垃圾焚燒發(fā)電項目主工房A區(qū)結(jié)構(gòu)設(shè)計要點分析

袁 春 燕

(中國五洲工程設(shè)計集團有限公司，北京 100000)

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垃圾焚燒發(fā)電項目主工房A區(qū)結(jié)構(gòu)設(shè)計要點分析

袁 春 燕

(中國五洲工程設(shè)計集團有限公司，北京 100000)

結(jié)合某垃圾焚燒發(fā)電項目主工房A區(qū)的結(jié)構(gòu)布置情況，從卸料廳、垃圾坑、焚燒間等方面，計算分析了結(jié)構(gòu)設(shè)計的特點及方法，并總結(jié)了主工房A區(qū)在設(shè)計過程中應(yīng)注意的問題，保證了垃圾焚燒發(fā)電項目主工房結(jié)構(gòu)的安全性。

垃圾焚燒，主工房，框架結(jié)構(gòu)，卸料廳

0 引言

隨著城市的發(fā)展進步，生活垃圾總量也隨之大幅上升，如何合理處理成為各個大中型城市不得不面對的問題?，F(xiàn)在中國的城市生活垃圾以填埋、焚燒和堆肥三種處理方式為主。其中填埋是最傳統(tǒng)的方式，仍是垃圾處理的主要手段。垃圾焚燒發(fā)電能夠變廢為寶，且較傳統(tǒng)方法效率高，占地面積小，穩(wěn)定化速度快，減量效果好，臭氣容易控制。對于人口密度大，土地緊缺的大城市來說，增加垃圾焚燒發(fā)電項目是必然的，國內(nèi)大中型城市均在積極興建大型垃圾焚燒發(fā)電項目。本文將結(jié)合實際項目淺談垃圾焚燒發(fā)電主工房A區(qū)的結(jié)構(gòu)布置及設(shè)計要點。

1 工程概況

本項目位于上海市松江區(qū)，總建筑面積約47 000 m2。一期建設(shè)平均日處理垃圾量2 000 t，年處理垃圾總量為66.6萬t。設(shè)置有4條日處理生活垃圾500 t的爐排焚燒線，年運行8 000 h。

主工房是廠區(qū)中規(guī)模最大，功能最多，最重要的部分。根據(jù)結(jié)構(gòu)單元，分為A，B，C，D，E五個區(qū)。A區(qū)包括卸料廳，垃圾坑，焚燒間，建筑高度48 m，為含少量剪力墻的框剪結(jié)構(gòu)。B區(qū)為煙氣凈化間，建筑高度37 m，為框排架結(jié)構(gòu)。C區(qū)為飛灰間，位于B區(qū)內(nèi)，建筑高度31.5 m，為多層鋼框架。D區(qū)為汽機間，由汽機間及汽機小島兩部分組成，建筑高度25 m，為框排架結(jié)構(gòu)，汽機小島為汽機的設(shè)備基礎(chǔ)，與主體結(jié)構(gòu)完全脫開。E區(qū)為主控樓，建筑高度13.5 m，為框架結(jié)構(gòu)。本文重點討論A區(qū)。

主工房結(jié)構(gòu)分區(qū)見圖1，主工房A—B區(qū)剖面見圖2。

2 結(jié)構(gòu)布置及計算特點分析

A區(qū)根據(jù)工藝要求分為三部分，卸料廳部分屋面梁標(biāo)高為18 m，垃圾坑部分屋面梁標(biāo)高為36.5 m，焚燒間部分屋面梁標(biāo)高為43 m，屋面均為網(wǎng)架。垃圾坑為混凝土結(jié)構(gòu)，長86 m，寬27 m，側(cè)壁高度從-7 m～22.6 m，相當(dāng)于一個巨大的混凝土盒子，其四周與部分框架柱相連，這部分墻體在整體計算時，平面內(nèi)會吸收較大的水平荷載引起內(nèi)力分配。同時，考慮到垃圾焚燒發(fā)電項目有接待各界人士參觀的需求，業(yè)主對主工房的異味控制非常重視，要求1號參觀電梯周邊做成混凝土墻，防止臭氣泄漏進電梯井道，此處也是造成整體計算模型的剛度不均勻的一個原因。為平衡垃圾坑帶來的不利影響，增強焚燒間柱與左側(cè)結(jié)構(gòu)的聯(lián)系，結(jié)構(gòu)外圈從基礎(chǔ)頂?shù)?2.6 m高度上增加了部分剪力墻，以避免因剛度相差較大在風(fēng)荷載和地震作用下引起較大扭轉(zhuǎn)?？紤]到工藝流程及各專業(yè)管線，可加剪力墻的部位有限。因此，A區(qū)在基礎(chǔ)頂?shù)?2.6 m為框剪結(jié)構(gòu)，上部為框排架結(jié)構(gòu)。

