论土建结构设计在环保工程项目中的重要性

王亮清

（航天凯天环保科技股份有限公司，长沙 410100）

1 加强土建结构设计在环保项目中的作用

任何一个环保项目的实施都离不开土建结构专业的参与，同时土建结构专业的设计又是项目设计的第一要务。工艺设备布局、管线走向、方案设计确定后，就需要考虑设备基础、支架结构、建（构）筑物结构及建筑设计的内容。土建结构设计是整个项目实施的第一步，土方开挖、基础施工、土方回填就绪后，工艺设备才具备安装条件。

2 正确认识土建结构专业的服务作用

土建结构专业的设计需根据工艺布局统筹考虑，服务工艺、设备、电仪专业的配套要求。土建基础及上部钢构件不但需保证其结构本身的承受荷载能力，工艺设备的布局安装还需兼顾电仪跟暖通消防专业的安装标准[1]。土建基础及钢筋混凝土结构的施工是不可逆的，无法在结构成型后进行返工处理。所以在土建结构设计前，需要结合各方面要求充分考虑。

3 合理的土建结构设计对项目成本具有控制作用

在环保项目的土建专业方案设计中，基础部分工程作为工程项目的核心内容，成本投入相对较高，一般占工程整体造价的1/5 左右。对此，拟建工程为了提高地基承载力、降低工程成本投入，需要优化基础设计方案。在对工程建（构）筑物的基础结构进行设计时，按地基承载力特征值确定底面积，传至基础底面积上的作用效应应采用正常使用极限状态下的标准组合值，而不是采用承载能力极限状态下的基本组合值进行计算。合理的计算可将基础底面积控制在相应范围内。除此之外，在优化独立基础设计时，可对地基承载力进行合理修正。根据《建筑地基基础设计规范》（GB 50007—2011）规定，当基础宽度大于3m或者埋置深度大于0.5m 时，可根据本规范的计算公式对载荷试验或者其他原位测试、经验值等确定的地基承载力特征值进行修正。使用修正后的承载力特征值，能够有效减少基底面积，减少基础结构中混凝土及钢筋用量，从而降低项目成本[2]。

建（构）筑物的基础选型也很重要，只有在保证基础选型的合理性及科学性的前提下，建（构）筑物的可靠性才能进一步提高。因此，设计人员在基础选型设计过程中，需对当地的地质情况、气候条件、地理环境等因素进行综合分析，做到统筹兼顾[3]，依据工程岩土详勘资料，结合环保项目中各个设备的功能特点，并借鉴项目厂区内其他建（构）筑物结构的建设经验，仔细分析结构形式、耗材情况等，甄选出经济性、安全性以及合理性较强的地基基础方案。当拟建项目所在地地质条件较好或者地基承载力较强，可以使用独立基础。在地基承载力较小的情况下，满足地基变形条件时，可以选用条形或者筏板基础。条形基础计算过程中可以使用弹性地基法和剪力平衡法，依据实际工作经验选择合适的构造措施。筏板基础内力计算使用剪力平衡法和楼盖法。但是，在筏板刚度相对较小的情况下，可以选取弹性地基法。筏板配筋除应当满足计算要求之外，还应当满足纵横两个方向支座位置上的钢筋连通要求。筏板厚度应当依据抗剪切要求确定[4]，一般取值不宜小于500mm。当遇到基坑开挖深度超过3m 时，为提高地基土承载力及消除湿陷性影响，可以采用地基换填处理的方式。基坑开挖超过5m 时，介于开挖难度大，对于危险性较大的工程，建议采用CFG 桩、高压旋喷桩、预应力管桩等桩基施工方案。独立基础见图1，桩基础见图2。

图1 独立基础

图2 桩基础

4 土建结构设计的可靠性是设备长期安全稳定运行的基础

土建结构的可靠性是指在结构合理的工作年限和设计基准期内（见下表），其结构外部和内部功能可供使用的最大程度。增强土建结构设计的安全性，不仅能够提高结构的质量，改善建筑的适用性，还可保障使用单位人员的生命及财产安全。

建筑结构设计工作（使用）年限

生产企业的环保项目主要涉及烟气脱硫、脱硝、除尘等工艺，参与烟气处理的主要设备有带直排烟囱的脱硫塔（湿法脱硫设备）、脱硝反应器、除尘装置、附属设备以及工艺管道等。土建基础设计的质量将直接影响后续设备的安装质量，甚至影响设备长期稳定运行。上部钢结构的设计也是重要的环节，关系到主管道与分支管对接、主管道与主要设备对接以及工艺设备安装标高等问题。设备全部安装就位并试运行验收合格交付建设单位后，其能否在工作（使用）年限内安全可靠的投运，直接取决于下部支撑结构的安全性、可靠性。所以，在进行土建结构设计过程中必须理解规范条文内容，了解结构计算软件参数设置的缘由。此外，为了使设计更加经济合理，结构设计过程必须基于规范的概念，在满足恒荷载、活荷载、管道或设备内部灰荷载、环境条件状况以及抗震设防要求等条件下充分设计[5]。

5 利旧改造的结构设计更需注重其承重性和安全性

在一些环保改造项目中，因周边原有的设备或管道支架、输送皮带栈桥等支撑结构体系建造时间较早，诸多荷载取值并不完善，但因后期环保排放要求的日益严苛，现有生产区域进行升级改造，这样就会出现结构件的利旧情况。对于此种情况，应先进行专业性检测鉴定，并根据原设计图纸进行建模，复核原结构是否具备在满足自身承重的前提下还能承受外加荷载的能力。其中，应充分考虑原有设备荷载，尤其是除尘管道（烟道）内的灰荷载情况，需根据亲水性灰质或憎水性灰质特性进行荷载取值。例如，亲水性灰载按管径的1/5 进行估算，憎水性灰载按管径的1/8 进行估算，或按积灰面积不小于管道截面积的5%进行估算[6]。这部分的荷载容易被忽视，但荷载重量却远远超过自身管道的重量。所以在利旧改造前必须对其结构的承重能力和安全性进行充分考虑后，方可进行后续工作。除尘器入口烟道支撑结构见图3，余热锅炉除尘调制塔支撑结构见图4。

图3 除尘器入口烟道支撑结构

图4 余热锅炉、除尘调质塔支撑结构

6 结语

发电企业、钢铁厂、玻璃生产线、水泥制造单位等纷纷通过新建环保设施或者改造现有的老旧设备来实现生产尾气达标排放。环保设施项目立项实施前，需要由专业的环保公司根据建设单位现有设备的生产情况确定工艺方案，再进行土建结构、电仪、暖通消防等专业设计。土建结构设计质量直接关系到环保设施项目工程建设的有效性和安全性。本文从环保设施项目的特点出发，分析了环保项目土建结构设计质量要点以及现场施工管理措施，以确保环保项目土建结构工程建设的顺利实施。