水泥廠建筑結構設計分析
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摘要：在水泥廠工業(yè)設計中，建筑結構設計是一個系統(tǒng)、全面、復雜的工作。建筑設計需要根據(jù)生產(chǎn)工藝要求，除考慮內(nèi)外交通、工藝流程、遠近期發(fā)展規(guī)劃外，還應考慮綠化設計，滿足環(huán)保和景觀要求。結構設計應符合平面、立面和豎向剖面的規(guī)則性要求。結構計算應具有明確的計算簡圖和合理的地震作用傳遞途徑，重視結構的抗震概念設計，降低結構安全風險。
關鍵詞：水泥廠；建筑設計；結構設計
引言
在水泥廠工業(yè)設計中，要做到節(jié)能、環(huán)保、安全、協(xié)同、技術先進、經(jīng)濟合理。建筑結構設計的綠色環(huán)保、安全合理是一個重要環(huán)節(jié)。在水泥廠建筑結構設計中，除滿足生產(chǎn)工藝的要求外，還應采用符合國家產(chǎn)業(yè)政策的結構、新材料、新技術。
1廠區(qū)建筑設計的復雜性
1.1滿足工藝及環(huán)保要求的分析
水泥工業(yè)建筑具有占地范圍廣、流程復雜、建筑設計與工藝流程聯(lián)系緊密的特點。在建筑設計中，應充分考慮生產(chǎn)工藝的要求，以生產(chǎn)工藝為主線，進行建筑布局，需要將建筑設計與工藝流程有機結合起來。在設計中要深入分析各道工藝、工序、工段之間的相互聯(lián)系。除考慮固定的生產(chǎn)工藝系統(tǒng)及設備外，還需考慮生產(chǎn)過程的交通運輸方式及通道，以實現(xiàn)建筑內(nèi)部及外部良好的銜接。環(huán)境保護設施應與主體工程同時設計、同時施工、同時投入使用。對廢氣、廢水、廢物、噪聲、振動等污染要有防治設施，做到以防為主、防治結合。廠區(qū)綠化應結合當?shù)刈匀粭l件、植物生態(tài)習性和抗污性能設計。
1.2建筑平面布置
對建筑平面的功能劃分、功能布置要方便日常生產(chǎn)和管理。廠區(qū)及功能分區(qū)各項設施的布置應緊湊協(xié)調(diào)、外形規(guī)整劃一、合理劃分功能分區(qū)。建筑布局應利用地形、地貌、地勢條件統(tǒng)籌規(guī)劃。道路連接應方便快捷，人流和物流交通避免交叉干擾。生產(chǎn)設施間聯(lián)系緊密，輸送機廊布置簡捷順暢。廠區(qū)通道寬度應滿足兩側建筑物對防火、防塵、防振動、防噪聲及安全衛(wèi)生間距的要求。廠房的設計和設備不得影響檢修起重設施的運行和物件的起吊；預均化堆場應設置封閉廠房；氧氣、乙炔瓶庫及煤粉制備等廠房的布置應滿足防火防爆的間距和要求；窯尾煙囪宜布置在生產(chǎn)區(qū)全年最小頻率風向的上風側；廠區(qū)動力、公用設施應布置緊湊合理，并宜留有擴建余地；生產(chǎn)管理及生活設施布置合理，環(huán)境適宜，藝術風格要與當?shù)亟ㄖ鄥f(xié)調(diào)。
1.3建筑豎向布置
豎向設計應與總平面設計同時進行，豎向設計方案應按廠區(qū)交通運輸、工藝流程、發(fā)展規(guī)劃、雨水排除、水文地質(zhì)、地形地貌及氣象等因素確定。廠區(qū)不應被洪水、潮水及內(nèi)澇淹浸。廠區(qū)出入口道路路面標高宜高于廠外道路路面標高，并應連接平順。豎向設計應采用平坡式或階梯式，當場地較為平坦時，宜采用平坡式布置，當場地較陡時，應采用階梯式布置，臺階的劃分應與廠區(qū)功能分區(qū)一致。
2廠區(qū)結構設計的安全性
2.1基礎設計
廠區(qū)場地選擇應避開危險地段。建筑物及構筑物的基礎宜采用天然地基，當天然地基的承載力或變形不滿足要求以及消除地基液化沉陷和軟黏性土地基震陷時，應采用人工地基。當結構位于斜坡、坡頂、坡腳附近時，應計算分析斜坡的穩(wěn)定性及其對結構的影響，并采取相應措施?；A的埋置深度應滿足地基承載力、變形和穩(wěn)定性的要求。同一結構單元的基礎不宜設置在性質(zhì)截然不同的地基上，同一結構單元不宜部分采用天然地基部分采用人工地基?；A的地基反力不宜出現(xiàn)零應力區(qū)。同一設備的相鄰兩基礎之間的不均勻差異沉降量不應過大。附近有大面積堆料時，應考慮堆料對建（構）物基礎的影響，并對差異沉降采取相應的措施。大型動力設備基礎應設計成墻式或大塊式，并控制頂面的振幅，保證設備基礎自身的剛度和強度。
