构筑物的设计内容主要包括储矿仓、浓缩池、锡沉淀池、钢烟囱和钢筋混凝土烟囱、气柜结构、管架、皮带机走廊、水池、水塔、天沟及其他构筑物等。冶金结构的设计任务应充分满足工艺要求，在结构的强度和耐久性、地基的承载力和变形等方面符合国家和部门的有关设计规范。对于一些构筑物，应根据其独特的功能和环境条件，采用合理的造型，并进行适当的建筑处理，以改善工厂的景观。

冶金结构除了承受各种恒载、活载和可能出现的意外载荷外，在设计时还应考虑以下特点:1。冶金工厂的一些烟囱排出的烟气高达900℃或烟气具有侵蚀性，需要能耐高温或采取防腐蚀措施。2.有些沉淀池在正常使用过程中不仅承受高温和腐蚀性液体的压力，而且在清理沉淀物时还可能被清洗设备撞击，因此应采取防护措施。3.在储存物料的过程中，仓壁不仅要承受储存荷载，还要承受物料的冲击和磨损。仓壁和漏斗口应采取保护措施。

一、设计的主要内容

设计的主要内容包括原始资料收集、结构形式、材料选择、结构计算和防护措施。

(一)原始数据收集

在设计之前，应收集以下信息:1 .建筑物位置及其附近的地形图、建筑物的平面布置图、工程地质和水文地质资料。2.构筑物及其他相邻建(构)筑物的工艺布置和地下管网布置。3.作用在结构上的各种恒载和活载。4.对于筒仓，需要收集堆积密度、粒度、硬度、休止角(φ)、储存对结构的冲击和磨损等数据。5.设计烟囱时，需要收集烟囱高度、烟气温度、烟囱顶部内径等信息。6.当设备固定在结构上时，需要收集设备的布局、设备的重心、设备的恒载、活载值、动载荷值及其作用位置和方向。还需要收集设备基础的轮廓平面、冲刷面、坑和孔的尺寸以及对地脚螺栓、预埋件和二次浇筑层的要求。7.当结构表面受到高温时，需要采集最高温度数据。8.当结构表面与腐蚀性介质接触时，有必要收集介质的类型、浓度和温度等信息。9.当所购建筑物为坑式结构且较深，拟采用沉井或地下连续墙时，仍需收集土与井壁的单位面积摩擦力(沉井用)和施工机具情况(地下连续墙用)来确定壁厚。

(2)结构形式

冶金结构的结构形式有高层筒体、单层或多层框架、坑、块、箱、墙等。，需要根据工艺要求确定。结构形式选择的原则是便于生产、操作和维修，并注意结构合理、构造简单、受力明确、易于施工。

(3)材料选择

冶金结构的建筑材料根据结构特点、材料供应和施工条件以及技术经济指标确定。高烟囱可采用钢筋混凝土结构或钢结构。当烟囱高度小于60m，地震烈度为6-8度时，根据不同的场地类型，也可采用配筋砖砌体结构。矿石筒仓一般采用钢筋混凝土结构，少数采用钢结构或砌体结构。浓缩池和沉淀池一般采用防水钢筋混凝土结构。煤气柜采用钢结构。

(4)计算要点

计算的主要内容一般包括以下几项:1 .检查地基(包括天然地基和人工地基)的承载力。对于自重较小的箱型和坑型基础，仍需根据地下水位进行抗浮稳定性验算。当结构建在软弱地基上或技术对地基沉降有限制时，应计算地基沉降。2.计算结构强度、刚度、抗裂性或裂缝宽度(对于混凝土结构)和稳定性(对于钢结构)。对于整体连接的仓库，应考虑空仓库和满仓的不利荷载组合；用于井架等。，还是要考虑生产过程中可能出现的事故负荷。对于地下坑和箱型结构，应考虑土压力、地下水压力和地面荷载。3.对于暴露在高温下并需要隔热的结构，应计算热应力和温度应力。4.主要承受水平荷载的结构基础的抗滑和抗倾覆稳定性仍需校核。(5)在抗震设防烈度不低于6度地区修建的构筑物，应按有关规范考虑地震作用的影响。

