煤矿地面建筑结构优化设计研究

时间：2020-12-19 10:07:47 所属分类：矿业工程 浏览量:

煤矿地面建筑通常被划分为两种建筑类型：一是生活类建筑;二是工业类建筑，前者多为钢筋混凝土结构，后者大多数为单层建筑或双层建筑，由于地面材料所需承载力较小，故而主要以框架结构为主。而随着时代的进步，这种污染性较大且能耗偏高的建筑结构已偏离我国

　　煤矿地面建筑通常被划分为两种建筑类型：一是生活类建筑;二是工业类建筑，前者多为钢筋混凝土结构，后者大多数为单层建筑或双层建筑，由于地面材料所需承载力较小，故而主要以框架结构为主。而随着时代的进步，这种污染性较大且能耗偏高的建筑结构已偏离我国现今煤矿企业地面建筑建设要求，所以人们开始纷纷利用轻钢结构作为煤矿地面建筑结构的设计基础。

　　1煤矿地面建筑的特点

　　煤矿地面建筑具体包含以下特点：①楼层较低，通常低于两层;②建筑楼层所需承载力较低，由于煤矿地面建筑地基上并不需要建设大量楼层，并且在厂房或作业设备施加压力时具体是以地面为发力对象。所以并不会对建筑墙体、周边楼板带来较大的压力影响;③跨度要求大，在煤矿地面建筑中往往需要大面积的作业空间，因此，应从横纵向上进行延伸，进而满足煤矿开采作业需求;④所需构件较繁杂且造价高。依据建筑方案及土地使用政策，它常需要进行大规模回填施工，导致煤矿地面建筑工程经济性有所下降。

　　2煤矿地面建筑的难点

　　煤矿工程中关于煤矿地面建筑结构的设计常需要满足施工人员与单位的双重需求。作为矿产事业的基础设施，煤矿地面建筑往往直接影响着煤矿开采质量及作业安全。目前，煤矿地面建筑在设计时主要存在以下3个方面的难点。第一，施工方为了早日获利，常对施工周期进行压榨，这就造成施工质量控制效果有所削弱，且监管难度增大，同时也不利于工程造价的合理控制。因此，可在保质保量的基础上适当缩短工期。第二，煤矿地面建筑因其具有多样构件，并且施工内容较多，所以也增加了建筑结构设计的烦琐性。一方面，煤矿地面建筑应满足煤矿开采等工作环节的实际需求。另一方面，需为运输作业、供配电等功能性需求的满足提供便利条件，这使得煤矿地面建筑结构的设计水平难以把控。第三，在布置施工现场的各种设备时常处于不可控状态，且未能按照“科学布置”原则进行操作，从而不利于煤矿工程地面建筑质量的有效提升。

　　3煤矿地面建筑结构的优化设计策略

　　3.1切实做好造价控制工作

　　在设计煤矿地面建筑结构时还应考虑到造价成本的影响，进而保证所设计的建筑结构能够为煤矿企业减轻经济负担提供重要助力。在煤矿地面建筑中根据施工阶段的不同所呈现的造价成本也存在差异。比如在设计煤矿地面建筑结构阶段，工程造价成本占总建筑项目的35%~75%。所以，建筑结构是影响造价控制效果的直接因素。首先，在选择建筑结构时除了需要意识到其实用价值与具体需求之间的关联度外，还应按照投入成本选择经济性更强的建筑结构，以免影响煤矿企业资金利用率。其次，针对煤矿地面建筑中的重要场地，如开采车间、机房等，应防止在此区域内进行填方施工，否则将造成施工成本的增加。最后，若所设计的煤矿地面建筑结构为轻钢结构，应注重使用数量及型号的确定情况。同时，还需结合防火涂料的应用质量对工程造价进行有效控制。

　　3.2合理建立轻钢结构体系

　　(1)支承体系：轻钢结构是目前煤矿地面建筑中最为主要的结构类型。为了保证轻钢结构能在建筑中发挥出真正的作用，需根据其具体特点建立相应的轻钢结构体系，其中针对建筑内部的承载结构应以层数为依托设计支撑体系。通常情况下，单层煤矿地面建筑支撑体系常包括平面框架、空间框架等。由于煤矿地面建筑一般以单层建筑为主，故而可通过减小框架断面的方式帮助轻钢结构达到最佳承载效果。同时，由于在安装框架时操作简便、投入成本较低。所以，在设计厂房结构时常以此为主要设计方法。另外，当煤矿地面建筑为双层建筑时，在设计轻钢结构支承体系时应以排架结构为主，既能增加空间跨度，又能提升建筑结构的稳定性。(2)楼面体系：在设计煤矿地面建筑轻钢结构的楼面体系期间，应考虑到建筑楼面自身刚度与抗压性对建筑牢固度的影响。在对楼面进行设计时，可利用预制板相互重叠的方式增强楼面稳定性，一能降低工作量;二能缩短施工时间，以满足煤矿企业“早完工早受益”的需求。同时，还可采用“现浇混凝土组合式楼面”保证楼面梁板间具有良好的衔接性。楼面体系还可依据现浇钢筋混凝土作为楼面施工主体，以此确保煤矿地面建筑结构符合煤矿企业开采作业要求。(3)围护体系：为了避免煤矿地面建筑结构出现变形状况，还应科学制定围护体系，其中轻钢结构的围护体系是指利用轻质材料设计建筑结构。其中最常见的轻质材料有“卷边Z型钢”等，它可为地区煤矿开采作业创造良好的开采条件。而市场上除了卷边Z型钢之外，还包括硫铝酸盐低碱度水泥材料，可在围护结构中采用轻质材料降低对墙体梁柱的压力，保证建筑结构能够为煤矿企业的长远发展奠定基础。因此在设计煤矿地面建筑结构时应以围护体系为依据。

