制鹽工業(yè)項(xiàng)目建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)淺談

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摘要:工業(yè)建筑作為建筑類型的一種，其結(jié)構(gòu)布置具有較高的復(fù)雜性和重要性。特別是制鹽行業(yè)項(xiàng)目，除了滿足工藝布置的要求和工業(yè)建筑的基本特點(diǎn)外，同時(shí)還要對(duì)防腐蝕設(shè)計(jì)和經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行考慮。文章根據(jù)實(shí)際工程的經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合文獻(xiàn)資料進(jìn)行綜合分析，從工業(yè)建筑的基本特點(diǎn)出發(fā)，基于工業(yè)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的復(fù)雜性與安全性，對(duì)工業(yè)建筑結(jié)構(gòu)選型和設(shè)計(jì)內(nèi)容進(jìn)行了探討，總結(jié)結(jié)構(gòu)選型與工藝、經(jīng)濟(jì)性結(jié)合的重要性和設(shè)計(jì)思考的方法，以供廣大設(shè)計(jì)人員和項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)進(jìn)行借鑒與參考。

關(guān)鍵詞:工業(yè)建筑;設(shè)計(jì)優(yōu)化;結(jié)構(gòu)選型;經(jīng)濟(jì)性

對(duì)于工業(yè)建筑而言，其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理與否，不僅決定著工業(yè)建筑建設(shè)質(zhì)量，也影響著工業(yè)建筑建設(shè)資金投入。只有科學(xué)的設(shè)計(jì)，工業(yè)建筑結(jié)構(gòu)才會(huì)合理，與生產(chǎn)活動(dòng)和工藝要求等相適應(yīng)。工業(yè)建筑與民用建筑不同，其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)更復(fù)雜，荷載分布不均勻、樓面墻面開(kāi)孔大、安全性要求更高，更要適應(yīng)生產(chǎn)活動(dòng)和工藝要求。近幾十年來(lái)，隨著國(guó)家建筑行業(yè)的快速發(fā)展，新型建筑材料的生產(chǎn)及應(yīng)用，建筑的結(jié)構(gòu)選型也越來(lái)越豐富多樣。由于鹽化工自身特點(diǎn)，其原料和產(chǎn)品對(duì)項(xiàng)目中的建構(gòu)筑物腐蝕性嚴(yán)重，兼顧工藝要求的同時(shí)還需考慮防腐蝕設(shè)計(jì)和耐久性要求。因此，項(xiàng)目設(shè)計(jì)時(shí)堅(jiān)持切合實(shí)際、安全適用、技術(shù)先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)合理的設(shè)計(jì)原則，更多地應(yīng)用新技術(shù)、新結(jié)構(gòu)、新材料，視各地區(qū)不同情況不同對(duì)待，因地制宜的進(jìn)行制鹽工業(yè)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，優(yōu)化建筑方案及結(jié)構(gòu)形式是必要的，利于項(xiàng)目建設(shè)及使用。

1工業(yè)建筑概述

工業(yè)建筑是提供各類生產(chǎn)活動(dòng)的建筑物或構(gòu)筑物。按生產(chǎn)類型可分為冶金、機(jī)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(gòu)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(yīng)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(duì)促進(jìn)發(fā)展生產(chǎn)起著愈來(lái)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(shí)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(dòng)不同，建筑的結(jié)構(gòu)形式及布置形式不同，要根據(jù)生產(chǎn)活動(dòng)及其特點(diǎn)進(jìn)行相應(yīng)的建筑和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。工業(yè)建構(gòu)筑設(shè)計(jì)時(shí)復(fù)雜程度較高，屋面排水組織、室內(nèi)通風(fēng)和采光需要及局部構(gòu)造做法處理等方面相對(duì)復(fù)雜。

2制鹽項(xiàng)目主要建構(gòu)筑及特點(diǎn)

