谈论水泥厂结构设计

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随着我国经济社会的不断发展，大规模的基础设施建设刺激我国的水泥产业迎来了一个飞跃发展的良好时间，再加上一些小规模的水泥生产企业进行扩改建，以及新的生产工艺的改进给水泥行业设计者们提出了更高的要求。在水泥厂施工图设计工作结束后，开始开工建设，参与结构设计的人员会根据业主单位和施工单位的需要进驻到施工现场，设计人员将会经历从基础工程开始到整个主体工程的完工和生产设备的安装。这个过程经历的周期比较长，设计人员对施工过程会有比较全面的了解，同时，设计人员具有成熟的专业理论与实践，能在施工过程中发现工程建设中存在的种种问题。而有些问题如果在结构设计阶段引起重视，就可以在施工阶段把这些问题避免掉。下面笔者就多年来参与的一些水泥厂驻场项目的角度，谈一谈自己基于驻场服务方面的一些见解。

1结构设计应更加协调

通过驻场的一些工作经历，笔者发现，如果设计工作各个专业或者同一专业不同专项之间配合更加规范和严谨，就会避免由于前期设计不合理对后续施工造成的一些负面影响。由于水泥厂建设项目不管是从投入的资金量还是工程建设的规模都属于大项目，这些原因导致项目在很多时候都处于边设计边定货的状态。在项目的施工过程中，由于结构方面产生的变更非常多，施工单位一般都希望尽早完工，在业主单位又催得比较紧的情况下，生产工艺以及建筑和其它的上游专业领域也会出现非常频繁的变更，这给结构专业制造了很多的设计变更。如果稍不留意或者结构设计人员不及时处理，将会造成遗漏变更或者所做的变更会与参与设计的其他专业所做的一些资料和变更有出入；除此以外，通过驻场服务笔者发现，参与结构专业的技术人员应该适当地掌握一些设计领域其他专业的一些基本知识。只有这样在结构设计过程中才能够做到心中有数，在某些特殊的情况下，结构设计人员还可以在做到在不影响其他的专业人员进行本专业的设计工作的前提下，对相关专业的某些设计方案提出一些有利于结构设计的修改意见。举个例子：生产设备中水泥磨的钢烟囱消音器其自身并不能承受自身的重量，所以在设计工作中考虑到这个问题需要额外的设计落地钢支架来支撑，如果在设计过程中设计人员通过相关专业的设计人员商量改为通过加强消音器本身的强度改变消音器的结构来解决结构不能承受自重和钢烟囱的重量的问题，通过以上的处理不但节省工程量而且可以减少工程设计量。再比如如果设计人员中的生产工艺专业人员提供的风管支撑点位置不够合适或者支撑点的数量偏少，会导致风管变形甚至下塌，在设计过程中如果通过生产工艺专业与结构设计专业人员的积极配合，同时采用结构专业合理的建议，在适当风管位置增加支撑点，就可以阻止风管的进一步变形。

2结构设计存在的问题

通过大量的驻场服务，笔者发现结构设计方面存在的一些不足之处也会导致施工中出现问题。比如混凝土部分的地上结构部分，随着我国建筑科研人员和建筑设计人员不断进行科学研究和设计实践，我国地上结构部分的工作已经十分成熟。在水泥厂的设计工作中有一个问题是很多水泥厂工程建设都会发生，那就是在预埋件与预留孔洞的位置上的误差和大小的准确性。这点问题反映出结构设计人员在设计工作中存在问题，是由结构设计人员在设计工作中对细小的问题不重视造成的。然而恰恰是由于这些结构设计人员细小失误给施工带来很多麻烦：例如会导致很多水泥厂在施工中大量地补设埋件，这样会给甲方带来一定的经济损失也会给施工单位的施工工作带来很多的困难与阻碍。由于整个结构的转换层上、下板的厚度均为200mlTl。在设计过程中应该加强转换梁与中筒的连接，这是因为水泥厂的结构转换梁与中筒连接处负弯矩比较大，同时钢筋的锚固构造也存在着问题。转换梁的断面与简体壁厚也显得不协调，因为简体的壁厚达到500TTIITI。由于以上原因的存在，在转换层的高度范围内的简体设置钢筋混凝土箍，目的是加强转换梁与简体的连接。水泥厂建设中钢结构采用得比较多，钢结构与混凝土结构的连接也比较多，而这两种结构因为在性质上的差别，相互之间的连接也应该以滑动或铰接连接为主。如果没有特别传递力的需要，应尽量避免采用刚接，否则会给结构安全带来负面影响。如某水泥厂黄料库与熟料链斗机由于施工的原因最开始是刚接的，结果链斗机启动时黄料库有轻微的摇晃，后来经复核验算后将刚接改成了滑动连接，问题就得到了解决。