(5)保护措施

对于排放高温气体的烟囱，需要设置内衬和隔热层，使烟囱壁温降低到结构设计允许的范围内。沉淀池、筒仓等构筑物应采取必要的防撞措施，并设置防护栏杆、铸铁板、铁屑砂浆或铁屑混凝土耐磨层。其经受碰撞、冲击和磨损。对于受侵蚀性介质影响的结构，应采取有效的防腐措施。对于位于低空飞行航线上的高烟囱，仍然需要将烟囱上部涂成红白色或黄黑色，并布置一些红色的灯，作为航行障碍的标志。

二、冶金厂房结构设计

(1)储矿仓的设计

1.结构形式。常见的结构形式包括高架、地面、地下或半地下等。架空储矿仓的结构通常有方形、矩形、圆形、槽形和抛物线形。当储存量较大时，宜采用地面式、地下式或半地下式。储矿仓一般采用现浇钢筋混凝土结构，必要时也可采用钢结构。小型储矿仓可采用砌体结构。建在地震区的高架储矿筒仓应在地面上由仓壁支撑或由仓壁和内柱支撑。

2.结构计算。结构计算主要包括:(1)考虑结构自重、屋面和楼面活荷载、设备荷载、仓储荷载、风荷载的不利组合。在地震区，应考虑地震作用的影响。(2)贮仓与仓壁之间的摩擦会降低贮仓对仓壁和仓底的压力。因此，在计算贮仓对仓壁的压力时，应分别按深仓或浅仓计算。计算储存高度与圆形筒仓或矩形筒仓短边内径之比不小于1.5的为深筒仓，小于1.5的为浅筒仓。以上摩擦力在深仓要考虑，浅仓可以忽略。但当圆形储矿仓深度不小于15m，直径不小于12 m时，应同时按浅仓和深仓计算，以较大者为准。(3)当装载设备容量较大，一次装载体积占储矿仓总体积的比例较大时，应考虑储料对仓壁的影响。

(2)浓缩池的设计

1.结构形式。根据工艺要求、区域条件和总平面布置等。浓缩池可以设计成高架或落地式。浓缩池的材料主要是钢筋混凝土，小型浓缩池也用块石砌筑或素混凝土建造。高架浓缩池的底板由钢筋混凝土浇注而成。落地式浓缩池设计为分离式结构，即池壁、中柱和底板分离，中柱和底廊之间设置变形缝；地面浓缩机的地面一般采用素混凝土。其标高应高于最高地下水位0.5m以上。

2.结构计算。计算中应考虑结构自重、泥浆压力、土压力、活荷载和设备荷载的不利组合。一般情况下，风荷载可以忽略。当浆液温度较高时，还应考虑温度的影响。在地震区，高架浓缩池应考虑地震作用的影响。

3.结构要求。落地式浓缩池的中柱与底部走廊的连接处应设置止水带。素混凝土地面应分块，分块尺寸不大于10m，并在地面和垫层之间设置滑动层。由于浓缩池中柱受力复杂，其纵向配筋率一般不应小于0.4%。考虑到温度应力和收缩应力的影响，池壁顶部50cm以内应加密环筋间距。对于矿浆腐蚀性高的冶炼厂浸出用浓缩罐，应按防腐规范要求采取防护措施。

(3)铁皮沉淀池的设计

1.表单选择。一般采用平流沉淀池或旋流沉淀池。根据场地布置、工程地质条件和施工条件，锡沉淀池可按大开挖型、沉井型或地下连续墙型设计。

2.结构计算要点。采用大开挖方案时，根据地面荷载、土压力、池内外水压力、池内沉积物压力和地面建筑物的外力，计算确定混凝土池壁和底板的厚度和配筋，并按设计规范检查裂缝。当地下水位较高，水池荷载为空时，应验算抗浮稳定性。由于工艺和结构的需要，沉淀池内要设置一些附加结构，如内墙、横向框架、平台梁、柱等，并根据实际受力情况进行内力和配筋计算。

采用沉井方案时，需要获得土体与井壁之间单位面积的摩擦阻力数据，以此来校核竖井的下沉系数是否满足相关规范的要求。此外，还需要计算井壁边脚和沉井底板的内力和配筋。地下水位较高时，需要检查封底后竖井的抗浮稳定性。此外，检查满负荷时地基的承载力。

