化工厂房的建筑结构设计特点

李俊杰

（天津港保税区，天津 300456）

作为化工建筑，它有其自身的规律和特点，工艺流程和生产条件限制着化工土建专业的设计。所以，化工设计中的建筑结构设计显得尤为重要。土建专业的各项规范、规程和技术要求以及生产工艺及与其相关的各项技术要求都是化工厂土建设计中需要符合和满足的标准。否则，工艺要求和化工类建筑物自身的建筑使用功能就不能得到实现。

1 化工的工艺特性

在封闭的容器及管道内，物料进行连续的化学反应或物理过程的反应及输送是化工生产中的典型形式。可见，工艺是化工设计中的主导专业。而化工建筑的作用是为了满足工艺、设备等专业的要求，所进行的辅助设计[1]。

为了能够设计出合理的建筑平面、立面和剖面布置形式，使化工建筑尽可能地满足化工工艺的要求，满足防火、防爆、泄爆和防腐蚀的相应的建筑物措施，以达到化工生产操作能在良好的工作空间环境中进行[1]。需要相关的土建设计人员除了要对本专业的知识精通，还要对化工工艺的生产内容和流程熟悉。为了保证这个化工建筑设计中的重要因素，作为土建设计人员，首先要了解是否有容易燃烧和容易爆炸的化学物品存在，有无腐蚀性的介质存在，以及腐蚀性介质的形态和浓度等。其次要对化工装置内的工艺流程、设备布置、生产环境和工艺管线的空间走向有所了解。

2 化工建筑、结构的不规则特性

许多化工建筑会受到工艺流程和生产条件的限制，出现高低错落、凹凸不平、奇形怪状的不规则的建筑形态。“组织空间”是建筑的基本任务，设计出能够满足化工生产使用功能要求的“生产空间”是化工建筑设计的任务。而对于小面积、小规模、小体积的化工建筑也会由于设备荷载大和工艺的复杂性出现建筑的不规整性。所以，化工类建筑体型的不规则性导致了建筑结构设计的不规则性。以下是一个工程设计中的实例说明这一点。

建新化工厂是一个双跨四层框架结构的蒸发厂房，一台10 t的单梁手动吊车被设置在此厂房的四层，即顶层，用来满足工艺流程、设备布置和生产使用中对吊装和检修高度要求的规定。在三层楼板上，固定有一个蒸发罐，需要被单梁手动吊车吊到四层，再通过吊装孔放到一层。从而，有利于对其进行维护和检修，也因此形成了蒸发罐吊装的三维立体空间运动。

在调查研究和多个方案比较之后,采用了以下的结构设计方案，来满足以上的要求：将跨度方向的框架结构中柱只升高至四层楼板结构高度处,而且将横向框架梁在4.5m跨部分断开,而且无纵向框架连系梁与16.50m标高处的纵向框架柱连接。因此，此化工建筑框架结构三层以上的柱子被截断,横向框架组成由原来的双跨结构变成单跨结构，而且纵向框架连系梁也无法贯通，所以形成了“抽梁断柱”这种有些复杂的非标准框架结构，即异形框架[2]。如果蒸发厂房按照常规设计，并考虑到蒸发器自身的高度有7.5m左右，其四层的结构层高将从7.0m增高到12m左右。

考虑到各层的框架柱的刚度相差较大，而且四层层高较过高，这样的设计首先是不经济，其次在结构上也不合理，所以要采用异形框架结构设计方案。一方面，可以满足工艺和检修的要求，另一方面可使化工工艺专业与建筑结构在设计上达到协调。

当然，这种异形框架设计也是不得已的一种设计方案，因为要牺牲掉建筑物的结构性，但是确实可以最大限度的满足工艺和检修需要。所以，在保证工艺流程和使用要求的前提下，还是应该尽可能地采用规则的建筑结构体系，使建筑物获得一个比较好的整体性刚度。[3]

3 结构设计荷载大

在化工建筑结构设计中，为了准确地进行结构布置，获取准确的设计依据，首先要了解车间内部的工艺流程，其次要了解动力设备的功率、类型和设备布置情况。对于化工生产中的设备，重量有的大到几百吨，因为需要进行动力搅拌，而且有的还要加气加料，从而产生震动。

像蒸发罐这种类型的动力设备，必须布置在楼面上，它的动荷载所产生的震动对结构的强度和刚度影响就更大，很容易产生结构共振。我们之所以要认真、充分考虑动荷载的结构影响，是因为这里的动荷载不仅仅是容器内的物料，而是蒸发罐本体和蒸发罐内物料的总和。为了确保结构部产生振动，使化工生产可以正常进行，结构设计人员对动荷载的计算应该乘以动力系数。对于动力系数，国家规范中缺少有些动力系数值，所以要根据行业标准和实践经验进行取值[4]。

4 强腐蚀性

在化工生产过程中，跑、冒、滴、漏的腐蚀性液体和气体对建筑物的腐蚀是很难避免的，这是由于在化工生产过程中，绝大多数都或多或少地会有腐蚀性的液体和气体排出。所以，在化工建筑结构设计中，防腐蚀设计是重要的组成部分[5]。然而，要想做好化工建筑的防腐蚀设计，首先必须弄清楚腐蚀介质的情况：腐蚀介质是什么、腐蚀介质的形态是气相还是液相、腐蚀介质的浓度如何、温度的高低怎样等等。并根据这些数据来确定建筑物的腐蚀程度类别，从而对建筑物的设备基础、地沟、地面、楼面、贮槽、顶棚、墙裙采用不同的防腐蚀措施，并在保证防腐蚀功能的前提下尽量选择经济实用的材料。例如对某些二、三、四层无大的冲击荷载的楼面可采用整体性树脂砂浆材料，而对于一层地面这样的具有较大冲击荷载的，要采用刚性块材防腐蚀，所以要具体问题具体分析。

5 防爆、防火、防泄爆

化工生产对化工建筑有很高的防爆、防火、防泄爆要求，因为化工生产很多都属于具有爆炸危险性的甲、乙类火灾危险性生产。在化工建筑设计中，应该严守《建筑设计防火规范》，确保规范中的各项防火要求。并根据化工生产中的火灾危险性分类，来确定各类厂房的耐火等级、防火分区和防火间距。轻质屋盖和易于泄压的门、窗、轻质墙体通常作为化工建筑防爆、防火、防泄爆的泄压面积，而不发火的水泥砂浆则可用于地面。

6 预埋件和留洞较多

预埋件和留洞应该在设计中引起足够的重视，因为在化工生产中，工艺设备的复杂、各种管线、管架的纵横交错、需要在建筑物的墙体、楼板、梁、柱、地面等处进行全方位的留洞和预埋件。如果遗漏，将会造成工艺设备的安装不便甚至于无法安装。

总之，经过多年的设计实践经验和设计方案体会，化工厂房的建筑结构设计特点应该被不断地探索和总结，让化工建筑更好地为化工生产服务。

［1］刘华音,任珉,陈建秋,温健婷,常乐.工业厂房振动危害的实测及减振研究[J].工程抗震与加固改造;2005,[S1].

［2］马国库，徐太安.浅谈结构概念设计在建筑结构设计中的作用[J].黑龙江科技信息;2008,(35).

［3］谭凌燕.浅谈工业建筑的特性及设计[J].化工设计;2009,(03).

［4］王轶伟.建筑结构设计浅析[J].民营科技;2011,(08).

［5］揭泽云.工业厂房结构可靠性鉴定方法的研究 [D].长安大学;2011.