淺談還蒸車間的結構防腐蝕設計

張文清

1 工程簡介

1.1 還原蒸餾車間特點

還原蒸餾車間是海綿鈦生產過程中的主要車間之一，工藝流程技術復雜，在生產過程中產生大量的鹽酸酸霧，使得還蒸車間整個結構處于侵蝕性氣態介質的作用環境下，結構設計時防酸腐蝕設計顯得尤為重要，文中還將對此做進一步介紹。

1.2 還原蒸餾車間概況

還原蒸餾車間總長為706.15m，總寬為45.7m，廠房柱頂標高為21.200m，廠房屋架端檐口標高為22.850m，廠房柱距為7.2m的非標準柱距（標準廠房柱距為6m），主廠房為30m跨度的單跨排架結構，廠房根據結構需要按規范設置七個伸縮縫。在主廠房A、B軸線上下兩側設置配電系統偏跨等（即1～12#配電所、控制室、PCL機柜室、MCC室；真空泵室及泵油處理間）；1～2#軸線為左側偏跨，其用途為會議室及辦公室，所有偏跨均與主廠房之間設100mm的結構縫脫開，偏跨的結構形式為多層的鋼筋混凝土結構。主廠房內設五臺重級（A7）工作制吊車，起重量為50/10t，跨度為28.5m，吊車軌道頂面標高為18m。主廠房內根據工藝要求以52～53#軸線7.2m柱距的中點位置為對稱軸，分別設置以下區域：1～13#軸線為預抽真空系統區域；13～15#軸線為運輸通道；15～26#軸線為還原蒸餾區域；26～28#軸線為運輸通道；28～39#軸線為還原蒸餾區域；39～41#軸線為運輸通道；41～47#軸線為取出區域；47～48#軸線為翻轉區域；48#軸線至對稱軸為取出區域；上述為左側區域，整個還原蒸餾車間以對稱軸為左右對稱。還蒸車間內主要設備操作層的樓板標高為7.000m，采用鋼筋混凝土框架結構，為了方便主廠房預制柱的吊裝，在預制柱上設牛腿支撐7.000m樓板梁。

2 防腐蝕結構設計

2.1 前 言

還原蒸餾車間（含準備車間及還蒸酸洗車間）在常溫下，生產工藝過程中產生大量的鹽酸酸霧等氣態介質，其氯化氫介質含量通常在0.05～1.00mg/m3之間，當環境相對濕度大于等于75%時，即構成強腐蝕條件，還原蒸餾車間廠房的各構件長期在鹽酸酸霧等氣態介質的侵蝕環境作用下，對帶裂縫工作的鋼筋混凝土、預應力混凝土、鋼結構等結構構件產生腐蝕性，嚴重情況下甚至導致結構變形或破壞，因此，為了保證整個車間的安全必須做好防腐蝕設計。

按照《工業建筑防腐蝕設計規范》（GB50046-2008）中“氣態介質對建筑材料的腐蝕性等級”劃分為強腐蝕等級，屬于最高等級。為了保證還原蒸餾車間在設計使用年限內正常使用，防腐設計應遵循預防為主和防護結合的原則，根據生產過程中產生的大量鹽酸酸霧的腐蝕性環境條件、生產操作管理水平和施工維修條件等，綜合選擇防腐蝕措施。對危及人身安全和維修困難的部位，以及重要的承重結構和構件加強防護。下面針對結構防腐分別介紹如下：

2.2 基礎部分

根據地質部門提供的詳勘報告，基礎的持力層為卵石土層，承載力特征值為500kPa，得出還原蒸餾車間基礎方案采用擴展基礎方案。對基礎部分進行防腐蝕設計，基礎墊層采用耐腐蝕材料——瀝青混凝土（厚100mm）做墊層；所有柱擴展基礎及設備基礎表面防護，采用環氧瀝青涂層防護，施工時要求其涂裝厚度大于等于500μm，基礎底板鋼筋混凝土保護層加大為50mm，混凝土強度等級大于等于C40；混凝土灌注樁的混凝土強度等級不低于C35，同時水灰比不大于0.45，抗滲等級不應低于S8，樁身鋼筋的混凝土保護層厚度大于等于55mm。經過投產后生產實踐的檢驗，這些措施有效地保護了承重結構基礎部分，使腐蝕危害大大降低。

2.3 鋼筋混凝土廠房柱

還蒸車間的主廠房內設五臺重級（A7）工作制吊車，吊車噸位大，起重量為50/10t，軌道頂面標高較高，吊車軌道頂面標高為18m，設計時綜合考慮了預制廠房柱制作、運輸、吊裝條件等的要求；此外，還原蒸餾車間主廠房預制鋼筋混凝土柱，由于其工作環境為強腐蝕環境，根據規范要求不應采用腹板開孔的工字形截面，應盡可能采用實腹式柱斷面，嚴禁在柱腹板開孔，以免對鋼筋造成腐蝕。經過結構設計，要求平面排架結構計算必須滿足橫向剛度計算要求，即按一臺50/10t橋式起重機最大的吊車橫向水平荷載標準值的作用于排架柱吊車梁頂面標高處的側移值△k來控制。控制預制柱在吊車梁頂面標高處的側移值，按平面排架計算預制柱允許側移值△k≤Hk/1100（Hk為廠房排架柱基礎頂面到柱在吊車梁頂標高處的高度），經計算及滿足構造后得到其預制鋼筋混凝土廠房柱的斷面為：上柱斷面為矩形550×400，下柱斷面為矩形實腹式斷面550×1450（設柱間支撐處）與工字形斷面組合的預制柱550×1450×250×200，柱總高為23.650m，上柱高為4.920m，下柱高為18.730m。對于預制柱上的預留埋件（支架、緊固件、連接件、部分暴露在外的吊環等）與受力筋隔離，在外露的鋼制預埋件表面采用樹脂混凝土包裹，混凝土的厚度為30mm。由于控制了排架側移值，確保其工作中不出現裂縫，此外，柱截面采用實腹形式，在采用工字形截面時適當加大腹板厚度，對外露鋼構件進行保護，這些措施都有效增加了廠房排架柱的防腐蝕能力，至今生產狀態良好。

