論土建結構設計在環保工程項目中的重要性

王亮清

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1 加強土建結構設計在環保項目中的作用

任何一個環保項目的實施都離不開土建結構專業的參與，同時土建結構專業的設計又是項目設計的第一要務。工藝設備布局、管線走向、方案設計確定后，就需要考慮設備基礎、支架結構、建（構）筑物結構及建筑設計的內容。土建結構設計是整個項目實施的第一步，土方開挖、基礎施工、土方回填就緒后，工藝設備才具備安裝條件。

2 正確認識土建結構專業的服務作用

土建結構專業的設計需根據工藝布局統籌考慮，服務工藝、設備、電儀專業的配套要求。土建基礎及上部鋼構件不但需保證其結構本身的承受荷載能力，工藝設備的布局安裝還需兼顧電儀跟暖通消防專業的安裝標準[1]。土建基礎及鋼筋混凝土結構的施工是不可逆的，無法在結構成型后進行返工處理。所以在土建結構設計前，需要結合各方面要求充分考慮。

3 合理的土建結構設計對項目成本具有控制作用

在環保項目的土建專業方案設計中，基礎部分工程作為工程項目的核心內容，成本投入相對較高，一般占工程整體造價的1/5 左右。對此，擬建工程為了提高地基承載力、降低工程成本投入，需要優化基礎設計方案。在對工程建（構）筑物的基礎結構進行設計時，按地基承載力特征值確定底面積，傳至基礎底面積上的作用效應應采用正常使用極限狀態下的標準組合值，而不是采用承載能力極限狀態下的基本組合值進行計算。合理的計算可將基礎底面積控制在相應范圍內。除此之外，在優化獨立基礎設計時，可對地基承載力進行合理修正。根據《建筑地基基礎設計規范》（GB 50007—2011）規定，當基礎寬度大于3m或者埋置深度大于0.5m 時，可根據本規范的計算公式對載荷試驗或者其他原位測試、經驗值等確定的地基承載力特征值進行修正。使用修正后的承載力特征值，能夠有效減少基底面積，減少基礎結構中混凝土及鋼筋用量，從而降低項目成本[2]。

建（構）筑物的基礎選型也很重要，只有在保證基礎選型的合理性及科學性的前提下，建（構）筑物的可靠性才能進一步提高。因此，設計人員在基礎選型設計過程中，需對當地的地質情況、氣候條件、地理環境等因素進行綜合分析，做到統籌兼顧[3]，依據工程巖土詳勘資料，結合環保項目中各個設備的功能特點，并借鑒項目廠區內其他建（構）筑物結構的建設經驗，仔細分析結構形式、耗材情況等，甄選出經濟性、安全性以及合理性較強的地基基礎方案。當擬建項目所在地地質條件較好或者地基承載力較強，可以使用獨立基礎。在地基承載力較小的情況下，滿足地基變形條件時，可以選用條形或者筏板基礎。條形基礎計算過程中可以使用彈性地基法和剪力平衡法，依據實際工作經驗選擇合適的構造措施。筏板基礎內力計算使用剪力平衡法和樓蓋法。但是，在筏板剛度相對較小的情況下，可以選取彈性地基法。筏板配筋除應當滿足計算要求之外，還應當滿足縱橫兩個方向支座位置上的鋼筋連通要求。筏板厚度應當依據抗剪切要求確定[4]，一般取值不宜小于500mm。當遇到基坑開挖深度超過3m 時，為提高地基土承載力及消除濕陷性影響，可以采用地基換填處理的方式?；娱_挖超過5m 時，介于開挖難度大，對于危險性較大的工程，建議采用CFG 樁、高壓旋噴樁、預應力管樁等樁基施工方案。獨立基礎見圖1，樁基礎見圖2。

圖1 獨立基礎

圖2 樁基礎

4 土建結構設計的可靠性是設備長期安全穩定運行的基礎

土建結構的可靠性是指在結構合理的工作年限和設計基準期內（見下表），其結構外部和內部功能可供使用的最大程度。增強土建結構設計的安全性，不僅能夠提高結構的質量，改善建筑的適用性，還可保障使用單位人員的生命及財產安全。

建筑結構設計工作（使用）年限

生產企業的環保項目主要涉及煙氣脫硫、脫硝、除塵等工藝，參與煙氣處理的主要設備有帶直排煙囪的脫硫塔（濕法脫硫設備）、脫硝反應器、除塵裝置、附屬設備以及工藝管道等。土建基礎設計的質量將直接影響后續設備的安裝質量，甚至影響設備長期穩定運行。上部鋼結構的設計也是重要的環節，關系到主管道與分支管對接、主管道與主要設備對接以及工藝設備安裝標高等問題。設備全部安裝就位并試運行驗收合格交付建設單位后，其能否在工作（使用）年限內安全可靠的投運，直接取決于下部支撐結構的安全性、可靠性。所以，在進行土建結構設計過程中必須理解規范條文內容，了解結構計算軟件參數設置的緣由。此外，為了使設計更加經濟合理，結構設計過程必須基于規范的概念，在滿足恒荷載、活荷載、管道或設備內部灰荷載、環境條件狀況以及抗震設防要求等條件下充分設計[5]。

5 利舊改造的結構設計更需注重其承重性和安全性

在一些環保改造項目中，因周邊原有的設備或管道支架、輸送皮帶棧橋等支撐結構體系建造時間較早，諸多荷載取值并不完善，但因后期環保排放要求的日益嚴苛，現有生產區域進行升級改造，這樣就會出現結構件的利舊情況。對于此種情況，應先進行專業性檢測鑒定，并根據原設計圖紙進行建模，復核原結構是否具備在滿足自身承重的前提下還能承受外加荷載的能力。其中，應充分考慮原有設備荷載，尤其是除塵管道（煙道）內的灰荷載情況，需根據親水性灰質或憎水性灰質特性進行荷載取值。例如，親水性灰載按管徑的1/5 進行估算，憎水性灰載按管徑的1/8 進行估算，或按積灰面積不小于管道截面積的5%進行估算[6]。這部分的荷載容易被忽視，但荷載重量卻遠遠超過自身管道的重量。所以在利舊改造前必須對其結構的承重能力和安全性進行充分考慮后，方可進行后續工作。除塵器入口煙道支撐結構見圖3，余熱鍋爐除塵調制塔支撐結構見圖4。

圖3 除塵器入口煙道支撐結構

圖4 余熱鍋爐、除塵調質塔支撐結構

6 結語

發電企業、鋼鐵廠、玻璃生產線、水泥制造單位等紛紛通過新建環保設施或者改造現有的老舊設備來實現生產尾氣達標排放。環保設施項目立項實施前，需要由專業的環保公司根據建設單位現有設備的生產情況確定工藝方案，再進行土建結構、電儀、暖通消防等專業設計。土建結構設計質量直接關系到環保設施項目工程建設的有效性和安全性。本文從環保設施項目的特點出發，分析了環保項目土建結構設計質量要點以及現場施工管理措施，以確保環保項目土建結構工程建設的順利實施。