李俊杰

（天津港保稅區(qū)，天津 300456）

作為化工建筑，它有其自身的規(guī)律和特點，工藝流程和生產條件限制著化工土建專業(yè)的設計。所以，化工設計中的建筑結構設計顯得尤為重要。土建專業(yè)的各項規(guī)范、規(guī)程和技術要求以及生產工藝及與其相關的各項技術要求都是化工廠土建設計中需要符合和滿足的標準。否則，工藝要求和化工類建筑物自身的建筑使用功能就不能得到實現。

1 化工的工藝特性

在封閉的容器及管道內，物料進行連續(xù)的化學反應或物理過程的反應及輸送是化工生產中的典型形式。可見，工藝是化工設計中的主導專業(yè)。而化工建筑的作用是為了滿足工藝、設備等專業(yè)的要求，所進行的輔助設計[1]。

為了能夠設計出合理的建筑平面、立面和剖面布置形式，使化工建筑盡可能地滿足化工工藝的要求，滿足防火、防爆、泄爆和防腐蝕的相應的建筑物措施，以達到化工生產操作能在良好的工作空間環(huán)境中進行[1]。需要相關的土建設計人員除了要對本專業(yè)的知識精通，還要對化工工藝的生產內容和流程熟悉。為了保證這個化工建筑設計中的重要因素，作為土建設計人員，首先要了解是否有容易燃燒和容易爆炸的化學物品存在，有無腐蝕性的介質存在，以及腐蝕性介質的形態(tài)和濃度等。其次要對化工裝置內的工藝流程、設備布置、生產環(huán)境和工藝管線的空間走向有所了解。

2 化工建筑、結構的不規(guī)則特性

許多化工建筑會受到工藝流程和生產條件的限制，出現高低錯落、凹凸不平、奇形怪狀的不規(guī)則的建筑形態(tài)?！敖M織空間”是建筑的基本任務，設計出能夠滿足化工生產使用功能要求的“生產空間”是化工建筑設計的任務。而對于小面積、小規(guī)模、小體積的化工建筑也會由于設備荷載大和工藝的復雜性出現建筑的不規(guī)整性。所以，化工類建筑體型的不規(guī)則性導致了建筑結構設計的不規(guī)則性。以下是一個工程設計中的實例說明這一點。

建新化工廠是一個雙跨四層框架結構的蒸發(fā)廠房，一臺10 t的單梁手動吊車被設置在此廠房的四層，即頂層，用來滿足工藝流程、設備布置和生產使用中對吊裝和檢修高度要求的規(guī)定。在三層樓板上，固定有一個蒸發(fā)罐，需要被單梁手動吊車吊到四層，再通過吊裝孔放到一層。從而，有利于對其進行維護和檢修，也因此形成了蒸發(fā)罐吊裝的三維立體空間運動。

在調查研究和多個方案比較之后,采用了以下的結構設計方案，來滿足以上的要求：將跨度方向的框架結構中柱只升高至四層樓板結構高度處,而且將橫向框架梁在4.5m跨部分斷開,而且無縱向框架連系梁與16.50m標高處的縱向框架柱連接。因此，此化工建筑框架結構三層以上的柱子被截斷,橫向框架組成由原來的雙跨結構變成單跨結構，而且縱向框架連系梁也無法貫通，所以形成了“抽梁斷柱”這種有些復雜的非標準框架結構，即異形框架[2]。如果蒸發(fā)廠房按照常規(guī)設計，并考慮到蒸發(fā)器自身的高度有7.5m左右，其四層的結構層高將從7.0m增高到12m左右。

考慮到各層的框架柱的剛度相差較大，而且四層層高較過高，這樣的設計首先是不經濟，其次在結構上也不合理，所以要采用異形框架結構設計方案。一方面，可以滿足工藝和檢修的要求，另一方面可使化工工藝專業(yè)與建筑結構在設計上達到協調。

當然，這種異形框架設計也是不得已的一種設計方案，因為要犧牲掉建筑物的結構性，但是確實可以最大限度的滿足工藝和檢修需要。所以，在保證工藝流程和使用要求的前提下，還是應該盡可能地采用規(guī)則的建筑結構體系，使建筑物獲得一個比較好的整體性剛度。[3]

