煤矿地面建筑优化设计

摘要:结合矿井的建设标准，从设计的角度分析了煤矿地面建筑的造价控制方法，并探讨了地面建筑设计中轻钢结构的应用范围，总结了地面建筑设计中的注意事项，旨在实现建筑设计的经济性与合理性。

关键词:煤矿，地面建筑，造价控制，轻钢结构

煤矿地面建筑优化设计是以设计单位为主导，参建各方均要参与的一个比较复杂的系统过程。这个过程从项目前期的选址规划，到项目实施过程中的设计阶段，建设阶段，贯穿始终，在工程建设的每一个阶段，其他参建各方都要支持与配合设计单位，同时设计单位应积极了解工程内部、外部环境情况，尤其是不断变化的某些外部环境因素，经过精准的计算，认真的比选，及时提供经济合理的设计成果，真正做到煤矿地面建筑的优化设计。下面我将从几个方面阐述煤矿设计的一些特点、注意事项以及如何进行优化设计。

1矿井的建设标准及应用

GB50592—2010煤矿矿井建筑结构设计规范第1．0．4条规定:新建矿井主要建(构)筑物的结构设计使用年限应与矿井设计服务年限相适应。当矿井设计服务年限不满50年时，其主要建(构)筑物的设计使用年限仍应按50年设计。矿井建(构)筑物的结构安全等级和抗震设防类别应按表1．0．4的规定采用。表1．0．4略。但需注意，对于一些重要的建筑物，如提升系统里面的提升机房、井口房、天轮架，供配电系统里的地面变电所、配电室，通信系统里的通信楼、调度中心等结构安全等级均为一级，抗震设防类别为乙类(即为重点设防类)。根据GB50223—2008建筑工程抗震设防分类标准第3．0．3条2款，重点设防类，应按高于本地区抗震设防烈度1度的要求加强其抗震措施;但抗震设防烈度为9度时应按比9度更高的要求采取抗震措施;地基基础的抗震措施，应符合有关规定。同时，应按本地区抗震设防烈度确定其地震作用。一般的建筑安全等级为二级或三级，抗震设防类别通常为丙类(即为标准设防类)。该条的条文说明:对于那些不直接影响生产或者影响很小的、易于拆除重建的建(构)筑物不受此条限制。很多兼并重组的矿井，设计年限为十几年甚至几年，在结构设计时应根据建筑物的重要程度，能不建的不建，必须建的，结构专业设计时应考虑使用年限的调整系数(该系数取值见GB50009—2012建筑结构荷载规范第3．2．5条)，在效应设计值计算时活荷载应乘以该系数，结构设计使用年限为5年时取0．9，结构设计使用年限为50年时取1，结构设计使用年限在5年～50年之间时，按线性内插确定。

2地面建筑造价控制

工程造价的控制贯穿于工程建设的整个过程(主要包括项目决策、设计、施工阶段)，但在不同阶段工程造价所占的比例不同。据有关资料统计分析，设计阶段对整个项目造价的影响约为35%～75%，可见设计阶段是控制工程造价的重要阶段。对于矿井建设项目的总投资而言，除井巷工程、设备购置费以外，地面土建工程的造价所占的比重最大，一般能占到矿井总投资的10%以上。控制煤矿基本建设投资应从设计抓起。不仅要使设计能满足煤矿安全生产的功能需要，同时还能保证设计的经济、合理，从而有效的控制工程造价、节约建设单位投资成本。下面我将从几个方面分别进行阐述:煤矿地面建筑通常分为生产系统、辅助生产系统和行政福利系统三大部分。在规范及标准允许的情况下，设计人员应针对地面上主要建(构)筑物的特点，对其分别进行优化设计。主要包含以下几个方面:地面生产系统，如井口房、筛分车间、提升机房等直接影响到矿井生产的建筑，以安全性为主，对其关键部位重点设防，确保其安全可靠;其他建筑的优化设计则根据其功能、特点及常用的结构形式，从地基处理、结构形式、材料的选用等分别考虑。1)在整个建筑工程的各专业设计中，设计方案及结构设计的选择对整个建筑工程造价影响最显著，是工程造价控制的关键环节。对生产系统的设计、各建筑的工艺布置在方案阶段尽量多做比选，选取最优方案，这是节约地面建筑投资的关键所在，也是避免后期设计变更的关键。一个合理的系统不仅能保证生产顺畅，出错环节减少，还能使初期建设投资成本大大降低。2)在工业场地总体规划上，避开不利地段，重要的建筑(如筒仓、筛分车间、提升机房等)及行政福利区建筑避开填方地段，这样不仅对建筑物安全有利，而且可节约很大一部分地基处理费用.3)对每一个单体，不论大小，精细化设计。如:室外管沟的设计。小的工程往往是人们在设计过程中容易忽视的，室外管沟对于土建专业来说，是一个很小的项目，但对于整个工业场地，它的工程量非常大，费用也是一笔不小的数目。设计人员应根据地沟的宽度和深度、地面荷载等条件来选择砖地沟还是素混凝土地沟，若厂区地质情况变化较大，则还应根据具体情况进行分段设计，采取不同的地基处理方式，或者不处理。4)对于大中体量的轻钢结构厂房，人们往往会控制它的平米含钢量来控制成本，却容易忽略其他方面，如围护结构的选型，单层彩板还是夹芯板，彩板厚度选择，地面做法(满足地面荷载要求即可)，防火涂料的做法等，这些在单体的总造价中也占有相当大的比例，只有逐一的精细设计，才能从总体上把造价降下来。

