李俊杰

（天津港保稅區(qū)，天津 300456）

作為化工建筑，它有其自身的規(guī)律和特點(diǎn)，工藝流程和生產(chǎn)條件限制著化工土建專(zhuān)業(yè)的設(shè)計(jì)。所以，化工設(shè)計(jì)中的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)顯得尤為重要。土建專(zhuān)業(yè)的各項(xiàng)規(guī)范、規(guī)程和技術(shù)要求以及生產(chǎn)工藝及與其相關(guān)的各項(xiàng)技術(shù)要求都是化工廠(chǎng)土建設(shè)計(jì)中需要符合和滿(mǎn)足的標(biāo)準(zhǔn)。否則，工藝要求和化工類(lèi)建筑物自身的建筑使用功能就不能得到實(shí)現(xiàn)。

1 化工的工藝特性

在封閉的容器及管道內(nèi)，物料進(jìn)行連續(xù)的化學(xué)反應(yīng)或物理過(guò)程的反應(yīng)及輸送是化工生產(chǎn)中的典型形式?？梢?jiàn)，工藝是化工設(shè)計(jì)中的主導(dǎo)專(zhuān)業(yè)。而化工建筑的作用是為了滿(mǎn)足工藝、設(shè)備等專(zhuān)業(yè)的要求，所進(jìn)行的輔助設(shè)計(jì)[1]。

為了能夠設(shè)計(jì)出合理的建筑平面、立面和剖面布置形式，使化工建筑盡可能地滿(mǎn)足化工工藝的要求，滿(mǎn)足防火、防爆、泄爆和防腐蝕的相應(yīng)的建筑物措施，以達(dá)到化工生產(chǎn)操作能在良好的工作空間環(huán)境中進(jìn)行[1]。需要相關(guān)的土建設(shè)計(jì)人員除了要對(duì)本專(zhuān)業(yè)的知識(shí)精通，還要對(duì)化工工藝的生產(chǎn)內(nèi)容和流程熟悉。為了保證這個(gè)化工建筑設(shè)計(jì)中的重要因素，作為土建設(shè)計(jì)人員，首先要了解是否有容易燃燒和容易爆炸的化學(xué)物品存在，有無(wú)腐蝕性的介質(zhì)存在，以及腐蝕性介質(zhì)的形態(tài)和濃度等。其次要對(duì)化工裝置內(nèi)的工藝流程、設(shè)備布置、生產(chǎn)環(huán)境和工藝管線(xiàn)的空間走向有所了解。

2 化工建筑、結(jié)構(gòu)的不規(guī)則特性

許多化工建筑會(huì)受到工藝流程和生產(chǎn)條件的限制，出現(xiàn)高低錯(cuò)落、凹凸不平、奇形怪狀的不規(guī)則的建筑形態(tài)。“組織空間”是建筑的基本任務(wù)，設(shè)計(jì)出能夠滿(mǎn)足化工生產(chǎn)使用功能要求的“生產(chǎn)空間”是化工建筑設(shè)計(jì)的任務(wù)。而對(duì)于小面積、小規(guī)模、小體積的化工建筑也會(huì)由于設(shè)備荷載大和工藝的復(fù)雜性出現(xiàn)建筑的不規(guī)整性。所以，化工類(lèi)建筑體型的不規(guī)則性導(dǎo)致了建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的不規(guī)則性。以下是一個(gè)工程設(shè)計(jì)中的實(shí)例說(shuō)明這一點(diǎn)。

建新化工廠(chǎng)是一個(gè)雙跨四層框架結(jié)構(gòu)的蒸發(fā)廠(chǎng)房，一臺(tái)10 t的單梁手動(dòng)吊車(chē)被設(shè)置在此廠(chǎng)房的四層，即頂層，用來(lái)滿(mǎn)足工藝流程、設(shè)備布置和生產(chǎn)使用中對(duì)吊裝和檢修高度要求的規(guī)定。在三層樓板上，固定有一個(gè)蒸發(fā)罐，需要被單梁手動(dòng)吊車(chē)吊到四層，再通過(guò)吊裝孔放到一層。從而，有利于對(duì)其進(jìn)行維護(hù)和檢修，也因此形成了蒸發(fā)罐吊裝的三維立體空間運(yùn)動(dòng)。

