熊彬
(成都建筑材料工業(yè)設(shè)計(jì)研究院有限公司)
HTCC項(xiàng)目水泥熟料生產(chǎn)線工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)研究
熊彬
(成都建筑材料工業(yè)設(shè)計(jì)研究院有限公司)
多哥塔布利博日產(chǎn)5000噸水泥熟料生產(chǎn)線(HTCC項(xiàng)目)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中,依據(jù)合同規(guī)定,庫(kù)設(shè)計(jì)采用DIN標(biāo)準(zhǔn),并通過(guò)第三方GRUNER審查。整個(gè)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案依據(jù)項(xiàng)目所在地的環(huán)境特點(diǎn)、合同中的技術(shù)要求及項(xiàng)目的管理組織等因素,對(duì)不同子項(xiàng)目的結(jié)構(gòu)方案進(jìn)行詳細(xì)分析,確定子項(xiàng)結(jié)構(gòu)形式。
涉外項(xiàng)目;水泥生產(chǎn)線;結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì);混凝土框架;混凝土筒倉(cāng)
多哥塔布利博日產(chǎn)5000噸水泥熟料生產(chǎn)線項(xiàng)目由德國(guó)海德堡水泥集團(tuán)投資,成都建材院承建,采用總承包模式,為業(yè)主提供工程設(shè)計(jì)、設(shè)備供貨、工程建設(shè)以及生產(chǎn)調(diào)試服務(wù)。水泥生產(chǎn)線項(xiàng)目位于多哥濱海區(qū)約托行政區(qū),首都洛美東北約90公里處[1]。
結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)項(xiàng)目的主要子結(jié)構(gòu)包括石灰石破碎、石灰石堆棚、原料配料、黏土烘干、生料磨、均化庫(kù)、窯頭、窯尾、窯墩、熟料庫(kù)、原煤卸料、熟料散裝、儲(chǔ)存?zhèn)}庫(kù)、轉(zhuǎn)運(yùn)站以及輸送廊道等。
該項(xiàng)目在實(shí)施階段發(fā)生過(guò)暫停,但設(shè)計(jì)并未停止。項(xiàng)目再次開(kāi)工后,對(duì)所有結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行了核對(duì)。
工程場(chǎng)地的地基承載力一般,除窯尾的基礎(chǔ)設(shè)計(jì)采用鋼筋混凝土條形基礎(chǔ),窯墩采用筏板基礎(chǔ),熟料庫(kù)采用環(huán)板基礎(chǔ)外,其余子結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)設(shè)計(jì)均采用獨(dú)立基礎(chǔ)。多數(shù)子結(jié)構(gòu)的上部結(jié)構(gòu)形式為鋼筋混凝土框架,框架的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)依據(jù)中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì),均采用PKPM完成。
2.1 鋼筋混凝土框架
該生產(chǎn)線項(xiàng)目中,石灰石破碎、原料配料、黏土烘干、窯頭、原煤卸料、熟料散裝及轉(zhuǎn)運(yùn)站等子結(jié)構(gòu)其上部結(jié)構(gòu)均為混凝土框架。因其作為工業(yè)建筑,其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)較民用框架設(shè)計(jì)復(fù)雜。具體表現(xiàn)為:
⑴因生產(chǎn)工藝需要,框架樓面板開(kāi)洞較多,且尺寸、位置的布置復(fù)雜多變,設(shè)計(jì)過(guò)程中,諸如剛性樓板等原有的設(shè)計(jì)前提假定需要重新考量;必要時(shí),須另外建立模型進(jìn)行分析;
⑵因生產(chǎn)設(shè)備原因,結(jié)構(gòu)的靜荷載與動(dòng)荷載取值較大,結(jié)構(gòu)負(fù)荷水平高,設(shè)計(jì)時(shí),要考慮設(shè)備的工作頻率,避免因設(shè)備運(yùn)作引起結(jié)構(gòu)共振;此外,部分設(shè)備在結(jié)構(gòu)施工過(guò)程中可能已經(jīng)安裝,則這一類設(shè)備給結(jié)構(gòu)造成的荷載變化等的影響也應(yīng)充分考量;