3地面建筑设计中轻钢结构的应用

在矿井建设中，对于一些对进度要求比较严格的矿井，以及服务年限较短(10年以内)的矿井或者大跨度的厂房等，钢结构受到很多建设单位的推崇。在地面建筑中，钢结构常常用于栈桥、储煤棚、副井井口房、提升机房、综采设备库、机修车间、器材库、棚及压风机房等建筑。

4在工程实施过程中避免增大不必要投资的措施

设计人员应与参建各方及时沟通，及时了解工程施工进展情况，根据出现的情况及时调整设计文件的内容，达到工程质量、进度、造价的最优化。1)行政福利区建筑方案直接影响到后期的使用，方案设计时，建设方应做好充分的调查，征求相关领导意见，还要对矿井现状及未来的发展趋势有一个综合的、前瞻性的认识，对住宿人数、用餐人数、办公人数及面积等提出相对准确的要求，使行政福利设计尽量一步到位，避免后期改造、扩建、加建等。2)施工过程中不同于勘察报告的地质情况的出现。如果持力层的埋深有变化，可以调整基础的埋置深度，优化地基处理方案。如:某单层框架采用独立柱基础方案，持力层埋深1．5m左右，原设计满堂换填灰土1．5m厚。实际开挖后，持力层埋深大部分范围大于3m，此时可将基地埋置深度加深，直接落于持力层上，而不用换填灰土，经简单处理即可满足设计要求，可以降低造价，加快工程进度。3)施工外部环境的改变。根据工程实际情况调整材料，在施工过程中可以将原设计的某些材料换成现场易于采用的材料，如:将灰土换成当地易于取用的碎石、砂石土，加快进度，实现优化。又如将现场易于采购的钢筋和钢材代换原设计的钢筋和钢材，加快进度，实现优化。4)施工过程中的突发状况。根据施工过程中出现的突发情况，及时制定科学合理的设计应对措施，将造价、工期实现优化。如出现施工质量事故或因不可抗力造成在建工程局部破坏，设计院可以及时出具合理经济的加固补强措施，节省工期，降低造价。

5地面建筑设计中其他注意事项

1)地质勘察资料在工程设计中的重要性。工业场地应有良好的工程地质条件，避开地下采空区、地面沉降区、地裂缝区等地质环境恶劣场地，不得受泥石流、崩塌、滑坡、岩溶和土洞塌陷等不良因素影响。抗震设防区工业场地宜选择对抗震有利地段，避开不利地段，不应选择在危险地段。地质勘察资料是工程初步设计及施工图设计的基础资料，同时也是施工单位进行施工作业的基本依据，其准确与否会对工程造价及工期产生很大的影响，建设单位必须充分重视地勘资料，选择具有相关资质、信誉良好的勘察单位，同时勘查单位必须严格依据《岩土工程勘察规范》的要求进行作业，并提供准确，详实的勘探成果报告。首先，地质勘察资料是总图布置的重要依据，众所周知，将地面建(构)筑物布置在对建筑有利地段，可以显著降低地基处理费用，同时减小上部结构主要受力构件截面尺寸，从源头上减少工程造价，节省工期。其次，地质勘察资料特别是详勘报告是确定地基处理方案的主要依据，准确、详实的勘查报告是设计单位提供最优化的地基处理方案的前提。地质勘察所花费的费用在全部工程造价中仅占很小的一部分，但其成果的准确性却对工程造价影响很大，建设单位应给予充分重视。2)机电等主导专业在进行工艺布置时，层高应留有适当的余地，以免后期生产需要工艺调整时，建筑限制。尺寸上尽可能取建筑模数。3)对于山区的建筑，在计算风荷载时，风压高度变化系数除可按平坦地面的粗糙度类别查表外，还应考虑地形条件的修正，修正系数的采用方法详见GB50009—2012建筑结构荷载规范第8．2．2条，设计人员需引起重视。4)甲方的设计意识:在这些年的工作中，现场常常出现未与设计人员沟通，擅自修改图纸的乱象，造成实际建设过程中存在很多不合理的地方，增加安全隐患，监理和建设方应引起足够重视。另外，参建各方要重视图纸的设计交底，设计人员要对重点、关键部位进行交底，施工及相关人员要及时提出图纸的疑难问题和不明确的地方。项目设计绝不仅仅是设计单位的个体创造，还与委托方的参与和管理密切相关，因此将建设方在设计中的导向、控制作用体现于设计的事前、事后，对保障设计工作的质量和进度能起到关键的作用。

参考文献:

［1］GB50592—2010，煤矿矿井建筑结构设计规范［S］．

［2］GB50223—2008，建筑工程抗震设防分类标准［S］．

［3］GB50009—2012，建筑结构荷载规范［S］．

［4］GB50215—2015，煤矿工业矿井设计规范［S］．

［5］GB50011—2010，建筑抗震设计规范［S］．

［6］GB50007—2011，建筑地基基础设计规范［S］．

［7］龚晓南．地基处理手册［M］．第3版．北京:中国建筑工业出版社，2008．

作者：李霞 单位：山西安煤矿业设计工程有限公司