制鹽工業(yè)項目建筑結構優(yōu)化設計

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摘要:工業(yè)建筑作為建筑類型的一種，其結構布置具有較高的復雜性和重要性。特別是制鹽行業(yè)項目，除了滿足工藝布置的要求和工業(yè)建筑的基本特點外，同時還要對防腐蝕設計和經(jīng)濟性進行考慮。文章根據(jù)實際工程的經(jīng)驗，結合文獻資料進行綜合分析，從工業(yè)建筑的基本特點出發(fā)，基于工業(yè)建筑結構設計的復雜性與安全性，對工業(yè)建筑結構選型和設計內(nèi)容進行了探討，總結結構選型與工藝、經(jīng)濟性結合的重要性和設計思考的方法，以供廣大設計人員和項目團隊進行借鑒與參考。

關鍵詞:工業(yè)建筑;設計優(yōu)化;結構選型;經(jīng)濟性

1工業(yè)建筑概述

工業(yè)建筑是提供各類生產(chǎn)活動的建筑物或構筑物。按生產(chǎn)類型可分為冶金、機械制造、電子儀表、紡織印染、化工、造船、能源、醫(yī)藥、食品等建筑物以及煙囪、水塔、滑道、棧橋、料斗等構筑物;按層數(shù)分為單層廠房、多層廠房和工業(yè)大廈等。為適應發(fā)展生產(chǎn)和產(chǎn)品更新?lián)Q代迅速的需要，各種聯(lián)合廠房、靈活通用廠房、密閉廠房、潔凈廠房、恒溫恒濕廠房、工業(yè)大廈等新型廠房相繼出現(xiàn)、迅速發(fā)展，對促進發(fā)展生產(chǎn)起著愈來愈大的作用。工業(yè)建筑為滿足工藝需要，往往需要較大的面積及空間，同時符合生產(chǎn)工藝，安全性要求很高。工業(yè)建筑根據(jù)具體的生產(chǎn)活動不同，建筑的結構形式及布置形式不同，要根據(jù)生產(chǎn)活動及其特點進行相應的建筑和結構設計。工業(yè)建構筑設計時復雜程度較高，屋面排水組織、室內(nèi)通風和采光需要及局部構造做法處理等方面相對復雜。

2制鹽項目主要建構筑及特點

制鹽工程建設項目的建構筑類型從功能上可分為辦公生活設施、制鹽生產(chǎn)設施、倉儲設施、生產(chǎn)輔助設施。辦公生活設施包括辦公建筑、餐飲建筑、宿舍、門衛(wèi)等，有時還根據(jù)項目需要設置禮堂及停車庫。辦公生活設施使用時往往人員比較集中，有時根據(jù)使用的需要布置大跨度柱間距以滿足大空間使用要求。但辦公生活設施相對生產(chǎn)設施，其軸網(wǎng)及層高變化不大，空間布局規(guī)整，開孔少，平面及立面較規(guī)整。制鹽生產(chǎn)設施包括用于原料制備的建構筑物、鹽產(chǎn)品生產(chǎn)用建構筑物、產(chǎn)品包裝建構筑物、皮帶或管道輸送建筑。制鹽生產(chǎn)這類功能的建筑往往承載大型生產(chǎn)設備，而且輔助設備較多，均布置在同一建筑物中，為滿足生產(chǎn)需要，配套的建構筑物常需要大開孔和大柱距。從近些年制鹽項目來看，部分制鹽車間蒸發(fā)罐開孔均在10m以上，蒸發(fā)罐運行荷載超千噸，并且設備貫穿多個樓層，建筑高度超過24m，屬高層建筑。產(chǎn)品包裝建筑往往連續(xù)布置數(shù)個存料、給料和包裝設備，樓面開孔多且連續(xù)，并且由于工藝需要，給料包裝設備要在垂直方向上連續(xù)布置，這使得包裝建筑高度也超過15m。皮帶輸送建筑是配合生產(chǎn)建筑和包裝建筑來使用的，由于生產(chǎn)和包裝建筑給料和進料位置的要求，皮帶和管道輸送建筑高度也相對較高。而制鹽生產(chǎn)設施由于其原料和產(chǎn)品對鋼筋混凝土具有強腐蝕性，因此，制鹽生產(chǎn)建筑在滿足基本要求的同時，還要做好防腐蝕處理，以滿足其耐久性的要求。倉儲設施包括原材料倉儲建筑、產(chǎn)品倉儲建筑、露天堆場。制鹽項目倉儲設施物料廢渣存放分為容器存放和散料堆放兩種形式，而其倒運手段通常是使用機械，因此，在設置大空間以滿足存放需求下，柱間距通常也要求很大。有時倉儲設施根據(jù)需求要設置吊車、碼垛機及其皮帶機。制鹽項目的倉儲建筑通常為單層建筑，但也有部分項目使用多層立體庫，這類庫房一般需要使用電梯來滿足豎向交通的需要。生產(chǎn)輔助設施包括管道支架、煙囪水塔、水池、各類泵房及動力站等等。生產(chǎn)輔助設施通常建筑體量較小，多數(shù)為單層建筑或者構筑物，操作人員少。但由于生產(chǎn)輔助設施是為配合產(chǎn)品生產(chǎn)而使用，并且其存放或者運輸?shù)奈锪匣驗閺姼g性、或為易燃易爆品，其重要性也很大。

