選煤廠主廠房結構方案探析

孫建斌

(煤炭工業太原設計研究院，山西太原 030001)

1 概述

選煤廠主廠房結構布置受工藝限制，有如下特點:平面凹凸不規則，層高高，錯層多，樓層荷載較大且分布不均勻，振動設備多，大型設備(浮選機、壓濾機、加壓過濾機)一般布置在頂層，屋頂配有橋式檢修吊車，主廠房的特點決定了結構復雜性。設計者應根據實際情況，選用合適的鋼筋混凝土結構或鋼結構方案，結構方案的選型直接影響設計計算，建設周期，成本投資，后期廠房維護及設備檢修等。

下面我們比較一下兩種結構形式的優缺點。

1)建筑方面:鋼結構屋面、墻面均可采用復合板材，如彩鋼板夾輕質保溫材料等，保溫、隔熱、隔音、裝飾一步到位，色澤和形式可按需求多重選擇，無需再作室內外裝修，具有強烈現代感;混凝土結構通常在空心磚墻或墻板砌筑完成后另加保溫隔熱材料，再作外飾面(如刷涂料或貼面磚、鋪瓦等)，工序繁瑣。

2)層高方面:在同樣荷載及跨度的條件下，鋼梁及鋼柱有較小的截面，對于層高有要求的結構，其優勢更明顯。鋼筋混凝土框架，梁柱構件截面大，自重也大，既不美妙又占領空間。

3)抗震功能方面:鋼結構自重輕，強度高，延性好，對地震有很好的順應性。而鋼筋混凝土結構自重大，剛度大，很難有較好的延性，抗震功能較鋼結構差。

4)施工方面:鋼結構構件的制作在車間內完成，施工占地少，并能夠保證加工質量，且不受外界場地及氣象限制，結構可邊加工，邊運載，邊施工，大大縮小現場堆料量，因此縮小了堆料場地。而混凝土結構由于現場施工，受氣象條件及本身硬化周期影響，易耽誤工期，且施工質量不好保證。

5)樓板方面:鋼結構常采用兩種樓面結構形式，一種是浸鋅鋼格板，另一種是壓型鋼板—混凝土組合樓板。鋼格樓板優點一是省去了埋設工藝專注的預埋件，混凝土樓板埋件的種類多，數量也已千計，施工時易漏埋，錯埋，一旦漏埋，錯埋修改非常困難，優點二是中間的空隙決定了廠房的采光性好，缺點是到處漏水，樓面剛度差，不利于檢修設備且設備運行時振動較大;壓型鋼板—混凝土組合樓板的優點是施工方便，不需支底模(可立體式多層同時施工)，受力性能好，具有密肋樓蓋的較好剛度特性，設計理論成熟、簡單，如果不考慮壓型鋼板的受力組合作用(一般都是這樣考慮的，僅將壓型鋼板作為底模用，設計僅驗算其施工階段的極限狀態是否滿足要求)，對板底壓型鋼板的規格要求、防火要求、防銹要求都較簡單;組合樓板缺點是樓板上預埋件同混凝土結構一樣多，特別是預埋螺栓時，須鋼梁上留孔，為了設備安裝牢固(避免螺栓安裝在壓型鋼板凹槽內)，組合樓板常在所有設備安裝完成為施工樓板，造成設備安裝時需鋪設臨時通道作業，工人不安全且設備地腳埋入樓板中，給以后的設備維修及更換帶來了不便。

鋼筋混凝土框架樓板與梁一次澆筑成型，土建施工完成后才進行設備安裝，安裝時工人安全，且設備維修及更換非常方便。缺點是施工樓板需要支模，需要養護且達到一定強度后才能施工上一層樓板，時間消耗較多。

6)工期方面:由于施工方法的不同，鋼結構主廠房較混凝土主廠房工期正常可提早1個月～2個月(不計受氣象條件影響天數)。

7)基礎方面:鋼結構的輕質高強，使得鋼結構廠房自重約為混凝土廠房自重的25%～40%，鋼結構的柱腳內力明顯比混凝土小很多，因此減少了基礎和地基處理費用，這對地基條件差的工程有著顯著的經濟意義。

8)環保方面:鋼結構一方面大量減少混凝土和磚瓦的使用，減少了城市周邊的開山挖石，且現場可干式施工，節約用水，產生的噪聲小、粉塵少，有利于環境保護，而且建筑使用壽命到期，結構拆除產生的固體垃圾少，廢鋼資源回收率高，是一種綠色環保產品?；炷两Y構則相反。

