淺談還蒸車間的結(jié)構(gòu)防腐蝕設(shè)計

張文清

1 工程簡介

1.1 還原蒸餾車間特點

還原蒸餾車間是海綿鈦生產(chǎn)過程中的主要車間之一，工藝流程技術(shù)復(fù)雜，在生產(chǎn)過程中產(chǎn)生大量的鹽酸酸霧，使得還蒸車間整個結(jié)構(gòu)處于侵蝕性氣態(tài)介質(zhì)的作用環(huán)境下，結(jié)構(gòu)設(shè)計時防酸腐蝕設(shè)計顯得尤為重要，文中還將對此做進(jìn)一步介紹。

1.2 還原蒸餾車間概況

還原蒸餾車間總長為706.15m，總寬為45.7m，廠房柱頂標(biāo)高為21.200m，廠房屋架端檐口標(biāo)高為22.850m，廠房柱距為7.2m的非標(biāo)準(zhǔn)柱距（標(biāo)準(zhǔn)廠房柱距為6m），主廠房為30m跨度的單跨排架結(jié)構(gòu)，廠房根據(jù)結(jié)構(gòu)需要按規(guī)范設(shè)置七個伸縮縫。在主廠房A、B軸線上下兩側(cè)設(shè)置配電系統(tǒng)偏跨等（即1～12#配電所、控制室、PCL機柜室、MCC室；真空泵室及泵油處理間）；1～2#軸線為左側(cè)偏跨，其用途為會議室及辦公室，所有偏跨均與主廠房之間設(shè)100mm的結(jié)構(gòu)縫脫開，偏跨的結(jié)構(gòu)形式為多層的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。主廠房內(nèi)設(shè)五臺重級（A7）工作制吊車，起重量為50/10t，跨度為28.5m，吊車軌道頂面標(biāo)高為18m。主廠房內(nèi)根據(jù)工藝要求以52～53#軸線7.2m柱距的中點位置為對稱軸，分別設(shè)置以下區(qū)域：1～13#軸線為預(yù)抽真空系統(tǒng)區(qū)域；13～15#軸線為運輸通道；15～26#軸線為還原蒸餾區(qū)域；26～28#軸線為運輸通道；28～39#軸線為還原蒸餾區(qū)域；39～41#軸線為運輸通道；41～47#軸線為取出區(qū)域；47～48#軸線為翻轉(zhuǎn)區(qū)域；48#軸線至對稱軸為取出區(qū)域；上述為左側(cè)區(qū)域，整個還原蒸餾車間以對稱軸為左右對稱。還蒸車間內(nèi)主要設(shè)備操作層的樓板標(biāo)高為7.000m，采用鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，為了方便主廠房預(yù)制柱的吊裝，在預(yù)制柱上設(shè)牛腿支撐7.000m樓板梁。

2 防腐蝕結(jié)構(gòu)設(shè)計

2.1 前 言

還原蒸餾車間（含準(zhǔn)備車間及還蒸酸洗車間）在常溫下，生產(chǎn)工藝過程中產(chǎn)生大量的鹽酸酸霧等氣態(tài)介質(zhì)，其氯化氫介質(zhì)含量通常在0.05～1.00mg/m3之間，當(dāng)環(huán)境相對濕度大于等于75%時，即構(gòu)成強腐蝕條件，還原蒸餾車間廠房的各構(gòu)件長期在鹽酸酸霧等氣態(tài)介質(zhì)的侵蝕環(huán)境作用下，對帶裂縫工作的鋼筋混凝土、預(yù)應(yīng)力混凝土、鋼結(jié)構(gòu)等結(jié)構(gòu)構(gòu)件產(chǎn)生腐蝕性，嚴(yán)重情況下甚至導(dǎo)致結(jié)構(gòu)變形或破壞，因此，為了保證整個車間的安全必須做好防腐蝕設(shè)計。

按照《工業(yè)建筑防腐蝕設(shè)計規(guī)范》（GB50046-2008）中“氣態(tài)介質(zhì)對建筑材料的腐蝕性等級”劃分為強腐蝕等級，屬于最高等級。為了保證還原蒸餾車間在設(shè)計使用年限內(nèi)正常使用，防腐設(shè)計應(yīng)遵循預(yù)防為主和防護結(jié)合的原則，根據(jù)生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的大量鹽酸酸霧的腐蝕性環(huán)境條件、生產(chǎn)操作管理水平和施工維修條件等，綜合選擇防腐蝕措施。對危及人身安全和維修困難的部位，以及重要的承重結(jié)構(gòu)和構(gòu)件加強防護。下面針對結(jié)構(gòu)防腐分別介紹如下：