制鹽工程建設(shè)項(xiàng)目的建構(gòu)筑類型從功能上可分為辦公生活設(shè)施、制鹽生產(chǎn)設(shè)施、倉(cāng)儲(chǔ)設(shè)施、生產(chǎn)輔助設(shè)施。辦公生活設(shè)施包括辦公建筑、餐飲建筑、宿舍、門(mén)衛(wèi)等，有時(shí)還根據(jù)項(xiàng)目需要設(shè)置禮堂及停車庫(kù)。辦公生活設(shè)施使用時(shí)往往人員比較集中，有時(shí)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(shè)施相對(duì)生產(chǎn)設(shè)施，其軸網(wǎng)及層高變化不大，空間布局規(guī)整，開(kāi)孔少，平面及立面較規(guī)整。制鹽生產(chǎn)設(shè)施包括用于原料制備的建構(gòu)筑物、鹽產(chǎn)品生產(chǎn)用建構(gòu)筑物、產(chǎn)品包裝建構(gòu)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(shè)備，而且輔助設(shè)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(gòu)筑物常需要大開(kāi)孔和大柱距。從近些年制鹽項(xiàng)目來(lái)看，部分制鹽車間蒸發(fā)罐開(kāi)孔均在10m以上，蒸發(fā)罐運(yùn)行荷載超千噸，并且設(shè)備貫穿多個(gè)樓層，建筑高度超過(guò)24m，屬高層建筑。產(chǎn)品包裝建筑往往連續(xù)布置數(shù)個(gè)存料、給料和包裝設(shè)備，樓面開(kāi)孔多且連續(xù)，并且由于工藝需要，給料包裝設(shè)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(guò)15m。皮帶輸送建筑是配合生產(chǎn)建筑和包裝建筑來(lái)使用的，由于生產(chǎn)和包裝建筑給料和進(jìn)料位置的要求，皮帶和管道輸送建筑高度也相對(duì)較高。而制鹽生產(chǎn)設(shè)施由于其原料和產(chǎn)品對(duì)鋼筋混凝土具有強(qiáng)腐蝕性，因此，制鹽生產(chǎn)建筑在滿足基本要求的同時(shí)，還要做好防腐蝕處理，以滿足其耐久性的要求。倉(cāng)儲(chǔ)設(shè)施包括原材料倉(cāng)儲(chǔ)建筑、產(chǎn)品倉(cāng)儲(chǔ)建筑、露天堆場(chǎng)。制鹽項(xiàng)目倉(cāng)儲(chǔ)設(shè)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(yùn)手段通常是使用機(jī)械，因此，在設(shè)置大空間以滿足存放需求下，柱間距通常也要求很大。有時(shí)倉(cāng)儲(chǔ)設(shè)施根據(jù)需求要設(shè)置吊車、碼垛機(jī)及其皮帶機(jī)。制鹽項(xiàng)目的倉(cāng)儲(chǔ)建筑通常為單層建筑，但也有部分項(xiàng)目使用多層立體庫(kù)，這類庫(kù)房一般需要使用電梯來(lái)滿足豎向交通的需要。生產(chǎn)輔助設(shè)施包括管道支架、煙囪水塔、水池、各類泵房及動(dòng)力站等等。生產(chǎn)輔助設(shè)施通常建筑體量較小，多數(shù)為單層建筑或者構(gòu)筑物，操作人員少。但由于生產(chǎn)輔助設(shè)施是為配合產(chǎn)品生產(chǎn)而使用，并且其存放或者運(yùn)輸?shù)奈锪匣驗(yàn)閺?qiáng)腐蝕性、或?yàn)橐兹家妆罚渲匾砸埠艽蟆?/p>

