HTCC項目水泥熟料生產線工程結構設計研究

熊彬

（成都建筑材料工業設計研究院有限公司）

HTCC項目水泥熟料生產線工程結構設計研究

熊彬

（成都建筑材料工業設計研究院有限公司）

多哥塔布利博日產5000噸水泥熟料生產線（HTCC項目）結構設計中，依據合同規定，庫設計采用DIN標準，并通過第三方GRUNER審查。整個結構設計方案依據項目所在地的環境特點、合同中的技術要求及項目的管理組織等因素，對不同子項目的結構方案進行詳細分析，確定子項結構形式。

涉外項目；水泥生產線；結構設計；混凝土框架；混凝土筒倉

1 工程介紹

多哥塔布利博日產5000噸水泥熟料生產線項目由德國海德堡水泥集團投資，成都建材院承建，采用總承包模式，為業主提供工程設計、設備供貨、工程建設以及生產調試服務。水泥生產線項目位于多哥濱海區約托行政區，首都洛美東北約90公里處［1］。

結構設計項目的主要子結構包括石灰石破碎、石灰石堆棚、原料配料、黏土烘干、生料磨、均化庫、窯頭、窯尾、窯墩、熟料庫、原煤卸料、熟料散裝、儲存倉庫、轉運站以及輸送廊道等。

該項目在實施階段發生過暫停，但設計并未停止。項目再次開工后，對所有結構設計進行了核對。

工程場地的地基承載力一般，除窯尾的基礎設計采用鋼筋混凝土條形基礎，窯墩采用筏板基礎，熟料庫采用環板基礎外，其余子結構的基礎設計均采用獨立基礎。多數子結構的上部結構形式為鋼筋混凝土框架，框架的結構設計依據中國標準設計，均采用PKPM完成。

2 結構設計

2.1 鋼筋混凝土框架

該生產線項目中，石灰石破碎、原料配料、黏土烘干、窯頭、原煤卸料、熟料散裝及轉運站等子結構其上部結構均為混凝土框架。因其作為工業建筑，其結構設計較民用框架設計復雜。具體表現為：

⑴因生產工藝需要，框架樓面板開洞較多，且尺寸、位置的布置復雜多變，設計過程中，諸如剛性樓板等原有的設計前提假定需要重新考量；必要時，須另外建立模型進行分析；

⑵因生產設備原因，結構的靜荷載與動荷載取值較大，結構負荷水平高，設計時，要考慮設備的工作頻率，避免因設備運作引起結構共振；此外，部分設備在結構施工過程中可能已經安裝，則這一類設備給結構造成的荷載變化等的影響也應充分考量；

⑶部分結構的樓面層高變化大，錯層樓面、躍層柱等對框架的不良影響普遍存在［2］，可能要另建模型分析。在設計時即使充分使結構對稱布置，結構也會因上述原因不可避免地產生豎向及平面不規則，故在設計過程中，要充分運用概念設計的理念，減少不規則性對結構的不利影響；

⑷因設備安裝原因，結構的精度要求較高。民用建筑中很多不需要進行放樣的施工過程在工業建筑施工中考慮后期設備的安裝，需要進行放樣施工。避免因后期設備安裝，花費大量人力物力進行校正；

⑸結構中預埋件較多，預埋件位置、方向等的布置除需考慮后期安裝的設備位置外，還需要注意不能與結構中錨筋、鋼筋網節點沖突，否則預埋件定位不好控制。

此外，依據各子結構的不同特點，結構的部分設計也有相應調整。

石灰石破碎結構子項因建筑高度較大，為降低結構自重，節約施工費用，其封墻采用彩板，屋面采用輕鋼屋蓋。

轉運站結構子項中部分較高的轉運樓采用條形基礎或筏板基礎。

原料配料結構子項設計為方倉，建筑體形較小，荷載較小。

2.2 筒倉

該水泥生產線項目中，均化庫及熟料庫的上部結構均為混凝土筒倉，貯量大、耐久性好，適宜滿足生產工藝要求，采用預應力形式，降低成本。依據合同規定，采用DIN標準，通過第三方GRUNER審查，并與GRUNER配合，完善了涉外項目筒倉計算表。

