钢结构在特殊条件下的应用

2011-10-18梁涛

科学之友 2011年11期

梁涛

（山西太钢工程技术有限公司，山西太原 030009）

1 概述

太钢节能减排的重要举措——废混酸再生工程已竣工，标志着太钢大力推进循环经济，实现环境保护和能源的重复利用工作有了新的突破，是对公司提出的“要让节能减排成为公司新的利润增长点”的工作目标有力支撑。

在实现全球最具竞争力不锈钢企业的战略目标过程中，轧钢生产中产生了大量的废混酸，目前大部分采取回收后与石灰进行中和处理，直接进行中和处理不仅会消耗大量石灰（CaO），而且会产生大量污泥需运输和二次填埋。这样不但消耗大量的人力物力，同时也不符合国家提倡的实现循环经济的政策要求。为此，公司决定对这部分废混酸进行回收处理，将从根本上消除废酸处理对环境的影响，并且回收的废酸和金属氧化物还能继续为公司生产服务。

废混酸再生工程采用目前世界上最先进的喷雾焙烧工艺。整套装置由：酸再生站本体、酸储罐、氧化铁粉站以及生产线优先使用再生酸4个系统组成。项目总投资约29 677万元（其中外汇2 100万欧元）。项目建成后，每年可回收Hf（55%）13 920 t、HNO3（98%）12 375 t、节约CaO 25 113 t、减少污泥外运量约35 397 t、回收金属氧化粉7 175 t，同时可改善中和站中和处理后的水质，实现中和水回用，年节约水量约592.9万m3。

采用废混酸再生技术，不但具有较好的经济、环保等效益，而且也能满足国家提倡的建设节约型社会，实现循环经济的需要，达到企业竞争力与环境竞争力的共同提升，实现企业可持续发展。

工程规模：混酸再生能力3×7.5 m3/h。

工艺技术先进：采用目前世界上最先进的喷雾焙烧工艺，工艺环节少，操作简便。

图1 废混酸再生产步骤

2 结构方案

（1）根据工程工艺及防火要求，一层为钢筋混凝土结构，二层以上为钢结构。平面尺寸53 m×31 m，首层层高5.9 m，其余各层根据工艺要求3.6～6 m不等，总高度为30.5 m。屋面维护结构采用压型钢板，抗震设防烈度为8度，设计基本加速度为0.2 g，场地类别为III类。该地区基本风压为0.4 kN/m2，地面粗糙程度为C类，雪荷载为0.35 kN/m2。

图2 平面布置图

（2）本设计计算采用PKPM-STS三维框架结构体系建模，采用SATWE进行结构空间整体分析。根据荷载情况，钢梁截面高度通常在跨度的1/20～1/50之间选择。翼缘宽度可根据梁间侧向支撑的间距按l/b限值确定，这样可避免钢梁整体稳定的复杂计算。在截面高度和翼缘宽度确定之后，板件厚度可按规范中局部稳定的构造要求判定。柱截面按长细比预估，通常50<λ<150，简单选择值在100附近。根据轴心受压、双向受弯或单向受弯的不同，可选择钢管或H型钢截面等。根据初选结果输入，再利用软件的构件优化程序进行整体优化。

本设计的难点在于上部为钢结构，下部为钢筋混凝土结构。如何合理地把上部结构荷载传到下部混凝土结构上，同时又不至于多次重复组合计算进而增大荷载是本设计的难点。

图3 剖面体系

（3）本工程是太原市环保重点项目，工期要求紧。为了加快施工进度，钢结构要求大量采用工厂化制作，采用刚接节点。现场连接，减少高空焊接量。因而在采用PKPM-STS软件设计时应把节点选型改为刚接。

图4 框架梁与箱型柱刚接节点

（4）钢结构为4层，局部为5层。顶层采用门式刚架结构，屋面斜梁可根据调整节点高度的方法实现，在特殊构件补充定义中将顶层梁柱定义为门式刚架。

图6 屋面斜梁屋脊处端板连接

图5 屋面斜梁与柱端板连接

（5）顶层屋面采用压型保温板与卷材相结合的处理方法，压型钢板的波高越高，截面的刚度就越大，压型钢板可根据建筑特点、使用环境、结构形式等因素综合考虑，为了满足防火要求，现在复合压型保温板通常采用岩棉或玻璃丝绵作为填充材料，有时候檩条跨度大，屋面板上部还要求做SBS防水层时，波高低的复合板不能满足荷载需要，这时我们采用大波板，但把波峰朝下来安装，这样不但能满足荷载作用下的强度需要，同时又能发挥SBS的防水功能。

（6）由于本设计厂房为酸处理车间，难免会发生酸雾挥发，因而如何防止酸腐蚀至关重要。在南方的几家类似的生产车间看到压型板用了不到4年就出现蜂窝麻面，檩条锈蚀严重，有的已经失去承载力，有的事故车间从地面到屋顶通风口全部腐蚀，不但影响生产，而且维护成本巨大。

本工程根据酸的类型采用以下处理方法：凡是钢构件均刷氯磺化聚乙烯底漆两道，中间漆两道，面漆两道。漆膜总厚度不小于 150 μm。

（7）上、下部结构要分别单独运算，在运算上部结构时要充分考虑地震影响，以保证节点设计的安全，保证以后的正常使用。在下部计算时不但要考虑自身载荷，同时还要考虑上部结构传下来的荷载。有时计算简单地把上部地震参与计算的荷载传到下部混凝土柱头，然后再进行地震运算，重复计算了地震影响，造成了不必要的浪费。因而在计算下部荷载时，上部传下来的应该是标准值，并且不应进行地震计算，应把上部荷载作为一个质点作用在下部结构上，并根据体系考虑质点的空间位置，建立统一模型进行地震计算。这样既保证了工程的安全又兼顾了经济效益，提供了科学、合理的设计实施方案。