9)耐久性(防銹)方面:鋼結構防銹及涂裝設計應綜合考慮結構的重要性、環境侵蝕條件、維護條件及使用壽命，以及施工條件與工程造價等因素，合理的選用或確定鋼材表面原始銹蝕等級、除銹方法與等級、涂料與涂裝要求以及涂裝施工的質量檢驗要求等。在弱侵蝕及中等侵蝕性環境中的構件，不應采用表面原始銹蝕等級低于B級的鋼材?，F在的煤礦主廠房基本上是重介洗選，廠房內環境相對濕度大于75%，生產過程中有少量的弱酸鹽溶液，根據生產環境對建筑材料的長期腐蝕特性，環境侵蝕作用應定為中等侵蝕性。對于中等侵蝕作用的承重構件，除銹方法采用噴射(丸、砂)除銹，除銹等級為(非常徹底)。經除銹后的鋼材表面在檢查合格后，應在要求的時限內進行涂裝，防銹涂層一般應由底漆、中間漆及面漆組成，選涂料時應考慮底漆與除銹等級的匹配，以及底漆與面漆的匹配組合。經過多年的跟蹤回訪，由于主廠房生產環境差，選煤廠鋼結構廠房的鋼構件(鋼柱及鋼梁)使用2年就出現表面銹蝕現象，為了保證生產的正常運行，有固定的人員隨時對鋼構件進行小型的維護，每三年對廠房進行一次全面防腐維護，每次花費數十萬元。相對于鋼結構的復雜除銹及后期每隔3年～5年的反復維護，鋼筋混凝土結構具有很好的耐久性，正常使用條件下不需要保養和維修，后期維護費用基本為零。

10)防火方面:鋼結構最致命的弱點是鋼的耐火性能非常差。鋼的內部晶體組織對溫度非常敏感，溫度升高或者降低都會使鋼材性能發生變化，蠕變在較低溫度時也會發生，但溫度越高蠕變越明顯。在260℃以內建筑用鋼強度不變，260℃～280℃開始下降，達到400℃時屈服現象消失，強度明顯降低，達到450℃～500℃時，鋼材內部再結晶使強度急速下降，進而迅速失去承載力，導致結構不能繼續使用甚至倒塌。鋼結構的防火設計原則，是在設計所采用的防火措施條件下，能保證構件在所規定的耐火極限時間內，其承載力仍不小于各種作用產生的組合效應。選煤廠主廠房生產類別為戊類，耐火等級為二級，根據《建筑設計防火規范》第3.2.4條，丁、戊類廠房(倉庫)二級耐火等級時，建筑的梁、柱可采用無防火保護的鋼結構，附錄中補充說明本條主要針對鋼結構而言，對于有條件達到同級耐火等級建筑構件的耐火極限時，應盡量滿足本規范第3.2.1條的規定，防火時根據《鋼結構防火涂料應用技術規范》，選用涂料的類別及做法。噴涂防火涂料前，應按規定除銹，并進行1遍～2遍底漆涂裝。

鋼筋混凝土結構與鋼結構相比具有很好的耐火性?；炷潦怯伤?、水、骨料和外加劑經過攪拌、澆搗和硬化過程形成的一種水硬性復合材料，在高溫作用下，混凝土將發生熱分解，從而改變混凝土的力學性能。對于普通硅酸鹽混凝土而言，處于400℃以下時溫度對其強度影響不大，甚至還有一定程度的提高，但處于800℃ ～1 000℃時，其強度下降幅度較大。廠房著火時，溫度一般遠低于800℃，根據《建筑設計防火規范》條文說明知，在鋼筋混凝土框架中，當構件本身的截面尺寸及鋼筋保護層厚度滿足構造時，建筑構件的耐火極限遠大于防火規范規定的時間，所以混凝土結構本身不需要防火處理。

11)抗裂性方面:正常使用階段鋼結構不存在裂縫;而混凝土的抗拉強度非常低，因此，普通鋼筋混凝土結構經常帶裂縫工作。盡管裂縫的存在并不一定意味著結構發生破壞，但是它影響結構的耐久性和美觀，當裂縫數量較多和開展較寬時，還將給人造成一種不安全感。

12)造價方面:鋼結構一次建成投資大概比鋼筋混凝土框架高出約20%，沒有考慮主廠房后期的防腐費用。

13)舒適性方面:在振動設備較多的廠房內，現澆鋼筋混凝土結構的整體性較好，剛度大，生產時結構振動要小于鋼結構，且由于鋼框架布置的柱間支撐，影響設備檢修及人行通道。

2 結語

鑒于鋼結構和混凝土結構以上特點，主廠房得經過多項方案比較并結合整個場區的綜合考慮，得出一個綜合指數較高的方案，比如現在流行的內部設備支架與外圍護結構相互脫開，內部支架選用鋼筋混凝土框架，外圍護采用輕鋼門式鋼架(配橋式吊車)。

［1］GB 50583-2010，選煤廠建筑結構設計規范［S］.

［2］GB 50016-2006，建筑設計防火規范［S］.