崔 莉，丁國(guó)寶

(昆明有色冶金設(shè)計(jì)研究院股份公司，云南昆明650051)

硅業(yè)工業(yè)硅電爐車(chē)間的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

崔 莉，丁國(guó)寶

(昆明有色冶金設(shè)計(jì)研究院股份公司，云南昆明650051)

在工業(yè)項(xiàng)目中電爐車(chē)間的設(shè)計(jì)均存在有大跨度、重荷載、高溫等情況。闡述了設(shè)計(jì)工作中采取的一些措施，以加強(qiáng)和改善結(jié)構(gòu)的受力性能，保證結(jié)構(gòu)的可靠度。

鋼筋混凝土;鋼結(jié)構(gòu);結(jié)構(gòu)安全

0 引言

云南永昌硅業(yè)股份有限公司5萬(wàn)t/a工業(yè)硅項(xiàng)目于2007年8月開(kāi)始設(shè)計(jì)，2008年7月電爐投產(chǎn)，電爐車(chē)間為該項(xiàng)目最重要的設(shè)計(jì)子項(xiàng)。電爐車(chē)間配置了3臺(tái)25.5 MVA的大型工業(yè)硅電爐。車(chē)間長(zhǎng)102.7 m，寬 76.5 m，有標(biāo)高2.8 m、7.5 m、12 m、18 m、24.5 m、34.7 m 6 個(gè)樓層。該車(chē)間在電爐處跨度較大，橫向跨度為15 m，縱向跨度為18 m;地震烈度較高，為8度;設(shè)計(jì)地震加速度為0.3 g;場(chǎng)地類別為二類，框架抗震等級(jí)為一級(jí)，建筑抗震設(shè)防類別為丙類;在3層樓面標(biāo)高12 m處每臺(tái)電爐配置有3臺(tái)荷載為400 kN的電爐變壓器。輻射溫度高，地面一層，二層由于受電爐產(chǎn)出的工業(yè)硅熔體熱輻射的影響，建筑及結(jié)構(gòu)需要進(jìn)行隔熱及耐高溫處理，經(jīng)過(guò)工程組設(shè)計(jì)人員的不懈努力，成功地解決了該車(chē)間的諸多設(shè)計(jì)難點(diǎn)。從2008年建成投產(chǎn)至今，使用效果良好。

1 建筑設(shè)計(jì)

該建筑物體量龐大，電爐車(chē)間具有高溫的特點(diǎn)。外立面墻體主體車(chē)間在標(biāo)高2.8 m以下采用實(shí)心磚墻，外刷灰色外墻涂料，以上為灰白色單層鋼彩板;附跨澆鑄車(chē)間在標(biāo)高5 m以下采用實(shí)心磚墻，外刷灰色外墻涂料，以上為灰白色單層鋼彩板。整個(gè)建筑給人自然、清涼之感。

為滿足防火規(guī)范的相關(guān)要求，該建筑充分考慮了防火分區(qū)。

為了解決電爐周?chē)母邿彷椛鋵?duì)結(jié)構(gòu)的不利影響，經(jīng)過(guò)縝密計(jì)算保溫隔熱層的厚度，解決了混凝土的耐久性問(wèn)題。

對(duì)于樓面板的隔熱問(wèn)題，則采取了鋪砌耐火磚的辦法加以解決。

2 基礎(chǔ)設(shè)計(jì)

