生物質(zhì)發(fā)電廠干料棚常用結(jié)構(gòu)形式比選

譚豐，汪秒

（中機(jī)第一設(shè)計(jì)研究院有限公司，合肥 230601）

1 引言

近年來(lái)，隨著生物質(zhì)發(fā)電行業(yè)的快速發(fā)展，生物質(zhì)電廠燃燒原料存儲(chǔ)場(chǎng)地的設(shè)計(jì)理念也在不斷地更新變化，考慮到經(jīng)濟(jì)合理性和越來(lái)越高的環(huán)保要求，目前生物質(zhì)發(fā)電廠的燃料存儲(chǔ)主流形式采用廠外燃料收貯站加廠內(nèi)燃料存儲(chǔ)區(qū)，其中廠內(nèi)燃料存儲(chǔ)區(qū)主要建、構(gòu)筑物有燃料倉(cāng)庫(kù)、露天堆場(chǎng)和半露天堆場(chǎng)[1]（即干料棚，以下稱干料棚）。燃料倉(cāng)庫(kù)火災(zāi)危險(xiǎn)性分類為丙類[2]，受防火分區(qū)設(shè)計(jì)要求的限制，實(shí)際工程中很難實(shí)現(xiàn)大面積存儲(chǔ)燃料以滿足電廠運(yùn)行的要求，通常不建議設(shè)置防火分區(qū)。由于我國(guó)環(huán)保要求日趨嚴(yán)格，露天堆場(chǎng)若不采取防風(fēng)抑塵措施，很難達(dá)到環(huán)保驗(yàn)收防塵的要求，目前不再建議在廠區(qū)內(nèi)采用。干料棚按照規(guī)范要求根據(jù)電廠規(guī)模按照單個(gè)存儲(chǔ)量不超過(guò)20 000 t進(jìn)行設(shè)計(jì)，在實(shí)際電廠運(yùn)行中能夠較好地滿足燃料儲(chǔ)運(yùn)功能，外圍設(shè)置防風(fēng)抑塵網(wǎng)也能達(dá)到環(huán)保要求，是較為理想的廠內(nèi)燃料存儲(chǔ)區(qū)。

目前，生物質(zhì)電廠干料棚設(shè)計(jì)常用的結(jié)構(gòu)形式主要是門式剛架輕型鋼結(jié)構(gòu)廠房和混凝土柱+鋼屋架的單層排架結(jié)構(gòu)廠房。這2種結(jié)構(gòu)形式的干料棚在建設(shè)和使用過(guò)程中各有優(yōu)劣。所以，有必要研究在同等條件下不同結(jié)構(gòu)形式的干料棚的優(yōu)缺點(diǎn)及經(jīng)濟(jì)性，為在設(shè)計(jì)中選擇既經(jīng)濟(jì)又能滿足電廠運(yùn)營(yíng)使用要求的方案提供參考。本文旨在通過(guò)工程實(shí)例，對(duì)上述問(wèn)題進(jìn)行初步探討。

2 工程概況

干料棚一橫向3跨，每跨跨度36m；干料棚二橫向3跨，每跨跨度30m。采用裝載機(jī)進(jìn)行上料，考慮到裝載機(jī)及超20級(jí)重載卡車等運(yùn)輸機(jī)械能順利在料棚區(qū)域運(yùn)行，故設(shè)計(jì)采用9m柱距。屋架下弦標(biāo)高9.000m，屋面采用檁條和壓型鋼板的輕型鋼結(jié)構(gòu)屋面，四周為開(kāi)敞式，外圍設(shè)置防風(fēng)抑塵網(wǎng)。

基本風(fēng)壓：0.45 kN/m2（50 a年重現(xiàn)期），0.55 kN/m2（100 a重現(xiàn)期）；基本雪壓：0.45 kN/m2（100 a重現(xiàn)期）；屋面活荷載：0.50 kN/m2；抗震設(shè)防烈度：7度，設(shè)計(jì)地震分組為第一組，設(shè)計(jì)基本地震加速度值為0.10 g，場(chǎng)地類別：Ⅲ類。

3 結(jié)構(gòu)選型比較

3.1 2種結(jié)構(gòu)體系主要工程量比較

本工程設(shè)計(jì)分別按門式剛架輕型鋼結(jié)構(gòu)廠房和混凝土柱+鋼屋架的單層排架結(jié)構(gòu)廠房2種結(jié)構(gòu)體系，按以上設(shè)計(jì)條件利用PKPM結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軟件（V 5.3版本）進(jìn)行建模計(jì)算，2種計(jì)算模型以滿足相同的設(shè)計(jì)控制條件為基準(zhǔn)。經(jīng)計(jì)算得到2種結(jié)構(gòu)形式36m跨及30m跨的單榀排架構(gòu)件截面，見(jiàn)表1和表2。