2.1 卸料廳

卸料廳部分1層為普通多跨框架，2層為31 m跨的單跨框排架，周圍布置少量剪力墻，右側(cè)與垃圾坑壁相連接。2層卸料廳上部與高架橋相連，是重載垃圾車輛運行的主要通道，樓面板采用單向板，整體設(shè)計時按均布荷載導(dǎo)荷，局部計算時考慮垃圾車不利布置組合包絡(luò)設(shè)計。

2.2 垃圾坑

垃圾坑部分包括垃圾坑主體和右側(cè)設(shè)備平臺，基礎(chǔ)頂至22.6 m為框剪結(jié)構(gòu)，以上部分為36.6 m跨的框排架結(jié)構(gòu)，在36.5 m處設(shè)有20 t的重型吊車。

垃圾坑內(nèi)側(cè)受到垃圾堆載的側(cè)壓力，人為的認(rèn)為坑壁把所有的水平力均傳遞到坑壁的柱子上，從設(shè)計上保證柱子的強度。由于卸料門位于8 m層，可以認(rèn)為垃圾越往上可堆載的面積越小，對墻壁產(chǎn)生的側(cè)壓力越小，以此換算成柱間荷載加載到柱子上。生活垃圾中含水量較大，且國內(nèi)垃圾回收不分類，溢流槽易堵塞，滲瀝液不可能實時排空，需適當(dāng)考慮滲濾液的水位計算滲濾液的側(cè)壓力。垃圾坑側(cè)壁的柱子既作為整體結(jié)構(gòu)的框架柱，也作為垃圾坑壁的扶壁柱，因此垃圾坑一圈的柱子尤其是0 m以下的部分亦需單獨根據(jù)垃圾坑壁傳來的荷載按壓彎構(gòu)件計算配筋。A區(qū)8 m層平面圖見圖3。

垃圾坑壁除了作為剪力墻帶入整體模型以層模型計算，同時需要轉(zhuǎn)換為空間模型計算。由于垃圾坑右側(cè)柱高度的變化帶來剪力墻側(cè)面支撐條件的變化，垃圾坑中垃圾堆載引起的墻體整體變形時會給中部的剪力墻帶來較大的水平位移，從而影響墻體中的水平配筋。垃圾坑壁還需作為構(gòu)件單獨計算，垃圾坑內(nèi)側(cè)的鋼筋及0 m以上的外部鋼筋可根據(jù)垃圾坑所受垃圾及滲瀝液的側(cè)壓力計算結(jié)果與模型計算結(jié)果包絡(luò)得出。垃圾坑外側(cè)0 m以下的鋼筋，根據(jù)外部土體的側(cè)壓力計算得出。因此，垃圾坑壁的配筋需由此幾種方法計算的結(jié)構(gòu)包絡(luò)設(shè)計。

2.3 焚燒間

焚燒間是焚燒鍋爐工作的區(qū)域，基礎(chǔ)頂至13.5 m為兩層鍋爐平臺，包括渣坑，為框排架結(jié)構(gòu)，上部為38.9 m跨的框排架，周圍布置少量剪力墻。鍋爐平臺根據(jù)鍋爐的間距需要設(shè)置柱距，焚燒間右側(cè)的柱子為滿足鋼屋面設(shè)計合理，盡量與垃圾坑右側(cè)柱子同軸線，因此鍋爐平臺的柱與焚燒間的大柱子不在同一軸線，通過斜梁拉接共同作用。13.5 m以上的框排架結(jié)構(gòu)，即使有周圍的少量剪力墻，整體剛度與垃圾坑處相差仍很大，為整個模型剛度最弱的部分。為減小剛度差距，在焚燒間上下兩跨內(nèi)增加兩排柱，通過框架梁拉接，可在一定條件下加大焚燒間部分的剛度。