3制鹽工業(yè)項目建筑結構的優(yōu)化設計分析

3．1結構主材及選型

由于制鹽工業(yè)項目的廠房建成后的用途不同，其生產(chǎn)工藝等方面要求也不同。所以，進行廠房結構選型時，要充分考慮工業(yè)廠房的使用用途、施工條件等因素，不僅要使用材質好、壽命長的材料，還要確保建成后的廠房結構能夠靈活的適應各種生產(chǎn)容量等方面的變化。制鹽項目建筑常用的結構形式分析如下:第一，鋼筋混凝土結構。其具有建材采購方便、施工便利、耐火耐蝕、成本低等優(yōu)勢。而且，按照這種結構建造出來的建筑，有著很廣的適用性。鋼筋混凝土結構作為常用的結構形式，能滿足柱間距大、荷載重，層高高等多種條件，其耐火性能優(yōu)于鋼材，因此，制鹽生產(chǎn)車間和包裝車間由于其設備大且重等特點，常選用鋼筋混凝土框架結構。但其施工周期相對較長，施工時需進行養(yǎng)護，在達到一定強度時方可進行下一層施工。第二，鋼結構。鋼結構建構筑物一般采用工業(yè)化體系建設，工期短、成本低、施工方便，且適用于大跨度、大空間的工業(yè)廠房。但是受材質限制，這種結構防火、防腐蝕性能較差，如果工業(yè)建筑采用這種結構類型，必須注重防火、防腐蝕方面設計。制鹽項目中的倉儲建筑因其特點的要求，選用鋼結構形式往往能較好的滿足工藝和使用要求。同時項目建設時間緊，施工進度要求快的項目也常選用鋼材質的各種結構形式。第三，砌體結構。砌體結構在我國應用很廣泛，這是因為它可以就地取材，用粘土燒制或以石材為原料，砌塊還可以用工業(yè)廢料、礦渣來制作，來源方便，價格低廉。具有很好的耐久性及較好的化學穩(wěn)定性和大氣穩(wěn)定性，有較好的保溫隔熱性能，磚、石或砌塊砌體具有良好的耐火性和較好的耐久性。較鋼筋混凝土結構節(jié)約水泥和鋼材，砌筑時不需模板及特殊的技術設備，可節(jié)約木材。新砌筑的砌體上即可承受一定荷載，因而可以連續(xù)施工。在寒冷地區(qū)，冬季可用凍結法砌筑，不需特殊的保溫措施。但砌體結構自身強度較低，整體性差，無法滿足大跨度需要，砌體抗拉和抗剪強度很低，抗震性能差。而且其材料用量大，自重大，無法實現(xiàn)機械化施工，基本采用手工方式，施工中勞動量大。現(xiàn)在在我國多數(shù)省份為保護土地資源，嚴格限制粘土磚生產(chǎn)和使用，而其他砌體材料在當?shù)夭少彶环奖悖膺\成本過高。一般情況下，制鹽項目的建筑結構建議采用鋼筋混凝土結構，因為這種建筑結構優(yōu)勢明顯，防火、防腐蝕方面的性能好，安全性較高，對于體量大、荷載重、層高高的建筑具有較好適用性，比如制鹽主車間、包裝車間、輸鹽棧橋等等，也常用在生活區(qū)中的辦公建筑、餐飲建筑、宿舍、禮堂中。但是如果是大跨度、大空間、振動較大、施工進度快的工業(yè)建筑，適宜采用鋼結構，比如各種倉儲車間，但須做好防火和防腐措施。磚混結構常用小型輔助單層建筑，但對于某些地區(qū)材料限制或者采購困難以及抗震要求嚴格應考慮選擇其他材料和結構形式。