1)基础部分的问题由于各工程的地质条件比较复杂和在动力设备基础设计上的经验不足(我国在动力设备基础设计研究方面远远落后于其他发达国家)，所以在水泥厂的动力设备基础施工阶段出现的问题比较突出。在某些施工现场，水塔在施工完成后还未投入使用便产生了比较严重的倾斜，虽然倾斜的原因没有确切的定论但水泥搅拌桩的使用是可以改进的：按照地基基础处理规范的要求，通常设计的水泥搅拌桩与建筑基础底面之间都是采用砂垫层(在同一工程的塔吊基础和风机基础采用的砂垫层也均出现了不同程度的不均匀沉降现象)，但由于各个现场的降雨量不同，地下水的丰富程度各有不同，因此级配不明、颗粒过细的砂垫层在地下水或雨水很丰富的地方就不适用了。因为在这种情况下不排除有由于地下水或雨水冲刷带走部分砂子使基础产生不均匀沉降或倾斜的可能性，但如果可以把砂垫层改为夯实的级配砂石层，应该可以避免该种可能性的发生。由于我国在动力设备基础的设计上计算模式并不很完善，因此在水泥厂风机基础设计上容易出现问题。从我们现场服务所遇到的问题来看，动力设备基础的设计应该注意以下几个问题：尽量让基础形心、设备重心、动力作用点与基础截面型心重合；基础配重一定要足够；承受同一设备的轴承座应该放在同一基础平面上，由于基础的自振周期对震动的影响比较大，在设计中应采取措施尽量避免共振现象的发生。

平时在水泥厂结构设计中，结构设计人员除了应该重视对结构强度的计算外，还应该对结构在正常使用状态下设备使用对构筑物的要求方面有足够的重视。譬如在某厂窑中的设计中，由于窑高度较高，在满足结构强度的条件下如果缺少对刚度的考虑，将导致在回转窑启动瞬间人能感觉到较明显的摇晃，在出现这种情况时，可以通过沿晃动方向加设两道剪力墙来控制上部基础的位移，通过在桩基承台两边加设两块混凝土配重块来控制桩顶位移，以妥善解决窑中的摇晃问题。因此在以后的设计中我们还应加强设备使用对构筑物的要求方面的考虑和计算。由于每个水泥厂所处的地质条件及环境各不相同，因此在基础设计中应充分考虑现场的特殊情况，不能一概而论。譬如某厂有一段皮带廊结构的支撑体系，施工放样时发现正好处于一鱼塘之中，因此设计人员在现场处理时应对这一特殊情况进行充分的考虑，给出对基础下持力层一个合理的处理方案，否则如果施工单位对基础未及时进行回填或回填不够，加上皮带廊高度很高，在拆模后皮带运行时势必导致支架出现比较明显的摇晃现象，而如果前期采用毛石砌筑围墙进行回填，摇晃现象可以排除。可见基础的正确处理及回填对上部结构的稳定性是很重要的。同时回填土也必须进行预压或其他有效处理后才能作为地基持力层使用，否则会产生较为严重的后果。如在某水泥厂的施工过程中，在某一回填土区域修建破碎站，由于施工单位没有对破碎平台的地基进行及时地有效预压，致使破碎站施工时平台地面出现大面积裂缝，而位于平台上的控制室受到影响也发生了严重沉降，且该控制室位于挡墙边上，由于泄水孔带走基底泥沙，使控制室不均匀沉降加剧，无法正常使用必须改址重建，损失很大。因此对于建筑物地基的处理每个结构设计人员都应结合现场所遇到的客观情况给予足够的重视。

2)地基的问题如果遇到不良地基，比如淤泥质土、软土区域，或者其它加载后沉降过大的区域，在这种地基上建设堆棚等大面积堆载型场地，就必须对地基进行相应处理，比如在堆载区域打搅拌桩、旋喷桩，或者进行堆载预压等，如果不进行这样的处理，就会出现堆场外围出现地面隆起开裂的情况，严重的时候可能会造成地基土剪切破坏。这种例子在西方国家第一次工业革命的时候就出现过，应该引起足够的重视，但是在现阶段我国的一些工程建设中仍然出现这样的事故，这是很不应该的。经笔者驻场服务发现：一些水泥厂的水泥库在工厂投产后，出现了水泥库中储存的水泥发生结块硬化现象，究其原因：一是水泥库结构的库顶板上面装配的压型钢板与水泥库的库壁之间没有完全封闭有空隙；二是施工阶段用于滑模而埋在库壁中的钢管到顶后没有进行封口工作，致使在下雨天，雨水通过库顶板挑檐流进缝隙再进入钢管，当钢管中水位过高以后由于强大的水压力，使钢管中的水通过钢管接口处焊接不好的地方渗出进入库壁混凝土结构，再渗透过混凝土进入库内使库中的水泥起块硬化；另外，这种情况对于结构的主体部分也是有危害的，就是雨水进入库壁的混凝土结构后会发生侵蚀库壁钢筋，使之生锈破坏，降低库壁强度，情况严重的还会造成生产事故，给工厂和国家的经济带来巨大的损失。因此，在设计阶段和生产阶段要解决这个问题，第一，在设计阶段的设计说明书中必须说明要有效封闭库顶与库壁之间的缝隙；二是必须给留在库壁中的钢管设置封板，同时在驻场服务阶段，设计人员可以告知施工单位、业主单位和监理单位进行此项工作的施工和管理。

3结语

以上是笔者通过对长期的驻场服务工作的总结，根据在驻厂服务期间所发现的部分问题对今后水泥厂的结构设计提出的一些建议，有不妥之处期望能够引起设计者们的讨论，同时也期望该文能在今后的设计工作中给相关的设计人员带来一定的帮助。