水泥厂窑尾结构设计中存在的问题研究

杨丽娜

江苏省建筑材料研究设计院有限公司（210003）

0 前言

水泥作为最重要的建筑材料，有着非常大的用量和需求，水泥工业也在此背景下得到了快速稳定的发展。在新型的干法水泥生产工艺当中，窑尾是非常重要的核心工程。在规模较小的水泥厂，窑尾结构设计是多层的钢筋混凝土框架结构。随着水泥厂生产规模的不断扩大，结构高度也越来越高，个别工程高度甚至超过了百米，混凝土框架结构很难满足其安全性的要求。因此水泥厂在建设当中很多都是采用钢结构作为主要的承重构件。采用钢结构的水泥厂窑尾结构不仅仅保证了安全性能，同时兼具了经济性，具有非常良好的应用前景。

1 水泥厂窑尾结构设计中常见的问题

1.1 缺乏专门的规范指导

目前，水泥厂窑尾结构在设计和施工的过程当中还没有专门的设计及施工规范。因此对这种复杂的受力体系，设计人员一般采用有限元进行分析和荷载计算。但是由于没有规范作为指导，加上窑尾的结构本身受力体系比较复杂，生产的工艺和设备存在较大差异。在水泥厂窑尾的结构构件布置及受力传导性能等方面，都很难准确地进行分析判断，严重影响了整个窑尾结构的安全性能。

1.2 设计计算和工程施工存在差异

水泥厂窑尾结构设计中，设计和工程中存在一定的差异是很常见的一个问题。结构设计通常采用的都是刚性楼板，忽略了楼板的平面变形。在实际工程当中，窑尾的工作平台一般都是由6 mm厚的钢板铺设而成，楼面上的大量开洞是由于工艺需求预留的洞口。因此楼板的刚度一般会受到一定的影响。造成了在计算与工程施工存在一定的差异。在水泥厂窑尾结构设计当中，需要对荷载进行分析和计算，但是除了设备荷载和自重，窑尾结构还需要承受物料荷载、风荷载、物料平台荷载等，这些荷载组合系数和实际的工程相比存在一定差距，因此需要重视可变荷载组合系数对水泥厂窑尾结构设计的影响。

1.3 计算荷载分析不够准确

水泥厂窑尾结构属于高层建筑结构，包括地震作用和风荷载等水平荷载有着非常大的影响。窑尾中会安装大量生产设备，设备的尺寸及高度都会对整个窑尾结构产生影响，因此在结构设计的时候，需要对设备的布置情况及设备的运行情况给予足够的重视。动荷载作为一项非常重要的内容也需要进行考虑。在进行荷载计算的时候，应该将风荷载作为一个主控荷载进行分析。如果风荷载直接作用在金属设备上，其特殊的作用方式对于窑尾结构设计会有一定的影响。同时由于窑尾结构平面尺寸、结构高度、荷载等问题，在进行地震作用组合的时候，和一般的建筑结构形式存在一定的差距，需要考虑结构的大变形效应。

2 水泥厂窑尾结构设计要点

2.1 水泥厂窑尾结构基础设计

在窑尾结构设计时，首先要做好基础设计。窑尾的基础设计和地质状况有着非常大的关系，因此在进行设计之前应该对地勘报告进行分析和研究，收集相关的资料。要保证窑尾在使用的过程中不会出现较大的变形或者倾斜，避免对整个窑尾结构产生影响。在进行窑尾结构基础设计的时候，首先要对基础形式进行选择。基础形式选择需要结合地质状况及窑尾结构的荷载情况进行分析和计算，采取比较多的基础结构形式为阀板基础和箱型基础，这两种基础整体刚度较好，可以有比较大的承载能力。

由于窑尾结构的基地反力较大，采用刚性柱脚进行连接。混凝土柱的刚性柱为现浇混凝土的形式。钢管混凝土和钢柱的柱角形式较多，实际施工中需要结合断面形式、经济指标等进行综合考虑，选择一种最合适的柱脚形式，保证连接的可靠性[1]。

2.2 水泥厂窑尾结构构件设计

水泥厂窑尾结构主要构件包括梁、板、柱及水平和柱间的支撑等。梁一般采用的是型钢梁或者是H型钢梁，根据受力情况也可以采用箱型截面。对于跨度较大的，或者是支撑设置存在一定问题的，在满足承载力要求的情况下，还需要满足正常使用极限状态的要求。窑尾的楼板一般采用的是花纹钢板。花纹钢板在使用过程中，平面刚度无法得到有效保证，需要在结构设计中将其作为弹性楼板进行计算。花纹钢板在施工的过程中比较方便，施工的周期较短。在进行板平面铺设的过程中，可以采用压型钢板，然后浇筑混凝土，这样可以进一步增强平面内的楼板刚度。压型钢板的防水性能和防噪性能较好，平面刚度可以满足结构的需求，但是整个施工的周期较长[1]。

3 结语

在新型干法水泥生产过程中，窑尾是非常重要的核心建筑，需要保证窑尾结构的安全和稳定。在水泥厂窑尾的结构设计过程中，应该尽早对相关的工程经验进行总结归纳，并编制对应的设计及施工规范指导水泥厂窑尾的设计及施工，以保证其使用安全。