冶金矿山厂房结构设计思路转变及实践经验.docVIP

冶金矿山厂房结构设计思路转变及实践经验【摘要】近几年随着我国冶金工业的蓬勃发展，在冶金矿山设计中有大量的厂房及辅助建筑的设计，本文阐述了在新设计理念的指导下，冶金矿山厂房结构设计思路的转变及实践经验。 【关键词】设计思路；实践经验；钢结构；绿色环保 一个年产量150万吨的采矿及选矿联合企业，需要建设大约共40多个的厂房及辅助建筑，如此多的建筑就需要设计部门结合现阶段的国情，在新理念、新思维的指导下，打破传统观念，在满足工艺要求的条件下，充分考虑绿色环保、节约能源，采用先进的设计技术，成熟的设计理念，根据不同建筑的需求，设计出合理的结构形式。 1 冶金矿山厂房结构设计思路的转变 依据传统的设计方法，冶金选矿厂均采用钢筋混凝土框排架结构形式，既节约钢材又节省投资，是理想的设计方案。这一思路已沿用了几十年，取得了较好的投资效益。近些年来由于国情的变化，随着我国钢产量的增加，不少投资方急切要求早建成、早投产、早见效，这样就迫使设计单位逐步转变设计思路，由注重节省建设投资向注重加快建设速度方向转变。另一方面，有些选矿厂的服务年限较短，我们看到一些老的选矿厂在完成历史使命后，在深山老林中仍饱经风雨，却无法拆迁，造成极大的浪费和污染。而采用钢结构厂房代替混凝土结构厂房，可以在选矿任务完成后，与选厂同时拆迁，厂房的建筑钢材可以回收再利用，厂房的占地也可以恢复原貌。这样改变，可使我们紧跟国家政策，满足绿色建筑的要求。综上所述，由钢筋混凝土结构向钢结构体系转变已逐渐成为发展的趋势。 2 冶金矿山选矿厂厂房结构设计实践经验 我们最近设计的一座年处理150万吨的选矿车间，就遇到了这样的情况，按传统方法已设计完成了钢筋混凝土框排架结构的厂房，建设单位为缩短工期，坚决要求改为钢结构的框排架结构。这样就给设计人员提出了一个新的课题，特别是对选矿厂的原矿仓跨的处理上。原设计为钢筋混凝土的框架结构，矿仓为钢筋混凝土矿仓，矿仓竖壁与框架结构整体浇筑在一起，框架结构自然成为矿仓的支撑结构，矿仓和框架共同工作，结构受力合理。而改为钢矿仓、钢框架结构，如何使钢仓本体受力合理又能使之与框架结构共同工作，这就成为我们这次修改设计的关键问题。 方案一：将矿仓部分拿到主厂房外单独建设，选矿厂厂房变为纯框排架结构体系，这样互相独立且受力明确，便于实施。但在与工艺专业沟通时，工艺专业感到这样将改动整体设计方案，影响其它专业的设计进度。在此条件下，只能由土建专业自己来解决这个问题了。 方案二：矿仓放在厂房的框架跨内。我们经过细致的研究与探讨和多方咨询，经过估算将原矿仓跨钢柱断面定为1000x600的工字型截面，采用Q235钢材，经过软件计算后，平面内稳定的应力比为1.3，不满足设计要求。后又经过多次调整，反复探究，如增大钢柱截面的高度和宽度及加大板件厚度，发现虽然可以起到一定作用，但改善不明显，且钢材用量显著增加。究其原因，主要是因为矿仓的重量太大，垂直力产生的应力占到总应力的90%左右，根据《钢结构设计规范》GB5007-2003公式5.2.2-1可知，提高稳定系数及钢材强度设计值可有效提高构件的承载能力。在满足工艺条件的前提下，在柱高范围内增设两道框架梁，使每段柱高控制在5.5m以内，将原矿仓部分钢材型号由原Q235钢材提高到Q345钢材后，经计算，在用钢量少量增加的条件下，结构基本满足规范要求，但应力比偏大。经过与工艺专业设计人员的深入探讨，得知现在矿山的大型设备许多都采用焊接工艺来制作，设备耐磨和耐腐蚀性能有了较大的改善，从而使设备零部件的更换率相应减少，设备的整体起重量也相应减小，对厂房内部起重设备起吊能力的要求也就有所降低，从而将原磨矿间50t吊车改为32t吊车是可行的。因50t吊车吨位较大，只能将吊车梁作用在下柱翼缘上，使矿仓作用位置与下柱中心线偏移300mm，这样大大增加了下柱的弯矩。而改为32t吊车后，在下柱出牛腿承担吊车荷载，使矿仓荷载作用位置与下柱中心线相重合，从而矿仓的竖向荷载对柱仅产生垂直力作用，极大的减少了框架柱的弯矩。由于此框架柱属于小偏心受压构件，弯矩的降低也就提高了框架柱的承载能力，经过以上调整，使结构不但满足了规范要求，且应力比在合理范围内。在整体布局上，发现由于矿仓重量很大，迫使上部梁截面较大，而下部梁由于作用荷载较小，截面定的较小，这样与柱的刚度相比较，不十分匹配，下部的框架刚度较弱，在加大下部梁的截面后，经计算分析，结果显示：结构的整体变形及各项指标更加合理，最终采用了此方案。虽然此方案与原混凝土方案相比较，用钢量增加很多，总投资也比混凝土框排架方案投资增加了2倍左右，但施工工期明显缩短，使厂房早投入、早见效，建设单位也非常认可此方案。 3 结束语 通过对此项目设计的反复调整，使我