HTCC项目水泥熟料生产线工程结构设计研究

熊彬

（成都建筑材料工业设计研究院有限公司）

HTCC项目水泥熟料生产线工程结构设计研究

熊彬

（成都建筑材料工业设计研究院有限公司）

多哥塔布利博日产5000吨水泥熟料生产线（HTCC项目）结构设计中，依据合同规定，库设计采用DIN标准，并通过第三方GRUNER审查。整个结构设计方案依据项目所在地的环境特点、合同中的技术要求及项目的管理组织等因素，对不同子项目的结构方案进行详细分析，确定子项结构形式。

涉外项目；水泥生产线；结构设计；混凝土框架；混凝土筒仓

1 工程介绍

多哥塔布利博日产5000吨水泥熟料生产线项目由德国海德堡水泥集团投资，成都建材院承建，采用总承包模式，为业主提供工程设计、设备供货、工程建设以及生产调试服务。水泥生产线项目位于多哥滨海区约托行政区，首都洛美东北约90公里处［1］。

结构设计项目的主要子结构包括石灰石破碎、石灰石堆棚、原料配料、黏土烘干、生料磨、均化库、窑头、窑尾、窑墩、熟料库、原煤卸料、熟料散装、储存仓库、转运站以及输送廊道等。

该项目在实施阶段发生过暂停，但设计并未停止。项目再次开工后，对所有结构设计进行了核对。

工程场地的地基承载力一般，除窑尾的基础设计采用钢筋混凝土条形基础，窑墩采用筏板基础，熟料库采用环板基础外，其余子结构的基础设计均采用独立基础。多数子结构的上部结构形式为钢筋混凝土框架，框架的结构设计依据中国标准设计，均采用PKPM完成。

2 结构设计

2.1 钢筋混凝土框架

该生产线项目中，石灰石破碎、原料配料、黏土烘干、窑头、原煤卸料、熟料散装及转运站等子结构其上部结构均为混凝土框架。因其作为工业建筑，其结构设计较民用框架设计复杂。具体表现为：

⑴因生产工艺需要，框架楼面板开洞较多，且尺寸、位置的布置复杂多变，设计过程中，诸如刚性楼板等原有的设计前提假定需要重新考量；必要时，须另外建立模型进行分析；

⑵因生产设备原因，结构的静荷载与动荷载取值较大，结构负荷水平高，设计时，要考虑设备的工作频率，避免因设备运作引起结构共振；此外，部分设备在结构施工过程中可能已经安装，则这一类设备给结构造成的荷载变化等的影响也应充分考量；

⑶部分结构的楼面层高变化大，错层楼面、跃层柱等对框架的不良影响普遍存在［2］，可能要另建模型分析。在设计时即使充分使结构对称布置，结构也会因上述原因不可避免地产生竖向及平面不规则，故在设计过程中，要充分运用概念设计的理念，减少不规则性对结构的不利影响；

⑷因设备安装原因，结构的精度要求较高。民用建筑中很多不需要进行放样的施工过程在工业建筑施工中考虑后期设备的安装，需要进行放样施工。避免因后期设备安装，花费大量人力物力进行校正；

⑸结构中预埋件较多，预埋件位置、方向等的布置除需考虑后期安装的设备位置外，还需要注意不能与结构中锚筋、钢筋网节点冲突，否则预埋件定位不好控制。

此外，依据各子结构的不同特点，结构的部分设计也有相应调整。

石灰石破碎结构子项因建筑高度较大，为降低结构自重，节约施工费用，其封墙采用彩板，屋面采用轻钢屋盖。

转运站结构子项中部分较高的转运楼采用条形基础或筏板基础。

原料配料结构子项设计为方仓，建筑体形较小，荷载较小。

2.2 筒仓

该水泥生产线项目中，均化库及熟料库的上部结构均为混凝土筒仓，贮量大、耐久性好，适宜满足生产工艺要求，采用预应力形式，降低成本。依据合同规定，采用DIN标准，通过第三方GRUNER审查，并与GRUNER配合，完善了涉外项目筒仓计算表。

