赵贵阳
沈阳铝镁设计研究院有限公司 辽宁 沈阳 110001
摘要:本文介绍了某铝厂28万吨电解铝工程电解车间结构设计采用全钢门型刚架方案的优化过程。
关键词：门型刚架;优化
一 工程概况
某铝厂电解铝工程采用SY300预焙阳极电解槽，拟建厂房分为两个系列，每个系列有两条厂房，厂房跨度27m，长度928m，两条厂房间距42m。两个系列电解车间相距60m。每个系列两条厂房间由四条通道相连，作为出铝、新旧阳极和物料设备等运输用。其中一个通道与大修车间相连。安装有一台进口阴极天车和进口龙门转运系统（包括10台天车轨道提升梁及一台进口龙门天车），以完成电解槽集中大修或电解多功能机组检修的运输。电解车间内配置了先进的多功能机组及电解槽大修天车，装备水平高，同时吊车吨位大，载荷重。
二 结构设计方案的优化
1、设计原则
遵照我国现行的方针政策及有关规范，规程，合理确定建筑结构方案。在满足工艺生产要求及主要技术经济指标的基础上，做到安全可靠，技术先进，造型美观，要充分展示出现代铝工业的特点和良好的企业形象。
2、方案比较论证
（1）半钢结构门型刚架方案
在以往的电解铝厂电解车间设计中，采用的多是传统的笨重的钢筋砼排架结构型式。钢筋砼柱、预应力砼吊车梁、梯形钢屋架（预应力砼折线型屋架）、大型预应力钢筋砼屋面板、砖墙围护。2000年兰州铝厂设计时，正赶上轻钢结构在全国范围内被广泛使用于建筑结构，门型刚架厂房已在全国工业厂房建设中悄然兴起。能否将钢结构门型刚架引入我们的电解车间，对此我们作了大胆的尝试。当时由于电解车间吊车吨位大及操作面以上3m范围内绝缘问题难以解决，我们选择了半钢结构门型刚架方案，即柱牛腿吊车梁顶面以上采用钢结构门型刚架，柱牛腿吊车梁顶面以下为砼结构，预应力钢筋砼吊车梁，围护结构采用的是厂房两侧下部为砖墙，上部及屋面为彩色压型钢板罩面的型式。厂房建成后的建筑效果良好，投产运行后，吊车行驶平稳。因此，该电解车间的设计被中铝公司评为2002年技术创新一等奖。
（2）操作平台以上为全钢结构门型刚架方案
01年8月，焦作万方铝业280KA电解示范工程重新进行设计，电解车间在原设计钢筋砼排架结构已完成的情况下，由于施工日期已临近冬季，为了满足投产日期，保证土建的冬季施工，甲方决定电解车间选用钢结构方案。
在设计中我们没有采用老式的钢柱，钢屋架的传统钢结构工业厂房的模型，而是借鉴了兰州铝厂半钢门型刚架的设计经验，将门型刚架落至2.800操作平台。即2.800操作平台以上为全钢结构，钢结构门型刚架，钢吊车梁，成品通风器，彩色压型钢板罩面。它与其它行业重钢结构相比，结构简单，新颖，施工方便，用钢量省，技术指标先进。厂房建成后一个崭新的现代化工厂的形象展现在人们面前，充分体现了结构设计上的先进性和超前性，为我们今后电解铝厂的结构设计积累了宝贵的经验。
（3）半钢结构门型刚架的缺点
1)以上两种结构型式，虽然在电解车间结构设计上有了很大的突破，实现了把门型刚架结构引入电解铝厂的目标，但它们却存在着共同的缺点，即在砼柱与钢柱连接节点的处理上非常困难，施工难度很大。
2)钢结构厂房与传统的砼结构厂房相比，工程造价高。
3、结构设计方案的确定
电解车间的设计开始以后，我们充分总结了以往电解铝厂设计中的经验，对结构方案进行了多次优化比较，比较结果汇总于表一。
结构几种主要方案比较
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综合上述四种方案比较结果，我们优选第四种全钢结构方案。它不仅构造简单，传力简捷可靠，而且外形美观新颖，使厂房的建筑结构具有现代工业的风格特点。
三 技术经济指标的优化
为了降低工程投资，我们采取了以下几项措施：
1、用中国建筑科学研究院专业钢结构设计软件PKPM-STS和国际上最流行的美国Research Engineering Institute公司STAAD－PRO软件对钢结构梁、柱的腹板和翼缘尺寸进行了反复优化比较，确定了最经济合理的断面形式。
2、除钢柱牛腿处上下各1米范围内柱翼缘与腹板采用剖口熔透焊外，其它均采用贴角焊缝。
3、柱与基础连接采用插入式。与传统柱脚做法相比，一榀钢架可节约钢材1.5吨多，一条厂房可节约钢材150多吨。四条厂房节约钢材600余吨。
4、2.8m操作平台活荷载较大，根据《建筑结构荷载规范》和结构实际受力情况，计算梁、柱、基础时，对活荷载予以折减，以降低工程造价。
四 地基处理方案的优化
根据地质报告描述，电解车间所在位置的东侧有一条古冲沟，冲沟内土质较差，为III级自重湿陷性土；西侧为I级非自重湿陷或不湿陷场地，整个区域的地质条件较差。但由于厂房上部结构采用了钢结构，大大减轻了结构自重，从而降低了基础底部压力，因此我们仅对电解车间下的地基作了3:7灰土500厚、古冲沟位置采用灰土挤密桩的处理方式就可满足承载要求，同时大大节省了工程造价。
五 结语
电解铝工程正在建设中，电解车间主体结构即将完成，通过设计方案优化，该工程结构设计方案选择合理，技术指标先进，一个代表我国铝工业形象的新型铝电解车间将展示在人们面前。
参考文献：
[1]建筑结构荷载规范 中国建筑工业出版社
[2]门式刚架轻型房屋钢结构技术规范 中国建筑工业出版社