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煤矿矿井建筑结构设计常见问题的分析
顾孟德
（中煤科工集团南京设计研究院有限公司 ； ；江苏南京 ； ；210031）
【摘要】2002年—2012年我国煤炭工业发展取得的辉煌成就，相应的煤矿矿井建筑行业得到了飞速发展，新技术、新工艺及新的科研成果不断应用到煤矿矿井建筑结构中。随着中国经济结构的调整，煤炭生产和消费有了新的变化：促进煤炭安全绿色开发和清洁高效利用。同时对煤矿矿井建筑结构设计有了更高的要求。本文对煤矿矿井建筑结构常见的问题进行了分析，对提高煤矿矿井建筑结构施工水平提出了几点建议。
【關键词】煤矿矿井建筑；建筑施工；结构设计
一、煤矿矿井建筑结构设计的原则和要求
（一）建筑材料的要求
在煤矿矿井建筑结构设计中，建筑材料的选择是非常重要的，应根据煤矿矿井的特点，采用经实践检验的、有可靠保证的新型建筑材料及结构。煤矿矿井建筑结构材料主要为混凝土和钢材。
混凝土的选用：素混凝土结构的混凝土等级不低于C15，多应用于基础垫层。采用强度等级400MPa及以上钢筋时，混凝土强度等级不低于C25，多采用C30混凝土。预应力混凝土结构的混凝土强度等级不宜低于C40，且不应低于C30，应用于储煤仓。承受重复荷载的钢筋混凝土构件，混凝土强度等级不应低于C30，应用于筛分车间。
钢材的选用：梁、柱纵向受力普通钢筋应采用HRB400、HRB500、HRBF500钢筋，也可采用HRB335、HRBF335钢筋。实际工程中多采用HRB400级钢筋，与之相应的混凝土采用C30。承重钢结构的材料宜采用Q345、Q390和Q420钢。当结构构件的截面按强度控制时，采用Q345钢可比Q235钢节约30%左右，因为，Q345钢的屈服强度比Q235钢的屈服强度提高了45%左右。吊车梁在煤矿矿井建筑结构中常用，多为轻（A1～A3）、中级（A4、A5），一般设计成铰接。吊车梁多采用型钢，如采用钢板焊接时，可以选择Q345-C型钢板，保证其冲击韧性。钢结构的焊接材料应与连接件的钢材相适应。当不同强度钢材连接，与强度低钢材相适应。手工焊时：Q235钢采用E43型焊条；Q345采用E50型焊条。
1、建筑梁的扭矩折减系数。对于很多煤矿矿井建筑结构来说，尤其是提升机房，因为机房内用于吊挂物件较多，并且建筑墙面有很多洞孔，在机房的周围要设置一些支撑的设备。为此，在建筑结构设计时为了使数值更加准确，建筑梁扭矩折减系数一定要符合工艺设计要求。一般，在计算梁扭矩折减系数要按照建筑孔洞的尺寸计算，调整的范围一般也在0.3～0.4之间。
2、建筑活载组合值系数的取值。一般在PKPM中，楼面活载组合值系数是0.7，但对于大部分煤矿矿井建筑物来说，楼面活载组合值系数是不同的。例如，工业场地内的提升机房、井口房、翻车机房、输送机栈桥等活载组合值系数为1.0，但是在选矸楼、筛分楼、煤仓、转载站等活载组合值系数为0.9。所以，在进行煤矿矿井建筑结构设计时一定要按照工业场地的建筑类型选择活载组合系数进行设计，这样才能使各个数值更加精准并符合建筑工程的质量标准。下图是某井口房PKPM建模计算时的分析和参数补充定义：
二、工业煤矿矿井建筑结构设计存在的问题及解决方法
（一）设计人员之间缺少沟通