3．2抗震設計

抗震設計是關鍵的，它在建筑結構設計上占據(jù)首要位置，因為它直接決定著結構的安全性。根據(jù)我國相關規(guī)定，工業(yè)建筑抗震設計要求比較高，如果不能達到安全性要求，一旦遭受地震意外，所造成的后果是嚴重的，特別是生產(chǎn)活動具有易燃易爆特點的，危及工業(yè)建筑區(qū)內(nèi)及周圍范圍內(nèi)的人員生命安全。因此，進行工業(yè)建筑結構設計時，必須合理進行抗震設計，符合抗震要求。當結構規(guī)則、對稱，整體性比較好時，按照工業(yè)建筑結構及其抗側力結構進行抗震設計;當結構整體性比較差時，要按照工業(yè)建筑結構抗震設計要求采用相應的加強措施，增強工業(yè)建筑結構的抗震性;當工業(yè)建筑廠房的結構高差比較大時，必須將生產(chǎn)用房與生活用房、管理用房等分開來布置，并分開相鄰的抗震縫，便于提高結構的抗震性。此外，抗震縫兩側要布置墻等構件，并按照設計要求合理控制抗震縫寬度。在選用項目方案時與相關專業(yè)協(xié)調，保證建筑物平面及立面的規(guī)則性，優(yōu)化抗震性能。

3．3防腐蝕設計

制鹽工業(yè)建筑建成投入使用后，受生產(chǎn)工藝和生產(chǎn)活動影響，生產(chǎn)過程中經(jīng)常使用或產(chǎn)生鹽堿類物質，容易腐蝕建筑物。所以，進行工業(yè)建筑結構設計時，要特別注重防腐蝕設計。第一，選用防腐性能好的材料或對建材采用防腐措施。如門窗使用木質、塑料、玻璃鋼等防腐性能好的材料;金屬構件涂抹耐腐蝕的涂料或采用預涂裝耐腐蝕面層材料，在金屬表面形成防腐層，地面采用瀝青混凝土、花崗巖等材料。第二，結構構件采用鋼筋混凝土材質，同時是混凝土表面涂抹耐腐蝕的涂料。如果結構構件使用鋼材，務必要做好防腐蝕措施，必須在鋼表面涂抹環(huán)氧樹脂漆等材質的防腐蝕涂料。第三，帶有腐蝕性的生產(chǎn)活動要集中布置在下風側或水流的下游，減少酸堿鹽類物質對工業(yè)建筑結構構件的腐蝕，并做好建筑防腐措施，注重跑冒滴漏的回收，避免人為因素的腐蝕源出現(xiàn)。

3．4經(jīng)濟性

根據(jù)建筑物的功能要求進行結構的選型。影響建筑結構選型的因素很多，從建筑設計的角度來看。結構選型應首先滿足建筑使用功能的要求，其次應滿足建筑造型藝術的要求，最后還要適應未來發(fā)展與靈活改造的需要;從結構設計的角度來看，結構型式要符合現(xiàn)行有關規(guī)范，要有正確的結構概念設計、先進的結構理論概念、合理的傳力途徑、合理的應力分布、合理的破壞機制、抗風的有效性與合理性、抗震的可靠性與安全性等;從建筑施工的角度來看，結構選型要有利于建筑工業(yè)化、有利于施工操作、有利于控制質量、有利于縮短工期、有利于節(jié)約造價;從建筑設備的角度來看，結構要便于設備的安裝與檢修、便于管道、線路的布設與檢修，并能保證設備的正常運行;從建筑材料的角度，結構型式應便于輕質高強材料、新型建筑材料和組合結構體系的應用;從經(jīng)濟角度看，結構選型應能減少和降低單位面積的自重、單位面積的材料用量、單位面積的造價、單位面積的用工量。對于大多數(shù)建筑物，工程造價中約有50%～70%用于結構工程，而且結構工程的施工工期也約占建筑物施工總工期的2/3左右。因此，抓好結構工程對于建筑工程建設的質量控制、投資控制和進度控制有十分重要的作用。而結構工程的關鍵在于結構選型，選型不當，即使結構計算很精確，也有可能給結構的安全使用及耐久性帶來無法彌補的缺陷，以致延誤工期，提高工程造價。所以，結構選型對于結構的全壽命優(yōu)化有著舉足輕重的作用。建筑結構體系的選型通常要遵循一定的原則。它不僅考慮到建筑設計、結構設計、建筑施工的要求，而且要從建筑設備安裝，結構選材方面進行考慮。最后還需考慮各種結構體系的綜合經(jīng)濟指標。只有在結構選型階段綜合考慮了以上各方面因素之后，才能為以后單體結構的優(yōu)化設計打下一個良好的基礎，才有可能使結構全壽命設計達到一個相對最優(yōu)的狀態(tài)。

4結論

綜上所述，制鹽工業(yè)建筑不同于其他工業(yè)建筑，更不同于民用建筑，它有著自身的特點，其建筑結構設計具有其相對的復雜性與特殊性。為滿足制鹽項目的建設要求，要認真的進行建筑結構選型、建筑做法選用、總平面布置、防腐蝕設計、防震設計、經(jīng)濟性考慮等工作，使設計符合生產(chǎn)工藝要求同時，滿足建造后的使用用途和耐久性，達到相關設計標準。

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作者：左彤 夏俊超 單位：中鹽工程技術研究院有限公司