煤礦礦井建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)常見問題的分析

顧孟德

（中煤科工集團(tuán)南京設(shè)計(jì)研究院有限公司?；?；江蘇南京?；?；210031）

【摘要】2002年—2012年我國煤炭工業(yè)發(fā)展取得的輝煌成就，相應(yīng)的煤礦礦井建筑行業(yè)得到了飛速發(fā)展，新技術(shù)、新工藝及新的科研成果不斷應(yīng)用到煤礦礦井建筑結(jié)構(gòu)中。隨著中國經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)的調(diào)整，煤炭生產(chǎn)和消費(fèi)有了新的變化：促進(jìn)煤炭安全綠色開發(fā)和清潔高效利用。同時(shí)對(duì)煤礦礦井建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)有了更高的要求。本文對(duì)煤礦礦井建筑結(jié)構(gòu)常見的問題進(jìn)行了分析，對(duì)提高煤礦礦井建筑結(jié)構(gòu)施工水平提出了幾點(diǎn)建議。

【關(guān)鍵詞】煤礦礦井建筑；建筑施工；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

一、煤礦礦井建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的原則和要求

（一）建筑材料的要求

在煤礦礦井建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，建筑材料的選擇是非常重要的，應(yīng)根據(jù)煤礦礦井的特點(diǎn)，采用經(jīng)實(shí)踐檢驗(yàn)的、有可靠保證的新型建筑材料及結(jié)構(gòu)。煤礦礦井建筑結(jié)構(gòu)材料主要為混凝土和鋼材。

混凝土的選用：素混凝土結(jié)構(gòu)的混凝土等級(jí)不低于C15，多應(yīng)用于基礎(chǔ)墊層。采用強(qiáng)度等級(jí)400MPa及以上鋼筋時(shí)，混凝土強(qiáng)度等級(jí)不低于C25，多采用C30混凝土。預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的混凝土強(qiáng)度等級(jí)不宜低于C40，且不應(yīng)低于C30，應(yīng)用于儲(chǔ)煤倉。承受重復(fù)荷載的鋼筋混凝土構(gòu)件，混凝土強(qiáng)度等級(jí)不應(yīng)低于C30，應(yīng)用于篩分車間。

鋼材的選用：梁、柱縱向受力普通鋼筋應(yīng)采用HRB400、HRB500、HRBF500鋼筋，也可采用HRB335、HRBF335鋼筋。實(shí)際工程中多采用HRB400級(jí)鋼筋，與之相應(yīng)的混凝土采用C30。承重鋼結(jié)構(gòu)的材料宜采用Q345、Q390和Q420鋼。當(dāng)結(jié)構(gòu)構(gòu)件的截面按強(qiáng)度控制時(shí)，采用Q345鋼可比Q235鋼節(jié)約30%左右，因?yàn)椋琎345鋼的屈服強(qiáng)度比Q235鋼的屈服強(qiáng)度提高了45%左右。吊車梁在煤礦礦井建筑結(jié)構(gòu)中常用，多為輕（A1～A3）、中級(jí)（A4、A5），一般設(shè)計(jì)成鉸接。吊車梁多采用型鋼，如采用鋼板焊接時(shí)，可以選擇Q345-C型鋼板，保證其沖擊韌性。鋼結(jié)構(gòu)的焊接材料應(yīng)與連接件的鋼材相適應(yīng)。當(dāng)不同強(qiáng)度鋼材連接，與強(qiáng)度低鋼材相適應(yīng)。手工焊時(shí)：Q235鋼采用E43型焊條；Q345采用E50型焊條。

• 常見的建筑系數(shù)取值要求

1、建筑梁的扭矩折減系數(shù)。對(duì)于很多煤礦礦井建筑結(jié)構(gòu)來說，尤其是提升機(jī)房，因?yàn)闄C(jī)房?jī)?nèi)用于吊掛物件較多，并且建筑墻面有很多洞孔，在機(jī)房的周圍要設(shè)置一些支撐的設(shè)備。為此，在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)為了使數(shù)值更加準(zhǔn)確，建筑梁扭矩折減系數(shù)一定要符合工藝設(shè)計(jì)要求。一般，在計(jì)算梁扭矩折減系數(shù)要按照建筑孔洞的尺寸計(jì)算，調(diào)整的范圍一般也在0.3～0.4之間。

