发布时间 : 星期四 文章鞍钢冷轧厂1号、3号镀锌线主厂房结构设计 - 图文更新完毕开始阅读43fec6e84afe04a1b071deb2
鞍钢技术２００２年第４期ＡＮＧＡＮＧＴＥ：【：ＨＮ（）１工）ＧＹ?ｊ３?鞍钢冷轧厂ｌ号、３号镀锌线主厂房结构设计尹子峰赵兰金祥武（鞍钢集团设计研究院）摘要详细介绍了鞍钢“十五”重点改造工程项目玲轧厂１号、３号热镀锌线工程主厂房结构方案设计特点、主要设计参数及构造做法，并对施Ｔ过程中出现的问题驶处理等作了全面总结和评述，为々后类似工程提供经验参考，关键词镀锌线厂房地基处理同架结构ＭａｉｎＷｏｒｋｓｈｏｐＳ／ｒｕｃｌｕｒｅＤｅｓｉｇｎｏｆＮｏ．１ａｎｄＮｏ．３ＧａｌｖａｎｉｚｉｎｇＩｉｎｅｉａＡｎｇ＇ａｎｇＣｏｌｄＲｏｌｌｅｄＳｔｒｉｐＰｌａｎｔＹｉｎＺｉｆｅｎｇＺｈⅢ’ｌａｎｌｉｎＸｉａｎｇｗｕ（ＡｎｇａｎｇＤｅｓｉｇｎａｎｄＲｅｓｅａｒｃｈｌｒ”ｓｆｉｔｕｔｅ）ＡｂｓｔｒａｃｔｔｈｅｄｅｓｉｇｎＥｅａｒａｒｅｓ．ｍａｉｎｄｅｓｉｇｎｐａｒａｍｅｔｅｒｓａｎｄｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄｏｆｔｈｅｍａｉｎｗｎｒｋｓｈｏｐｓｔｒｕｃｔｕｒｅｏｆＮｏ．１ａｎｄＮｏ．３ｇａｌｖａｎｉｚｉｎｇｌｉｎｅｉｎＡｎｇａｎｇ（１）ｉｄＲｏｌｌｅｄＳｔｒｉｐＰｌａｎｌａｒｅｄｅｓｃｆｉｈｅｄｉｎｄｅ—ｔａｉｌＴｈｅｐｒｏｂｌｅｍｏｃｃｕｒｒｉｎｇｉｎｔｈｅｃｍｌｒ＊ｏｆｃｏｎｓｍｌｅｔｌｏｎａｎｄｆｉｌｅｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇ［１－ｃａｌｌｉｌｅｒｌｔｍｅｔｈｏｄａｒｅｓｕｍｎｍｒｉｚｅｄａｎｄｒｅｖｉｅｗｅｄＴｈｅｅｘｐｅｒｉｅｎｃｅｒｅｆｅｒｅｎｃｅｉｓｐｒｏｖｉｄｅｄｆｏｒｔｈｅｓｉｍｉｌａｒｅｎｇｉｎｅｅｒｇｌａｔｅｒＫｅｙＷｏｒｄｓｇａｌｖａｎｉｚｉｎｇｌｉｎｅｗｏｒｋｓｈｏｐ奴ｔｒｅａｔｍｅｎｌｎｅｔｗｏｒｋｓｔｒｕｅｒｌｌｒｅ主厂房区域构筑物包括轧后库、镀锌线主厂房（岛鞍钢冷轧厂１号、３号镀锌线工程足鞍钢“十跨、低跨）、横切跨及成品库；附属建筑包括主电室、漫备维修闭、锌锭库、水处理车间等。本文对上厂房镀锌跨、成品库及横切跨土建地基处理及基础设计、上部结构设计进行详细论述，对涉及有戈施工问题进行分析探讨。构筑物平面图见斟１。横切跨ＪＩ主电室ｌ维修间Ｉｌ主电室轧镀锌后跨（低跨）Ｉ镀锌跨（高跨）后库戚品ｊ皋Ｉｆ主电摩』ｆ锌锭库¨主电室图Ｉ构筑物平面总图个工艺布置的核心，在冶金工业厂房建筑中属高点度最高、跨度最大的结构。厂房设计参数由镀锌工按外方ＣＭＩ１－．艺要求，１号、３号两条镀锌生艺流程确定。１号、３号线镀锌工艺流程为：冷轧板卷进入轧后库上开卷机；经人口活套进人加热炉，万 方数据ｌ工程概况五”改造期间重点改造工程项目，总投资近１２亿元人民币，引进比利时ＣＭＩ公司先进镀锌线牛产技术殷成套生产设备，每条镀锌线设计年产优质镀锌建筑板４０万ｔ。