2.2結構選型及材料
水泥廠建（構）筑物的安全等級一般為二級。結構體系應根據(jù)工藝和功能要求、抗震設防類別、抗震設防烈度、結構高度、場地條件、地基、結構材料和施工等因素，經(jīng)技術、經(jīng)濟和使用條件比較后確定。多層廠房宜采用現(xiàn)澆混凝土框架結構，單層廠房宜根據(jù)跨度采用鋼結構或鋼筋混凝土結構。預熱器塔架的底層宜采用鋼筋混凝土結構，上部宜采用鋼結構或鋼混結構。筒倉采用現(xiàn)澆鋼筋混凝土結構或預應力結構，筒倉邊的提升機樓與筒倉為一整體。大跨度堆場采用鋼結構，廠房的柱網(wǎng)應整齊符合模數(shù)，大型設備基礎、地坑等宜與柱基礎分開。普通磚和多孔磚的強度等級不應低于M10，砌筑砂漿等級不應低于M5?；炷翉姸鹊燃壱话悴坏陀贑30。鋼筋應滿足屈強比，并應有足夠的延性及伸長率。結構用鋼材應采用延性、韌性和焊接好的鋼材。
2.3抗震設計
水泥廠建（構）筑物的抗震設防分類一般為丙類。應重視結構的抗震概念設計對抗震性能及經(jīng)濟合理性的影響。結構設計應符合平面、立面和豎向剖面的規(guī)則性要求，選用規(guī)則的形體，不應采用嚴重不規(guī)則的結構設計?？箓攘Y構的平面布置宜規(guī)則對稱，側向剛度沿豎向宜均勻變化，避免結構的側移剛度和承載力突變。體型復雜、平面立面特別不規(guī)則的建（構）物，可在適當部位設置防震縫，并留有足夠的寬度，其兩側的上部結構應完全分開。應有符合要求的抗震承載力、變形能力和消耗地震能量的能力。宜有多道抗震防線，且具有合理的剛度和承載力分布，避免產(chǎn)生過大因局部削弱或突變形成薄弱部位，產(chǎn)生過大的應力集中或塑性變形集中。結構在兩個主軸方向的動力特性宜相近。鋼筋混凝土框架結構，抗側力構件宜對稱均勻布置。豎向構件截面尺寸宜自下而上逐漸減小，并做到強柱弱梁、強節(jié)點、強錨固。鋼筋混凝土筒倉宜簡單、規(guī)則，質(zhì)量和剛度分布宜均勻對稱，宜選用筒壁支承形式或筒壁與柱混合支承的結構形式。鋼結構構件的尺寸應合理控制，避免局部失穩(wěn)或整個構件失穩(wěn)，鋼結構支撐系統(tǒng)應能保證地震時結構的整體性和穩(wěn)定性，保證可靠地傳遞水平地震作用。
2.4荷載及結構計算分析
荷載的計算包括自重荷載、使用荷載、儲料荷載、風荷載、雪荷載、積灰荷載、施工荷載、地下水浮力及地震作用的計算。使用荷載應根據(jù)生產(chǎn)實際情況確定；設備荷載應根據(jù)工藝要求的數(shù)值采用，應將其分解為永久荷載和可變荷載；儲料荷載的重力密度、內(nèi)摩擦角和摩擦系數(shù)無試驗資料時按規(guī)范采用。結構計算應具有明確的計算簡圖和合理的地震作用傳遞途徑。計算模型的建立和簡化計算處理應符合結構實際工作狀態(tài)。當采用計算機進行結構抗震分析時，對計算結果應分析判定其合理性和有效性，再用于工程設計，并確保結構主體能夠在相應等級的地震災害下保持整體完好。結構應按多遇地震作用進行內(nèi)力分析和變形分析，可假定結構與構件處于彈性工作狀態(tài)，內(nèi)力和變形分析可采用線性靜力方法或線性動力方法。鋼筋混凝土結構及鋼結構應根據(jù)設防類別、烈度、結構類型和結構高度采用不同的抗震等級，并應符合相應的計算和構造措施要求。高寬比大于4的框架，應計入風振系數(shù)，并且頂點水平位移不應大于H/500；地坑的計算應包括強度計算、抗浮計算、裂縫計算。
2.5結構抗磨防腐設計
長期處于磨損工作狀態(tài)下的結構構件應采取抗磨措施，且結構外應單獨設置耐磨層，并應定期檢查更換。在水泥廠建筑結構設計中，鋼結構及鋼構件使用較多，需要做好結構防銹防腐，避免在使用過程中因腐蝕問題引發(fā)結構危險。在使用金屬材料時，需要在其表面涂刷致密的防腐蝕材料，提高其環(huán)境抵抗能力。
3結語
綜上所述，水泥廠的建筑結構設計是一個系統(tǒng)、全面、復雜的工作。通過生產(chǎn)工藝的進步、裝備技術的提高、建筑布局的創(chuàng)新及結構選型的合理，可以促進水泥廠建筑結構設計水平的提高。應重視建筑的綠色環(huán)保概念設計，創(chuàng)造環(huán)境優(yōu)美的廠區(qū)。重視結構的抗震概念設計，降低結構安全風險，滿足工藝和生產(chǎn)功能的要求。
作者：周俊 單位：江蘇省建筑材料研究設計院有限公司