煤矿矿井建筑结构的设计和工艺设计都是非常重要的设计模块，但是如果结构设计人员和工艺设计人员之间不能保持有效的沟通就会使工艺设备的摆放与结构布置出现矛盾和冲突，如提升机房中梁底标高要满足工艺要求的设备的净空要求。特别是提升机设备基础不宜和机房主体靠的太近，就会使施工的难度增加，机房主体结构由此也会受到提升机设备基础运行的影响。为此，要想在源头上避免这种问题的产生就要在设计中做好布设，加强工艺设计人员和建筑结构设计人员间的沟通是非常重要的。
很多情况下，建筑结构设计人员因为缺乏相关工艺的专业知识，如不能和建筑排水设计人员进行有效沟通，会使建筑不能预留出符合标准的孔洞，从而影响建筑结构的主体施工，在后续补救措施中不得不打洞使建筑结构的主体质量受到破坏。
此外，煤矿工业场地的管线综合布置特别需要有深厚的专业知识和丰富的设计经验建筑结构的设计人员参与，需要将工业场地内室外供热管网、动力配电及照明线网、给水排水管网、通信线网、工业场地压风管网、煤气瓦斯管网等综合在一起布置。为了使煤矿工业场地的管线综合布置简洁美观并符合各专业设计要求，有如下步骤：
1）平面布置时以各专业中最严格的相关要求布置支腿间距；
2）根据煤矿工业场地的整体建筑形式设计与之协调的支腿和桥架形式设计；
3）同各专业设计人员协调各专业管线、沟平面位置及交叉点标高。
下图是某煤矿工业场地的管线综合布置设计图：
（二）对煤矿矿井建筑结构的安全容易忽视
虽然煤矿企业将安全生产一直放在第一位，但随着工业的不断发展，应用的设备越来越多，因此进一步提高煤矿矿井建筑结构设计的安全性非常必要。在工业场地中有很多危险性厂房。比如，爆炸材料库、雷管库、电机车库以及锅炉房等，建筑结构设计人员在设计时宜设计成敞开式或者是半敞开式的结构。但是，往往受一些外界因素的影响，比如，相关领导认为设计成敞开式的不安全，会增加被偷窃的机会。因此，很多的爆炸危险性高的材料库棚都设计成了封闭式的。如果防爆库房内泄压面积不符合标准，就会为后期的安全验收工作带来影响，消防处理也会变的非常困难，增加了库房的不安全因素。因此，如果建筑结构是封闭式的要首先考虑泄压的面积，必要时可以增加一扇窗户。像工业场地内的锅炉房一定要对内部的泄压面积充分考虑。为了使库房安全性得以保证，防爆库房一般都应用材质较轻的材料，因为材质轻会利于脱落，窗户和门也都如此。此外，用于泄压设备的布置应该靠近爆炸源头，这样可以有效避开人行通道，并且对于泄压面积也要平均布设。
（三）需要考虑到施工相关的问题
1）结构构件细部处理问题
建筑结构设计人员不仅要从设计角度关注结构构件的强度、刚度和稳定性，还要考虑建筑施工时的实际情况，避免施工过程中增加不必要的费用支出，造成资源浪费。例如在建筑结构平面布置时避开基础交叠问题，空间布置时避免洞口和梁柱的打架。在钢结构设计中，注意柱脚抗剪键在基础上的留孔，尽量采用插入或埋入式柱脚，由柱外混凝土抵抗水平剪力，这虽增加了工程成本，但方便施工和省力，还有效避免了施工疏忽造成的安全隐患。
2）建筑结构预埋的处理问题
根据工艺要求，很多情况下建筑结构大梁上需预埋吊环，预埋的处理要符合规范：1）吊环的预埋采用I级的钢筋实施预埋，不能应用冷加工过的钢筋，将准备好的吊环采用焊接的方式固定在钢筋上。设计人员一定要在图纸上显示出来。吊环的计算是，一个吊环要按照两个截面进行计算，吊环的拉应力也不能超过50MPa。
结语
本文主要对煤矿矿井建筑结构设计遵循的要求和原则进行了论述，并对煤矿矿井建筑结构设计常见的问题和解决方法进行了分析和论述，表述了要想使煤矿矿井建筑结构建设质量过关，就要在材料选择、安全设计和规范施工等方面进行加强。
