結合水泥廠設計對多層工業廠房的結構設計進行思考

呂素軍

（新疆凱盛建材設計研究院，烏魯木齊　830046）

結合水泥廠設計對多層工業廠房的結構設計進行思考

呂素軍

（新疆凱盛建材設計研究院，烏魯木齊830046）

【摘要】水泥生產屬于重工業生產，生產過程中存在較大震動、沖擊、荷載，這對其工業廠房結構設計提出新的要求，要求能承受較大的震動、沖擊、高溫、腐蝕等。本文以水泥廠為例，分析其多層工業廠房的結構設計要點。

【關鍵詞】水泥廠；廠房；結構；荷載

隨著科學技術的發展，大量新材料、技術被應用到水泥廠多層工業廠房建設中，高強材料的推出為廠房的外觀設計提供更廣闊的設計空間；高強耐用彩色鋼板、復合夾心板等材料的應用增加了水泥廠廠房的色彩；鋼結構的應用使得廠房的構件變得更加明快，體現獨特的裝飾效果。多層工業廠房的結構設計關系到整個建設投資以及將來的可持續發展，結構設計又與生產工藝、區域環境、經濟技術條件等密切相關。

1　多層工業廠房結構設計體系

多層工業廠房結構體系一般可分成三種：框架-支撐體系；純框架體系；鋼架-支撐體系。框架-支撐體系就是在廠房結構設計上，橫向采用剛性框架結構，縱向采用柱-支撐結構，通過柱間的支撐抵消水平荷載，柱間支撐能保證構件的正常工作，保證廠房的穩定和一定的剛度，這種結構體系建設成本低，但柱間支撐會對廠房造成一定不良影響，出現橫向短、縱向長的廠房。

純框架體系就是在橫縱向上均采用剛性框架結構，這種結構設計適合于橫縱向慣性相近的截面形式，它能使得廠房空間使用起來較為自由。

鋼架-支撐體系將前兩種結構體系的優點集合起來，通過混合結構設計消除水平拉移力。當樓面剛度要求較大時，多采用這種結構形式，能有效發揮柱間支撐的作用，減少縱向彎矩。

2　多層工業廠房的結構設計要點

2.1電梯設計要點

水泥廠的多層工業廠房結構設計需要與生產工藝結合起來，水泥廠生產活動對空間要求較大，故而多采用純框架結構，既能充分利用空間，設計又非常簡單。若層數較多，且工藝允許的條件下，可采用框架-剪力墻結構體系。在結構設計中，電梯位置的合理設計是要點之一。水泥廠生產經營活動的特性決定其貨物自重較大，在廠房內的豎向運輸都需要電梯，電梯對位鋼筋混凝土結構，剛度大，對廠房的重心產生一定的偏移作用，故而很少將電梯設置在廠房的角落處，那樣會影響到廠房結構的穩定性，以免電梯自重對廠房結構產生一定的扭矩作用。當無法避免將電梯設置在角落位置時，這時必須做好電梯周圍結構和框架的加固工作。水泥廠廠房結構多采用純框架結構，這種結構體系非常簡單，廠房的剛度中心與質量中心很接近，這樣有助于避免出現廠房空間結構扭曲現象。

2.2荷載計算設計

在結構設計中，還需做好荷載的計算，荷載除了一半的恒載、活載外，積灰荷載、樓面荷載、大面積堆積荷載是水泥廠房特有的之外。其中，積灰荷載的取值可參照現行的相關行業準則，對近灰源車間的廠房不宜采用帶翻邊的雨棚、平屋頂等。對積灰建筑屋頂以及相關構件進行相應抗傾覆驗算，在強度設計上留有余地，以滿足今后的廠房擴建需求。在樓面荷載計算上，過去常采用提高正層樓面荷載方法，該方法會造成較高的富余強度，造成經濟損失，我們可以按照區域內的實際堆載進行計算，在區域外則按照普通樓面進行荷載計算，這樣更能反映樓面的實際受力狀況，更為合理。荷載計算的準確性直接關系到整個結構計算的準確性，且水泥廠的多層工業廠房結構設計與一般的民用高層建筑結構設計不一樣，其樓面活荷載大，且樓面上往往會布置一些與水泥生產有關的小型設備，這些設備的布置非常靈活，所以必須做好廠房等效荷載的計算，采用正確的計算方法得出精確結果，為廠房結構設計奠定堅實基礎。

2.3橫縱向框架的周期控制

多層工業廠房的結構設計決定其縱向方面已較少的柱來支撐整棟廠房，且支柱的跨度方向尺寸大；柱距方向尺寸小，柱子多。因此，在大型工業廠房設計中，往往采用橫向控制方法，使得橫向抗震能力于縱向較為接近，使得廠房結構設計更為合理。

2.4防震設計

水泥廠的多層工業廠房對抗震要求較高，其本身的設備工作時會產生較大的震動，會對廠房結構產生一定沖擊，若廠房處于地震區時，有發展地震的危險，此時則必須根據實際要求做好廠房的抗震設計工作。當水泥廠的廠房較長時，不應設置過多的伸縮縫，這樣不利于提高廠房的抗震性能，往往需要通過一些其他措施來進行抗震設計，減少伸縮縫。如：在結構受力較小的地方設置后澆帶，在受溫度影響大的頂層、底層、墻體等位置增加鋼筋數量，設置架空層，增加抗震效果。

2.5防腐蝕、高溫設計

水泥廠的燒成、化驗室、烘干車間等均存在不同程度的腐蝕、高溫問題，處理不當就會對廠房結構的安全性、使用壽命產生影響。因此，必須通過一定的構造設計和材料解決這一問題。如：烘干車間生產過程中會產生酸性介質，其對廠房結構產生一定程度危害，故而其結構不宜采用鋼筋混凝土框架結構和石棉瓦輕鋼結構。過去有些小型水泥廠的烘干房采用瓦楞鐵作為輕鋼屋面的屋面板，幾年下來，屋面就出現嚴重的滲漏、銹蝕問題，無法正常使用。對于烘干車間來說，除了有腐蝕氣體外，還會產生高溫，故而應采用超耐熱混凝土，并在梁底與烘干機之間設置安全距離，保證廠房的耐久性和安全性。

3　結束語

水泥廠房結構設計是一個非常復雜且專業的工作，需要設計單位結合實際情況、專業理論知識、實踐經驗做好各方面計算、驗算、分析，進行經濟分析，積極打造綠色、舒適、文明的現代化水泥廠多層工業廠房。

【參考文獻】

[1]任忠堂.結合水泥廠設計淺談多層工業廠房的結構設計[J].城市建設理論研究（電子版），2013（16）：1-4.

[2]關慶吉.多層工業廠房結構設計的理論與應用研究[J].商品與質量·建筑與發展，2013（5）：278,280.

[3]張金濤.論多層工業廠房的結構設計[J].價值工程，2013（16）：90-91.

【作者簡介】

呂素軍（1973-），安徽霍邱人，大學本科學歷，工程師，研究方向：水泥廠結構設計。