冶金廠礦建筑設計(architectural design for metallurgical works and mine)

冶金廠礦中房屋和構筑物及其群體的建筑設計。冶金廠礦建筑設計范圍主要包括：礦山建筑設計、煉鐵廠建筑設計、煉鋼廠建筑設計、軋鋼廠建筑設計、鐵合金廠建筑設計、重金屬冶煉廠建筑設計、輕金屬冶煉廠建筑設計、稀有金屬冶煉廠建筑設計和建筑防腐蝕設計等。各廠礦的冶ye生產(chǎn)規(guī)模和生產(chǎn)品種不盡相同，有生產(chǎn)品種相對單一的廠礦，如獨立的煉鐵廠、無縫鋼管廠、金屬冶煉廠等，也有生產(chǎn)品種較全、多種工藝組合、連續(xù)流程的生產(chǎn)聯(lián)合企業(yè)，如生產(chǎn)鐵、鋼、不同品種鋼材的鋼鐵聯(lián)合企業(yè)。

冶金廠礦房屋包括：主要生產(chǎn)廠房，如出鐵場、熔煉車間等；輔助生產(chǎn)廠房，如動力、供配電、供排水、修理設施等用房屋以及行政管理、科研檢測用房屋；生活福利設施，如廠辦公樓、中心試驗室等房屋。

冶金廠礦構筑物的種類繁多：有高聳結構，如高達120m的高爐鋼結構及120m以上的煙囪；有大跨度結構，如跨長達80m的膠帶輸送機通廊；有支承各種管道、線路或高位建筑、構筑物的支架結構；有儲存和處理液體、氣體、固體原材料和動力資源的槽、池、球、罐、倉、柜和塔等。

冶金廠礦生產(chǎn)環(huán)境差，具有高溫、強輻射熱、液態(tài)金屬噴濺、煙塵、噪聲、撞擊、振動、爆炸、腐蝕、污染以及重負荷等特點。冶金廠礦主要生產(chǎn)廠房大部分為火法冶煉和熱加工車間。濕法冶煉和冷加工車間只占較小比例，此外還有金屬熱法冶煉工藝。不同生產(chǎn)特點和設施的功能對房屋和構筑物的要求各不相同。

冶金廠礦建筑設計是根據(jù)不同對象、不同工藝和功能要求，結合地方特點，按照設計法規(guī)，合適地選擇建筑結構形式和材料，在充分滿足實用的前提下，按照房屋和構筑物的固有體量，進行恰當?shù)慕ㄖ贾煤徒ㄖ幚?，建立良好、安全、衛(wèi)生的生產(chǎn)和生活環(huán)境，在經(jīng)濟和技術合理的條件下，創(chuàng)造出完美的建筑造型，以壯麗廠礦區(qū)的景觀。

冶金廠礦建筑設計是隨著冶金工藝和建筑材料的發(fā)展而逐步演進的。20世紀50年代以后，中國冶金工業(yè)開始全面、有計劃地恢復和發(fā)展，設計和建成了多個年產(chǎn)百萬噸以上的鋼鐵聯(lián)合企業(yè)和年產(chǎn)數(shù)十萬噸的有色金屬冶煉廠以及很多中小型廠和生產(chǎn)品種單一的工廠。在50～60年代，由于缺少建設用鋼材，中國冶金廠礦建筑設計在選材上擴大了混凝土結構的使用范圍，出現(xiàn)了鋼與鋼筋混凝土組合結構和大量的預應力混凝土結構。廠房建筑采用了以300mm為基數(shù)的統(tǒng)一擴大模數(shù)體系，如柱距基本為6m的倍數(shù)，廠房跨度基本為3m的倍數(shù)，為大規(guī)模生產(chǎn)預制建筑構配件奠定了基礎。促進了設計定型化、構件標準化、施工裝配化，從而大大加快了建設速度。到70年代中期以后，隨著冶金建設新工藝、新技術、新材料的出現(xiàn)，冶金工廠建設向大跨度、大柱距、大面積、超長度和空間結構發(fā)展，對廠房的采光、通風、防火、安全等方面的設計提出了新的內(nèi)涵。冶金廠礦建筑設計主要內(nèi)容包括建筑設計原始資料、廠區(qū)建筑規(guī)劃、建筑布置和處理、自然通風組織、建筑材料選擇和建筑防護與安全衛(wèi)生等。