在調(diào)查研究和多個(gè)方案比較之后,采用了以下的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案，來(lái)滿(mǎn)足以上的要求：將跨度方向的框架結(jié)構(gòu)中柱只升高至四層樓板結(jié)構(gòu)高度處,而且將橫向框架梁在4.5m跨部分?jǐn)嚅_(kāi),而且無(wú)縱向框架連系梁與16.50m標(biāo)高處的縱向框架柱連接。因此，此化工建筑框架結(jié)構(gòu)三層以上的柱子被截?cái)?橫向框架組成由原來(lái)的雙跨結(jié)構(gòu)變成單跨結(jié)構(gòu)，而且縱向框架連系梁也無(wú)法貫通，所以形成了“抽梁斷柱”這種有些復(fù)雜的非標(biāo)準(zhǔn)框架結(jié)構(gòu)，即異形框架[2]。如果蒸發(fā)廠(chǎng)房按照常規(guī)設(shè)計(jì)，并考慮到蒸發(fā)器自身的高度有7.5m左右，其四層的結(jié)構(gòu)層高將從7.0m增高到12m左右。

考慮到各層的框架柱的剛度相差較大，而且四層層高較過(guò)高，這樣的設(shè)計(jì)首先是不經(jīng)濟(jì)，其次在結(jié)構(gòu)上也不合理，所以要采用異形框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案。一方面，可以滿(mǎn)足工藝和檢修的要求，另一方面可使化工工藝專(zhuān)業(yè)與建筑結(jié)構(gòu)在設(shè)計(jì)上達(dá)到協(xié)調(diào)。

當(dāng)然，這種異形框架設(shè)計(jì)也是不得已的一種設(shè)計(jì)方案，因?yàn)橐獱奚艚ㄖ锏慕Y(jié)構(gòu)性，但是確實(shí)可以最大限度的滿(mǎn)足工藝和檢修需要。所以，在保證工藝流程和使用要求的前提下，還是應(yīng)該盡可能地采用規(guī)則的建筑結(jié)構(gòu)體系，使建筑物獲得一個(gè)比較好的整體性剛度。[3]

3 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)荷載大

在化工建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，為了準(zhǔn)確地進(jìn)行結(jié)構(gòu)布置，獲取準(zhǔn)確的設(shè)計(jì)依據(jù)，首先要了解車(chē)間內(nèi)部的工藝流程，其次要了解動(dòng)力設(shè)備的功率、類(lèi)型和設(shè)備布置情況。對(duì)于化工生產(chǎn)中的設(shè)備，重量有的大到幾百?lài)?，因?yàn)樾枰M(jìn)行動(dòng)力攪拌，而且有的還要加氣加料，從而產(chǎn)生震動(dòng)。

像蒸發(fā)罐這種類(lèi)型的動(dòng)力設(shè)備，必須布置在樓面上，它的動(dòng)荷載所產(chǎn)生的震動(dòng)對(duì)結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度和剛度影響就更大，很容易產(chǎn)生結(jié)構(gòu)共振。我們之所以要認(rèn)真、充分考慮動(dòng)荷載的結(jié)構(gòu)影響，是因?yàn)檫@里的動(dòng)荷載不僅僅是容器內(nèi)的物料，而是蒸發(fā)罐本體和蒸發(fā)罐內(nèi)物料的總和。為了確保結(jié)構(gòu)部產(chǎn)生振動(dòng)，使化工生產(chǎn)可以正常進(jìn)行，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員對(duì)動(dòng)荷載的計(jì)算應(yīng)該乘以動(dòng)力系數(shù)。對(duì)于動(dòng)力系數(shù)，國(guó)家規(guī)范中缺少有些動(dòng)力系數(shù)值，所以要根據(jù)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行取值[4]。

