水泥廠結構設計要點的探析

■呂素軍■新疆凱盛建材設計研究院，新疆 烏魯木齊 830046

水泥廠施工生產線是由一系列水泥生產設備組成的，涉及到破碎、輸送、磨、配料、存庫和包裝等工序，所以水泥廠廠房結構必須具有較高抗震能力。當前，我國水泥廠主要結構形式為單層廠房，包括地抗、砌體、框架、筒倉等［1］。筆者根據多年實際工作經驗，首先講述了水泥廠廠房結構特點，然后結構方案設計階段、結構計算階段和施工圖設計階段講述了水泥廠結構設計的要點，最后以前瞻性眼光講述了水泥廠發展趨勢，具有一定的實際借鑒意義和參考價值。

1 水泥廠建筑結構特點

水泥廠建筑車間要受到施工工藝和環境因素的制約，在外觀上給人以呆板、簡陋、粗糙的感覺，而且生產過程中產生的廢氣、粉塵和噪音與城市的環境保護理念格格不入。所以將水泥廠獨立建筑物結合成一體，形成系統有效的水泥生產體系變得十分重要。水泥廠建筑結構除了受到大自然作用力之外，還要承受水泥生產中物料、設備產生的各種作用力，所以水泥廠建筑具有以下特點:重量重、震動大、溫度高。其中重量重主要是指原料儲備“重”，原料庫、均化庫和水泥庫的物料都在幾千噸以上，再加上設備本身的重量，水泥廠“更重了”。震動大主要指破碎機、磨機、風機等設備在轉動過程中產生的震動頻率也高。水泥廠在進行煅燒工藝的時候，高溫會產生巨大的熱輻射。綜合上述，水泥廠建筑結構要以粗壯為基礎，能夠承受巨大的負載，抵抗強烈的震動，具有隔音效果，同時要能夠經受高熱輻射。

2 水泥廠建筑結構設計要點

2.1 水泥廠結構設計階段

水泥廠結構設計要根據建筑所在地抗震等級進行設計，派遣專業勘測人員到工程現場進行地質勘查，根據建筑類別、高度、層數來制定建筑結構，其中主要設計的是單層廠房、砌體、框架、剛結構、地抗結構。建筑結構確定之后要根據其特點來布置結構承重體系和受力構件。水泥廠基礎處理采用換土碾壓夯實、深挖軟土毛石回砌、地下小型溶洞灌水泥漿等方法處理地基，控制地基振幅，保證基礎自身的剛度和強度。通常情況下，水泥廠地基板深度1.5m就能夠滿足設計要求，但是為了提高水泥廠結構強度，適當增加地基板深度(2.5－3m)［2］。

2.2 水泥廠結構計算階段

水泥廠結構計算要進行以下計算:荷載計算、構件試算、內力計算和構件計算。其中荷載計算包括外部荷載和內部荷載，外部荷載主要是增強建筑結構對自然外力的抵抗能力，比如風荷載、雪荷載和施工荷載等等，內部荷載主要是增強建筑結構本身抗壓能力，比如結構自重荷載、使用荷載。通常情況下，外部荷載和內部荷載作為組合荷載進行計算。構件試算和內力計算要根據國家計算手冊初步計算出構件截面，然后根據構件截面和荷載值確定彎矩、剪力、扭矩和軸心壓力等參數。構件計算要根據構件試算和內力計算的結果，確定水泥廠結構構件的軸壓比、裂縫和撓度等參數，

2.3 工程施工圖設計階段

工程施工圖設計要考慮地基反力的彈性分布，施工圖設計包括基礎平面圖，各層平面圖，梁板柱配筋等詳圖。吊掛構件要嚴格計算安全度，鋼板和鋼筋連接按焊接方式連接起來，注意選用基礎埋件核查適應性。鋼筋緩凝土懸臂梁下部配筋要適當增加強度，抵抗下部拉力。長懸臂構件要能夠承受8度以上的地震作用力。受力預埋的設計要根據受力特點進行計算，在施工圖中明確標明樓板建筑工藝。施工相鄰車間的地基關系要在地坑和生料庫基礎預留必要的縫隙，相鄰車間上部構件要避免和窯頭梁碰撞。輸送天橋和車間之間應該綁架牛腿筋，并且核對標高位置。工程施工圖要標注施工廠房位置，盡量靠近礦山，重視能源節約，利用工業廢料進行能源循環利用。

3 水泥廠建筑結構設計趨勢

水泥廠經過多年的發展，已經形成了一整套系統化、體系化的施工工藝，特別是在大力應用新興技術和施工工藝的當前，水泥廠結構具有廣泛的應用前景。水泥廠建筑結構發展趨勢:(1)高度更高、跨度更大;(2)鋼結構增多;(3)結構外露。傳統水泥廠建筑高度最高的是立窯房(35m左右)，而新興的干法窯外分解工藝的廠房高度在90m左右［3］。隨著水泥廠規模的不斷增加，廠房跨度也在不斷增加，主要廠房跨度能夠達到24m，原料堆放場地的規模也要不斷提高。傳統鋼筋砼框架結構存在諸多不足，鋼結構自身重量輕、抗震性能好、安裝方便、資金投入少、效率更高，所以鋼結構替代鋼筋砼框架結構勢在必行，此外鋼結構作為“可持續發展”的再利用資源，必將成為水泥廠結構設計的首要選擇。結構外露是水泥廠結構設計的另一個發展方向，設備結構外露要在完成本身功能基礎上，肩負起體現體現建筑美感的責任，將建筑功能和建筑美感有機地結合更顯建筑的自然美。

4 結語

綜上所述，水泥廠結構設計是一項系統化、綜合化的工程，設計過程中要注意設計階段、計算階段、施工階段的各個細節，在提高建筑強度的同時，全面提高水泥廠結構設計效率。筆者堅信隨著新工藝和新技術的不斷涌現，水泥廠結構設計必將越來越高效，水泥工業必將為我國經濟發展提供足夠的助力。

［1］吳昊，燕科，熊彬，黃洋，劉云，蔣德亮，杰勝利.從駐廠服務角度淺談水泥廠結構設計［J］.四川建材.2013(05):11－12.

［2］褚海霞.水泥廠鋼筋混凝土圓形筒倉支承結構設計［J］.合肥工業大學學報(自然科學版).2009(09):11－12.

［3］林玉鶯.談水泥廠生產車間土建設計與工藝設計的配合［J］.福建建材.2013(01):37 －41.