生产线位于鞍钢冷轧，’西侧，２镀锌线主厂房结构主要设计参数及特产线对称布置在同一厂房内。镀锌跨丰厂房足整?５４?《鞍钢技术》２００２年第４期为主管，无缝钢管为支管，内灌Ｃ４０混凝土，上柱为实腹焊接工字形钢柱。（２）４０ｍ跨主厂房屋面采用人字形网架形式，２０．５ｍ跨成品库及１８ｍ横切跨采用轧制Ｈ型钢梁组成主、次梁板结构。焊接实腹钢吊车梁体系，屋面及侧墙围护结构由彩色夹心压型板组成。典型剖而见罔２、罔３。加热后人锌锅区镀锌；再经光整机光整，人出口活套至卷板机，成品下线进入成品库。由此确定厂房主要设汁参数如下：（１）厂区标高分４个区域：（ａ）人口区域，高度由人口活套塔架及加热炉塔架高度确定，轨面标高２９．５ｍ，厂房高度３９．０ｍ，吊车起重量】６ｔ，长度４８ｍ；（ｂ）锌锅区域，高度由锌锅塔架高度确定，轨面标高为３７．５ｍ，厂房高度４３．５ｍ，吊车起重量１２ｉ，长度６０ｍ；（ｃ）出口区域，高度由出口活套塔架确定，轨面标高２７．０ｍ，厂房高度３６，０ｍ，吊车起重量３６ｔ，长度９６ｍ，以上三区域总长２０４ｍ，为高跨厂房；（ｄ）镀锌后跨及成品库区域，镀锌后跨长２０４ｍ，轨面标高１２，０ｍ，屋面高度１８．２ｍ，吊车起蓐量３６ｔ；成品库长２６４ｍ，轨面标高９．０ｍ．吊车起重量３６ｔ；横叨跨长１０８ｍ，轨面标高为９．０ｍ，吊车起重量２０ｔ。（２）厂房柱距均为１２ｍ．镀锌跨跨度４０．０ｍ，成品库跨度２０．５ｍ，横切跨跨度１８ｍ，总建筑面积２．３万ｍ。。该厂房结构丰要设计特点如一Ｆ：（１）柱子系统全部采用钢管混凝土结构，由螺旋焊接钢管作圈２高跨剖面图羔一——ｊＬ图３低跨剖面图３地基处理及基础形式３．１地质概括工程地质钻探表明，整个厂区从地表往下依次为：（１）回填层：主要由口伪时期回填的矿渣、工业废料等维成，厚度５～８ｍ，分布极不均匀；（２）亚粘上层：Ｅ＝４ＭＰａ，＾一１２０ｋＰａ，层厚４～５“；（３）粘土层：一一８ＭＰａ，Ａ一１７０ｋＰａ．层厚１７ｍ。３．２地基处理及基础形式按卜部结构形式特点及地基场地情况，最高厂房标高达４３．５０ｍ．构筑物变形及内力基本由风荷载控制。按厂房排架分析计算结果，不利荷载组合下轴力～一２２００ｋＮ，弯矩达Ｍ一７８００ｋＮ?１１１。主厂房设计时，外方来提供厂房内部设备基础及比邻的两侧主电室资料。为尽量减少基础承台尺寸并有效控制厂房沉降，设计中选用桩基加独立基础承台方案（外方提供的样板厂亦采用该种方案）。考虑到场地回填土层中有胶结矿渣及其它地下障碍物，打预制桩或机械钻｝Ｌ成孔桩会有困难，因此采用人工挖ｉＬ灌注桩。经计算高跨每柱４根桩，低跨每柱两根桩，桩径取９００ｎｍａ，桩长１４．５ｍ，承台底标高控制在３．６ｍ，低跨控制在一２．５ｍ，单桩承载力设计值Ｒ一２３００ｋＮ。在轧后库桩基施工中，挖孔桩施工遇到两个主要问题：一是挖桩时遇胶结矿渣或其它地下障碍物，采用气压风镐人工清除非常困难．严重影响工程进度；二是该区域存在来源不明的工业废水，万方数据 尹子峰赵兰金祥武鞍钢冷轧厂１号、３号镀锌线主厂房结构设｝１?