煤礦礦井建筑結(jié)構(gòu)設計常見問題的分析

煤礦礦井建筑結(jié)構(gòu)設計常見問題的分析

顧孟德

（中煤科工集團南京設計研究院有限公司?；?；江蘇南京?；?；210031）

【摘要】2002年—2012年我國煤炭工業(yè)發(fā)展取得的輝煌成就，相應的煤礦礦井建筑行業(yè)得到了飛速發(fā)展，新技術(shù)、新工藝及新的科研成果不斷應用到煤礦礦井建筑結(jié)構(gòu)中。隨著中國經(jīng)濟結(jié)構(gòu)的調(diào)整，煤炭生產(chǎn)和消費有了新的變化：促進煤炭安全綠色開發(fā)和清潔高效利用。同時對煤礦礦井建筑結(jié)構(gòu)設計有了更高的要求。本文對煤礦礦井建筑結(jié)構(gòu)常見的問題進行了分析，對提高煤礦礦井建筑結(jié)構(gòu)施工水平提出了幾點建議。

【關(guān)鍵詞】煤礦礦井建筑；建筑施工；結(jié)構(gòu)設計

一、煤礦礦井建筑結(jié)構(gòu)設計的原則和要求

（一）建筑材料的要求

在煤礦礦井建筑結(jié)構(gòu)設計中，建筑材料的選擇是非常重要的，應根據(jù)煤礦礦井的特點，采用經(jīng)實踐檢驗的、有可靠保證的新型建筑材料及結(jié)構(gòu)。煤礦礦井建筑結(jié)構(gòu)材料主要為混凝土和鋼材。

混凝土的選用：素混凝土結(jié)構(gòu)的混凝土等級不低于C15，多應用于基礎墊層。采用強度等級400MPa及以上鋼筋時，混凝土強度等級不低于C25，多采用C30混凝土。預應力混凝土結(jié)構(gòu)的混凝土強度等級不宜低于C40，且不應低于C30，應用于儲煤倉。承受重復荷載的鋼筋混凝土構(gòu)件，混凝土強度等級不應低于C30，應用于篩分車間。

鋼材的選用：梁、柱縱向受力普通鋼筋應采用HRB400、HRB500、HRBF500鋼筋，也可采用HRB335、HRBF335鋼筋。實際工程中多采用HRB400級鋼筋，與之相應的混凝土采用C30。承重鋼結(jié)構(gòu)的材料宜采用Q345、Q390和Q420鋼。當結(jié)構(gòu)構(gòu)件的截面按強度控制時，采用Q345鋼可比Q235鋼節(jié)約30%左右，因為，Q345鋼的屈服強度比Q235鋼的屈服強度提高了45%左右。吊車梁在煤礦礦井建筑結(jié)構(gòu)中常用，多為輕（A1～A3）、中級（A4、A5），一般設計成鉸接。吊車梁多采用型鋼，如采用鋼板焊接時，可以選擇Q345-C型鋼板，保證其沖擊韌性。鋼結(jié)構(gòu)的焊接材料應與連接件的鋼材相適應。當不同強度鋼材連接，與強度低鋼材相適應。手工焊時：Q235鋼采用E43型焊條；Q345采用E50型焊條。

• 常見的建筑系數(shù)取值要求

1、建筑梁的扭矩折減系數(shù)。對于很多煤礦礦井建筑結(jié)構(gòu)來說，尤其是提升機房，因為機房內(nèi)用于吊掛物件較多，并且建筑墻面有很多洞孔，在機房的周圍要設置一些支撐的設備。為此，在建筑結(jié)構(gòu)設計時為了使數(shù)值更加準確，建筑梁扭矩折減系數(shù)一定要符合工藝設計要求。一般，在計算梁扭矩折減系數(shù)要按照建筑孔洞的尺寸計算，調(diào)整的范圍一般也在0.3～0.4之間。

2、建筑活載組合值系數(shù)的取值。一般在PKPM中，樓面活載組合值系數(shù)是0.7，但對于大部分煤礦礦井建筑物來說，樓面活載組合值系數(shù)是不同的。例如，工業(yè)場地內(nèi)的提升機房、井口房、翻車機房、輸送機棧橋等活載組合值系數(shù)為1.0，但是在選矸樓、篩分樓、煤倉、轉(zhuǎn)載站等活載組合值系數(shù)為0.9。所以，在進行煤礦礦井建筑結(jié)構(gòu)設計時一定要按照工業(yè)場地的建筑類型選擇活載組合系數(shù)進行設計，這樣才能使各個數(shù)值更加精準并符合建筑工程的質(zhì)量標準。下圖是某井口房PKPM建模計算時的分析和參數(shù)補充定義：

二、工業(yè)煤礦礦井建筑結(jié)構(gòu)設計存在的問題及解決方法

（一）設計人員之間缺少溝通

煤礦礦井建筑結(jié)構(gòu)的設計和工藝設計都是非常重要的設計模塊，但是如果結(jié)構(gòu)設計人員和工藝設計人員之間不能保持有效的溝通就會使工藝設備的擺放與結(jié)構(gòu)布置出現(xiàn)矛盾和沖突，如提升機房中梁底標高要滿足工藝要求的設備的凈空要求。特別是提升機設備基礎不宜和機房主體靠的太近，就會使施工的難度增加，機房主體結(jié)構(gòu)由此也會受到提升機設備基礎運行的影響。為此，要想在源頭上避免這種問題的產(chǎn)生就要在設計中做好布設，加強工藝設計人員和建筑結(jié)構(gòu)設計人員間的溝通是非常重要的。

