异影响较大，尤其轮距较常规行车大幅减小的行车其最大轮压过于集中对行车梁的截面影响较大，这就要求设计人员在这种非正常结构设计程序中充分考虑行车个性化的不利影响，综合对比采用较为保守的截面形式还是提前考虑好截面不足时加固措施的经济效益和影响生产进度的严重程度来决定最优设计方案。

五、钢结构构件设计要点

工业建筑中钢结构较为常见，钢结构的设计也应具有良好的工艺性，方便施工和检修，但防腐维护工作量大。例如在一钢渣热焖厂房的设计中采用了钢筋混凝土柱轻钢屋面的排架结构，厂房内布置有钢渣热焖罐四个，其工艺特点为生产时瞬间排放大量蒸汽，这就要求在屋面系统设计中充分考虑好排气通风的措施，同时在屋架、檩条、支撑系统、彩瓦的材料选型时除满足基本的结构安全计算外还需留有一定余量来满足耐久性的要求。在高温高湿环境下钢结构构件不可避免的需要更为频繁的除锈防腐，其构件截面损失也将随重复涂装循环不断积累，所以在材料选型时留有余量就是为结构安全使用提供应有的保障。

六、结语

在工业建筑结构设计中，要充分考虑到力学、材料、使用环境等各个方面的问题，不断优化工业建筑结构，整体提高工业建筑结构设计，从而实现工业建筑结构的经济性和技术性，设计人员要不断跟上时代的步伐，细致考虑各方面影响因素努力挖掘新的设计思路，不断推动工业建筑的发展。

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