冶金廠礦構(gòu)筑物設(shè)計(design of engineering structure in metallurgical works and mine)

冶金廠礦中為滿足生產(chǎn)工藝要求和專用的工程結(jié)構(gòu)的設(shè)計。設(shè)計范圍主要包括礦井井架設(shè)計、礦井井塔設(shè)計、貯礦倉設(shè)計、濃縮池設(shè)計、鐵皮沉淀池設(shè)計、鋼煙囪設(shè)計、鋼筋混凝土煙囪設(shè)計、煤氣柜結(jié)構(gòu)設(shè)計以及管道支架、膠帶機通廊、水池、水塔、地溝和其他構(gòu)筑物的設(shè)計。冶金廠礦構(gòu)筑物設(shè)計的任務(wù)是要全面滿足生產(chǎn)工藝要求，并在結(jié)構(gòu)的強度和耐久性方面以及地基的承載力和變形方面符合國家和部門有關(guān)設(shè)計規(guī)范的規(guī)定。有些構(gòu)筑物，按其獨特的功能和所處的環(huán)境條件須采用合理的造型并進行適當(dāng)建筑處理，以利于改善廠區(qū)的景觀。

冶金廠礦構(gòu)筑物除承受各種恒荷載、活荷載和可能遇到的偶然荷載外，在設(shè)計中尚須考慮以下特點：(1)冶金工廠某些煙囪排出的煙氣溫度高達(dá)900]C以上或煙氣具有侵蝕性。設(shè)計煙囪時要能承受高溫或采取防侵蝕措施。(2)某些沉淀池不僅正常使用時受到較高溫度和侵蝕性液體的壓力，在清理沉積物時還可能受到清理設(shè)備的碰撞，須采取防護措施。(3)貯礦倉在貯存物料過程中，料倉壁除承受貯料荷載外，還受到物料的沖擊和磨損，對料倉壁和漏斗口等部位須采取防護措施。

設(shè)計主要內(nèi)容包括原始資料收集、構(gòu)筑物形式、材料選擇、構(gòu)筑物計算和防護措施。

原始資料收集設(shè)計前，須收集下列資料：(1)該構(gòu)筑物所在位置及其附近的地形圖、建筑物布置圖以及工程地質(zhì)和水文地質(zhì)資料。(2)該構(gòu)筑物的工藝布置圖及其相鄰的其他建(構(gòu))筑物和地下管網(wǎng)等布置圖。(3)作用在構(gòu)筑物的各種恒荷載和活荷載值。(4)對于貯倉，須收集貯料容重、粒度、硬度、休止角(‘p)、貯料對構(gòu)筑物沖擊及磨損情況等資料。(5)設(shè)計煙囪時，須收集煙囪高度、煙氣溫度、囪頂內(nèi)徑等資料。(6)當(dāng)有設(shè)備固定于構(gòu)筑物時，須收集設(shè)備的布置、設(shè)備的重心及傳給基礎(chǔ)的恒荷載、活荷載值、設(shè)備動荷載值及其作用位置和方向。還需收集設(shè)備基礎(chǔ)輪廓平面、剖面圖和坑、溝、孔的尺寸及對地腳螺栓、預(yù)埋件和二次澆灌層的要求。(7)構(gòu)筑物表面承受高溫時，須收集最高溫度資料。(8)構(gòu)筑物表面接觸侵蝕性介質(zhì)時，須收集該介質(zhì)的種類、濃度和溫度等資料。(9)當(dāng)構(gòu)筑物為地坑式結(jié)構(gòu)，且因較深，擬采用沉井或地下連續(xù)墻時，尚須收集土壤與井壁間的單位面積摩阻力(為沉井時)和施工機具條件(為地下連續(xù)墻時)等，以確定墻的厚度(見鐵皮沉淀池設(shè)計)。

構(gòu)筑物形式冶金廠礦構(gòu)筑物的結(jié)構(gòu)形式有高聳筒式、單層或多層框架式、坑式、大塊式、箱式和墻式等，須根據(jù)工藝要求具體確定。選擇結(jié)構(gòu)形式的原則是要便于生產(chǎn)操作、維修，要注意結(jié)構(gòu)合理、構(gòu)造簡單、受力明確和便于施工。