顾孟德
（中煤科工集团南京设计研究院有限公司 ； ；江苏南京 ； ；210031）
【摘要】2002年—2012年我国煤炭工业发展取得的辉煌成就，相应的煤矿矿井建筑行业得到了飞速发展，新技术、新工艺及新的科研成果不断应用到煤矿矿井建筑结构中。随着中国经济结构的调整，煤炭生产和消费有了新的变化：促进煤炭安全绿色开发和清洁高效利用。同时对煤矿矿井建筑结构设计有了更高的要求。本文对煤矿矿井建筑结构常见的问题进行了分析，对提高煤矿矿井建筑结构施工水平提出了几点建议。
【關键词】煤矿矿井建筑；建筑施工；结构设计
一、煤矿矿井建筑结构设计的原则和要求
（一）建筑材料的要求
在煤矿矿井建筑结构设计中，建筑材料的选择是非常重要的，应根据煤矿矿井的特点，采用经实践检验的、有可靠保证的新型建筑材料及结构。煤矿矿井建筑结构材料主要为混凝土和钢材。
混凝土的选用：素混凝土结构的混凝土等级不低于C15，多应用于基础垫层。采用强度等级400MPa及以上钢筋时，混凝土强度等级不低于C25，多采用C30混凝土。预应力混凝土结构的混凝土强度等级不宜低于C40，且不应低于C30，应用于储煤仓。承受重复荷载的钢筋混凝土构件，混凝土强度等级不应低于C30，应用于筛分车间。
钢材的选用：梁、柱纵向受力普通钢筋应采用HRB400、HRB500、HRBF500钢筋，也可采用HRB335、HRBF335钢筋。实际工程中多采用HRB400级钢筋，与之相应的混凝土采用C30。承重钢结构的材料宜采用Q345、Q390和Q420钢。当结构构件的截面按强度控制时，采用Q345钢可比Q235钢节约30%左右，因为，Q345钢的屈服强度比Q235钢的屈服强度提高了45%左右。吊车梁在煤矿矿井建筑结构中常用，多为轻（A1～A3）、中级（A4、A5），一般设计成铰接。吊车梁多采用型钢，如采用钢板焊接时，可以选择Q345-C型钢板，保证其冲击韧性。钢结构的焊接材料应与连接件的钢材相适应。当不同强度钢材连接，与强度低钢材相适应。手工焊时：Q235钢采用E43型焊条；Q345采用E50型焊条。
- 常见的建筑系数取值要求
1、建筑梁的扭矩折减系数。对于很多煤矿矿井建筑结构来说，尤其是提升机房，因为机房内用于吊挂物件较多，并且建筑墙面有很多洞孔，在机房的周围要设置一些支撑的设备。为此，在建筑结构设计时为了使数值更加准确，建筑梁扭矩折减系数一定要符合工艺设计要求。一般，在计算梁扭矩折减系数要按照建筑孔洞的尺寸计算，调整的范围一般也在0.3～0.4之间。
2、建筑活载组合值系数的取值。一般在PKPM中，楼面活载组合值系数是0.7，但对于大部分煤矿矿井建筑物来说，楼面活载组合值系数是不同的。例如，工业场地内的提升机房、井口房、翻车机房、输送机栈桥等活载组合值系数为1.0，但是在选矸楼、筛分楼、煤仓、转载站等活载组合值系数为0.9。所以，在进行煤矿矿井建筑结构设计时一定要按照工业场地的建筑类型选择活载组合系数进行设计，这样才能使各个数值更加精准并符合建筑工程的质量标准。下图是某井口房PKPM建模计算时的分析和参数补充定义：
二、工业煤矿矿井建筑结构设计存在的问题及解决方法
（一）设计人员之间缺少沟通
