浅谈化工建筑结构的设计

摘要：化工建筑结构设计对于化工厂房的安全使用具有十分重要的意义，本文首先探讨了化工建筑的一般结构设计，进而从两个方面分析了化工建筑的钢结构设计，最后分析了化工建筑设计的未来发展。

关键词：化工建筑；结构设计；未来发展

中图分类号： S611文献标识码：A 文章编号：

一、化工建筑一般的结构设计

一般来说，车间布置结构设计是化工建筑一般结构设计的基础。车间布置结构设计分为车间厂房的整体布置和设备布置设计，车间厂房整体设计包含：生产设施（如生产车间，反应池，反应框架等），生产辅助设施（如泵房，变配电室，制冷机房等），生活行政设施（如办公楼，宿舍，食堂，锅炉房，浴室等）；设备布置分为室外设备布置和室内设备布置，根据工艺需要布置在地面或者楼面上，通过设置梁、板、柱、基础满足设备放置要求，依据的专业设计规范主要有：《压缩机厂房建筑设计规定》，《石油化工钢筋混凝土水池结构设计规范》，《乙炔站设计规范》，《锅炉房设计规范》，《石油化工企业设计防火规范》等，应用的结构设计软件主要有pkpm系列结构设计软件。设备布置是关系结构设计的最主要内容，根据设备具体特性分为：反应器，混合设备，蒸发设备，结晶器，容器，加热炉，塔类设备，换热器，泵、风机等运转设备，过滤机，干燥器，气体净化设备，罐区等。根据这些不同设备的结构受力特点，我们将它大致分为塔基础（独立塔和联合塔基础），动力设备基础（压缩机基础，离心机基础，风机基础等），储罐类设备基础（油罐，气柜等），筒仓类基础（如造粒塔），空分冷箱类高耸结构基础。依据的专业设计规范主要有：《石油化工构筑物抗震设计规范》，《化工设备基础设计规定》， 《动力机器基础设计规范》，《石油化工塔型设备基础设计规范》，《石油化工压缩机基础设计规范》，《造粒塔设计规范》，《石油化工企业钢储罐地基与基础设计规范》，《石油化工企业排气筒和火炬塔架设计规范》，《石油化工企业管式炉基础设计规范》等。应用的结构设计软件主要有石油化工特种构筑物系列结构设计软件，大块式动力机器基础计算软件等特种结构软件。

二、化工建筑的钢结构设计

（一）柱主筋工程

第一，钢筋拼接。一是钢筋拼接应依图样及说明书的规定。直径35mm以上的钢筋不得叠接。二是束筋中个别钢筋的叠接，可依同径单根钢筋的叠接长，但束筋中各根的叠接不得互相重叠。三根一束中钢筋的叠接长，应比相关规定加20%，四根一束钢筋的叠接长应加3%。三是挠曲构材中钢筋的叠接，如果不重叠紧密，其侧向间距不得大于叠接长的1/5或15cm。四是钢筋拼接如果用焊接，对焊接头的拉力须能达到钢筋规定降伏强度的1.25倍，并应符合有关焊接的规定，不能达到1.25倍强度时，只能用于低应力位置。

第二，拉力钢筋叠接。一是拉力钢筋连接时，其叠接长应按其应用分类不少于相关规定握降伏强度拉力握持长度（ld）的1.0、1.3、1.7或2.0倍。应用2.0倍持长的主筋须以符合规定螺筋围扎，且不得因螺筋而减少需要握持长。二是钢筋直径＞13mm，端部须用半圆弯端。拉力叠接应避免用于最大弯矩及高应力处，如果必须应用时，应依其降伏强度设计其叠接、焊接或锚锭，如果叠接处不超过钢筋根数的一半时，其叠接长不得少于握持长度的1.3倍。如果超过一半时，不得少于握持长的1.7倍，如果所累计的应力超过降伏强度一半以上，均应符合此规定。

第三，压力钢筋叠接。一是压力钢筋连接时，其叠接长不得少于相关规定要求，如果钢筋降伏强度不＞4200kg/cm2时，不得小于降伏强度与直径乘积的1/140cm长；如果降伏强度＞4200kg/cm2时，不得小于降伏强度的1/78-24与直径乘积的公分长，且不得＜30cm。如果混凝土规定压力强度不到210kg/cm2，则以上叠接长应加1/3。二是压构材主筋加以螺筋围扎，其叠接长只须前述规定的75%，但不得＜30cm。三是纯压力的主筋连接时，得以适当物件保持其两者同心，而互相顶接，端部必须切平方正，筋端面与筋中轴垂直面的偏差不得＞1.5°，以适当物件固连后的偏差不得＞3°。四是焊接应依据相关规定执行。