2.4 模型計算

A區(qū)整體模型開洞面積大于30%樓面面積，樓板不連續(xù)，全樓按彈性板計算，扭轉(zhuǎn)位移比大于1.2，計算雙向水平地震作用下的扭轉(zhuǎn)。對于傳統(tǒng)的單串聯(lián)剛片體系，在剛度和質(zhì)量分布較均勻時，其振型參與系數(shù)隨振型階數(shù)的增加而迅速減小，即高階振型比低階振型對結(jié)構(gòu)的地震作用要小得多。但對于此極不規(guī)則結(jié)構(gòu)，此規(guī)律不復(fù)存在，為保證有效質(zhì)量系數(shù)大于90%，需大幅提高振型數(shù)，最終選取振型數(shù)為120個。因剪力墻較少，周期折減系數(shù)取0.7，活載折減系數(shù)每層均取為0.7。另外根據(jù)規(guī)范規(guī)定，柱頂高度大于30 m，且有重級工作制起重機廠房的鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)和框架剪力墻結(jié)構(gòu)中的框架部分，抗震等級宜按照相應(yīng)的抗震等級規(guī)定提高一級。

由于工藝的流程設(shè)計限制，結(jié)構(gòu)模型豎向形成多個薄弱層。而整體模型的剛度差距，也使結(jié)構(gòu)四角的位移比很難滿足要求。在位移控制時，基礎(chǔ)頂至22.6 m按框剪結(jié)構(gòu)控制，上部按框架結(jié)構(gòu)控制。因為高度、跨度等原因，模型橫向的柱子均較大，縱向的柱子長度不小于1 m。柱子的大小和數(shù)量限制了設(shè)備布置的靈活性且占用了大量空間，所以一般情況下，卸料廳與垃圾坑部分建議采用混凝土結(jié)構(gòu)，焚燒間建議采用鋼結(jié)構(gòu)，柱子采用鋼格構(gòu)柱，可以與右側(cè)煙氣凈化間，即B區(qū)合為一體計算。

除了整體計算以外，A區(qū)的三個部分均有框排架部分，需單獨選擇一榀做排架計算，以與整體計算結(jié)果相包絡(luò)。由于垃圾坑及鍋爐平臺部分均設(shè)置有重級吊車，吊車的位移尚需滿足《生活垃圾焚燒處理工程技術(shù)規(guī)范》中的相關(guān)規(guī)定。

3 其他措施

除必要的計算以外，在主工房A區(qū)的設(shè)計過程中，還有些方面需要特別注意。

3.1 垃圾坑的防腐防滲

生活垃圾中含有不同的化學(xué)成分，進入垃圾坑后發(fā)生各種化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)生強腐蝕性的滲瀝液，滲瀝液不能及時排出會長年累月的腐蝕混凝土，同時，垃圾坑上空的吊車抓斗工作時易抓傷垃圾坑壁的混凝土，因此在垃圾坑壁和底板上，包括污泥坑側(cè)壁，除了需噴涂必須的防腐涂料之外，還需采取其他防腐防滲措施，如增加垃圾坑壁和底板的保護層厚度，增加混凝土添加劑等。本工程在與滲瀝液接觸的墻體一側(cè)增加一層鋼筋網(wǎng)，人為增加垃圾坑壁和底板的保護層厚度。在計算時，此部分不能作為墻體厚度計算，僅作為保護層考慮。同時由于垃圾坑部分混凝土體量較大，設(shè)計時垃圾坑處混凝土采用C40的低水化熱防水混凝土，同時建議摻抗腐蝕抗裂防水劑及聚酯纖維等改性高聚物填料。