材料選擇冶金廠礦構(gòu)筑物的建筑材料根據(jù)結(jié)構(gòu)特點、材料供應(yīng)和施工條件以及技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)確定。礦井井架一般可采用鋼結(jié)構(gòu)，井塔則采用鋼或鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。高煙囪采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)或鋼結(jié)構(gòu)。煙囪高度不超過60m，地震烈度為6～8度時，根據(jù)場地類別不同也可采用配筋磚砌體結(jié)構(gòu)。貯礦倉一般采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，也有少量的采用鋼或磚石砌體結(jié)構(gòu)。濃縮池、沉淀池一般采用防水鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。煤氣柜柜體則采用鋼結(jié)構(gòu)。(1)混凝土的種類和強度等級需根據(jù)結(jié)構(gòu)形式、所處的溫度及防水要求等選定。當(dāng)工作處于一般環(huán)境時，需按照中國國家標(biāo)準(zhǔn)《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》規(guī)定，采用強度等級不低于c15的普通混凝土；當(dāng)結(jié)構(gòu)表面溫度在60～200℃時，尚須根據(jù)《冶金工業(yè)廠房鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)抗熱設(shè)計規(guī)程》進行抗熱設(shè)計計算。當(dāng)結(jié)構(gòu)表面溫度在200℃以上時，采用不低于C15的耐熱混凝土。本身為自防水結(jié)構(gòu)時，采用強度等級不低于C20，并根據(jù)中國國家標(biāo)準(zhǔn)《給水排水工程結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》規(guī)定，采用抗?jié)B標(biāo)號不低于S6的防水混凝土。墊層混凝土的強度等級為C7.5。(2)砌體結(jié)構(gòu)應(yīng)根據(jù)中國國家標(biāo)準(zhǔn)《砌體結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》規(guī)定，磚的強度等級不低于MU7.5，砂漿強度等級不低于M2.5。(3)鋼結(jié)構(gòu)一般采用中國國家標(biāo)準(zhǔn)《碳素結(jié)構(gòu)鋼》中的Q235沸騰鋼或鎮(zhèn)靜鋼制作。(4)構(gòu)筑物中所用鋼筋，凡計算確定的受力鋼筋和承受溫度應(yīng)力的構(gòu)造鋼筋，優(yōu)先選用《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》規(guī)定的Ⅱ級鋼筋，其余可采用I級鋼筋。

計算要點一般包括下列內(nèi)容：(1)地基(包括天然地基和人工地基)承載力的驗算。對于自重較小的箱式和坑式基礎(chǔ)，尚須根據(jù)地下水位驗算抗浮的穩(wěn)定性。當(dāng)構(gòu)筑物建于軟弱地基或工藝對基礎(chǔ)沉降量有限制時，應(yīng)進行基礎(chǔ)沉降的計算。(2)進行結(jié)構(gòu)強度、剛度、抗裂或裂縫寬度(對混凝土結(jié)構(gòu))和穩(wěn)定性(對鋼結(jié)構(gòu))的計算。計算時，須區(qū)別構(gòu)筑物的不同情況，根據(jù)工藝提出的資料，分別計入操作或維修荷載，設(shè)備的靜荷載和動力作用，以及物料荷載。對于整體相連的貯倉，要考慮空倉、滿倉的不利荷載組合；對于井架等，尚須考慮生產(chǎn)過程中可能產(chǎn)生的事故荷載。對于地下坑式、箱式構(gòu)筑物要考慮土壓、地下水壓和地面荷載。(3)接觸高溫需隔熱的構(gòu)筑物應(yīng)進行熱工和溫度應(yīng)力的計算。(4)承受以水平荷載為主的構(gòu)筑物基礎(chǔ)，尚需996驗算基礎(chǔ)的抗滑移和抗傾覆的穩(wěn)定性。(5)建于抗震設(shè)防烈度不低于6度地區(qū)的構(gòu)筑物要按有關(guān)設(shè)計規(guī)范考慮地震作用的影響。(6)當(dāng)?shù)乜邮浇Y(jié)構(gòu)采用沉井或地下連續(xù)墻時，其附加的計算內(nèi)容見鐵皮沉淀池設(shè)計。

防護措施對排放高溫氣體的煙囪，須設(shè)置襯砌和隔熱層，使煙囪壁部的溫度能降至結(jié)構(gòu)設(shè)計容許的范圍內(nèi)。對受到碰撞作用的沉淀池等結(jié)構(gòu)，要采取必要的防碰撞措施，例如，沿池壁和池底布置防碰撞的廢鋼軌；對受到?jīng)_擊和磨損作用的貯倉結(jié)構(gòu)，須設(shè)置防護鋼軌或鋼板、鑄鐵板以及鐵屑砂漿或鐵礦砂混凝土耐磨層；對受到侵蝕性介質(zhì)作用的結(jié)構(gòu)須采取有效的防侵蝕措施；對位于低空飛行路線上的高煙囪，尚須在囪身上部涂刷紅、白或黃黑相間的油漆并布置一些紅燈，作為航行障礙的標(biāo)志。