⑶部分結(jié)構(gòu)的樓面層高變化大,錯(cuò)層樓面、躍層柱等對(duì)框架的不良影響普遍存在[2],可能要另建模型分析。在設(shè)計(jì)時(shí)即使充分使結(jié)構(gòu)對(duì)稱布置,結(jié)構(gòu)也會(huì)因上述原因不可避免地產(chǎn)生豎向及平面不規(guī)則,故在設(shè)計(jì)過(guò)程中,要充分運(yùn)用概念設(shè)計(jì)的理念,減少不規(guī)則性對(duì)結(jié)構(gòu)的不利影響;
⑷因設(shè)備安裝原因,結(jié)構(gòu)的精度要求較高。民用建筑中很多不需要進(jìn)行放樣的施工過(guò)程在工業(yè)建筑施工中考慮后期設(shè)備的安裝,需要進(jìn)行放樣施工。避免因后期設(shè)備安裝,花費(fèi)大量人力物力進(jìn)行校正;
⑸結(jié)構(gòu)中預(yù)埋件較多,預(yù)埋件位置、方向等的布置除需考慮后期安裝的設(shè)備位置外,還需要注意不能與結(jié)構(gòu)中錨筋、鋼筋網(wǎng)節(jié)點(diǎn)沖突,否則預(yù)埋件定位不好控制。
此外,依據(jù)各子結(jié)構(gòu)的不同特點(diǎn),結(jié)構(gòu)的部分設(shè)計(jì)也有相應(yīng)調(diào)整。
石灰石破碎結(jié)構(gòu)子項(xiàng)因建筑高度較大,為降低結(jié)構(gòu)自重,節(jié)約施工費(fèi)用,其封墻采用彩板,屋面采用輕鋼屋蓋。
轉(zhuǎn)運(yùn)站結(jié)構(gòu)子項(xiàng)中部分較高的轉(zhuǎn)運(yùn)樓采用條形基礎(chǔ)或筏板基礎(chǔ)。
原料配料結(jié)構(gòu)子項(xiàng)設(shè)計(jì)為方倉(cāng),建筑體形較小,荷載較小。
2.2 筒倉(cāng)
該水泥生產(chǎn)線項(xiàng)目中,均化庫(kù)及熟料庫(kù)的上部結(jié)構(gòu)均為混凝土筒倉(cāng),貯量大、耐久性好,適宜滿足生產(chǎn)工藝要求,采用預(yù)應(yīng)力形式,降低成本。依據(jù)合同規(guī)定,采用DIN標(biāo)準(zhǔn),通過(guò)第三方GRUNER審查,并與GRUNER配合,完善了涉外項(xiàng)目筒倉(cāng)計(jì)算表。
均化庫(kù)筒倉(cāng)直徑22.5m,高度69m,采用后張法預(yù)應(yīng)力施工,預(yù)應(yīng)力扶壁設(shè)計(jì)參照以前的工程做了一圈6個(gè),以后工程可進(jìn)一步優(yōu)化做成一圈4個(gè),庫(kù)頂由雙坡鋼屋面改成傘形鋼屋面,用鋼量相差不大。熟料庫(kù)筒倉(cāng)直徑45m,高度26.8m,單位體積混凝土含鋼量149.2 kg/m3,預(yù)應(yīng)力鋼筋用量47.39t,普通鋼筋用量443t,在此庫(kù)的基礎(chǔ)設(shè)計(jì)中,考慮第三方審查意見(jiàn),基礎(chǔ)鋼筋遠(yuǎn)大于常規(guī)設(shè)計(jì),庫(kù)頂采用網(wǎng)架結(jié)構(gòu),并通過(guò)一定的措施,有效地減少了網(wǎng)架鋼結(jié)構(gòu)用量。
在整個(gè)筒倉(cāng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程中,應(yīng)注意判斷其承載特性,依據(jù)深倉(cāng)與淺倉(cāng)兩種不同的壓力計(jì)算模式,計(jì)算并復(fù)核貯料壓力。
2.3 其余結(jié)構(gòu)
該項(xiàng)目子項(xiàng)中,石灰石堆棚結(jié)構(gòu)子項(xiàng)及輸送廊道采用網(wǎng)架結(jié)構(gòu),重量輕,剛度大,空間受力?。簧夏ジ鬈囬g基礎(chǔ)采取獨(dú)立基礎(chǔ),上部鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)。立磨廠房18m跨,高度43.2m,有橋式吊車,采用鋼結(jié)構(gòu),儲(chǔ)存?zhèn)}庫(kù)采用鋼結(jié)構(gòu),建設(shè)速度快,投資省,布置較靈活;窯墩采用門式結(jié)構(gòu),取消傳統(tǒng)方式設(shè)計(jì)中,支架落地,支架高度高,體積較大的方式,將三次風(fēng)管支架落在窯墩上,且在設(shè)計(jì)窯中走道板時(shí),應(yīng)考慮桁架側(cè)安裝的各種小風(fēng)管的荷載。