垃圾坑防水采用自防水和柔性防水兩道防線，位于±0以下的止水條等亦需注意不可用鋼材質(zhì)，須選擇橡膠材質(zhì)，以防鋼材腐蝕后滲瀝液沿著鋼材的縫隙滲入外部土體內(nèi)污染環(huán)境。同時，施工過程中支模板留下的鋼筋后處理時亦要做好封閉工作，防止成為滲瀝液的滲透通道。

3.2 異味控制

垃圾焚燒發(fā)電項目容易給周圍環(huán)境帶來的影響除了排放的氣體外，就是垃圾坑異味的泄漏。異味控制成為影響設(shè)計質(zhì)量至關(guān)重要的因素,各個專業(yè)均給予極大的關(guān)注和重視,甲方也一再強調(diào)非常注重這個問題。各專業(yè)通過密封管道，改進管道走向，流線隔離，設(shè)置氣閘間正壓送風(fēng)等方法避免臭味泄漏到參觀通道以及廠房外區(qū)域。結(jié)構(gòu)專業(yè)則應(yīng)甲方要求，將參觀電梯周邊的墻體改為混凝土，防止臭氣進入井道并泄漏進其他層。在設(shè)置后澆帶的同時，適當(dāng)增加框架梁內(nèi)的通長鋼筋，以承受溫度應(yīng)力，減小溫度變形。在屋面處，將原鋼筋混凝土女兒墻(每間隔12 m設(shè)伸縮縫)，改為蒸壓加氣混凝土砌塊墻(加鋼混凝土構(gòu)造柱和圈梁，設(shè)縫)，盡量減少異味泄漏的途徑。

3.3 梁偏心的處理

由于整體結(jié)構(gòu)的需要，A區(qū)垃圾坑部位及焚燒間的橫向柱子一般需要2 000×1 000左右才能滿足位移要求，巨大的柱子以及建筑工藝等專業(yè)的設(shè)備要求，使框架梁的偏心多超過柱寬度的1/4，因此除在計算中考慮框架梁偏心外，需采取必要的構(gòu)造措施平衡框架梁偏心帶來的附加彎矩。在工藝無特殊要求時，可在柱寬度范圍內(nèi)柱兩側(cè)設(shè)置雙梁；當(dāng)工藝設(shè)備條件不允許時，則采取部分梁水平加腋；對于無樓板的偏心框架梁，同時在柱寬度范圍內(nèi)設(shè)置厚板平衡梁的偏心彎矩。

4 結(jié)語

垃圾焚燒發(fā)電工房中卸料廳、垃圾坑和焚燒間組成的A區(qū)是主工房中最復(fù)雜的結(jié)構(gòu)單體。A區(qū)為框剪結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)剛度不均勻，需采用各種措施盡量減小剛度的差距，避免因剛度相差較大在風(fēng)荷載和地震作用下引起較大扭轉(zhuǎn)。A區(qū)的混凝土柱較大，尤其是焚燒間，柱子的大小和數(shù)量限制了設(shè)備布置的靈活性且占用了大量空間，所以一般情況下，卸料廳與垃圾坑部分建議采用混凝土結(jié)構(gòu)，焚燒間建議采用鋼結(jié)構(gòu)，柱子采用鋼格構(gòu)柱。同時需重點關(guān)注垃圾坑的防腐防滲及臭味控制，在滿足工藝要求，保證結(jié)構(gòu)安全的同時滿足大眾的需求。

[1] GB 50011—2010，建筑抗震設(shè)計規(guī)范[S].

[2] 王慶海，袁春燕.上海天馬生活垃圾末端處置綜合利用中心施工圖[Z].2014.

Analysis on major workshop area A structure design points of garbage incineration power project

Yuan Chunyan

(ChinaWuzhouEngineeringConstructionGroupCo.,Ltd,Beijing100000,China)

Combining with major workshop area A structure distribution conditions of the garbage incineration power project, starting from aspects of unloading hall, garbage hole and incineration house, the paper calculates and analyzes the structural design features and methods, summarizes matters needing attention in major workshop area A design process. As a result, it guarantees the major workshop structure safety of the garbage incineration power project.

garbage incineration， major workshop, framework structure, unloading hall

1009-6825(2016)10-0057-03

2016-01-21

袁春燕(1987- )，女，助理工程師

TU318

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