当采用地下连续墙方案时，需要获得施工成槽机械的数据，以确定壁厚和每个槽段的宽度。然后，根据工艺要求的池底标高和地质水文资料，确定池底开挖深度和池壁埋深，进行开挖时坑底抗浮防管涌计算和封底时混凝土垫层和底板承载力计算。此外，为了保证池壁在开挖过程中的强度和稳定性，还应计算池壁之间的横撑(一般为可拆卸钢结构)。地下水位较高时，应进行空荷载下的整体结构抗浮计算。此外，竣工后检查满负荷时地基的承载力。在使用阶段计算池壁承载力时，应考虑二次浇筑形成的组合截面的强度。

3.结构。铁沉淀池通常以混凝土本身的密实度满足抗渗要求。设计中一般采用强度等级不低于C20、抗渗等级不低于S6的防水混凝土。

采用地下连续墙时，墙体需设置二次浇筑叠合层(开挖后施工)。为了使二次浇注复合层与地下连续墙结合牢固，一般可在连续墙内表面适当间隔设置一定深度的后部钻孔，钻孔呈梅花形布置。在第二次浇灌前，将锚筋插入孔中，孔内填满无收缩水泥砂浆。连续墙面清洗干净后，再给层压层浇水。

(4)钢烟囱的设计

1.负载和功能。有结构自重(包括内衬和烟囱附件)、风荷载和覆冰荷载。位于地震区的烟囱也会遭受地震。

2.表单选择。一般来说，烟囱有三种类型:拉绳式、自立式和塔式:

(1)拉带烟囱。用钢量少，拆装方便，最适合做临时设施。一般用于高度较小的钢烟囱。缺点是占地面积大。计算时，主要是校核拉绳和连接的强度以及拉绳的锚固。

(2)自立式烟囱。一般高度不超过120 m，烟囱的形状为圆锥形，或者占总高度1/4的下部为圆锥形，其余为圆柱形，以方便施工。气缸壁的厚度由计算和结构要求决定。在此基础上再加2mm防腐。

(3)塔式烟囱。塔式烟囱常用于高度超过120 m的烟囱，它由一个塔和一个排气烟囱(以及电梯烟囱)组成。塔主要用来承受水平荷载(和作用)，其平面为三角形或矩形。纵坡变化，一般分为几段，上小下大。塔的构件大多是圆形截面。沿塔身垂直布置多层水平隔断平台，固定排烟管(及电梯井)，保证塔身几何变形，增加塔间刚度空。塔内布置一根(或多根)排烟管(和电梯井)。烟囱(及电梯井)与地下连续墙平台连接时，应沿其周向加强，以传递水平内力。应根据不同风向(或地震作用)、几个烟囱同时或不同施工、有无衬砌等情况进行计算。必须检查塔构件(包括地下连续墙平台)的强度或稳定性、底锚的尺寸和数量以及塔顶的变形。各段烟囱的验算与自立式烟囱相似。当构件超过运输和吊装极限时，将在工厂分段制造，运输到现场，通过焊接进行组装。有时，通过法兰，烟囱或小直径塔柱的各节用高强度螺栓现场拼接。

当烟气温度高或有腐蚀性时，烟囱内壁需要内衬保护。一般有两种内衬:喷涂(耐腐蚀耐高温材料)层和砖或红砖内衬。

烟囱。附件包括防雷设施、导航空标志(信号灯和红白丝带)、信号平台和梯子等。高烟囱应安装信号灯，在烟囱顶部以下的一个范围内涂上红白相间的丝带，以利于飞机的飞行安全。为了检修信号灯和防雷装置，应设置信号平台和梯子。

用于制造烟囱的钢材应有抗拉强度、延伸率、屈服强度(或屈服点)、冷弯试验、碳、硫、磷含量的合格保证，有时还有冲击韧性的合格保证。通常，烟囱由Q235沸腾钢或镇静钢、16 Mn钢和15MnV钢制成。拉带应使用符合国家标准的圆钢或钢丝绳。