3制鹽工業(yè)項(xiàng)目建筑結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)分析

3．1結(jié)構(gòu)主材及選型

由于制鹽工業(yè)項(xiàng)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(jìn)行廠房結(jié)構(gòu)選型時(shí)，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(zhì)好、壽命長(zhǎng)的材料，還要確保建成后的廠房結(jié)構(gòu)能夠靈活的適應(yīng)各種生產(chǎn)容量等方面的變化。制鹽項(xiàng)目建筑常用的結(jié)構(gòu)形式分析如下:第一，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。其具有建材采購(gòu)方便、施工便利、耐火耐蝕、成本低等優(yōu)勢(shì)。而且，按照這種結(jié)構(gòu)建造出來(lái)的建筑，有著很廣的適用性。鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)作為常用的結(jié)構(gòu)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(shè)備大且重等特點(diǎn)，常選用鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)。但其施工周期相對(duì)較長(zhǎng)，施工時(shí)需進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，在達(dá)到一定強(qiáng)度時(shí)方可進(jìn)行下一層施工。第二，鋼結(jié)構(gòu)。鋼結(jié)構(gòu)建構(gòu)筑物一般采用工業(yè)化體系建設(shè)，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(zhì)限制，這種結(jié)構(gòu)防火、防腐蝕性能較差，如果工業(yè)建筑采用這種結(jié)構(gòu)類型，必須注重防火、防腐蝕方面設(shè)計(jì)。制鹽項(xiàng)目中的倉(cāng)儲(chǔ)建筑因其特點(diǎn)的要求，選用鋼結(jié)構(gòu)形式往往能較好的滿足工藝和使用要求。同時(shí)項(xiàng)目建設(shè)時(shí)間緊，施工進(jìn)度要求快的項(xiàng)目也常選用鋼材質(zhì)的各種結(jié)構(gòu)形式。第三，砌體結(jié)構(gòu)。砌體結(jié)構(gòu)在我國(guó)應(yīng)用很廣泛，這是因?yàn)樗梢跃偷厝〔模谜惩翢苹蛞允臑樵?，砌塊還可以用工業(yè)廢料、礦渣來(lái)制作，來(lái)源方便，價(jià)格低廉。具有很好的耐久性及較好的化學(xué)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(jié)構(gòu)節(jié)約水泥和鋼材，砌筑時(shí)不需模板及特殊的技術(shù)設(shè)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(jié)法砌筑，不需特殊的保溫措施。但砌體結(jié)構(gòu)自身強(qiáng)度較低，整體性差，無(wú)法滿足大跨度需要，砌體抗拉和抗剪強(qiáng)度很低，抗震性能差。而且其材料用量大，自重大，無(wú)法實(shí)現(xiàn)機(jī)械化施工，基本采用手工方式，施工中勞動(dòng)量大?，F(xiàn)在在我國(guó)多數(shù)省份為保護(hù)土地資源，嚴(yán)格限制粘土磚生產(chǎn)和使用，而其他砌體材料在當(dāng)?shù)夭少?gòu)不方便，外運(yùn)成本過(guò)高。一般情況下，制鹽項(xiàng)目的建筑結(jié)構(gòu)建議采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，因?yàn)檫@種建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)勢(shì)明顯，防火、防腐蝕方面的性能好，安全性較高，對(duì)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(dòng)較大、施工進(jìn)度快的工業(yè)建筑，適宜采用鋼結(jié)構(gòu)，比如各種倉(cāng)儲(chǔ)車間，但須做好防火和防腐措施。磚混結(jié)構(gòu)常用小型輔助單層建筑，但對(duì)于某些地區(qū)材料限制或者采購(gòu)困難以及抗震要求嚴(yán)格應(yīng)考慮選擇其他材料和結(jié)構(gòu)形式。

3．2抗震設(shè)計(jì)

抗震設(shè)計(jì)是關(guān)鍵的，它在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上占據(jù)首要位置，因?yàn)樗苯記Q定著結(jié)構(gòu)的安全性。根據(jù)我國(guó)相關(guān)規(guī)定，工業(yè)建筑抗震設(shè)計(jì)要求比較高，如果不能達(dá)到安全性要求，一旦遭受地震意外，所造成的后果是嚴(yán)重的，特別是生產(chǎn)活動(dòng)具有易燃易爆特點(diǎn)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(jìn)行工業(yè)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，必須合理進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)，符合抗震要求。當(dāng)結(jié)構(gòu)規(guī)則、對(duì)稱，整體性比較好時(shí)，按照工業(yè)建筑結(jié)構(gòu)及其抗側(cè)力結(jié)構(gòu)進(jìn)行抗震設(shè)計(jì);當(dāng)結(jié)構(gòu)整體性比較差時(shí)，要按照工業(yè)建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)要求采用相應(yīng)的加強(qiáng)措施，增強(qiáng)工業(yè)建筑結(jié)構(gòu)的抗震性;當(dāng)工業(yè)建筑廠房的結(jié)構(gòu)高差比較大時(shí)，必須將生產(chǎn)用房與生活用房、管理用房等分開(kāi)來(lái)布置，并分開(kāi)相鄰的抗震縫，便于提高結(jié)構(gòu)的抗震性。此外，抗震縫兩側(cè)要布置墻等構(gòu)件，并按照設(shè)計(jì)要求合理控制抗震縫寬度。在選用項(xiàng)目方案時(shí)與相關(guān)專業(yè)協(xié)調(diào)，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(shè)計(jì)