建筑設計原始資料建筑設計所需的原始資料一般可歸納為：

(1)廠區(qū)自然條件。包括氣象資料、日照、風、雪荷載、計算溫度、計算濕度、地震基本烈度和設防烈度。

(2)廠區(qū)地質條件。包括地形、地貌、工程地質和水文地質勘測資料。

(3)廠區(qū)環(huán)境條件。包括當?shù)亟ㄖL格和習慣作法、有關原有建筑、構筑物、道路和交通資料。

(4)有關部門意見。包括立項條件、市政規(guī)劃、消防、人防、交通、通信、環(huán)保和衛(wèi)生等方面要求。

(5)有關設計資料。包括當?shù)赝ㄓ靡?guī)程、規(guī)范、通用圖、概預算定額、建筑材料和施工能力等。

(6)工藝特點。包括工藝流程及參數(shù)，生產(chǎn)類別，建筑等級，耐火級別，人員定額、性別比例、工作班制、工作地點分布、設備工作特點、振動、噪聲、散熱量，動靜荷載、地面及樓面荷載，生產(chǎn)過程各工段散熱量及有害介質量，吊車資料及其檢修要求，灰塵散發(fā)量及除塵要求和特殊防護要求等。

廠區(qū)建筑規(guī)劃冶金廠礦占地較大，無論生產(chǎn)品種單一的工廠或聯(lián)合企業(yè)，為了形成完整的生產(chǎn)體系，均需要合理地布置建筑群體。其過程是在廠址確定之時，首先根據(jù)全廠合理的生產(chǎn)工藝流程及主要交通干線，劃分全廠各小區(qū)位置，進而在小區(qū)內(nèi)按各單體建筑的功能、面積確定各單體建筑的體形、朝向及坐標。廠區(qū)總體布局、交通運輸、管線、挖填方、排水及標高等一般由總圖運輸專業(yè)承擔(見冶金工廠總圖運輸設計)。廠區(qū)建筑群體之間的關系、建筑風格的協(xié)調、建筑配置和處理，一般由建筑專業(yè)起主導作用。

冶金廠礦一般由三個區(qū)域組成，即：廠礦區(qū)、生產(chǎn)管理區(qū)和生活區(qū)。三個區(qū)相關位置要根據(jù)當?shù)氐木唧w環(huán)境和自然條件確定，并密切注意：“主導風向和方位、廠區(qū)地形和地質條件，人流和生產(chǎn)流程、洪水位及廠區(qū)排水系統(tǒng)。生產(chǎn)管理區(qū)是廠礦區(qū)的一部分，一般布置在廠區(qū)主要出入口附近和上風帶。生產(chǎn)管理區(qū)與廠礦區(qū)可以用綠化帶適當分隔，避免干擾。生活區(qū)在地方規(guī)劃部門劃定范圍內(nèi)宜集中布置，以利于交通和管理。廠礦區(qū)與生活區(qū)之間可適當拉開，以隔離帶分隔。各車間的生活設施，如更衣室、浴室、食堂、值班室、休息室、車間辦公室等可以靠近車間布置，但需統(tǒng)籌安排。生產(chǎn)管理區(qū)內(nèi)一般布置全廠性辦公樓、中心試驗室、醫(yī)務室、托兒所、食堂、浴室、車庫等。廠區(qū)建筑群體的布置除滿足功能的需要外，在體形、風格、色彩、外觀和裝修標準上亦需要總體規(guī)劃、全面考慮、分步實施，要創(chuàng)造出風格協(xié)調的建筑群體和具有特色、生動變化的單體建筑，使廠區(qū)既有豐富的建筑形式又有優(yōu)美的綠化環(huán)境。對散發(fā)大量有害介質和煙塵的車間，要布置在全年主導風向的下風側，更要遠離生產(chǎn)管理區(qū)和生活區(qū)。對生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的噪聲和振動要采取消聲、吸聲、隔振和減振措施。對火災和爆炸危險性較大的生產(chǎn)過程，建筑設計要嚴格執(zhí)行防火、防爆安全規(guī)定。選礦廠設計要充分利用自然坡度。建筑物盡量靠近坑口或礦場。廠區(qū)建筑規(guī)劃直接受全廠連續(xù)工藝流程發(fā)展的影響。從節(jié)能、減少中間環(huán)節(jié)、生產(chǎn)連續(xù)性的需要出發(fā)，已出現(xiàn)車間合并的趨勢，合并后的廠房有的大至數(shù)十萬m。。為了適應這一特點，廠區(qū)生活設施需要分散布置并合理地組織廠區(qū)內(nèi)部交通和管網(wǎng)。廠區(qū)建筑規(guī)劃需要綜合考慮，兼顧生產(chǎn)和生活的要求。