烟囱表面要用机械或手工方法除锈，使表面露出金属色，然后涂上油漆，形成一层薄膜，防止生锈。要求涂料具有良好的耐腐蚀性，应根据烟气温度选择耐高温涂料。

(5)钢筋混凝土烟囱的设计

1.烟囱结构。烟囱由墙体、内衬(或内筒)、保温层和附属设施(梯子、防雷装置、信号灯和平台等)组成。)和基础。其结构特点如下:(1)筒壁常设计成圆锥形，其形状一般采用1-2°坡度，坡度为0%-2%。当烟囱较高，受到风荷载或地震作用时，坡度也可达2%-5%。筒体的壁厚通常与筒体分段，从上到下高度逐渐增加，同一段的厚度相同。断面高度应为移动模板高度的倍数，一般为10m，不宜超过15m。圆筒壁的厚度不应小于160毫米。混凝土强度一般为C20-C30。(2)筒壁打开时，孔的圆心角应不大于70°。如果在同一水平截面上有两个孔，孔应对称布置，孔开口的总圆心角不应超过140°。孔边应用钢筋或局部加厚的筒壁加固。(3)筒壁内常设置内衬(内筒)和隔热层，以减少烟气温度对筒壁的影响和筒壁内外温差，当烟气中含有腐蚀性介质时，可有效保护筒壁。(4)烟囱外设置梯子、平台和防雷设施，便于管理、维护和保证烟囱的安全使用。此外，为保证飞机夜间飞行安全，桶壁外还应安装一个维修和安装信号灯的平台。

2.烟囱形式可分为单筒、双筒和多筒等。：

(1)单筒烟囱。其筒体由钢筋混凝土筒壁和内衬(包括保温层)组成。一般来说，衬里是分段设置的，直接支撑在从圆筒壁上挑出的环形支架上。内衬常用砖砌体，保温层采用高炉渣、矿渣棉、膨胀珍珠岩、硅藻土砖等材料或空气层。这种烟囱的特点是结构简单，施工方便，成本低。而砖砌体的密实性很差，松散体的保温材料容易受潮、结块、下沉，降低保温效果。因此，单筒烟囱不适用于含有SO2等腐蚀性介质的高温烟气和高湿度烟气。

(2)双管烟囱。这种烟囱是烟囱的一种，也叫“筒中筒”烟囱，在钢筋混凝土外管内设置排烟的内管。其特征是内筒排烟，外筒承重，两者分离。内筒和外筒之间留有适当宽度的搭设平台和上下梯子，便于检查、维修和通风。内筒可以由外筒平台上的分段支撑，也可以由斜柱和圈梁组成的平台支撑，也可以做成独立的自承重结构。根据使用条件的不同，内筒可由砖、钢、钢筋混凝土、玻璃钢或硬塑料制成。这种烟囱适用于排放含有腐蚀性介质的高温烟气。

(3)多筒烟囱。其结构形式与双管型相似，但内部装有2-4个排烟内管(内胆)。适用于多台锅炉，一台带烟管，方便锅炉维修或锅炉预留扩容。

3.烟囱计算。烟囱是一种高层结构。除自重外，它所承受的主要荷载是风荷载或地震作用等水平荷载。此外，还有烟气温度引起的温度效应，以及阳光照射在筒壁上的温差和基础倾斜引起的附加弯矩等。我国烟囱设计规范不仅控制了服役阶段钢筋和混凝土的应力值，还计算了烟囱壁的强度。

4.烟囱基础。常见的烟囱基础有刚性基础、钢筋混凝土环板和圆板基础、壳体基础和桩基础。壳体基础可以节省大量混凝土，但施工难度大，抗腐蚀能力略差，一般采用圆板或环板基础。

烟囱应建在可靠的基础上。要求地基土均匀，无不良下卧层，有足够的承载力，避免过度沉降或倾斜。因此，勘探时应充分掌握荷载影响范围内的土层情况(一般影响深度约为基础直径的0.8-1.4倍)。当地基土质较差时，应采取加固措施或采用桩基等深基础。

(六)拒气结构的设计

1、钢材选择和钢材用量。煤气柜为焊接结构，柜板需要冷弯。应采用含碳量低、焊接性好、塑性好的钢材，其抗拉强度、屈服强度、延伸率、冷弯性能及碳、硫、磷含量应符合相关标准的要求。一般采用Q235B或C级镇静钢，其他成分为Q235B级沸腾钢。各种气柜用钢量见表1。

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