水泥廠窯尾結構設計中存在的問題研究

楊麗娜

江蘇省建筑材料研究設計院有限公司（210003）

0 前言

水泥作為最重要的建筑材料，有著非常大的用量和需求，水泥工業也在此背景下得到了快速穩定的發展。在新型的干法水泥生產工藝當中，窯尾是非常重要的核心工程。在規模較小的水泥廠，窯尾結構設計是多層的鋼筋混凝土框架結構。隨著水泥廠生產規模的不斷擴大，結構高度也越來越高，個別工程高度甚至超過了百米，混凝土框架結構很難滿足其安全性的要求。因此水泥廠在建設當中很多都是采用鋼結構作為主要的承重構件。采用鋼結構的水泥廠窯尾結構不僅僅保證了安全性能，同時兼具了經濟性，具有非常良好的應用前景。

1 水泥廠窯尾結構設計中常見的問題

1.1 缺乏專門的規范指導

目前，水泥廠窯尾結構在設計和施工的過程當中還沒有專門的設計及施工規范。因此對這種復雜的受力體系，設計人員一般采用有限元進行分析和荷載計算。但是由于沒有規范作為指導，加上窯尾的結構本身受力體系比較復雜，生產的工藝和設備存在較大差異。在水泥廠窯尾的結構構件布置及受力傳導性能等方面，都很難準確地進行分析判斷，嚴重影響了整個窯尾結構的安全性能。

1.2 設計計算和工程施工存在差異

水泥廠窯尾結構設計中，設計和工程中存在一定的差異是很常見的一個問題。結構設計通常采用的都是剛性樓板，忽略了樓板的平面變形。在實際工程當中，窯尾的工作平臺一般都是由6 mm厚的鋼板鋪設而成，樓面上的大量開洞是由于工藝需求預留的洞口。因此樓板的剛度一般會受到一定的影響。造成了在計算與工程施工存在一定的差異。在水泥廠窯尾結構設計當中，需要對荷載進行分析和計算，但是除了設備荷載和自重，窯尾結構還需要承受物料荷載、風荷載、物料平臺荷載等，這些荷載組合系數和實際的工程相比存在一定差距，因此需要重視可變荷載組合系數對水泥廠窯尾結構設計的影響。

1.3 計算荷載分析不夠準確

水泥廠窯尾結構屬于高層建筑結構，包括地震作用和風荷載等水平荷載有著非常大的影響。窯尾中會安裝大量生產設備，設備的尺寸及高度都會對整個窯尾結構產生影響，因此在結構設計的時候，需要對設備的布置情況及設備的運行情況給予足夠的重視。動荷載作為一項非常重要的內容也需要進行考慮。在進行荷載計算的時候，應該將風荷載作為一個主控荷載進行分析。如果風荷載直接作用在金屬設備上，其特殊的作用方式對于窯尾結構設計會有一定的影響。同時由于窯尾結構平面尺寸、結構高度、荷載等問題，在進行地震作用組合的時候，和一般的建筑結構形式存在一定的差距，需要考慮結構的大變形效應。

2 水泥廠窯尾結構設計要點

2.1 水泥廠窯尾結構基礎設計

在窯尾結構設計時，首先要做好基礎設計。窯尾的基礎設計和地質狀況有著非常大的關系，因此在進行設計之前應該對地勘報告進行分析和研究，收集相關的資料。要保證窯尾在使用的過程中不會出現較大的變形或者傾斜，避免對整個窯尾結構產生影響。在進行窯尾結構基礎設計的時候，首先要對基礎形式進行選擇。基礎形式選擇需要結合地質狀況及窯尾結構的荷載情況進行分析和計算，采取比較多的基礎結構形式為閥板基礎和箱型基礎，這兩種基礎整體剛度較好，可以有比較大的承載能力。

由于窯尾結構的基地反力較大，采用剛性柱腳進行連接。混凝土柱的剛性柱為現澆混凝土的形式。鋼管混凝土和鋼柱的柱角形式較多，實際施工中需要結合斷面形式、經濟指標等進行綜合考慮，選擇一種最合適的柱腳形式，保證連接的可靠性[1]。

2.2 水泥廠窯尾結構構件設計

水泥廠窯尾結構主要構件包括梁、板、柱及水平和柱間的支撐等。梁一般采用的是型鋼梁或者是H型鋼梁，根據受力情況也可以采用箱型截面。對于跨度較大的，或者是支撐設置存在一定問題的，在滿足承載力要求的情況下，還需要滿足正常使用極限狀態的要求。窯尾的樓板一般采用的是花紋鋼板。花紋鋼板在使用過程中，平面剛度無法得到有效保證，需要在結構設計中將其作為彈性樓板進行計算。花紋鋼板在施工的過程中比較方便，施工的周期較短。在進行板平面鋪設的過程中，可以采用壓型鋼板，然后澆筑混凝土，這樣可以進一步增強平面內的樓板剛度。壓型鋼板的防水性能和防噪性能較好，平面剛度可以滿足結構的需求，但是整個施工的周期較長[1]。

3 結語

在新型干法水泥生產過程中，窯尾是非常重要的核心建筑，需要保證窯尾結構的安全和穩定。在水泥廠窯尾的結構設計過程中，應該盡早對相關的工程經驗進行總結歸納，并編制對應的設計及施工規范指導水泥廠窯尾的設計及施工，以保證其使用安全。