建筑布置和處理建筑設計當采用預制鋼筋混凝土結構時，包括建筑配件如門、窗、天窗等，要遵守現(xiàn)行的國家關于建筑模數(shù)協(xié)調標準的規(guī)定。當采用現(xiàn)澆鋼筋混凝土結構和鋼結構時，可參照上述規(guī)定執(zhí)行。建筑聯(lián)系尺寸和插入距要按上述標準并結合結構特點來確定。建筑布置一般按下述原則：(1)廠房外形力求整齊，沿外墻要少設和不設偏屋。廠房相鄰兩跨，當按工藝布置的高度相差不大于2m時，可以設計成等高。地震區(qū)廠房的平、立面布置宜規(guī)則、對稱。(2)對垂直振動較大的車間，如鍛造、落錘車間及建在軟弱地基上的廠房，或當車間有大面積地面超載時，吊車與屋架和柱間凈空尺寸需適當加大。(3)在工藝流程允許的條件下，車間內(nèi)熱源及煙塵散發(fā)區(qū)宜布置在對車間主導風向的下風區(qū)。(4)對散發(fā)灰塵較大的車間以及由于積水會引起液態(tài)金屬爆炸的車間和濕法冶金廠房，屋面不宜設置內(nèi)排水。(5)夏季較熱地區(qū)的建筑，其主要朝向要盡量避免東西曬。受西曬的工作區(qū)需考慮適當?shù)恼陉栐O施。(6)受生產(chǎn)散發(fā)物嚴重污染的廠房建筑，盡可能少設或不設玻璃窗，可以考慮設置能防飄雨的敞開洞口或透明的玻璃鋼瓦。通風天窗不宜兼作采光口。(7)對屋面具有積灰可能性的車間，需根據(jù)灰源特點、距離、除塵系統(tǒng)的可靠性，考慮適當?shù)奈菝婊液奢d及清灰設施。(8)多跨廠房設置隔墻時，在高烈度地震區(qū)需處理好隔墻對廠房承重結構側向變位約束造成的不利影響。(9)車間內(nèi)管道、電纜較多時，需統(tǒng)籌安排、配置管井、支架、天橋、夾層、地溝和隧道，并以不同顏色標示不同功能的管道。

自然通風的組織火法或濕法冶煉，均須很好地組織車問的自然通風和換氣。當車間方位、熱源、污染源確定后，要結合具體環(huán)境條件組織最合理的廠房自然通風系統(tǒng)，有效地排除車間內(nèi)大量余熱或侵蝕性介質。設計中須注意：(1)排放口宜直接布置在熱源或污染源上方，避免淌流、煙塵迷漫，并減少排氣阻力。(2)排放口要有與之相適應的喉口面積。(3)天窗型式可為縱向或橫向，但均要便于維修和清掃。當排放口需要提高時可采用豎風道型式。(4)排風天窗須為避風型，防止不同風向時倒灌。設在屋面坡度較大的橫向天窗不宜過長，必要時，中間加橫向隔板。(5)夏季進風口盡量壓低，在寒冷地區(qū)，下部進風口在冬季需能關閉，進風口提高至操作區(qū)4m以上。(6)進風口的布置要從車間總體考慮，對多、連跨廠房，必要時可考慮高窗或天窗作進風口。(7)南方炎熱地區(qū)，生產(chǎn)條件允許時，廠房可設計為全敞開式或半敞開式，以增加室內(nèi)換氣次數(shù)，縮短換氣途徑。敞開式天窗和墻皮要采取防飄雨措施。(8)自然通風的組織要密切注意車間的方位和全年各季主導風向。(9)有多層平臺的熱跨問，各層平臺可考慮設部分洞口，以便于余熱排放。(10)在熱源或污染源附近盡可能不設偏屋，以保留一定的進風口。