均化库筒仓直径22.5m，高度69m，采用后张法预应力施工，预应力扶壁设计参照以前的工程做了一圈6个，以后工程可进一步优化做成一圈4个，库顶由双坡钢屋面改成伞形钢屋面，用钢量相差不大。熟料库筒仓直径45m，高度26.8m，单位体积混凝土含钢量149.2 kg/m3，预应力钢筋用量47.39t，普通钢筋用量443t，在此库的基础设计中，考虑第三方审查意见，基础钢筋远大于常规设计，库顶采用网架结构，并通过一定的措施，有效地减少了网架钢结构用量。

在整个筒仓的结构设计过程中，应注意判断其承载特性，依据深仓与浅仓两种不同的压力计算模式，计算并复核贮料压力。

2.3 其余结构

该项目子项中，石灰石堆棚结构子项及输送廊道采用网架结构，重量轻，刚度大，空间受力小；生料磨各车间基础采取独立基础，上部钢筋混凝土框架结构。立磨厂房18m跨，高度43.2m，有桥式吊车，采用钢结构，储存仓库采用钢结构，建设速度快，投资省，布置较灵活；窑墩采用门式结构，取消传统方式设计中，支架落地，支架高度高，体积较大的方式，将三次风管支架落在窑墩上，且在设计窑中走道板时，应考虑桁架侧安装的各种小风管的荷载。

结构形式的确定在结构设计初期就要有所考量，除依据规范考虑结构形式特点及适用范围外，将建筑的使用功能及其生活生产特点纳入结构形式的确定也是不可或缺的。

同时，该项目曾在实施阶段暂停，因此设计过程中又存在诸多与项目管理及施工组织等不相协调的地方。诸如在挡土墙设计中，因该项目地基土为压缩性土，后期挡土墙在土压力作用下地基变形，挡土墙外倾，致使挡土墙顶部倾斜量达到70mm左右，业主要求后期进行修补处理。因此，结构设计时还需纳入项目管理及施工组织等要求的考量。

其次，HTCC项目作为涉外项目，又具有其一定的特殊性。

在设计审查过程中，由业主工程师定期到院内集中开展设计审查，效率高，速度快。筒仓结构由业主指定的第三方咨询公司审查，耗时长，问题较多，效率低下。在审查过程中发现了诸多需要改进的地方：

⑴计算书准备不充分，一边审查一边补充计算书，有的来不及补充，只好简化处理，或做出让步，按审查工程师意见修改图纸；

⑵计算软件单一，无英文软件，无国际通用软件，与业主工程师交流不便；

⑶合同执行不够严谨，窑头等子项楼面堆料荷载在审查过程中有较大增加等。

总结HTCC项目的结构设计经验，在设计过程中，详细充分的地质勘察，有利于降低基础造价。土质地基，除了钻孔外，还应开展有代表性的载荷板实验，便于获取浅基础地基承载力；地下结构应充分考虑地下水及地质情况，注意基础开挖对降水的要求；同时对于挡土墙的设计应对墙后回填土提出质量要求，并充分考虑防水、排水措施；若建筑物处于软弱地基上，还应对结构进行沉降分析等。

3 结语

HTCC项目中涉及的结构设计中需要充分考量的关键点在很多水泥熟料生产线结构设计工程中是普遍存在的，故对于这一类工程项目，HTCC具有一定的参考价值。而水泥生产线工程结构设计的研究中还有很多难点亟待解决，仍需广大结构设计师进一步探讨［3］。●

［1］张改萍.成都院承建的海德堡多哥水泥厂项目竣工［J］.新世纪水泥导报，2015（2）:1-1.

［2］王汀.水泥生产线设计中的有关结构问题 ［J］.江苏建材，2006（4）:15-16.

［3］吉同宁.铜陵海螺5000t/d国产化水泥生产线示范工程结构设计［J］.水泥工程，2003（2）:51-53.