結(jié)構(gòu)形式的確定在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)初期就要有所考量,除依據(jù)規(guī)范考慮結(jié)構(gòu)形式特點(diǎn)及適用范圍外,將建筑的使用功能及其生活生產(chǎn)特點(diǎn)納入結(jié)構(gòu)形式的確定也是不可或缺的。
同時(shí),該項(xiàng)目曾在實(shí)施階段暫停,因此設(shè)計(jì)過(guò)程中又存在諸多與項(xiàng)目管理及施工組織等不相協(xié)調(diào)的地方。諸如在擋土墻設(shè)計(jì)中,因該項(xiàng)目地基土為壓縮性土,后期擋土墻在土壓力作用下地基變形,擋土墻外傾,致使擋土墻頂部?jī)A斜量達(dá)到70mm左右,業(yè)主要求后期進(jìn)行修補(bǔ)處理。因此,結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)還需納入項(xiàng)目管理及施工組織等要求的考量。
其次,HTCC項(xiàng)目作為涉外項(xiàng)目,又具有其一定的特殊性。
在設(shè)計(jì)審查過(guò)程中,由業(yè)主工程師定期到院內(nèi)集中開(kāi)展設(shè)計(jì)審查,效率高,速度快。筒倉(cāng)結(jié)構(gòu)由業(yè)主指定的第三方咨詢公司審查,耗時(shí)長(zhǎng),問(wèn)題較多,效率低下。在審查過(guò)程中發(fā)現(xiàn)了諸多需要改進(jìn)的地方:
⑴計(jì)算書(shū)準(zhǔn)備不充分,一邊審查一邊補(bǔ)充計(jì)算書(shū),有的來(lái)不及補(bǔ)充,只好簡(jiǎn)化處理,或做出讓步,按審查工程師意見(jiàn)修改圖紙;
⑵計(jì)算軟件單一,無(wú)英文軟件,無(wú)國(guó)際通用軟件,與業(yè)主工程師交流不便;
⑶合同執(zhí)行不夠嚴(yán)謹(jǐn),窯頭等子項(xiàng)樓面堆料荷載在審查過(guò)程中有較大增加等。
總結(jié)HTCC項(xiàng)目的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn),在設(shè)計(jì)過(guò)程中,詳細(xì)充分的地質(zhì)勘察,有利于降低基礎(chǔ)造價(jià)。土質(zhì)地基,除了鉆孔外,還應(yīng)開(kāi)展有代表性的載荷板實(shí)驗(yàn),便于獲取淺基礎(chǔ)地基承載力;地下結(jié)構(gòu)應(yīng)充分考慮地下水及地質(zhì)情況,注意基礎(chǔ)開(kāi)挖對(duì)降水的要求;同時(shí)對(duì)于擋土墻的設(shè)計(jì)應(yīng)對(duì)墻后回填土提出質(zhì)量要求,并充分考慮防水、排水措施;若建筑物處于軟弱地基上,還應(yīng)對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行沉降分析等。
HTCC項(xiàng)目中涉及的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中需要充分考量的關(guān)鍵點(diǎn)在很多水泥熟料生產(chǎn)線結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工程中是普遍存在的,故對(duì)于這一類工程項(xiàng)目,HTCC具有一定的參考價(jià)值。而水泥生產(chǎn)線工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的研究中還有很多難點(diǎn)亟待解決,仍需廣大結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)師進(jìn)一步探討[3]?!?/p>
[1]張改萍.成都院承建的海德堡多哥水泥廠項(xiàng)目竣工[J].新世紀(jì)水泥導(dǎo)報(bào),2015(2):1-1.
[2]王汀.水泥生產(chǎn)線設(shè)計(jì)中的有關(guān)結(jié)構(gòu)問(wèn)題 [J].江蘇建材,2006(4):15-16.
[3]吉同寧.銅陵海螺5000t/d國(guó)產(chǎn)化水泥生產(chǎn)線示范工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)[J].水泥工程,2003(2):51-53.