膜結(jié)構(gòu)技術(shù)在環(huán)保型均化堆場中的應(yīng)用

王潔斌

（沈陽科維潤工程技術(shù)有限公司，遼寧沈陽 110166）

0.引言

目前，已建成的均化堆場物料基本上采用露天堆放的形式，各種散料受天氣的影響，易導(dǎo)致粉料揚(yáng)塵，無組織排放的現(xiàn)象普遍存在[1]。2020年6月，生態(tài)環(huán)境部發(fā)布了《重污染天氣重點(diǎn)行業(yè)應(yīng)急減排措施制定技術(shù)指南（2020年修訂版）》，要求對氧化鋁企業(yè)的鋁土礦等原料采用密閉料倉或封閉料棚等方式儲存，因此封閉儲存是氧化鋁行業(yè)控制無組織排放的有效措施之一，也是建設(shè)綠色、環(huán)保、節(jié)能氧化鋁企業(yè)的必經(jīng)之路[2]。

國內(nèi)大跨度環(huán)保型堆場一般采用網(wǎng)殼和空間網(wǎng)架結(jié)構(gòu)進(jìn)行封閉[3]，還有一些大跨度堆場采用張弦桁架結(jié)構(gòu)[4]，圍護(hù)材料采用彩鋼板，此種結(jié)構(gòu)形式其技術(shù)成熟、造價適中、安全性好[5]，但是高空作業(yè)多，施工周期長，尤其是張弦桁架結(jié)構(gòu)，不但施工周期長，而且施工要求高。另外，彩鋼板及檁條體系耐腐蝕性差，使用年限通常為5～10年，是目前傳統(tǒng)的堆場封閉的通病，也使堆場后期的維護(hù)費(fèi)用大大增加。

近幾年國內(nèi)市場上推出一種NEUI-PE輕量化骨架膜結(jié)構(gòu)封閉技術(shù)，本文以萬博特鋁新材料均化堆場封閉工程為工程實(shí)例，論述了該技術(shù)的特點(diǎn)及在堆場封閉中的優(yōu)勢，體現(xiàn)出該技術(shù)在堆場封閉中的合理性和經(jīng)濟(jì)性。

1.NEUI-PE輕量化骨架膜結(jié)構(gòu)封閉技術(shù)

NEUI-PE輕量化骨架膜是東北大學(xué)設(shè)計(jì)研究院（有限公司）針對環(huán)保型堆場課題研發(fā)的一種新型空間骨架膜結(jié)構(gòu)，是以空間桁架拱作為承重結(jié)構(gòu)，在空間桁架拱上張拉NEUI-PE膜材，從而實(shí)現(xiàn)大跨度、大空間的堆場全密閉。

1.1 空間桁架拱結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)

空間桁架拱結(jié)構(gòu)體系由主桁架拱和縱向次桁架以及支撐系統(tǒng)組成，主桁架拱直接承受風(fēng)、雪等荷載，而縱向次桁架和支撐系統(tǒng)其主要是保證結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和抵抗側(cè)向力。這種結(jié)構(gòu)體系受力明確，穩(wěn)定性好，同時，空間桁架拱采用的是模塊化的設(shè)計(jì)，也就是說可以將空間桁架拱分割為各種類型的標(biāo)準(zhǔn)化模塊，各種類型的標(biāo)準(zhǔn)化模塊均可以在加工廠預(yù)制，從而實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場裝配式安裝，無需高空作業(yè)。圖1和圖2為桁架拱在加工廠預(yù)制和現(xiàn)在安裝的照片。

圖1 桁架拱在加工廠預(yù)制

圖2 桁架拱現(xiàn)在安裝

1.2 NEUI-PE膜材的特點(diǎn)

NEUI-PE膜是一種性能優(yōu)越的新型進(jìn)口聚乙烯（PE）膜材，屬于B1級難燃材料，膜材為3層結(jié)構(gòu)，中間為高密度聚乙烯，上下2層為低密度聚乙烯，厚度為0.5mm，重量400g/m2（重量是國內(nèi)膜材重量的1/3～1/2），拉伸強(qiáng)度為2000N/（50mm），是一種輕質(zhì)高強(qiáng)的膜材。同時采用特殊的覆膜技術(shù)，使膜材具有抗沖擊性，抗酸堿腐蝕性、隔熱性、透光性（透光率約為10%）和自潔性；膜材表面高漫反射的特點(diǎn)，降低了夜間照明強(qiáng)度；內(nèi)外層的高強(qiáng)度UV紫外線保護(hù)層，對紫外線的阻擋率達(dá)到100%，延長了膜材的使用壽命。該膜材在國外已經(jīng)廣泛應(yīng)用于體育建筑、商場、展覽中心、交通服務(wù)設(shè)施、倉儲設(shè)施、工業(yè)大型料場、畜牧業(yè)、醫(yī)療應(yīng)急避難所及野戰(zhàn)醫(yī)院等行業(yè)。圖3和圖4為NEUI-PE膜晴天時采光效果和夜間照明效果。