2.4 預應力鋼筋混凝土屋架

還原蒸餾車間主廠房跨度為30m，屋面采用30m預應力鋼筋混凝土屋架，通風系統采用帶擋風板的鋼天窗系統，屋面圍護結構為預應力鋼筋混凝土大型屋面板，由于國標圖集《04G415-1》中屋架的使用條件為正常使用環境，因此，標準圖集使用的屋架必須處于無侵蝕性介質的環境，且要求廠房為標準柱距6.0m，無法直接選用國家標準圖集，因此，設計中重新進行了計算，對標準圖集中30m先張法預應力鋼筋混凝土屋架進行了修改，其中設計條件做了如下一些變化：增加了鋼筋保護層厚度；屋架的裂縫控制等級為一級；屋架預應力鋼筋采用冷拉三級鋼筋予以計算。由于屋架亦處于強腐蝕環境中，因此，按《工業建筑防腐蝕設計規范》要求，屋架應采用先張法預應力混凝土結構，先張法預應力混凝土屋架不應采用直徑小于6mm的鋼筋和鋼絲作為預應力筋，用于預應力屋架的鋼絞線單絲直徑不應小于4mm，本項目先張法預應力屋架的預應力筋采用公稱直徑為32mm的冷拉三級鋼筋，屋架的混凝土強度等級不小于C40，本項目屋架的混凝土強度等級為C55。預應力屋架裂縫控制等級一級，受力鋼筋的混凝土保護層厚度為40mm。對于先張法外露的預應力筋應采用樹脂混凝土進行封閉，保護層厚度為60mm。按《鋼筋混凝土結構試驗方法標準》GB50152-92對先張法預應力屋架進行實物試驗，檢驗屋架的承載力、撓度、裂縫均達到要求，生產后經實踐檢驗，取得了良好的防腐蝕效果，該屋架可為其它類似工程的項目借鑒。

2.5 屋面支撐系統

在屋面系統的鋼構件設計中考慮了以下因素：本項目的屋面系統屬于鋼結構的強防腐蝕范圍，桿件應采用實腹式或閉口截面，閉口截面端部應進行封閉；對封閉截面進行熱鍍浸鋅時，應采取開孔防爆措施。腐蝕等級為強、中時，不應采用由雙角鋼組成的T形截面或由雙槽鋼組成的工字型截面。當采用型鋼組合的桿件時，型鋼間的空隙寬度應滿足防護層施工和維修的要求。對各桿件截面厚度的要求：①鋼板組合的桿件，不小于6mm；②閉口截面桿件，不小于4mm；③角鋼截面的厚度不小于5mm等。

按防腐蝕規定對還原蒸餾車間主廠房屋面支撐系統進行重新設計時，在屋架上、下弦水平支撐、屋架垂直支撐、天窗架水平支撐、垂直支撐（包括主廠房柱間支撐）等構件的零件選用中使用了無縫鋼管作為制作支撐的零件，杜絕采用在無侵蝕性環境中通常使用角鋼等制作支撐，使各構件均能形成自我封閉的防護系統，為此自行設計了非標準支撐系統，支撐桿件鋼管兩端要求封堵嚴密，支撐表面按有關規定除銹涂刷防腐蝕油漆，支撐系統經過實際使用后，取得了很好的效果，保證了主廠房整個體系的安全使用，同時也滿足了《工業建筑防腐蝕設計規范》中的相關要求及有關規范，可為其它類似工程的項目借鑒。

3 總 結

鋼筋混凝土結構通常帶裂縫工作，在侵蝕性環境下，容易受到腐蝕，只有通過嚴格的各部分防腐蝕設計，才能達到整體結構的耐久性設計要求。通過對還原蒸餾車間的基礎、鋼筋混凝土廠房預制柱、預應力鋼筋混凝土屋架、屋面支撐系統等分部設計，使得整體結構能夠滿足在腐蝕性環境下工作。還原蒸餾車間的設計，經過投產運行的檢驗，經過多年的正常工作，取得了很好的防腐蝕效果，并節省了結構的防腐蝕圍護費用，可供類似工程參考。由于設計經驗的不足，針對本工程的防腐蝕設計方案，請各位專家提出批評意見，以便今后完善設計，謝謝！

參考文獻

[1]工業建筑防腐蝕設計規范50046-2008.

[2]鋼筋混凝土結構試驗方法標準GB50152-92.

[3]鋼筋混凝土結構工程施工質量驗收規范GB50204-2002.

[4]建筑結構荷載規范GB50009-2012.

[5]建筑抗震設計規范GB50011-2010.

[6]建筑地基基礎設計規范GB5007-2011.

[7]混凝土結構設計規范GB50010-2010.