ｊ５?通过矿渣层渗透，水压较大区域挖孔桩护壁形成困难，不得不采用钢护筒，影响成桩质量及承载力，增加了工程造价。鉴于上述情况，镀锌跨主厂房基础施工时，根据甲方要求对地基处理做相应调整，采用换填方案。具体作法如下：（１）土方沿厂房柱列纵向成条状开挖，低跨及成品库、横切跨基坑深度一３．８ｍ，回填规则矿渣并分层碾压至基底标高一２．５ｍ，垫层厚度１．３ｍ。上部采用独立基础形式。（２）高跨部分基坑开挖至原土层一６．５ｍ标高，回填垫层厚度１．５ｍ，基底标高一５．０ｍ（兼顾两侧主电室一４．０ｍ地下室及设备基础二次开挖）。上部采用条形基础，并设通长暗粱以调整地基不均匀沉降。条形基础底面宽度５．５ｍｍ，每隔３０ｍ设后浇带，暗梁高１．２ｍ，宽４．１ｍ，按弹性地基梁计算配筋。暗梁顶部每隔１２．０ｍ设混凝土短柱基础，并预留杯口（１．８０ｍ深）与钢管柱相连，详见图４、图５。（３）换填材料选用级配良好的规则矿渣，施工时地下水位必须降至开挖的基坑表面以下，采用２０ｔ振动碾压机碾压，分三层压实，处理后地基经检测承载力标准值＾＝９５０ｋＰａ，Ｅ＝ＩＩＭＰａ，满足设计要求。短柱基础１．．Ｌ———————一；Ｉ－青跨地基处理剖面周暗鬟Ｅ下２１１ｑ．２ｉ［卜４－—型Ｌ划图５暗梨配筋Ｉ芏】３．３两种地基处理方案比较万 方数据人工挖孔灌注桩：由于大部分挖孔桩都设计有护壁，增大了桩身与土层问的摩擦力，底部扩孔、清底及土质情况均可直接观察、检测，使得该种形式的桩较其他机械成孔桩具有更高的承载安全度，同时施工又不受场地条件限制。设计采用时，应注意厂区地下水情况，特别要查明土层中有无透水层，厂区是否有来源不明的工业废水源等情况，以便事先采取预防措施。换填也是工程中经常采用的地基处理方法，由于每项工序均可采用大规模机械化作业，具有较快的施工进度及可靠的工程质量。但限于机械碾压作业条件限制，土方开挖及回填碾压必须成片进行。如考虑临近构筑物及设备基础后期二次开挖的影响，地基处理必须具有足够的深度，这就进一步增加了工程造价。经比较，换填法较挖孔桩方案（包括基础承台）综合造价增加２０％。４上部结构设计４．１柱子系统现有国内外镀锌线厂房结构形式均采用焊接格构钢柱、钢吊车梁及钢犀架体系。外方（ｃ￣Ⅱ）提供的某样板厂，边跨采用斜向支撑体系以抵抗风荷载变形。鞍钢ｌ号、３号镀锌线主厂房设计采用钢管混凝土结构，充分利用其刚度大、承载力高、加工制作安装方便等优点，配合４０．０ｍ跨屋面网架结构，形成抗变形能力强、经济美观的结构体系。鞍钢在一炼钢连铸及１７００ｍｍ连铸连轧等工程中曾大规模采用钢管混凝土结构，取得良好的按厂房排架计算结果及哈尔滨工业大学钢管中柱四支管４ｅｖ２３２×８，斜腹杆及平腹杆采用新６×６无缝钢管；（２）高跨厂房柱截面由风荷载产生以外侧钢管面积控制。设计初期也考虑采用三支社会效益及经济效益，设计、施工过程的经验也可借鉴到本工程中。混凝土结构分析程序，考虑钢管加工、制造运铈及使用耐久性要求，确定柱截面形式如下：（１）低跨、成品库及横切跨边柱采用三支管３垂＇２３９×６，变位及内力控制，截面高度确定后，钢管规格尺寸管，以便与低跨统一协渊。