结合水泥厂设计对多层工业厂房的结构设计进行思考

2014-12-23吕素军

山东工业技术 2014年10期

关键词：水泥厂厂房荷载

吕素军

（新疆凯盛建材设计研究院，乌鲁木齐　830046）

结合水泥厂设计对多层工业厂房的结构设计进行思考

吕素军

（新疆凯盛建材设计研究院，乌鲁木齐830046）

【摘要】水泥生产属于重工业生产，生产过程中存在较大震动、冲击、荷载，这对其工业厂房结构设计提出新的要求，要求能承受较大的震动、冲击、高温、腐蚀等。本文以水泥厂为例，分析其多层工业厂房的结构设计要点。

【关键词】水泥厂；厂房；结构；荷载

随着科学技术的发展，大量新材料、技术被应用到水泥厂多层工业厂房建设中，高强材料的推出为厂房的外观设计提供更广阔的设计空间；高强耐用彩色钢板、复合夹心板等材料的应用增加了水泥厂厂房的色彩；钢结构的应用使得厂房的构件变得更加明快，体现独特的装饰效果。多层工业厂房的结构设计关系到整个建设投资以及将来的可持续发展，结构设计又与生产工艺、区域环境、经济技术条件等密切相关。

1　多层工业厂房结构设计体系

多层工业厂房结构体系一般可分成三种：框架-支撑体系；纯框架体系；钢架-支撑体系。框架-支撑体系就是在厂房结构设计上，横向采用刚性框架结构，纵向采用柱-支撑结构，通过柱间的支撑抵消水平荷载，柱间支撑能保证构件的正常工作，保证厂房的稳定和一定的刚度，这种结构体系建设成本低，但柱间支撑会对厂房造成一定不良影响，出现横向短、纵向长的厂房。

纯框架体系就是在横纵向上均采用刚性框架结构，这种结构设计适合于横纵向惯性相近的截面形式，它能使得厂房空间使用起来较为自由。

钢架-支撑体系将前两种结构体系的优点集合起来，通过混合结构设计消除水平拉移力。当楼面刚度要求较大时，多采用这种结构形式，能有效发挥柱间支撑的作用，减少纵向弯矩。

2　多层工业厂房的结构设计要点

2.1电梯设计要点

水泥厂的多层工业厂房结构设计需要与生产工艺结合起来，水泥厂生产活动对空间要求较大，故而多采用纯框架结构，既能充分利用空间，设计又非常简单。若层数较多，且工艺允许的条件下，可采用框架-剪力墙结构体系。在结构设计中，电梯位置的合理设计是要点之一。水泥厂生产经营活动的特性决定其货物自重较大，在厂房内的竖向运输都需要电梯，电梯对位钢筋混凝土结构，刚度大，对厂房的重心产生一定的偏移作用，故而很少将电梯设置在厂房的角落处，那样会影响到厂房结构的稳定性，以免电梯自重对厂房结构产生一定的扭矩作用。当无法避免将电梯设置在角落位置时，这时必须做好电梯周围结构和框架的加固工作。水泥厂厂房结构多采用纯框架结构，这种结构体系非常简单，厂房的刚度中心与质量中心很接近，这样有助于避免出现厂房空间结构扭曲现象。

2.2荷载计算设计

在结构设计中，还需做好荷载的计算，荷载除了一半的恒载、活载外，积灰荷载、楼面荷载、大面积堆积荷载是水泥厂房特有的之外。其中，积灰荷载的取值可参照现行的相关行业准则，对近灰源车间的厂房不宜采用带翻边的雨棚、平屋顶等。对积灰建筑屋顶以及相关构件进行相应抗倾覆验算，在强度设计上留有余地，以满足今后的厂房扩建需求。在楼面荷载计算上，过去常采用提高正层楼面荷载方法，该方法会造成较高的富余强度，造成经济损失，我们可以按照区域内的实际堆载进行计算，在区域外则按照普通楼面进行荷载计算，这样更能反映楼面的实际受力状况，更为合理。荷载计算的准确性直接关系到整个结构计算的准确性，且水泥厂的多层工业厂房结构设计与一般的民用高层建筑结构设计不一样，其楼面活荷载大，且楼面上往往会布置一些与水泥生产有关的小型设备，这些设备的布置非常灵活，所以必须做好厂房等效荷载的计算，采用正确的计算方法得出精确结果，为厂房结构设计奠定坚实基础。

2.3横纵向框架的周期控制

多层工业厂房的结构设计决定其纵向方面已较少的柱来支撑整栋厂房，且支柱的跨度方向尺寸大；柱距方向尺寸小，柱子多。因此，在大型工业厂房设计中，往往采用横向控制方法，使得横向抗震能力于纵向较为接近，使得厂房结构设计更为合理。

2.4防震设计

水泥厂的多层工业厂房对抗震要求较高，其本身的设备工作时会产生较大的震动，会对厂房结构产生一定冲击，若厂房处于地震区时，有发展地震的危险，此时则必须根据实际要求做好厂房的抗震设计工作。当水泥厂的厂房较长时，不应设置过多的伸缩缝，这样不利于提高厂房的抗震性能，往往需要通过一些其他措施来进行抗震设计，减少伸缩缝。如：在结构受力较小的地方设置后浇带，在受温度影响大的顶层、底层、墙体等位置增加钢筋数量，设置架空层，增加抗震效果。

2.5防腐蚀、高温设计

水泥厂的烧成、化验室、烘干车间等均存在不同程度的腐蚀、高温问题，处理不当就会对厂房结构的安全性、使用寿命产生影响。因此，必须通过一定的构造设计和材料解决这一问题。如：烘干车间生产过程中会产生酸性介质，其对厂房结构产生一定程度危害，故而其结构不宜采用钢筋混凝土框架结构和石棉瓦轻钢结构。过去有些小型水泥厂的烘干房采用瓦楞铁作为轻钢屋面的屋面板，几年下来，屋面就出现严重的渗漏、锈蚀问题，无法正常使用。对于烘干车间来说，除了有腐蚀气体外，还会产生高温，故而应采用超耐热混凝土，并在梁底与烘干机之间设置安全距离，保证厂房的耐久性和安全性。