2、建筑活載組合值系數(shù)的取值。一般在PKPM中，樓面活載組合值系數(shù)是0.7，但對(duì)于大部分煤礦礦井建筑物來說，樓面活載組合值系數(shù)是不同的。例如，工業(yè)場(chǎng)地內(nèi)的提升機(jī)房、井口房、翻車機(jī)房、輸送機(jī)棧橋等活載組合值系數(shù)為1.0，但是在選矸樓、篩分樓、煤倉、轉(zhuǎn)載站等活載組合值系數(shù)為0.9。所以，在進(jìn)行煤礦礦井建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)一定要按照工業(yè)場(chǎng)地的建筑類型選擇活載組合系數(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)，這樣才能使各個(gè)數(shù)值更加精準(zhǔn)并符合建筑工程的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。下圖是某井口房PKPM建模計(jì)算時(shí)的分析和參數(shù)補(bǔ)充定義：

二、工業(yè)煤礦礦井建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)存在的問題及解決方法

（一）設(shè)計(jì)人員之間缺少溝通

煤礦礦井建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和工藝設(shè)計(jì)都是非常重要的設(shè)計(jì)模塊，但是如果結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員和工藝設(shè)計(jì)人員之間不能保持有效的溝通就會(huì)使工藝設(shè)備的擺放與結(jié)構(gòu)布置出現(xiàn)矛盾和沖突，如提升機(jī)房中梁底標(biāo)高要滿足工藝要求的設(shè)備的凈空要求。特別是提升機(jī)設(shè)備基礎(chǔ)不宜和機(jī)房主體靠的太近，就會(huì)使施工的難度增加，機(jī)房主體結(jié)構(gòu)由此也會(huì)受到提升機(jī)設(shè)備基礎(chǔ)運(yùn)行的影響。為此，要想在源頭上避免這種問題的產(chǎn)生就要在設(shè)計(jì)中做好布設(shè)，加強(qiáng)工藝設(shè)計(jì)人員和建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員間的溝通是非常重要的。

很多情況下，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員因?yàn)槿狈ο嚓P(guān)工藝的專業(yè)知識(shí)，如不能和建筑排水設(shè)計(jì)人員進(jìn)行有效溝通，會(huì)使建筑不能預(yù)留出符合標(biāo)準(zhǔn)的孔洞，從而影響建筑結(jié)構(gòu)的主體施工，在后續(xù)補(bǔ)救措施中不得不打洞使建筑結(jié)構(gòu)的主體質(zhì)量受到破壞。

此外，煤礦工業(yè)場(chǎng)地的管線綜合布置特別需要有深厚的專業(yè)知識(shí)和豐富的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)人員參與，需要將工業(yè)場(chǎng)地內(nèi)室外供熱管網(wǎng)、動(dòng)力配電及照明線網(wǎng)、給水排水管網(wǎng)、通信線網(wǎng)、工業(yè)場(chǎng)地壓風(fēng)管網(wǎng)、煤氣瓦斯管網(wǎng)等綜合在一起布置。為了使煤礦工業(yè)場(chǎng)地的管線綜合布置簡(jiǎn)潔美觀并符合各專業(yè)設(shè)計(jì)要求，有如下步驟：