但外侧单支管为保证有足够面积以抵抗风荷载产生的弯矩（拉力），必须增大管径或采用厚壁无缝管，定货采购周期长．造价昂贵。综合上述情况，决定采用四支管截面，并?５６?《鞍钢技术））２００２年第４期载，如电缆、各种能源界质管线等，应对主要受力杆件做适当调整，耗钢量控制在２８ｋｇ／ｍ２。成品库及横切副跨采用Ｈ型钢主次梁板结构形式屋面，１２．０ｍ柱距设主梁，模条间距２．５ｍ，跨度１２．０ｍ，采用轧制Ｈ型钢产品（ＨＮ３ｊｏ×１７５×６×９）。４．３墙皮维护结构按传统墙皮维护结构作法＋应每６ｍ｛殳一墙皮柱并增设相应抗风桁架系统。对底跨厂房采用６．０ｍ墙皮柱，高跨厂房直接采用１２．０ｍ跨轧制Ｈ型钢（ＨＮ２５０×１２５×６×９）檩条与钢管混凝土柱连接，檩距２．５０ｍ，与柱子节间间距一致，以达到简洁统一的结构效果。４，４厂房耗钢量及经济分析表ｌ给出冷轧１号、３号镀锌线主要构件耗钢量统计，并与中韩合资大连蒲金镀锌线（建筑彩板）及鞍钢１７８０ｍｍ、武钢１７００ｍｍ热连轧工程主厂房耗钢量作比较。可看出对冷轧ｌ号、３号镀锌线这样超高、大跨厂房，采用钢管混凝土柱及崖面网架结构体系后，单位面积耗钢量低于普通热轧车间耗钢量水平。分两种截面规格：锌锅区域柱子顶标高选４０．５０ｍ，采用ｌ垂３７５×１０（外侧）及鹳７５×８（内侧）螺旋焊管，腹杆采用中１２０×】０无缝钢管；人口及出口区域柱顶标高分别为３６．５０ｍ及３４．５０ｍ，采用４‘Ｐ３４５ｘ８螺旋焊管，腹杆采用铆０２×８无缝钢管，所有四支管柱截面尺寸为１．０ｍ×２．５ｍ（见图２、３），管内灌Ｃ４０细石混凝土。高跨厂房按上述断面计算．柱顶位移控制在厂房高度的１／５００以内。４，２屋面结构镀锌主厂房主跨４０．０ｍ，两侧设有副跨（成品库及横切跨），分别为２０．５ｍ及１８．０ｍ，采用两种形式。４０．０ｍ跨屋面采用网架形式，人字形布置，矢高１．５ｍ，网架本身为正方四角锥形，网格问距３．０ｍ，高度２．ｊｍ。杆件全部采用无缝钢管，焊接球节点，支座部分采用橡胶弹性支座。为有效降低厂房高度，将３ｔ检修吊车置于网架中间，吊车梁设在上弦节点，下弦部分纵向构造杆抽空，在下弦设置操作检修平台。按浙盯大学分析程序计算．网架耗钢量可优化至２５．０ｋｇ／ｍ２，考虑到工业厂房建筑应用网架结构，将来有可能增加一些不可预见荷表Ｉ几个典型车间厂房单位面积耗钢量表，ｌ【ｇ／ｍ厂剐鞍钢１号、３号镀锌线人连蒲金线鞍钢１７８０热轧武饲１７００热轧柱子系统吊车粱屋面系统３８．５墙皮驶走台３７８全厂总计ｌ６９３备注包括电缆桥架２４ｍ跨．轨而１９．０ｍ，吊车２０ｔ３６ｍ跨，轨咖１３５ｍ．吊车７０１３０ｍ跨，轨面９Ｏｍ，吊车３吼３６２２５２７ｌｌ７１４６５１８９３６４５８１ｌＺ４ｌ７０【）５ｆ、口ｊ题探讨选材：在大口径无缝管采购困难情况下，采用２％，承载力富余度可提高２０％。柱脚与基础连接采用插杯口形式，传力直接可靠。插入柱段应加焊栓钉（或短钢筋）以保证钢管与混凝土连接。