建筑材料選擇冶金廠礦建設用材以鋼、水泥、砌體為基本材料。選材的原則一般是：在滿足適用、安全的條件下力求經(jīng)濟、耐久、輕質、高強。大中型廠房多采用鋼結構或鋼與混凝土混合結構，中小型廠房及輔助生產(chǎn)車間一般多采用混凝土結構、鋼與混凝土或磚與混凝土混合結構，構筑物多采用鋼結構或混凝土結構。靠近林區(qū)的小廠或礦山工廠，當防火級別要求不高時，也可以采用一些木結構。處于高溫或強腐蝕環(huán)境中的建筑、構筑物要特別注意結構防護。一般當混凝土柱表面溫度在100℃以上，混凝土屋架及吊車梁表面溫度在60℃以上時，均需考慮采取隔熱和耐熱措施。隔熱需與降溫相結合，在強度設計上宜留有適當余地。在受酸、堿腐蝕作用的車間，應少用或不用鋼結構。構件外形要簡單規(guī)整，利于防護。受氣體或液體腐蝕的車間構配件及構筑物、樓地面等均需在建筑布置上、構件防護上采取有效防腐蝕措施，如：刷防護涂料，適當加大、加厚構配件斷面和加設耐腐蝕的防護層等，有效地減小腐蝕性介質的影響范圍。耐腐蝕措施的構造要便于檢查和維修。建筑物、構筑物所用材料必須滿足耐火極限要求，必要時需更換使用材料，亦可對材料進行防火處理，如：噴涂、浸透、包覆和添加阻燃劑等。

建筑防護與安全衛(wèi)生冶金廠礦生產(chǎn)條件差，設計必須嚴格遵守防火、防爆、環(huán)保、綠化、安全、衛(wèi)生等有關規(guī)定，并著重注意：(1)吊車安全走道及檢修平臺的設置要符合中國現(xiàn)行《冶金企業(yè)安全衛(wèi)生設計規(guī)定》的要求。(2)對有可能發(fā)生爆炸的車間需采取防爆、泄爆措施、使爆炸破壞性減至最小。(3)在設備復雜、操作頻繁和對人身安全有一定危險的車間內(nèi)，應根據(jù)條件設置必要的人行通道或走臺。(4)為了防止廠房出口交通事故，鐵路大門凈空尺寸一般可按車輛寬度每側加900mm，按車輛高度加500mm。汽車大門凈空尺寸：寬度不小于車寬加1000mm，高度不小于車高加300mm。(5)要十分注意安全色彩與安全標志，嚴格遵守有關規(guī)定。對有危險的操作區(qū)、移動的設備區(qū)及超高的構筑物均要涂以鮮明對比的色彩，如黃與黑相間、紅與白相間等。(6)電纜隧道必須嚴格按規(guī)定設置防火分區(qū)和隔斷。(7)對具有自燃可能性的原料，如炭素制品，要做好防火、滅火設計。(8)對有毒或含有放射性物質的稀有金屬，廢棄排放物必須嚴格遵守國家允許排放標準。對有毒物要實行隔離操作、設通過式衛(wèi)生間。污染區(qū)的建筑，其內(nèi)表面要平正，避免死角。對射線要采取防輻射措施。(9)對生產(chǎn)噪聲大于85dB(A)的車間，除采取吸音、消音、隔音措施外，車間內(nèi)要設隔音的工人操作室和休息室。(10)對于生產(chǎn)過程中使用和散發(fā)侵蝕性介質的廠房，其圍護結構厚度及構造要嚴格滿足熱工要求，以防結露。(11)熱源可分為持續(xù)熱源(如各類封閉爐體)和間歇熱源(如熱鋼坯、冷床等)。持續(xù)熱源使車間內(nèi)氣溫升高。間歇熱源對車間氣溫變化影響較大，并伴有強輻射熱，對構配件反復驟熱破壞性大，采用隔熱措施可取得顯著效果。受持續(xù)熱源影響的建筑構配件除要求隔熱外，尚需配合通風降溫措施。(12)對受液態(tài)金屬、熔渣噴濺及重金屬撞擊影響部位均應采取防護措施。以保障廠房安全。(13)冶金工廠建筑物和構筑物均會程度不同地受到氣態(tài)或液態(tài)侵蝕性介質的腐蝕，影響其使用壽命。對濕法冶金、電解、電鍍、酸洗工藝中的建筑物和構筑物均須重點采取防腐蝕措施(見建筑防腐蝕設計)。電解廠尚需采取有效的絕緣措施，防止電流損失及雜散電流腐蝕。(14)對高純金屬冶煉以及軋制精細金屬制品的車間，要嚴格注意防塵，并遠離各種塵源。廠房要實行分區(qū)隔離，并設通過式衛(wèi)生間。清潔區(qū)室內(nèi)要求平正，不積灰。(15)當生產(chǎn)采用高頻設備對外界有干擾時，應采取屏蔽措施。