很多情況下，建筑結(jié)構(gòu)設計人員因為缺乏相關(guān)工藝的專業(yè)知識，如不能和建筑排水設計人員進行有效溝通，會使建筑不能預留出符合標準的孔洞，從而影響建筑結(jié)構(gòu)的主體施工，在后續(xù)補救措施中不得不打洞使建筑結(jié)構(gòu)的主體質(zhì)量受到破壞。

此外，煤礦工業(yè)場地的管線綜合布置特別需要有深厚的專業(yè)知識和豐富的設計經(jīng)驗建筑結(jié)構(gòu)的設計人員參與，需要將工業(yè)場地內(nèi)室外供熱管網(wǎng)、動力配電及照明線網(wǎng)、給水排水管網(wǎng)、通信線網(wǎng)、工業(yè)場地壓風管網(wǎng)、煤氣瓦斯管網(wǎng)等綜合在一起布置。為了使煤礦工業(yè)場地的管線綜合布置簡潔美觀并符合各專業(yè)設計要求，有如下步驟：

1）平面布置時以各專業(yè)中最嚴格的相關(guān)要求布置支腿間距；

2）根據(jù)煤礦工業(yè)場地的整體建筑形式設計與之協(xié)調(diào)的支腿和橋架形式設計；

3）同各專業(yè)設計人員協(xié)調(diào)各專業(yè)管線、溝平面位置及交叉點標高。

下圖是某煤礦工業(yè)場地的管線綜合布置設計圖：

（二）對煤礦礦井建筑結(jié)構(gòu)的安全容易忽視

雖然煤礦企業(yè)將安全生產(chǎn)一直放在第一位，但隨著工業(yè)的不斷發(fā)展，應用的設備越來越多，因此進一步提高煤礦礦井建筑結(jié)構(gòu)設計的安全性非常必要。在工業(yè)場地中有很多危險性廠房。比如，爆炸材料庫、雷管庫、電機車庫以及鍋爐房等，建筑結(jié)構(gòu)設計人員在設計時宜設計成敞開式或者是半敞開式的結(jié)構(gòu)。但是，往往受一些外界因素的影響，比如，相關(guān)領(lǐng)導認為設計成敞開式的不安全，會增加被偷竊的機會。因此，很多的爆炸危險性高的材料庫棚都設計成了封閉式的。如果防爆庫房內(nèi)泄壓面積不符合標準，就會為后期的安全驗收工作帶來影響，消防處理也會變的非常困難，增加了庫房的不安全因素。因此，如果建筑結(jié)構(gòu)是封閉式的要首先考慮泄壓的面積，必要時可以增加一扇窗戶。像工業(yè)場地內(nèi)的鍋爐房一定要對內(nèi)部的泄壓面積充分考慮。為了使庫房安全性得以保證，防爆庫房一般都應用材質(zhì)較輕的材料，因為材質(zhì)輕會利于脫落，窗戶和門也都如此。此外，用于泄壓設備的布置應該靠近爆炸源頭，這樣可以有效避開人行通道，并且對于泄壓面積也要平均布設。

（三）需要考慮到施工相關(guān)的問題

1）結(jié)構(gòu)構(gòu)件細部處理問題

建筑結(jié)構(gòu)設計人員不僅要從設計角度關(guān)注結(jié)構(gòu)構(gòu)件的強度、剛度和穩(wěn)定性，還要考慮建筑施工時的實際情況，避免施工過程中增加不必要的費用支出，造成資源浪費。例如在建筑結(jié)構(gòu)平面布置時避開基礎交疊問題，空間布置時避免洞口和梁柱的打架。在鋼結(jié)構(gòu)設計中，注意柱腳抗剪鍵在基礎上的留孔，盡量采用插入或埋入式柱腳，由柱外混凝土抵抗水平剪力，這雖增加了工程成本，但方便施工和省力，還有效避免了施工疏忽造成的安全隱患。

2）建筑結(jié)構(gòu)預埋的處理問題

根據(jù)工藝要求，很多情況下建筑結(jié)構(gòu)大梁上需預埋吊環(huán)，預埋的處理要符合規(guī)范：1）吊環(huán)的預埋采用I級的鋼筋實施預埋，不能應用冷加工過的鋼筋，將準備好的吊環(huán)采用焊接的方式固定在鋼筋上。設計人員一定要在圖紙上顯示出來。吊環(huán)的計算是，一個吊環(huán)要按照兩個截面進行計算，吊環(huán)的拉應力也不能超過50MPa。

結(jié)語

本文主要對煤礦礦井建筑結(jié)構(gòu)設計遵循的要求和原則進行了論述，并對煤礦礦井建筑結(jié)構(gòu)設計常見的問題和解決方法進行了分析和論述，表述了要想使煤礦礦井建筑結(jié)構(gòu)建設質(zhì)量過關(guān)，就要在材料選擇、安全設計和規(guī)范施工等方面進行加強。