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(dòng)影響，生產(chǎn)過(guò)程中經(jīng)常使用或產(chǎn)生鹽堿類物質(zhì)，容易腐蝕建筑物。所以，進(jìn)行工業(yè)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，要特別注重防腐蝕設(shè)計(jì)。第一，選用防腐性能好的材料或?qū)ú牟捎梅栏胧?。如門(mén)窗使用木質(zhì)、塑料、玻璃鋼等防腐性能好的材料;金屬構(gòu)件涂抹耐腐蝕的涂料或采用預(yù)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(jié)構(gòu)構(gòu)件采用鋼筋混凝土材質(zhì)，同時(shí)是混凝土表面涂抹耐腐蝕的涂料。如果結(jié)構(gòu)構(gòu)件使用鋼材，務(wù)必要做好防腐蝕措施，必須在鋼表面涂抹環(huán)氧樹(shù)脂漆等材質(zhì)的防腐蝕涂料。第三，帶有腐蝕性的生產(chǎn)活動(dòng)要集中布置在下風(fēng)側(cè)或水流的下游，減少酸堿鹽類物質(zhì)對(duì)工業(yè)建筑結(jié)構(gòu)構(gòu)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(jì)性

根據(jù)建筑物的功能要求進(jìn)行結(jié)構(gòu)的選型。影響建筑結(jié)構(gòu)選型的因素很多，從建筑設(shè)計(jì)的角度來(lái)看。結(jié)構(gòu)選型應(yīng)首先滿足建筑使用功能的要求，其次應(yīng)滿足建筑造型藝術(shù)的要求，最后還要適應(yīng)未來(lái)發(fā)展與靈活改造的需要;從結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的角度來(lái)看，結(jié)構(gòu)型式要符合現(xiàn)行有關(guān)規(guī)范，要有正確的結(jié)構(gòu)概念設(shè)計(jì)、先進(jìn)的結(jié)構(gòu)理論概念、合理的傳力途徑、合理的應(yīng)力分布、合理的破壞機(jī)制、抗風(fēng)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(lái)看，結(jié)構(gòu)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(zhì)量、有利于縮短工期、有利于節(jié)約造價(jià);從建筑設(shè)備的角度來(lái)看，結(jié)構(gòu)要便于設(shè)備的安裝與檢修、便于管道、線路的布設(shè)與檢修，并能保證設(shè)備的正常運(yùn)行;從建筑材料的角度，結(jié)構(gòu)型式應(yīng)便于輕質(zhì)高強(qiáng)材料、新型建筑材料和組合結(jié)構(gòu)體系的應(yīng)用;從經(jīng)濟(jì)角度看，結(jié)構(gòu)選型應(yīng)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(jià)、單位面積的用工量。對(duì)于大多數(shù)建筑物，工程造價(jià)中約有50%～70%用于結(jié)構(gòu)工程，而且結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)工程對(duì)于建筑工程建設(shè)的質(zhì)量控制、投資控制和進(jìn)度控制有十分重要的作用。而結(jié)構(gòu)工程的關(guān)鍵在于結(jié)構(gòu)選型，選型不當(dāng)，即使結(jié)構(gòu)計(jì)算很精確，也有可能給結(jié)構(gòu)的安全使用及耐久性帶來(lái)無(wú)法彌補(bǔ)的缺陷，以致延誤工期，提高工程造價(jià)。所以，結(jié)構(gòu)選型對(duì)于結(jié)構(gòu)的全壽命優(yōu)化有著舉足輕重的作用。建筑結(jié)構(gòu)體系的選型通常要遵循一定的原則。它不僅考慮到建筑設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、建筑施工的要求，而且要從建筑設(shè)備安裝，結(jié)構(gòu)選材方面進(jìn)行考慮。最后還需考慮各種結(jié)構(gòu)體系的綜合經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。只有在結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)打下一個(gè)良好的基礎(chǔ)，才有可能使結(jié)構(gòu)全壽命設(shè)計(jì)達(dá)到一個(gè)相對(duì)最優(yōu)的狀態(tài)。

4結(jié)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(diǎn)，其建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)具有其相對(duì)的復(fù)雜性與特殊性。為滿足制鹽項(xiàng)目的建設(shè)要求，要認(rèn)真的進(jìn)行建筑結(jié)構(gòu)選型、建筑做法選用、總平面布置、防腐蝕設(shè)計(jì)、防震設(shè)計(jì)、經(jīng)濟(jì)性考慮等工作，使設(shè)計(jì)符合生產(chǎn)工藝要求同時(shí)，滿足建造后的使用用途和耐久性，達(dá)到相關(guān)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。

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作者:左彤 夏俊超 單位:中鹽工程技術(shù)研究院有限公司