煤矿矿井建筑结构的设计和工艺设计都是非常重要的设计模块，但是如果结构设计人员和工艺设计人员之间不能保持有效的沟通就会使工艺设备的摆放与结构布置出现矛盾和冲突，如提升机房中梁底标高要满足工艺要求的设备的净空要求。特别是提升机设备基础不宜和机房主体靠的太近，就会使施工的难度增加，机房主体结构由此也会受到提升机设备基础运行的影响。为此，要想在源头上避免这种问题的产生就要在设计中做好布设，加强工艺设计人员和建筑结构设计人员间的沟通是非常重要的。
很多情况下，建筑结构设计人员因为缺乏相关工艺的专业知识，如不能和建筑排水设计人员进行有效沟通，会使建筑不能预留出符合标准的孔洞，从而影响建筑结构的主体施工，在后续补救措施中不得不打洞使建筑结构的主体质量受到破坏。
此外，煤矿工业场地的管线综合布置特别需要有深厚的专业知识和丰富的设计经验建筑结构的设计人员参与，需要将工业场地内室外供热管网、动力配电及照明线网、给水排水管网、通信线网、工业场地压风管网、煤气瓦斯管网等综合在一起布置。为了使煤矿工业场地的管线综合布置简洁美观并符合各专业设计要求，有如下步骤：
1）平面布置时以各专业中最严格的相关要求布置支腿间距；
2）根据煤矿工业场地的整体建筑形式设计与之协调的支腿和桥架形式设计；
3）同各专业设计人员协调各专业管线、沟平面位置及交叉点标高。
下图是某煤矿工业场地的管线综合布置设计图：
（二）对煤矿矿井建筑结构的安全容易忽视
虽然煤矿企业将安全生产一直放在第一位，但随着工业的不断发展，应用的设备越来越多，因此进一步提高煤矿矿井建筑结构设计的安全性非常必要。在工业场地中有很多危险性厂房。比如，爆炸材料库、雷管库、电机车库以及锅炉房等，建筑结构设计人员在设计时宜设计成敞开式或者是半敞开式的结构。但是，往往受一些外界因素的影响，比如，相关领导认为设计成敞开式的不安全，会增加被偷窃的机会。因此，很多的爆炸危险性高的材料库棚都设计成了封闭式的。如果防爆库房内泄压面积不符合标准，就会为后期的安全验收工作带来影响，消防处理也会变的非常困难，增加了库房的不安全因素。因此，如果建筑结构是封闭式的要首先考虑泄压的面积，必要时可以增加一扇窗户。像工业场地内的锅炉房一定要对内部的泄压面积充分考虑。为了使库房安全性得以保证，防爆库房一般都应用材质较轻的材料，因为材质轻会利于脱落，窗户和门也都如此。此外，用于泄压设备的布置应该靠近爆炸源头，这样可以有效避开人行通道，并且对于泄压面积也要平均布设。
（三）需要考虑到施工相关的问题
1）结构构件细部处理问题
建筑结构设计人员不仅要从设计角度关注结构构件的强度、刚度和稳定性，还要考虑建筑施工时的实际情况，避免施工过程中增加不必要的费用支出，造成资源浪费。例如在建筑结构平面布置时避开基础交叠问题，空间布置时避免洞口和梁柱的打架。在钢结构设计中，注意柱脚抗剪键在基础上的留孔，尽量采用插入或埋入式柱脚，由柱外混凝土抵抗水平剪力，这虽增加了工程成本，但方便施工和省力，还有效避免了施工疏忽造成的安全隐患。
2）建筑结构预埋的处理问题
根据工艺要求，很多情况下建筑结构大梁上需预埋吊环，预埋的处理要符合规范：1）吊环的预埋采用I级的钢筋实施预埋，不能应用冷加工过的钢筋，将准备好的吊环采用焊接的方式固定在钢筋上。设计人员一定要在图纸上显示出来。吊环的计算是，一个吊环要按照两个截面进行计算，吊环的拉应力也不能超过50MPa。
结语
本文主要对煤矿矿井建筑结构设计遵循的要求和原则进行了论述，并对煤矿矿井建筑结构设计常见的问题和解决方法进行了分析和论述，表述了要想使煤矿矿井建筑结构建设质量过关，就要在材料选择、安全设计和规范施工等方面进行加强。