3 結構設計荷載大

在化工建筑結構設計中，為了準確地進行結構布置，獲取準確的設計依據，首先要了解車間內部的工藝流程，其次要了解動力設備的功率、類型和設備布置情況。對于化工生產中的設備，重量有的大到幾百噸，因為需要進行動力攪拌，而且有的還要加氣加料，從而產生震動。

像蒸發(fā)罐這種類型的動力設備，必須布置在樓面上，它的動荷載所產生的震動對結構的強度和剛度影響就更大，很容易產生結構共振。我們之所以要認真、充分考慮動荷載的結構影響，是因為這里的動荷載不僅僅是容器內的物料，而是蒸發(fā)罐本體和蒸發(fā)罐內物料的總和。為了確保結構部產生振動，使化工生產可以正常進行，結構設計人員對動荷載的計算應該乘以動力系數。對于動力系數，國家規(guī)范中缺少有些動力系數值，所以要根據行業(yè)標準和實踐經驗進行取值[4]。

4 強腐蝕性

在化工生產過程中，跑、冒、滴、漏的腐蝕性液體和氣體對建筑物的腐蝕是很難避免的，這是由于在化工生產過程中，絕大多數都或多或少地會有腐蝕性的液體和氣體排出。所以，在化工建筑結構設計中，防腐蝕設計是重要的組成部分[5]。然而，要想做好化工建筑的防腐蝕設計，首先必須弄清楚腐蝕介質的情況：腐蝕介質是什么、腐蝕介質的形態(tài)是氣相還是液相、腐蝕介質的濃度如何、溫度的高低怎樣等等。并根據這些數據來確定建筑物的腐蝕程度類別，從而對建筑物的設備基礎、地溝、地面、樓面、貯槽、頂棚、墻裙采用不同的防腐蝕措施，并在保證防腐蝕功能的前提下盡量選擇經濟實用的材料。例如對某些二、三、四層無大的沖擊荷載的樓面可采用整體性樹脂砂漿材料，而對于一層地面這樣的具有較大沖擊荷載的，要采用剛性塊材防腐蝕，所以要具體問題具體分析。

5 防爆、防火、防泄爆

化工生產對化工建筑有很高的防爆、防火、防泄爆要求，因為化工生產很多都屬于具有爆炸危險性的甲、乙類火災危險性生產。在化工建筑設計中，應該嚴守《建筑設計防火規(guī)范》，確保規(guī)范中的各項防火要求。并根據化工生產中的火災危險性分類，來確定各類廠房的耐火等級、防火分區(qū)和防火間距。輕質屋蓋和易于泄壓的門、窗、輕質墻體通常作為化工建筑防爆、防火、防泄爆的泄壓面積，而不發(fā)火的水泥砂漿則可用于地面。

6 預埋件和留洞較多

預埋件和留洞應該在設計中引起足夠的重視，因為在化工生產中，工藝設備的復雜、各種管線、管架的縱橫交錯、需要在建筑物的墻體、樓板、梁、柱、地面等處進行全方位的留洞和預埋件。如果遺漏，將會造成工藝設備的安裝不便甚至于無法安裝。

總之，經過多年的設計實踐經驗和設計方案體會，化工廠房的建筑結構設計特點應該被不斷地探索和總結，讓化工建筑更好地為化工生產服務。

［1］劉華音,任珉,陳建秋,溫健婷,常樂.工業(yè)廠房振動危害的實測及減振研究[J].工程抗震與加固改造;2005,[S1].

［2］馬國庫，徐太安.淺談結構概念設計在建筑結構設計中的作用[J].黑龍江科技信息;2008,(35).

［3］譚凌燕.淺談工業(yè)建筑的特性及設計[J].化工設計;2009,(03).

［4］王軼偉.建筑結構設計淺析[J].民營科技;2011,(08).

［5］揭澤云.工業(yè)廠房結構可靠性鑒定方法的研究 [D].長安大學;2011.