均化庫筒倉直徑22.5m，高度69m，采用后張法預應力施工，預應力扶壁設計參照以前的工程做了一圈6個，以后工程可進一步優化做成一圈4個，庫頂由雙坡鋼屋面改成傘形鋼屋面，用鋼量相差不大。熟料庫筒倉直徑45m，高度26.8m，單位體積混凝土含鋼量149.2 kg/m3，預應力鋼筋用量47.39t，普通鋼筋用量443t，在此庫的基礎設計中，考慮第三方審查意見，基礎鋼筋遠大于常規設計，庫頂采用網架結構，并通過一定的措施，有效地減少了網架鋼結構用量。

在整個筒倉的結構設計過程中，應注意判斷其承載特性，依據深倉與淺倉兩種不同的壓力計算模式，計算并復核貯料壓力。

2.3 其余結構

該項目子項中，石灰石堆棚結構子項及輸送廊道采用網架結構，重量輕，剛度大，空間受力??；生料磨各車間基礎采取獨立基礎，上部鋼筋混凝土框架結構。立磨廠房18m跨，高度43.2m，有橋式吊車，采用鋼結構，儲存倉庫采用鋼結構，建設速度快，投資省，布置較靈活；窯墩采用門式結構，取消傳統方式設計中，支架落地，支架高度高，體積較大的方式，將三次風管支架落在窯墩上，且在設計窯中走道板時，應考慮桁架側安裝的各種小風管的荷載。

結構形式的確定在結構設計初期就要有所考量，除依據規范考慮結構形式特點及適用范圍外，將建筑的使用功能及其生活生產特點納入結構形式的確定也是不可或缺的。

同時，該項目曾在實施階段暫停，因此設計過程中又存在諸多與項目管理及施工組織等不相協調的地方。諸如在擋土墻設計中，因該項目地基土為壓縮性土，后期擋土墻在土壓力作用下地基變形，擋土墻外傾，致使擋土墻頂部傾斜量達到70mm左右，業主要求后期進行修補處理。因此，結構設計時還需納入項目管理及施工組織等要求的考量。

其次，HTCC項目作為涉外項目，又具有其一定的特殊性。

在設計審查過程中，由業主工程師定期到院內集中開展設計審查，效率高，速度快。筒倉結構由業主指定的第三方咨詢公司審查，耗時長，問題較多，效率低下。在審查過程中發現了諸多需要改進的地方：

⑴計算書準備不充分，一邊審查一邊補充計算書，有的來不及補充，只好簡化處理，或做出讓步，按審查工程師意見修改圖紙；

⑵計算軟件單一，無英文軟件，無國際通用軟件，與業主工程師交流不便；

⑶合同執行不夠嚴謹，窯頭等子項樓面堆料荷載在審查過程中有較大增加等。

總結HTCC項目的結構設計經驗，在設計過程中，詳細充分的地質勘察，有利于降低基礎造價。土質地基，除了鉆孔外，還應開展有代表性的載荷板實驗，便于獲取淺基礎地基承載力；地下結構應充分考慮地下水及地質情況，注意基礎開挖對降水的要求；同時對于擋土墻的設計應對墻后回填土提出質量要求，并充分考慮防水、排水措施；若建筑物處于軟弱地基上，還應對結構進行沉降分析等。

3 結語

HTCC項目中涉及的結構設計中需要充分考量的關鍵點在很多水泥熟料生產線結構設計工程中是普遍存在的，故對于這一類工程項目，HTCC具有一定的參考價值。而水泥生產線工程結構設計的研究中還有很多難點亟待解決，仍需廣大結構設計師進一步探討［3］?！?/p>

［1］張改萍.成都院承建的海德堡多哥水泥廠項目竣工［J］.新世紀水泥導報，2015（2）:1-1.

［2］王汀.水泥生產線設計中的有關結構問題 ［J］.江蘇建材，2006（4）:15-16.

［3］吉同寧.銅陵海螺5000t/d國產化水泥生產線示范工程結構設計［J］.水泥工程，2003（2）:51-53.