选煤厂主厂房结构方案探析

孙建斌

(煤炭工业太原设计研究院，山西太原 030001)

1 概述

选煤厂主厂房结构布置受工艺限制，有如下特点:平面凹凸不规则，层高高，错层多，楼层荷载较大且分布不均匀，振动设备多，大型设备(浮选机、压滤机、加压过滤机)一般布置在顶层，屋顶配有桥式检修吊车，主厂房的特点决定了结构复杂性。设计者应根据实际情况，选用合适的钢筋混凝土结构或钢结构方案，结构方案的选型直接影响设计计算，建设周期，成本投资，后期厂房维护及设备检修等。

下面我们比较一下两种结构形式的优缺点。

1)建筑方面:钢结构屋面、墙面均可采用复合板材，如彩钢板夹轻质保温材料等，保温、隔热、隔音、装饰一步到位，色泽和形式可按需求多重选择，无需再作室内外装修，具有强烈现代感;混凝土结构通常在空心砖墙或墙板砌筑完成后另加保温隔热材料，再作外饰面(如刷涂料或贴面砖、铺瓦等)，工序繁琐。

2)层高方面:在同样荷载及跨度的条件下，钢梁及钢柱有较小的截面，对于层高有要求的结构，其优势更明显。钢筋混凝土框架，梁柱构件截面大，自重也大，既不美妙又占领空间。

3)抗震功能方面:钢结构自重轻，强度高，延性好，对地震有很好的顺应性。而钢筋混凝土结构自重大，刚度大，很难有较好的延性，抗震功能较钢结构差。

4)施工方面:钢结构构件的制作在车间内完成，施工占地少，并能够保证加工质量，且不受外界场地及气象限制，结构可边加工，边运载，边施工，大大缩小现场堆料量，因此缩小了堆料场地。而混凝土结构由于现场施工，受气象条件及本身硬化周期影响，易耽误工期，且施工质量不好保证。

5)楼板方面:钢结构常采用两种楼面结构形式，一种是浸锌钢格板，另一种是压型钢板—混凝土组合楼板。钢格楼板优点一是省去了埋设工艺专注的预埋件，混凝土楼板埋件的种类多，数量也已千计，施工时易漏埋，错埋，一旦漏埋，错埋修改非常困难，优点二是中间的空隙决定了厂房的采光性好，缺点是到处漏水，楼面刚度差，不利于检修设备且设备运行时振动较大;压型钢板—混凝土组合楼板的优点是施工方便，不需支底模(可立体式多层同时施工)，受力性能好，具有密肋楼盖的较好刚度特性，设计理论成熟、简单，如果不考虑压型钢板的受力组合作用(一般都是这样考虑的，仅将压型钢板作为底模用，设计仅验算其施工阶段的极限状态是否满足要求)，对板底压型钢板的规格要求、防火要求、防锈要求都较简单;组合楼板缺点是楼板上预埋件同混凝土结构一样多，特别是预埋螺栓时，须钢梁上留孔，为了设备安装牢固(避免螺栓安装在压型钢板凹槽内)，组合楼板常在所有设备安装完成为施工楼板，造成设备安装时需铺设临时通道作业，工人不安全且设备地脚埋入楼板中，给以后的设备维修及更换带来了不便。

钢筋混凝土框架楼板与梁一次浇筑成型，土建施工完成后才进行设备安装，安装时工人安全，且设备维修及更换非常方便。缺点是施工楼板需要支模，需要养护且达到一定强度后才能施工上一层楼板，时间消耗较多。

6)工期方面:由于施工方法的不同，钢结构主厂房较混凝土主厂房工期正常可提早1个月～2个月(不计受气象条件影响天数)。

7)基础方面:钢结构的轻质高强，使得钢结构厂房自重约为混凝土厂房自重的25%～40%，钢结构的柱脚内力明显比混凝土小很多，因此减少了基础和地基处理费用，这对地基条件差的工程有着显著的经济意义。

8)环保方面:钢结构一方面大量减少混凝土和砖瓦的使用，减少了城市周边的开山挖石，且现场可干式施工，节约用水，产生的噪声小、粉尘少，有利于环境保护，而且建筑使用寿命到期，结构拆除产生的固体垃圾少，废钢资源回收率高，是一种绿色环保产品。混凝土结构则相反。