表1 36m跨度干料棚（一）2種結(jié)構(gòu)形式單榀排架構(gòu)件截面

表2 30m跨度干料棚（二）2種結(jié)構(gòu)形式單榀排架構(gòu)件截面

取一榀排架兩側(cè)各4.5m范圍屋面系統(tǒng)（含屋面支撐系統(tǒng)）作為一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)單元，統(tǒng)計(jì)該單元屋面系統(tǒng)用鋼量，進(jìn)行比較。得到2種結(jié)構(gòu)形式36m跨及30m跨的標(biāo)準(zhǔn)單元屋面系統(tǒng)用鋼量，見(jiàn)表3和表4。由表3可以看出36跨干料棚（一）屋面系統(tǒng)用鋼量門式剛架形式比梯形鋼屋架形式節(jié)省約23%。由表4可以看出30跨干料棚（二）屋面系統(tǒng)用鋼量門式剛架形式比梯形鋼屋架形式節(jié)省約19%。根據(jù)數(shù)據(jù)分析可以得出，按照簡(jiǎn)支梁模型計(jì)算的梯形鋼屋架由于跨中彎矩較大，雖然采用桁架形式，但用鋼量還比按照連續(xù)梁模型計(jì)算的門式剛架實(shí)腹屋面鋼梁的用鋼量大。但隨著跨度的減小，2種結(jié)構(gòu)形式屋面梁的用鋼量差值也隨之減小[4]。

表3 36m跨度干料棚（一）2種結(jié)構(gòu)形式單榀排架屋面系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)單元用鋼量統(tǒng)計(jì)

表4 30 m跨度干料棚（二）2種結(jié)構(gòu)形式單榀排架屋面系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)單元用鋼量統(tǒng)計(jì)

本工程廠房柱的工程造價(jià)對(duì)整個(gè)工程的造價(jià)不起控制作用，2種結(jié)構(gòu)形式的柱子總造價(jià)差別相對(duì)于屋面系統(tǒng)的總造價(jià)差別來(lái)講，可以忽略其影響。所以綜合考慮，可以得出本工程采用門式剛架輕型鋼結(jié)構(gòu)廠房從經(jīng)濟(jì)性上要優(yōu)于采用混凝土柱+鋼屋架的單層排架結(jié)構(gòu)廠房。

3.2 2種結(jié)構(gòu)體系性能優(yōu)缺點(diǎn)比較

混凝土柱+鋼屋架的結(jié)構(gòu)體系的優(yōu)點(diǎn)：混凝土柱耐久性及防火性能較好，在廠房設(shè)計(jì)使用年限內(nèi)不需特別維護(hù)；屋面采用梯形鋼屋架系統(tǒng)，可提高廠房整體剛度，適用對(duì)變形控制比較嚴(yán)格的廠房，如采用抓斗起重機(jī)上料的干料棚。

缺點(diǎn)：梯形鋼屋架及屋面支撐系統(tǒng)的用鋼量較門式剛架屋面系統(tǒng)用鋼量大，從而增加了廠房造價(jià)；由于屋架高度自身高度較大，導(dǎo)致廠房高度相應(yīng)增大，也增加了廠房的造價(jià)；與門式剛架體系相比，梯形鋼屋架施工難度增加。

門式剛架結(jié)構(gòu)體系的優(yōu)點(diǎn)：自重輕，用鋼量少，可以降低工程造價(jià)；由于實(shí)腹式鋼梁截面比鋼屋架顯得簡(jiǎn)潔，因而廠房美觀性較好；由于主鋼梁自身高度較鋼屋架小，降低了廠房的高度，節(jié)省廠房造價(jià)；較混凝土柱+鋼屋架的結(jié)構(gòu)體系，施工簡(jiǎn)單快捷。

缺點(diǎn)：鋼柱耐久性及防火性能比混凝土柱差，在設(shè)計(jì)使用年限內(nèi)需要定期維護(hù)涂刷防火涂料及防腐涂料；門式剛架體系屋面整體剛度較差。

4 結(jié)語(yǔ)

生物質(zhì)電廠干料棚結(jié)構(gòu)形式應(yīng)在經(jīng)濟(jì)合理的情況下，綜合考慮生產(chǎn)工藝及運(yùn)營(yíng)使用的要求進(jìn)行選擇。根據(jù)對(duì)已運(yùn)行電廠的回訪可知，如主要原料具有一定的腐蝕性或生產(chǎn)運(yùn)行管理不嚴(yán)格等都容易對(duì)干料棚柱等構(gòu)件造成損傷，埋下安全隱患。針對(duì)這種情況，建議采用混凝土柱或門式剛架柱采用混凝土外包保護(hù)措施，確保在使用年限內(nèi)結(jié)構(gòu)構(gòu)件不受損或少受損。如采用抓斗起重機(jī)進(jìn)行上料，廠房高度會(huì)增高，對(duì)廠房整體變形要求也嚴(yán)格，建議干料棚選取混凝土柱+梯形鋼屋架的結(jié)構(gòu)形式，增加結(jié)構(gòu)的整體剛度?？紤]到經(jīng)濟(jì)性，一般的干料棚建議按照門式剛架結(jié)構(gòu)廠房進(jìn)行設(shè)計(jì)。