2.2 基礎(chǔ)部分

根據(jù)地質(zhì)部門提供的詳勘報告，基礎(chǔ)的持力層為卵石土層，承載力特征值為500kPa，得出還原蒸餾車間基礎(chǔ)方案采用擴展基礎(chǔ)方案。對基礎(chǔ)部分進(jìn)行防腐蝕設(shè)計，基礎(chǔ)墊層采用耐腐蝕材料——瀝青混凝土（厚100mm）做墊層；所有柱擴展基礎(chǔ)及設(shè)備基礎(chǔ)表面防護，采用環(huán)氧瀝青涂層防護，施工時要求其涂裝厚度大于等于500μm，基礎(chǔ)底板鋼筋混凝土保護層加大為50mm，混凝土強度等級大于等于C40；混凝土灌注樁的混凝土強度等級不低于C35，同時水灰比不大于0.45，抗?jié)B等級不應(yīng)低于S8，樁身鋼筋的混凝土保護層厚度大于等于55mm。經(jīng)過投產(chǎn)后生產(chǎn)實踐的檢驗，這些措施有效地保護了承重結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)部分，使腐蝕危害大大降低。

2.3 鋼筋混凝土廠房柱

還蒸車間的主廠房內(nèi)設(shè)五臺重級（A7）工作制吊車，吊車噸位大，起重量為50/10t，軌道頂面標(biāo)高較高，吊車軌道頂面標(biāo)高為18m，設(shè)計時綜合考慮了預(yù)制廠房柱制作、運輸、吊裝條件等的要求；此外，還原蒸餾車間主廠房預(yù)制鋼筋混凝土柱，由于其工作環(huán)境為強腐蝕環(huán)境，根據(jù)規(guī)范要求不應(yīng)采用腹板開孔的工字形截面，應(yīng)盡可能采用實腹式柱斷面，嚴(yán)禁在柱腹板開孔，以免對鋼筋造成腐蝕。經(jīng)過結(jié)構(gòu)設(shè)計，要求平面排架結(jié)構(gòu)計算必須滿足橫向剛度計算要求，即按一臺50/10t橋式起重機最大的吊車橫向水平荷載標(biāo)準(zhǔn)值的作用于排架柱吊車梁頂面標(biāo)高處的側(cè)移值△k來控制?？刂祁A(yù)制柱在吊車梁頂面標(biāo)高處的側(cè)移值，按平面排架計算預(yù)制柱允許側(cè)移值△k≤Hk/1100（Hk為廠房排架柱基礎(chǔ)頂面到柱在吊車梁頂標(biāo)高處的高度），經(jīng)計算及滿足構(gòu)造后得到其預(yù)制鋼筋混凝土廠房柱的斷面為：上柱斷面為矩形550×400，下柱斷面為矩形實腹式斷面550×1450（設(shè)柱間支撐處）與工字形斷面組合的預(yù)制柱550×1450×250×200，柱總高為23.650m，上柱高為4.920m，下柱高為18.730m。對于預(yù)制柱上的預(yù)留埋件（支架、緊固件、連接件、部分暴露在外的吊環(huán)等）與受力筋隔離，在外露的鋼制預(yù)埋件表面采用樹脂混凝土包裹，混凝土的厚度為30mm。由于控制了排架側(cè)移值，確保其工作中不出現(xiàn)裂縫，此外，柱截面采用實腹形式，在采用工字形截面時適當(dāng)加大腹板厚度，對外露鋼構(gòu)件進(jìn)行保護，這些措施都有效增加了廠房排架柱的防腐蝕能力，至今生產(chǎn)狀態(tài)良好。