9)耐久性(防锈)方面:钢结构防锈及涂装设计应综合考虑结构的重要性、环境侵蚀条件、维护条件及使用寿命，以及施工条件与工程造价等因素，合理的选用或确定钢材表面原始锈蚀等级、除锈方法与等级、涂料与涂装要求以及涂装施工的质量检验要求等。在弱侵蚀及中等侵蚀性环境中的构件，不应采用表面原始锈蚀等级低于B级的钢材。现在的煤矿主厂房基本上是重介洗选，厂房内环境相对湿度大于75%，生产过程中有少量的弱酸盐溶液，根据生产环境对建筑材料的长期腐蚀特性，环境侵蚀作用应定为中等侵蚀性。对于中等侵蚀作用的承重构件，除锈方法采用喷射(丸、砂)除锈，除锈等级为(非常彻底)。经除锈后的钢材表面在检查合格后，应在要求的时限内进行涂装，防锈涂层一般应由底漆、中间漆及面漆组成，选涂料时应考虑底漆与除锈等级的匹配，以及底漆与面漆的匹配组合。经过多年的跟踪回访，由于主厂房生产环境差，选煤厂钢结构厂房的钢构件(钢柱及钢梁)使用2年就出现表面锈蚀现象，为了保证生产的正常运行，有固定的人员随时对钢构件进行小型的维护，每三年对厂房进行一次全面防腐维护，每次花费数十万元。相对于钢结构的复杂除锈及后期每隔3年～5年的反复维护，钢筋混凝土结构具有很好的耐久性，正常使用条件下不需要保养和维修，后期维护费用基本为零。

10)防火方面:钢结构最致命的弱点是钢的耐火性能非常差。钢的内部晶体组织对温度非常敏感，温度升高或者降低都会使钢材性能发生变化，蠕变在较低温度时也会发生，但温度越高蠕变越明显。在260℃以内建筑用钢强度不变，260℃～280℃开始下降，达到400℃时屈服现象消失，强度明显降低，达到450℃～500℃时，钢材内部再结晶使强度急速下降，进而迅速失去承载力，导致结构不能继续使用甚至倒塌。钢结构的防火设计原则，是在设计所采用的防火措施条件下，能保证构件在所规定的耐火极限时间内，其承载力仍不小于各种作用产生的组合效应。选煤厂主厂房生产类别为戊类，耐火等级为二级，根据《建筑设计防火规范》第3.2.4条，丁、戊类厂房(仓库)二级耐火等级时，建筑的梁、柱可采用无防火保护的钢结构，附录中补充说明本条主要针对钢结构而言，对于有条件达到同级耐火等级建筑构件的耐火极限时，应尽量满足本规范第3.2.1条的规定，防火时根据《钢结构防火涂料应用技术规范》，选用涂料的类别及做法。喷涂防火涂料前，应按规定除锈，并进行1遍～2遍底漆涂装。

钢筋混凝土结构与钢结构相比具有很好的耐火性。混凝土是由水泥、水、骨料和外加剂经过搅拌、浇捣和硬化过程形成的一种水硬性复合材料，在高温作用下，混凝土将发生热分解，从而改变混凝土的力学性能。对于普通硅酸盐混凝土而言，处于400℃以下时温度对其强度影响不大，甚至还有一定程度的提高，但处于800℃ ～1 000℃时，其强度下降幅度较大。厂房着火时，温度一般远低于800℃，根据《建筑设计防火规范》条文说明知，在钢筋混凝土框架中，当构件本身的截面尺寸及钢筋保护层厚度满足构造时，建筑构件的耐火极限远大于防火规范规定的时间，所以混凝土结构本身不需要防火处理。

11)抗裂性方面:正常使用阶段钢结构不存在裂缝;而混凝土的抗拉强度非常低，因此，普通钢筋混凝土结构经常带裂缝工作。尽管裂缝的存在并不一定意味着结构发生破坏，但是它影响结构的耐久性和美观，当裂缝数量较多和开展较宽时，还将给人造成一种不安全感。

12)造价方面:钢结构一次建成投资大概比钢筋混凝土框架高出约20%，没有考虑主厂房后期的防腐费用。

13)舒适性方面:在振动设备较多的厂房内，现浇钢筋混凝土结构的整体性较好，刚度大，生产时结构振动要小于钢结构，且由于钢框架布置的柱间支撑，影响设备检修及人行通道。

2 结语

鉴于钢结构和混凝土结构以上特点，主厂房得经过多项方案比较并结合整个场区的综合考虑，得出一个综合指数较高的方案，比如现在流行的内部设备支架与外围护结构相互脱开，内部支架选用钢筋混凝土框架，外围护采用轻钢门式钢架(配桥式吊车)。

［1］GB 50583-2010，选煤厂建筑结构设计规范［S］.

［2］GB 50016-2006，建筑设计防火规范［S］.