　　3.3明确建筑结构施工条件

　　(1)优选钢材。在选择煤矿地面建筑结构所使用的钢材时，需以直径在6~100mm的热轧钢肋钢筋与高强直条钢筋为主，而混凝土可选用C30强度等级的混凝土。至于承重钢结构，可利用低合金钢，因其钢材屈服强度是345MPa，故而在煤矿地面建筑结构中具有较大的应用价值。但需注意的是：若承重钢结构构件截面有所减小时，应选择实心长条钢材，这样既能提高45%左右的屈服强度，又能降低30%的能耗，从而促使用于煤矿地面建筑结构中的钢材符合施工要求。(2)确定跨度。在确定煤矿地面建筑跨度时往往需要依据建筑吊车与安全作业范围等标准合理设计跨度，避免影响建筑结构质量。根据以往精准计算结果可知：门式刚架跨度可达到24m，且经济性更强，当跨度大于30m时，门式刚架的钢量增幅度有所上升，为了保证门式刚架能为煤矿企业开采与员工居住等操作内容提供便利条件，应将跨度极限值限制在36m以内。以某煤矿企业所建设的材料仓库为例，总建筑规模在945m2左右，据此可将门式刚架跨度设计为21m，且长度应不高于45m，进而在节约成本的前提下实现最佳设计效果。(3)设计柱距。在设计刚架柱距时，一要参照施工工艺与设备;二要结合施工需求。比如设计建筑井室主要用于暖风、防护、支撑等作用，故而应注重柱距通畅性，以免影响安全出口的使用效果。再比如在设计储煤仓库时，应保证柱距不小于运输工具宽度，防止运煤效率受到负面干扰。一般而言，刚架柱距应高于6m，且低于9m。据了解，柱距超过9m后，会增加其他附属构件的使用量，从而增加投资量，所以只需满足基本功能需求即可。

　　3.4科学布置建筑结构设备

　　(1)吊车：吊车也是影响建筑结构设计水平的重要因素。通常在设置吊车的情况下，建筑用钢量将有所增加。吊车主要是进行材料输送等工作，并且在空压机房等地有着重要作用。因此，应按照“合理化设计”原则在适合的地方设置吊车，其余没有实际用途的建筑区域可不设置吊车。(2)钢梁柱：在设计煤矿地面建筑钢梁柱时应依据吊车设置尺寸确定钢梁柱高度及跨度等相关参数。比如在吊车安装完成后建筑钢梁高程应为跨度的1/30，由此可保证钢梁设计结果与煤矿企业的实际要求相一致。若钢梁跨度略高于24m，应以最高数值为主，并依据弯矩对钢梁柱的截面加以调节。在放置建筑钢柱时应结合抵抗力的来源方向确定钢柱位置，以此保证煤矿地面建筑不易受到开采作业的影响而发生建筑物坍塌事故，以便建筑安全性有所提高。(3)抗风柱：当煤矿地面建筑受到风力侵袭时，若没有较强的抗风性，也会导致煤矿企业无法正常工作。因此，可在建筑结构中增设抗风柱，加大建筑钢梁柱的牢固性。同时还可利用“弹簧连接法”对钢梁柱与抗风柱进行连接，即使后期出现大型龙卷风等天气，也不会对建筑结构造成损坏。(4)钢桁架：煤矿地面建筑还需要为煤矿资源的快速运输提供辅助作用。所以，应根据具体压力值合理设计钢桁架。在运输工具底部与栈桥间的高度差为20m时，可使用10m跨度的钢桁架。目前，常见的钢桁架有“工字钢桁架”“H型钢桁架”等，设计人员可依据煤矿企业的运输规模及开采频率选择钢桁架类型，还需注重成本，确保煤矿企业能得到有效防护。

　　4结语

　　综上所述，我国煤矿地面建筑结构的优化是未来煤矿开采施工的重要基础，以此最大化降低对周边环境的破坏度。另外，还应从造价控制、轻钢结构体系、施工条件、建筑结构设备等方面着手，提高煤矿地面建筑结构的设计水平，促进我国煤矿企业的良性发展，为我国各个领域提供重要的供应能源。

　　参考文献

　　[1]齐亚楠.关于煤矿地面建(构)筑物结构设计的几点探讨[J].内蒙古煤炭经济，2017(09)：16，19.

　　[2]郑雷，王志杰，马亮.煤矿地面行政公共建筑设计标准研究[J].煤炭工程，2019，51(09)：7-10.

　　[3]李霞.煤矿地面建筑优化设计[J].山西建筑，2017，43(02)：36-37.

　　《煤矿地面建筑结构优化设计研究》来源：《城市建筑》，作者：高翔

转载请注明来自：http://www.zazhifabiao.com/lunwen/gcjs/kygc/47297.html