（二）植筋工程

第一，植筋方法的力学理论。钢筋植入方法的开发是为解决建筑物增建或改建时，因原有建筑物的结构R.C.筋计划上无预先留下足供增建结构部份的连结用配筋，若采用新增建部份的配筋与原有结构物的配筋，以焊接方式接合仍无法达到构架的弯矩传递所应具有的锚定力（Anchor），因此新旧结构的接合点只能视为Second Hing（次铰支点）的作用，就如果同R.C.结构的龟裂断裂相似，在结构应力的形态上与原设计有所不同而致破坏倒塌，若换另一种方法以独立的结构构架来与原有的结构体系也并无不可，但因须新设结构柱及基础所费的成本较高，抑或仅增建顶层时，底下数层的结构必须破坏并重作新基础，施工成本的浪费并非新建工程的方式所能比拟，因此无法不计成本采用此种费时费事，成本又高出许多倍的施工方法。第二，钢筋植入方法施工的注意事项。一是植入孔的穿孔孔洞必须清理干净。二是植入孔内不得潮湿，务必烘干，否则会影响Epoxy（环氧）效果。三是注入的材料中硬化剂属于易燃物，应置于阴凉处且不得使的接近火源（抽烟或日晒均有危险）。四是注入的材料每次拌合的量不可太多，因拌合后即开始反应并生热能，不但会烫手且三小时左右即会硬化完成。五是使用的注入工具多次使用或间歇使用时，必须视硬化沾着物的情况予以更换。六是钢筋植入完成后，新增建部分的混凝土捣筑后仍有新旧混凝土的接触面形成，因此新捣的R.C.干燥折模完成后，仍应对新旧混凝土接触面施以Epoxy注入作业，才可使其接合完全，否则新旧混凝土接合处无法夯实。

三、化工建筑设计的未来发展

（一）化工建筑一般设计理念的异化

一是人与建筑间主体客体的异化。现代主义建筑的工业化将建筑视为居住的机器，看起还似乎人是主体建筑为客体，但是真正表现出来的却恰好相反，建筑物是要给人使用的，每一个使用者都会有不同的使用需求，模距化的空间有利于大量生产，却不利于个别需求的使用空间，使用者使用行为在化工建筑设计过程当中已经被考量进去，使用者只能按照建筑师所规划的空间去使用。工业化生产的建筑物变成了主体，人变成了客体。二是建筑与环境间的异化。建筑技术的进步与建筑新材料的发明，产生人定胜天的观点，在建造的过程对环境的破坏造成土地破坏，建筑大量的使用钢筋混凝土建材，建筑的兴建毫不考虑如何谦虚地与所处的环境融合，大肆的兴建造成环境的破坏及影响生态平衡。

（二）钢结构设计的发展

一是高强度钢于大型化工建筑的应用。目前国内钢厂已可生产高强度超厚建筑结构用板（CNS SM570M）：钢板抗拉强度达570 MPa以上，板厚可达80 mm，具有低降伏比、窄降伏强度范围等耐震性能，焊接性良好。在国内有能力量产的前提下，乃宜鼓励建筑界普遍采用，本项产品已用于我国不少化工建筑物的钢结构中。二是耐候钢、耐锈蚀的应用发展。耐候性钢材是添加耐蚀合金元素，改变其腐蚀化性或产生细密保护膜，以致于在使用环境中，不影响原有的性能，且具有耐蚀性。如货柜用耐候钢、结构用耐候钢、海洋结构用钢、抗硫酸露点腐蚀钢与抗高温氧化用钢。另以冶金或化学方法被覆一层或多层金属或非金属材料于钢材表面，以牺牲或保护方式来防蚀。如电镀、热浸镀锌钢片与其后处理技术。

参考文献：

[1]高渊.我国土建结构工程的安全性与耐久性现状分析[J].开封大学学报，2005年第3期.

[2]李刚.浅议我国工业建筑设计的发展趋势[J].黑龙江科技信息，2010年第8期.