2.4 預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土屋架

還原蒸餾車間主廠房跨度為30m，屋面采用30m預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土屋架，通風(fēng)系統(tǒng)采用帶擋風(fēng)板的鋼天窗系統(tǒng)，屋面圍護結(jié)構(gòu)為預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土大型屋面板，由于國標(biāo)圖集《04G415-1》中屋架的使用條件為正常使用環(huán)境，因此，標(biāo)準(zhǔn)圖集使用的屋架必須處于無侵蝕性介質(zhì)的環(huán)境，且要求廠房為標(biāo)準(zhǔn)柱距6.0m，無法直接選用國家標(biāo)準(zhǔn)圖集，因此，設(shè)計中重新進(jìn)行了計算，對標(biāo)準(zhǔn)圖集中30m先張法預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土屋架進(jìn)行了修改，其中設(shè)計條件做了如下一些變化：增加了鋼筋保護層厚度；屋架的裂縫控制等級為一級；屋架預(yù)應(yīng)力鋼筋采用冷拉三級鋼筋予以計算。由于屋架亦處于強腐蝕環(huán)境中，因此，按《工業(yè)建筑防腐蝕設(shè)計規(guī)范》要求，屋架應(yīng)采用先張法預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)，先張法預(yù)應(yīng)力混凝土屋架不應(yīng)采用直徑小于6mm的鋼筋和鋼絲作為預(yù)應(yīng)力筋，用于預(yù)應(yīng)力屋架的鋼絞線單絲直徑不應(yīng)小于4mm，本項目先張法預(yù)應(yīng)力屋架的預(yù)應(yīng)力筋采用公稱直徑為32mm的冷拉三級鋼筋，屋架的混凝土強度等級不小于C40，本項目屋架的混凝土強度等級為C55。預(yù)應(yīng)力屋架裂縫控制等級一級，受力鋼筋的混凝土保護層厚度為40mm。對于先張法外露的預(yù)應(yīng)力筋應(yīng)采用樹脂混凝土進(jìn)行封閉，保護層厚度為60mm。按《鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)試驗方法標(biāo)準(zhǔn)》GB50152-92對先張法預(yù)應(yīng)力屋架進(jìn)行實物試驗，檢驗屋架的承載力、撓度、裂縫均達(dá)到要求，生產(chǎn)后經(jīng)實踐檢驗，取得了良好的防腐蝕效果，該屋架可為其它類似工程的項目借鑒。

2.5 屋面支撐系統(tǒng)

在屋面系統(tǒng)的鋼構(gòu)件設(shè)計中考慮了以下因素：本項目的屋面系統(tǒng)屬于鋼結(jié)構(gòu)的強防腐蝕范圍，桿件應(yīng)采用實腹式或閉口截面，閉口截面端部應(yīng)進(jìn)行封閉；對封閉截面進(jìn)行熱鍍浸鋅時，應(yīng)采取開孔防爆措施。腐蝕等級為強、中時，不應(yīng)采用由雙角鋼組成的T形截面或由雙槽鋼組成的工字型截面。當(dāng)采用型鋼組合的桿件時，型鋼間的空隙寬度應(yīng)滿足防護層施工和維修的要求。對各桿件截面厚度的要求：①鋼板組合的桿件，不小于6mm；②閉口截面桿件，不小于4mm；③角鋼截面的厚度不小于5mm等。

按防腐蝕規(guī)定對還原蒸餾車間主廠房屋面支撐系統(tǒng)進(jìn)行重新設(shè)計時，在屋架上、下弦水平支撐、屋架垂直支撐、天窗架水平支撐、垂直支撐（包括主廠房柱間支撐）等構(gòu)件的零件選用中使用了無縫鋼管作為制作支撐的零件，杜絕采用在無侵蝕性環(huán)境中通常使用角鋼等制作支撐，使各構(gòu)件均能形成自我封閉的防護系統(tǒng)，為此自行設(shè)計了非標(biāo)準(zhǔn)支撐系統(tǒng)，支撐桿件鋼管兩端要求封堵嚴(yán)密，支撐表面按有關(guān)規(guī)定除銹涂刷防腐蝕油漆，支撐系統(tǒng)經(jīng)過實際使用后，取得了很好的效果，保證了主廠房整個體系的安全使用，同時也滿足了《工業(yè)建筑防腐蝕設(shè)計規(guī)范》中的相關(guān)要求及有關(guān)規(guī)范，可為其它類似工程的項目借鑒。

3 總 結(jié)

鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)通常帶裂縫工作，在侵蝕性環(huán)境下，容易受到腐蝕，只有通過嚴(yán)格的各部分防腐蝕設(shè)計，才能達(dá)到整體結(jié)構(gòu)的耐久性設(shè)計要求。通過對還原蒸餾車間的基礎(chǔ)、鋼筋混凝土廠房預(yù)制柱、預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土屋架、屋面支撐系統(tǒng)等分部設(shè)計，使得整體結(jié)構(gòu)能夠滿足在腐蝕性環(huán)境下工作。還原蒸餾車間的設(shè)計，經(jīng)過投產(chǎn)運行的檢驗，經(jīng)過多年的正常工作，取得了很好的防腐蝕效果，并節(jié)省了結(jié)構(gòu)的防腐蝕圍護費用，可供類似工程參考。由于設(shè)計經(jīng)驗的不足，針對本工程的防腐蝕設(shè)計方案，請各位專家提出批評意見，以便今后完善設(shè)計，謝謝！

參考文獻(xiàn)

[1]工業(yè)建筑防腐蝕設(shè)計規(guī)范50046-2008.

[2]鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)試驗方法標(biāo)準(zhǔn)GB50152-92.

[3]鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗收規(guī)范GB50204-2002.

[4]建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范GB50009-2012.

[5]建筑抗震設(shè)計規(guī)范GB50011-2010.

[6]建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范GB5007-2011.

[7]混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范GB50010-2010.