1）平面布置時(shí)以各專業(yè)中最嚴(yán)格的相關(guān)要求布置支腿間距；

2）根據(jù)煤礦工業(yè)場(chǎng)地的整體建筑形式設(shè)計(jì)與之協(xié)調(diào)的支腿和橋架形式設(shè)計(jì)；

3）同各專業(yè)設(shè)計(jì)人員協(xié)調(diào)各專業(yè)管線、溝平面位置及交叉點(diǎn)標(biāo)高。

下圖是某煤礦工業(yè)場(chǎng)地的管線綜合布置設(shè)計(jì)圖：

（二）對(duì)煤礦礦井建筑結(jié)構(gòu)的安全容易忽視

雖然煤礦企業(yè)將安全生產(chǎn)一直放在第一位，但隨著工業(yè)的不斷發(fā)展，應(yīng)用的設(shè)備越來越多，因此進(jìn)一步提高煤礦礦井建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的安全性非常必要。在工業(yè)場(chǎng)地中有很多危險(xiǎn)性廠房。比如，爆炸材料庫、雷管庫、電機(jī)車庫以及鍋爐房等，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)時(shí)宜設(shè)計(jì)成敞開式或者是半敞開式的結(jié)構(gòu)。但是，往往受一些外界因素的影響，比如，相關(guān)領(lǐng)導(dǎo)認(rèn)為設(shè)計(jì)成敞開式的不安全，會(huì)增加被偷竊的機(jī)會(huì)。因此，很多的爆炸危險(xiǎn)性高的材料庫棚都設(shè)計(jì)成了封閉式的。如果防爆庫房?jī)?nèi)泄壓面積不符合標(biāo)準(zhǔn)，就會(huì)為后期的安全驗(yàn)收工作帶來影響，消防處理也會(huì)變的非常困難，增加了庫房的不安全因素。因此，如果建筑結(jié)構(gòu)是封閉式的要首先考慮泄壓的面積，必要時(shí)可以增加一扇窗戶。像工業(yè)場(chǎng)地內(nèi)的鍋爐房一定要對(duì)內(nèi)部的泄壓面積充分考慮。為了使庫房安全性得以保證，防爆庫房一般都應(yīng)用材質(zhì)較輕的材料，因?yàn)椴馁|(zhì)輕會(huì)利于脫落，窗戶和門也都如此。此外，用于泄壓設(shè)備的布置應(yīng)該靠近爆炸源頭，這樣可以有效避開人行通道，并且對(duì)于泄壓面積也要平均布設(shè)。

（三）需要考慮到施工相關(guān)的問題

1）結(jié)構(gòu)構(gòu)件細(xì)部處理問題

建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員不僅要從設(shè)計(jì)角度關(guān)注結(jié)構(gòu)構(gòu)件的強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性，還要考慮建筑施工時(shí)的實(shí)際情況，避免施工過程中增加不必要的費(fèi)用支出，造成資源浪費(fèi)。例如在建筑結(jié)構(gòu)平面布置時(shí)避開基礎(chǔ)交疊問題，空間布置時(shí)避免洞口和梁柱的打架。在鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，注意柱腳抗剪鍵在基礎(chǔ)上的留孔，盡量采用插入或埋入式柱腳，由柱外混凝土抵抗水平剪力，這雖增加了工程成本，但方便施工和省力，還有效避免了施工疏忽造成的安全隱患。

2）建筑結(jié)構(gòu)預(yù)埋的處理問題

根據(jù)工藝要求，很多情況下建筑結(jié)構(gòu)大梁上需預(yù)埋吊環(huán)，預(yù)埋的處理要符合規(guī)范：1）吊環(huán)的預(yù)埋采用I級(jí)的鋼筋實(shí)施預(yù)埋，不能應(yīng)用冷加工過的鋼筋，將準(zhǔn)備好的吊環(huán)采用焊接的方式固定在鋼筋上。設(shè)計(jì)人員一定要在圖紙上顯示出來。吊環(huán)的計(jì)算是，一個(gè)吊環(huán)要按照兩個(gè)截面進(jìn)行計(jì)算，吊環(huán)的拉應(yīng)力也不能超過50MPa。

結(jié)語

本文主要對(duì)煤礦礦井建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)遵循的要求和原則進(jìn)行了論述，并對(duì)煤礦礦井建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)常見的問題和解決方法進(jìn)行了分析和論述，表述了要想使煤礦礦井建筑結(jié)構(gòu)建設(shè)質(zhì)量過關(guān)，就要在材料選擇、安全設(shè)計(jì)和規(guī)范施工等方面進(jìn)行加強(qiáng)。