(1)地層巖性

根據(jù)鉆探揭露及場(chǎng)地大面積開(kāi)挖，結(jié)合初勘及地震剪切波速測(cè)試等資料綜合分析，該場(chǎng)地底層等古生代變質(zhì)混合巖，混合巖化片麻巖。該巖體成分復(fù)雜，主要為砂巖、板巖、泥巖及頁(yè)巖，其次為石英巖、長(zhǎng)石石英砂巖、硅質(zhì)巖、花崗巖及灰?guī)r等。地層尚保存有明顯的沉積，韻律及微層理等特征，顯然為一套淺海相沉積碎屑。同時(shí)，在挖方的斷面上能清楚的看到各種巖石大小不同的形狀，有中粗砂、粉細(xì)砂、也有礫碎石、卵石、塊石及漂石。粒徑不等，雖然風(fēng)化較強(qiáng)，但形狀還在。例如花崗巖塊，能見(jiàn)到未被風(fēng)化的英石砂范圍，特別是石英巖，Φ為0.4～2.0 m以上的塊石、漂石尚未被風(fēng)化。上述這些碎石、卵石、塊石及漂石均被鋼化、強(qiáng)風(fēng)化的砂巖、板巖、泥巖及頁(yè)巖膠結(jié)。在該套地層中，由于時(shí)代久遠(yuǎn)，加之巖體成分復(fù)雜，對(duì)風(fēng)化帶的劃分比較困難，上部全風(fēng)化帶中，包含有強(qiáng)風(fēng)化帶，而在中下部強(qiáng)風(fēng)化及中等風(fēng)化帶中，也常含有全風(fēng)化帶。

(2)水文地質(zhì)條件

該場(chǎng)地主要為地表水。因在干旱季節(jié)施工，加之地下水埋藏較深，據(jù)各鉆孔揭露，均未見(jiàn)到地下水。故該場(chǎng)地可視為干燥場(chǎng)地。

(3)基礎(chǔ)方案的確定

根據(jù)勘察報(bào)告揭示的地質(zhì)情況及建議，結(jié)合該工程柱底荷載較大及地下水埋藏較深的特性，通過(guò)方案比較，選定了人工挖孔樁的基礎(chǔ)方案;該方案造價(jià)較為低廉，經(jīng)濟(jì)指標(biāo)較好，且能適應(yīng)當(dāng)?shù)氐膭趧?dòng)生產(chǎn)力水平。但是，對(duì)于勘察單位給出的人工挖孔樁樁端極限阻力標(biāo)準(zhǔn)值f=1 900 kPa，有關(guān)設(shè)計(jì)人員經(jīng)過(guò)認(rèn)真討論綜合分析，認(rèn)為取值偏低，與實(shí)際情況出入較大。若按此值設(shè)計(jì)過(guò)于保守，將給業(yè)主造成不必要的浪費(fèi)。根據(jù)層土的特性，其人工挖孔樁的樁端極限阻力標(biāo)準(zhǔn)值應(yīng)該不低于4 000 kPa;通過(guò)與有關(guān)人員溝通，做了樁端阻力的深層載荷板試驗(yàn)，結(jié)果表明，其人工挖孔樁的樁端極限阻力標(biāo)準(zhǔn)值達(dá)到了4 200 kPa。由于樁端極限阻力標(biāo)準(zhǔn)值的大大提高，有效地縮小了樁身直徑及擴(kuò)底面積，從而大大地減小了混凝土的用量，為業(yè)主節(jié)省了投資，取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益，見(jiàn)表1。

表1 不同樁端極限承載力特征值下樁徑的比較Tab.1 Comparison of Pile Diameters under Eigenvalue of Ultimate Bearing Capacity at Different Pile Ends

3 上部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

在上部結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)過(guò)程中，在結(jié)構(gòu)的選型上，比較了鋼結(jié)構(gòu)和鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)2種型式。鋼結(jié)構(gòu)有利抗高溫、高熱，造價(jià)較高，混凝土結(jié)構(gòu)在耐高溫、高熱中，施工難度較大，但造價(jià)較低，經(jīng)濟(jì)指標(biāo)好。本著為業(yè)主節(jié)約投資的思路，主體結(jié)構(gòu)選定了經(jīng)濟(jì)指標(biāo)較好的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。其中，在熱輻射較大、荷載較小的標(biāo)高2.8 m操作平臺(tái)則采用鋼結(jié)構(gòu)。在鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的較大跨度計(jì)算過(guò)程中，反復(fù)試算，逐漸加大梁高，使其既能保證結(jié)構(gòu)安全，又節(jié)約成本。