4 強(qiáng)腐蝕性

在化工生產(chǎn)過(guò)程中，跑、冒、滴、漏的腐蝕性液體和氣體對(duì)建筑物的腐蝕是很難避免的，這是由于在化工生產(chǎn)過(guò)程中，絕大多數(shù)都或多或少地會(huì)有腐蝕性的液體和氣體排出。所以，在化工建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，防腐蝕設(shè)計(jì)是重要的組成部分[5]。然而，要想做好化工建筑的防腐蝕設(shè)計(jì)，首先必須弄清楚腐蝕介質(zhì)的情況：腐蝕介質(zhì)是什么、腐蝕介質(zhì)的形態(tài)是氣相還是液相、腐蝕介質(zhì)的濃度如何、溫度的高低怎樣等等。并根據(jù)這些數(shù)據(jù)來(lái)確定建筑物的腐蝕程度類(lèi)別，從而對(duì)建筑物的設(shè)備基礎(chǔ)、地溝、地面、樓面、貯槽、頂棚、墻裙采用不同的防腐蝕措施，并在保證防腐蝕功能的前提下盡量選擇經(jīng)濟(jì)實(shí)用的材料。例如對(duì)某些二、三、四層無(wú)大的沖擊荷載的樓面可采用整體性樹(shù)脂砂漿材料，而對(duì)于一層地面這樣的具有較大沖擊荷載的，要采用剛性塊材防腐蝕，所以要具體問(wèn)題具體分析。

5 防爆、防火、防泄爆

化工生產(chǎn)對(duì)化工建筑有很高的防爆、防火、防泄爆要求，因?yàn)榛どa(chǎn)很多都屬于具有爆炸危險(xiǎn)性的甲、乙類(lèi)火災(zāi)危險(xiǎn)性生產(chǎn)。在化工建筑設(shè)計(jì)中，應(yīng)該嚴(yán)守《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》，確保規(guī)范中的各項(xiàng)防火要求。并根據(jù)化工生產(chǎn)中的火災(zāi)危險(xiǎn)性分類(lèi)，來(lái)確定各類(lèi)廠(chǎng)房的耐火等級(jí)、防火分區(qū)和防火間距。輕質(zhì)屋蓋和易于泄壓的門(mén)、窗、輕質(zhì)墻體通常作為化工建筑防爆、防火、防泄爆的泄壓面積，而不發(fā)火的水泥砂漿則可用于地面。

6 預(yù)埋件和留洞較多

預(yù)埋件和留洞應(yīng)該在設(shè)計(jì)中引起足夠的重視，因?yàn)樵诨どa(chǎn)中，工藝設(shè)備的復(fù)雜、各種管線(xiàn)、管架的縱橫交錯(cuò)、需要在建筑物的墻體、樓板、梁、柱、地面等處進(jìn)行全方位的留洞和預(yù)埋件。如果遺漏，將會(huì)造成工藝設(shè)備的安裝不便甚至于無(wú)法安裝。

總之，經(jīng)過(guò)多年的設(shè)計(jì)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)和設(shè)計(jì)方案體會(huì)，化工廠(chǎng)房的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)特點(diǎn)應(yīng)該被不斷地探索和總結(jié)，讓化工建筑更好地為化工生產(chǎn)服務(wù)。

［1］劉華音,任珉,陳建秋,溫健婷,常樂(lè).工業(yè)廠(chǎng)房振動(dòng)危害的實(shí)測(cè)及減振研究[J].工程抗震與加固改造;2005,[S1].

［2］馬國(guó)庫(kù)，徐太安.淺談結(jié)構(gòu)概念設(shè)計(jì)在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的作用[J].黑龍江科技信息;2008,(35).

［3］譚凌燕.淺談工業(yè)建筑的特性及設(shè)計(jì)[J].化工設(shè)計(jì);2009,(03).

［4］王軼偉.建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)淺析[J].民營(yíng)科技;2011,(08).

［5］揭澤云.工業(yè)廠(chǎng)房結(jié)構(gòu)可靠性鑒定方法的研究 [D].長(zhǎng)安大學(xué);2011.