插入深度除应满足计算及构造要求外，对较高跨厂房（高度大于３０ｍ）最好增大１．ｊ倍，以满足结构安装时的稳定性要求。５．２管内混凝土浇灌施工目前多数情况下施工单位采用高位抛落法，应严格控制水灰比，不得超过０．４，浇注到上柱部位，应每灌１．５～２．０ｍ振捣一次．振捣及浇注过程应连续，不应产生沉淀夹层。推荐采用免振混凝土施工工艺。免振混凝土又称自填充｝昆凝土，近年来在大体积设备基础及５．１钢管混凝土柱螺旋焊管作为柱支主管完全能满足使用要求。其质量好坏取决于加工厂的工艺水平，加工能力应具备双面剖口、双面焊丝焊接工艺、在线１００％探伤检查及出厂前水压试验。钢材材质可选用０２３５Ｂ或Ｑ３１ｊＢ。如在北方寒冷区域确实无法避开冬季混凝土灌注施工时，可采用Ｑ２３５Ｄ或Ｑ３４５Ｄ材质。考虑到钢管混凝土结构设计特点．在优化计算结果的基础上应适当增加柱子的安全度，将管壁及管内混凝土标号提高…级，造价增加不足万方数据 尹子峰赵兰金祥武鞍钢冷轧厂ｌ号、３号镀锌线主厂房结构设计?５７?高层建筑中广泛采用。特点是在混凝土中掺加高网架安装时．充分利用现有已安装完毕的结构，进效减水剂，减小水灰比，增加其流动性及和易性。行高空安装作业，同时不影响地面土建基础施工。其配比一般要求如下：水灰比０．２９；砂率４５％；粗做法如下：（１）先完成下部柱子系统、吊车粱系统骨料粒径２０～４０ｍｍ；加高效减水剂１％。浇灌前结构安装；（２）完成吊车车体安装；（３）在吊车车先灌人１０ｍｍ厚水泥砂浆，浇灌过程保证每根管体上搭建工作平台并在要求的标高上直接焊接网柱内混凝土连续、一次性完成，直至上部孔口溢出架结构；（４）施工完成一段后，车体前移，逐次完混凝土为止，整个过程无须振捣。管柱注满混凝土成整个屋面网架安装（也可多台吊车同时作业）。后，应敞口三天，人工凿除孔口处多余混凝土，研上述做法可在工业厂房网架安装施工中采用。平后加压盖上管口钢板并焊接封闭。如发现混凝土顶部沉积无强度灰砂，应将其除去，使用高标号（编辑袁晓青）二次灌浆材料补满抹平。施工时应避开冬季，如确收稿日期．２００２年１月８日实无法避开，应采取可靠措施，保证施工质量。５．３网架结构安装联系人：尹子峰．硕士．土建高级上程师．１９８７年毕业由于场地及起重机具等方面条件限制，目前于大连理工大学土木工程系，现任鞍钢集团设计研究院土建专业副总工程师，鞍钢技术专家（１１４０２１１。大部分施工单位网架安装都采用散装法。镀锌线（上接第４０页）衰８无碳罐衬砖的理化性能检验结果水平。Ａｌ砖型ｚｑ＋啦０常温耐压显气孔体积街蚝强度．ＭＰａ率，％度，ｇ／ｃｍａＡ９０ｌ３３８８０１５３０９（编辑许平静１Ｈ９６．５３１００．３７１０３２５收稿目期：２００１年１２月２９日联系人：王晖，女．Ｔ程师．ｉ９９０辱毕业于鞍山科技大筑的盛钢桶使用寿命达到１１９次，残砖厚度９０～学硅酸盐工程专业?现于鞍钢耐火材料公司从事耐火材料１２０ｍｍ，平均蚀损率为０．４２～０．９２ｍｍ／次．超过制品的生产技术管理工作（１１４。２１）。了不烧铝镁碳砖的使用寿命，达到目前国内领先万 方数据