標(biāo)高12 m樓層中有2臺(tái)電爐變壓器，荷重較大。設(shè)備安裝時(shí)須經(jīng)過(guò)樓面的大部分通道，若按通常計(jì)算，只需在變壓器安裝時(shí)所經(jīng)路線上布置荷載即可。但是，這可能會(huì)造成地震力的加大，從而導(dǎo)致框架柱截面及框架梁的加大，造成浪費(fèi)。為了取得較好的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，雖然設(shè)計(jì)工作量增加不少，我們還是在不利位置布置荷載，經(jīng)多次計(jì)算，使梁柱設(shè)計(jì)經(jīng)濟(jì)合理。

由于工藝需要設(shè)置操作平臺(tái)，標(biāo)高24.5 m樓層中設(shè)置了托柱轉(zhuǎn)換梁。托柱轉(zhuǎn)換梁的受力較為復(fù)雜，在托柱部位的框架梁承受了較大的剪力和彎矩。此框架梁處均作了加強(qiáng)處理，按照規(guī)范要求，加寬了梁截面，計(jì)算時(shí)加大了剪力，配筋時(shí)加大了箍筋的配置及上下縱向鋼筋的配置。且在托柱位置設(shè)置了正交方向的框架梁或樓面梁。從而保證了托柱轉(zhuǎn)換梁的安全可靠。

4 結(jié)構(gòu)超長(zhǎng)處理

由于該工程結(jié)構(gòu)長(zhǎng)度為102.7 m，按照規(guī)范規(guī)定，現(xiàn)澆式框架結(jié)構(gòu)的容許長(zhǎng)度為55 m，屬超長(zhǎng)結(jié)構(gòu);且該建筑物內(nèi)受電爐的熱輻射較大。若不設(shè)縫，僅靠設(shè)置后澆帶、加強(qiáng)配筋。一是不可靠，二是會(huì)造成梁、柱截面的加大，配筋也會(huì)大幅度增加，不經(jīng)濟(jì)。因此，在縱向⑦～⑧線及○13～○15處設(shè)置了伸縮縫。伸縮縫的長(zhǎng)度比規(guī)范規(guī)定的略短。較好地解決了大氣溫度及車(chē)間內(nèi)部產(chǎn)生的高溫對(duì)結(jié)構(gòu)的不利影響。

5 保溫隔熱的設(shè)計(jì)

根據(jù)工藝要求，電爐在基礎(chǔ)、標(biāo)高2.8 m及7.5 m處有熱輻射，鑒于此，設(shè)計(jì)電爐基礎(chǔ)時(shí)，基礎(chǔ)材料采用了耐熱混凝土。如前所述，標(biāo)高2.8 m樓層由于溫度較高，荷載較輕，采用了鋼結(jié)構(gòu)，并在高溫輻射范圍內(nèi)加以保溫處理;標(biāo)高7.5 m處采用鋼筋混凝土，其中電爐附近的梁混凝土為耐熱混凝土，熱輻射較高的區(qū)域則采取保溫隔熱措施，取得了較好的使用效果。

6 結(jié)語(yǔ)

該工程在一期2×12.5 MVA硅鐵電爐車(chē)間及2×25.5硅鐵電爐車(chē)間的設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上，不斷完善，達(dá)到了預(yù)期的使用目的，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益。

Building Structure Design of Electric Furnace Shop for Industrial Silicon

CUI Li，DING Guo－ bao
(Kunming Engineering ＆ Research Institute of Nonferrous Metallurgy Co.Ltd，Kunming 650051，China)

During the design of an electric furnace shop in the industrial projects，there are some cases such as large－ span，heavy load，high temperature and so on.Some measures which were taken in the design to strengthen and improve the mechanical behavior of structure and assure its structural reliability were expounded.

Reinforced concrete;steel structure;safety of structure

TU375

A

1004－2660(2011)04－0017－02

2011－05－06.

崔莉(1975－)，女，云南人，工程師.主要研究方向:建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì).