سالن اختلاط مواد کارخانه سیمان سامان غرب

پروژه صنعتی دهانه‌بلند — سالن اختلاط مواد خام‎

کارخانه سیمان صوفیان از مجموعه‌های باسابقه صنعت سیمان کشور است. در فرآیند تولید سیمان، ذخیره‌سازی، آماده‌سازی و اختلاط یکنواخت مواد اولیه از مراحل مهم پیش از ورود مواد به بخش‌های بعدی خط تولید محسوب می‌شود. سالن‌های مربوط به این فرآیند باید علاوه بر تأمین ظرفیت مناسب ذخیره‌سازی، فضای لازم برای عملکرد تجهیزات انتقال مواد، خطوط نقاله و ماشین‌آلات صنعتی را بدون ایجاد موانع سازه‌ای در فضای داخلی فراهم کنند.

ابعاد قابل توجه تجهیزات و ضرورت ایجاد فضای آزاد داخلی موجب شد پوشش این سالن‌ها به سازه‌ای با دهانه و ارتفاع زیاد و بدون ستون‌های میانی نیاز داشته باشد.

برای پاسخ به این الزامات، سیستم سازه فضاکار قوسی از نوع نبشی‌بست انتخاب شد. این سیستم با بهره‌گیری از اعضای نبشی در لایه‌های اصلی و اعضای قطری و با ترکیب رفتار خمشی و مفصلی در گره‌ها، امکان ایجاد قوس‌هایی با دهانه و ارتفاع زیاد را با وزن سازه‌ای مناسب فراهم کرده است.

طراحی، ساخت و اجرای این سازه‌ها با همکاری شرکت پُرساز به‌عنوان پیمانکار مادر و شرکت رُزان انجام شده است.

در کارخانه‌های سیمان، ترکیب شیمیایی مواد اولیه استخراج‌شده از معدن همواره کاملاً یکنواخت نیست. به همین دلیل، ذخیره‌سازی و پیش‌همگن‌سازی مواد پیش از ادامه فرآیند تولید، نقش مهمی در کاهش نوسان خوراک و ایجاد شرایط پایدارتر برای مراحل بعدی تولید دارد. سیستم‌های بستر اختلاط ‎(Blending Bed)‎ معمولاً با تشکیل لایه‌های متوالی مواد توسط تجهیزات انباشت و سپس برداشت کنترل‌شده آن‌ها کار می‌کنند.

از دیدگاه سازه‌ای، این نوع سالن‌ها معمولاً به سه ویژگی اصلی نیاز دارند: دهانه آزاد زیاد، ارتفاع مناسب و حداقل مداخله سازه در فضای عملکرد تجهیزات. فضای داخلی باید امکان تشکیل دپوهای حجیم مواد و عملکرد تجهیزات انتقال، انباشت و برداشت را فراهم کند. به همین دلیل، استفاده از سازه‌های فضاکار گنبدی یا قوس بشکه‌ای ‎(Barrel Vault)‎ در پروژه‌های ذخیره مواد بالک و خطوط تولید سیمان در کشورهای مختلف سابقه دارد.

اهمیت چنین سالن‌هایی تنها به صنعت سیمان محدود نمی‌شود و سازه‌های مشابه برای پوشش ذخیره‌گاه‌های سنگ‌آهک، زغال‌سنگ، کلینکر، مواد معدنی و سایر مواد بالک نیز مورد استفاده قرار می‌گیرند.

پروژه از دو سالن اصلی با ابعاد و الزامات عملکردی متفاوت تشکیل شده است.

دهانه‌های آزاد این دو سالن فضای موردنیاز برای ذخیره حجم بالای مواد و فعالیت تجهیزات صنعتی را بدون حضور ستون‌های میانی در محدوده اصلی عملکرد فراهم می‌کنند. تفاوت ارتفاع دو سالن نیز متناسب با الزامات تجهیزات و فرآیند هر بخش در نظر گرفته شده است.

دامنه فعالیت رزان در این پروژه شامل طراحی، ساخت و اجرای سازه‌های فلزی فضاکار از نوع نبشی‌بست بوده است. این فعالیت در همکاری با شرکت پُرساز به‌عنوان پیمانکار مادر پروژه انجام شده است.

ماهیت خاص سیستم سازه‌ای موجب شد طراحی صرفاً به تحلیل سازه محدود نباشد و موضوعاتی مانند قابلیت تولید اعضای قوسی، طراحی و آماده‌سازی تجهیزات ساخت، کنترل هندسه، مونتاژ اولیه و روش نصب نیز در فرآیند مهندسی و اجرا مورد توجه قرار گیرند.

سالن این کارخانه‎ با سیستم سازه فضاکار قوسی نبشی‌بست طراحی و اجرا شده‌اند.

اعضای اصلی سازه در لایه بالا و پایین قوس از نبشی‌های فولادی نوردشده تشکیل شده‌اند. در بخش‌هایی از سازه، مقطع اعضای اصلی تا نبشی ۲۰×۲۰۰×۲۰0 میلی‌متر ‎(L 200×200×20 mm)‎ افزایش یافته است. اعضای قطری نیز با توجه به موقعیت و نیروهای طراحی، از نبشی‌هایی در محدوده تقریبی ۶۰ تا ۱۴۰ میلی‌متر تشکیل شده‌اند.

اتصال اعضا توسط پیچ‌های مطابق استاندارد ‎DIN 933‎ انجام شده و در گره‌های این سیستم، اعضای قطری و اعضای اصلی در نقطه اتصال با یک پیچ به یکدیگر متصل می‌شوند.

یکی از ویژگی‌های مهم این سیستم، تفاوت رفتار اتصالات اعضای اصلی و قطری است. اتصالات اعضای اصلی لایه بالا و پایین در تحلیل سازه دارای رفتار خمشی هستند، در حالی که اعضای قطری با رفتار مفصلی وارد مدل سازه‌ای می‌شوند.

ترکیب این دو رفتار موجب می‌شود شبکه سازه علاوه بر عملکرد فضایی، از سختی خمشی اعضای اصلی قوس نیز استفاده کند. این ویژگی یکی از عوامل امکان‌پذیر شدن قوس‌هایی با دهانه و ارتفاع زیاد در این سیستم بوده است.

پوشش سقف سالن‌ها از ورق کروگیت‌شده فلزی تک‌لایه تشکیل شده است. مشخصات پوشش متناسب با بارهای وارد بر پوسته و شرایط هندسی سازه انتخاب شده است.

با توجه به کاربری سالن‌های اختلاط و ذخیره مواد خام، کنترل تبادل حرارتی در این فضاها جزء الزامات اصلی بهره‌برداری نبوده است. وظیفه اصلی پوسته، ایجاد پوشش محافظ، جداسازی فضای ذخیره مواد از محیط بیرون و کمک به محدودکردن انتشار گردوغبار است؛ ازاین‌رو استفاده از پوشش فلزی تک‌لایه برای این کاربری در نظر گرفته شده است.

ورق‌های کروگیت‌شده از طریق زیرسازی قوطی فلزی به سازه اصلی متصل شده‌اند. هندسه قوسی و شیب زیاد بخش‌هایی از سقف، اجرای زیرسازی و نصب ورق‌ها را به یکی از موضوعات اجرایی مهم پروژه تبدیل کرده است.

ارتفاع زیاد سالن‌ها مستقیماً با نیازهای عملکردی تجهیزات داخلی ارتباط داشته است. وجود خطوط نقاله با ابعاد قابل توجه، تجهیزات انتقال و اختلاط مواد و سایر تجهیزات صنعتی، نیازمند تأمین حجم آزاد کافی در زیر سازه سقف بوده است.

ایجاد قوسی با چنین ارتفاع و دهانه‌ای، هم‌زمان با کنترل وزن سازه و حفظ قابلیت اقتصادی ساخت، نیازمند مطالعات اولیه و بررسی گزینه‌های مختلف سازه‌ای و اجرایی بوده است.

نمونه دیگری از کاربرد این تجربه و سیستم سازه‌ای، در سالن اختلاط مواد خام کارخانه سیمان صوفیان توسط همین گروه اجرایی انجام شده است.

ساخت اعضای سازه در کارگاه مستقر در محل پروژه انجام شده است. به دلیل ابعاد و شکل خاص قطعات، فرآیند تولید نیازمند مجموعه‌ای از تجهیزات برش، پانچ و نورد سنگین بود.

یکی از مهم‌ترین مسائل ساخت، ایجاد انحنای موردنیاز در اعضای اصلی قوسی با مقطع نبشی ۲۰۰×۲۰۰×۲۰ میلی‌متر ‎(L 200×200×20 mm)‎ بود. نورد چنین نبشی سنگینی از رأس مقطع با تجهیزات متعارف موجود امکان‌پذیر نبود و به همین دلیل، یک دستگاه نورد سنگین اختصاصی برای پروژه طراحی شد.

طراحی این تجهیز توسط تیم فنی پروژه انجام و ساخت آن با همکاری صنعتگران ایرانی صورت گرفت. دستگاه نورد اختصاصی امکان تولید اعضای اصلی با شعاع و هندسه موردنیاز قوس را در محل کارگاه فراهم کرد و به بخشی از راهکار اجرایی پروژه تبدیل شد.

پس از تولید قطعات، کنترل هندسه اعضای قوسی و هماهنگی آن‌ها برای مونتاژ و نصب اهمیت ویژه‌ای داشت؛ زیرا انحراف در انحنای اعضای اصلی می‌توانست در طول قوس و در محل اتصال شبکه‌ها تجمع پیدا کند.

طراحی و ساخت دستگاه نورد

نورد اعضای اصلی قوسی با نبشی‌های سنگین، یکی از نخستین مسائل اجرایی پروژه بود. نبود تجهیز متناسب با مشخصات هندسی و ابعاد اعضا، طراحی و ساخت یک دستگاه نورد اختصاصی را ضروری کرد.

نصب قوس‌های اولیه

نصب قوس اول و دوم از مراحل حساس اجرای سازه بود. در ابتدای نصب، پیش از تکمیل شبکه و شکل‌گیری سختی فضایی کامل سازه، کنترل اعوجاج، پیچش و چپ‌شدگی قوس‌ها اهمیت زیادی داشت.

هندسه قوس‌های ابتدایی عملاً مبنای ادامه مونتاژ سازه را تشکیل می‌داد و هرگونه خطا در این مرحله می‌توانست در بخش‌های بعدی سازه توسعه پیدا کند.

اجرای پوشش روی قوس

انحنای قابل توجه سازه، به‌ویژه در قسمت‌های دارای شیب زیاد، اجرای ورق کروگیت‌شده را نسبت به یک سقف متعارف دشوارتر می‌کرد. برای اجرای ایمن و کنترل‌شده پوشش، ابزارهای مناسب نصب متناسب با هندسه قوس موردنیاز بود و تجهیزات اجرایی ویژه‌ای برای این مرحله آماده شد.

ویژگی اصلی این پروژه، دستیابی هم‌زمان به دهانه و ارتفاع زیاد، فضای داخلی آزاد و وزن سازه‌ای نسبتاً پایین است.

از دیگر ویژگی‌های پروژه، بازه زمانی محدود قرارداد و ضرورت انجام مطالعات اولیه، طراحی سیستم، توسعه تجهیزات ساخت، تولید قطعات و اجرای سازه در یک فرآیند هماهنگ بوده است.

طبق اطلاعات ارائه‌شده از سوی تیم پروژه، سیستم سازه فضاکار قوسی نبشی‌بست در این مقیاس برای نخستین‌بار در ایران در پروژه سیمان صوفیان اجرا شده است.

‎

شرکت اندیشه نوین رزان ‎(ROZAN)‎ به‌عنوان مجموعه‌ای مهندسی، مشاور، طراح و پیمانکار، با تمرکز بر طراحی، مهندسی، ساخت و اجرای سازه‌ها، سیستم‌های پوشش سقف، نما و خدمات مشاوره فنی و مهندسی فعالیت می‌کند. خدمات رزان متناسب با ماهیت هر پروژه می‌تواند در قالب مشاوره، طراحی و مهندسی، پیمانکاری تخصصی یا قراردادهای یکپارچه از نوع ‎EPC‎ ارائه شود.

رویکرد رزان بر هماهنگی میان معماری، سازه، پوشش، نما و الزامات اجرایی استوار است تا تصمیمات طراحی از مراحل اولیه با ساخت، نصب، عملکرد فنی و اقتصاد پروژه هماهنگ باشند.

حوزه تخصص رزان شامل سازه‌های فضاکار تک‌لایه و دولایه، سازه‌های فولادی و خاص، سقف‌های دهانه‌بلند، گنبدها، اسکای‌لایت‌ها و نورگیرهای معماری است.

سازه‌های فضاکار به دلیل قابلیت پوشش دهانه‌های بزرگ، رفتار سه‌بعدی، وزن مناسب و انعطاف‌پذیری هندسی، در سالن‌های صنعتی و تولیدی، انبارها، نمایشگاه‌ها، سالن‌های ورزشی و استادیوم‌ها، فرودگاه‌ها و ترمینال‌ها، ایستگاه‌های حمل‌ونقل، مراکز تجاری، آتریوم‌ها، گنبدها و اسکای‌لایت‌ها کاربرد دارند. طراحی این سازه‌ها شامل تحلیل و مدل‌سازی، انتخاب هندسه و مدول‌بندی، طراحی اتصالات و تکیه‌گاه‌ها و بررسی الزامات ساخت، حمل، مونتاژ و نصب است.

رزان در طراحی و اجرای پوشش‌های سقف و پوسته از سیستم‌هایی نظیر ساندویچ پانل، کلزیپ و سایر پوشش‌های درزایستا، ورق‌های فلزی، شیشه، پلی‌کربنات، ‎ETFE‎ و پوشش‌های تخصصی استفاده می‌کند. انتخاب سیستم پوشش بر اساس هندسه سازه، شرایط اقلیمی، شیب‌بندی، عملکرد حرارتی، آب‌بندی و زهکشی، وزن و الزامات اجرایی انجام می‌شود و زیرسازی، جزئیات اتصال و روش نصب نیز بخشی از این فرآیند است.

خدمات رزان در حوزه نما شامل طراحی مفهومی و معماری، مهندسی، زیرسازی، ساخت و اجرای نماهای شیشه‌ای، نماهای خشک، ‎GFRC‎ و ‎GRC‎، نماهای فلزی و پانچ متال، کامپوزیت و سایر سیستم‌های مدرن پوسته ساختمان است.

در طراحی نما، علاوه بر متریال و سیستم اجرایی، مدول‌بندی، اتصالات، انتقال بار، تغییرشکل سازه اصلی، تلرانس‌های ساخت و نصب و آب‌بندی بررسی می‌شوند. طراحی مفهومی هر نما متناسب با هویت معماری پروژه انجام می‌شود و می‌تواند شامل فرم، ریتم، عمق، ترکیب متریال‌ها و نورپردازی معماری اختصاصی باشد. در نماهای مشبک و پانچ متال نیز نورپردازی خطی، موضعی یا پشت‌پوسته می‌تواند بخشی از کانسپت طراحی باشد.

بخش دیگری از فعالیت رزان به طراحی، مهندسی و ساخت پروژه‌های بیمارستانی و درمانی، دانشگاهی و آموزشی، اداری، صنعتی، کارخانه‌ها و ساختمان‌های تولیدی اختصاص دارد. خدمات این بخش می‌تواند از مطالعات و طراحی مفهومی آغاز شده و تا طراحی معماری و سازه، تهیه مدارک اجرایی، هماهنگی رشته‌ها و مدیریت مراحل ساخت و اجرا ادامه یابد.

رزان خدمات مشاوره را از مراحل اولیه تعریف و امکان‌سنجی پروژه تا انتخاب سیستم، کنترل طراحی و پشتیبانی مراحل ساخت و اجرا ارائه می‌کند. این خدمات شامل انتخاب سیستم سازه‌ای، بررسی گزینه‌های پوشش و نما، ارزیابی هندسه و دهانه، امکان‌سنجی روش‌های ساخت و نصب، کنترل مدارک فنی و شاپ‌دراوینگ‌ها، تحلیل مسائل اجرایی و ارائه راهکارهای اصلاحی و بهینه‌سازی است.

هدف از مشاوره، شناسایی ریسک‌های فنی و اجرایی پیش از ساخت و تبدیل الزامات معماری و کارفرما به راهکاری قابل طراحی، قابل ساخت، قابل اجرا و از نظر اقتصادی مناسب است.

بهینه‌سازی در رزان صرفاً به کاهش وزن سازه محدود نیست. انتخاب سیستم مناسب، بهینه‌سازی هندسه و مدول‌بندی، ساده‌سازی اتصالات، انتخاب مناسب پوشش و نما، زیرسازی، روش ساخت، مونتاژ و برنامه اجرا همگی در ارزیابی اقتصادی پروژه مؤثرند. هدف، دستیابی به تعادل میان عملکرد سازه‌ای، کیفیت معماری، قابلیت ساخت، سرعت اجرا، دوام و هزینه نهایی پروژه است.

رزان در مرحله اجرا بر برنامه‌ریزی ساخت و نصب، کنترل هندسه و تلرانس‌ها، عملیات لیفتینگ و جرثقیل، هماهنگی جبهه‌های کاری، اجرای پوشش و نما و الزامات ‎HSE‎ تمرکز دارد. این رویکرد موجب ایجاد پیوستگی میان مشاوره، طراحی، مهندسی، ساخت و اجرا و کاهش ریسک‌های ناشی از تداخل میان بخش‌های مختلف پروژه می‌شود.