圖3 NEUI-PE膜晴天時采光效果

圖4 NEUI-PE夜間照明效果

1.3 NEUI-PE輕量化骨架膜結(jié)構(gòu)封閉技術(shù)在環(huán)保型堆場中的優(yōu)勢

（1）堆場實(shí)現(xiàn)了全封閉，封閉區(qū)域無揚(yáng)塵排放，能有效改善周邊環(huán)境，同時能有效減少雨水沖刷和刮風(fēng)等惡劣天氣對物料品質(zhì)的損壞。

（2）PE膜材兩面的防紫外線涂層，紫外線攔阻率接近100%，有效的保護(hù)了PE膜材基材的經(jīng)、緯線，使膜材的使用壽命長達(dá)20年以上，后期維護(hù)費(fèi)用低。

（3）PE膜材屬于B1級難燃材料，當(dāng)建筑物遇火災(zāi)后，膜材遇明火熔化但不燃燒，建筑物內(nèi)部因火災(zāi)產(chǎn)生的高溫?zé)煔夂陀卸練怏w通過膜片熔化燒穿部位釋放，同時，膜片融化部位可用于施救，降低人身和財產(chǎn)損失。

（4）膜材的透光率約為10%，滿足白天自然采光要求，棚內(nèi)照度不低于100Lx。膜材表面具有高漫反射率的特點(diǎn)，夜間膜結(jié)構(gòu)建筑內(nèi)只需要較少的照明設(shè)備即可滿足建筑內(nèi)夜間工作照明要求，節(jié)能效果顯著。

（5）膜材具有優(yōu)良的抗酸堿腐蝕性能，決定了膜材可以廣泛應(yīng)用到海邊、有腐蝕性氣體的車間和廢物儲存庫等。

（6）膜材的裁剪制作、鋼結(jié)構(gòu)制作等均在工廠內(nèi)完成，可與基礎(chǔ)工程同時進(jìn)行?，F(xiàn)場只需進(jìn)行安裝作業(yè)，相對于傳統(tǒng)建筑工程大大縮短了施工工期、減少了高空作業(yè)量。

2.在萬博特鋁新材料均化堆場封閉中的應(yīng)用

萬博特鋁新材料均化堆場位于重慶市萬州區(qū)，主要堆存未破碎幾內(nèi)亞鋁土礦粗礦和澳大利亞鋁土礦細(xì)礦，堆場儲量約為100萬t。均化堆場內(nèi)設(shè)有4臺懸臂堆料車和4臺半門式刮板取料機(jī)。圖5 為均化堆場工藝剖面圖。

圖5 均化堆場工藝剖面圖

均化堆場跨度為104m，高度為43m，總長度為860m，建筑面積約9萬m2。采用NEUI-PE輕量化骨架膜結(jié)構(gòu)對堆場進(jìn)行封閉。其中，主桁架拱的標(biāo)準(zhǔn)柱距均為6m，內(nèi)弦半徑為55m，主桁架拱高度為2.7m，縱向次桁架的間距為6m，同時，為了達(dá)到更好的抗風(fēng)效果，在主桁架下弦設(shè)有2道預(yù)應(yīng)力抗風(fēng)索。通過對結(jié)構(gòu)建模分析計(jì)算，空間桁架拱最大豎向位移為98.4mm，最大撓度值為1/1057，最大強(qiáng)度應(yīng)力比為 0.859，可見，結(jié)構(gòu)的剛度和強(qiáng)度均滿足規(guī)范要求。圖6和圖7為結(jié)構(gòu)的剛度和強(qiáng)度分析結(jié)果云圖。另外，由圖5可以看出，單榀主桁架拱由為20個中間桁架模塊、2個端部桁架模塊和2個預(yù)應(yīng)力抗風(fēng)索模塊組成。2榀主桁架之間由21榀縱向次桁架和若干個屋面支撐連成一個空間桁架拱，充分體現(xiàn)了空間桁架拱結(jié)構(gòu)的合理性和先進(jìn)性。

圖6 最大豎向位移圖

圖7 強(qiáng)度應(yīng)力比圖

經(jīng)調(diào)研，國內(nèi)同等規(guī)模的環(huán)保型均化堆場，采用傳統(tǒng)網(wǎng)殼加彩鋼板技術(shù)進(jìn)行封閉，用鋼量約為5000t～10000t，施工工期為9～10個月，而萬博特鋁新材料均化堆場采用了NEUI-PE輕量化骨架膜結(jié)構(gòu)進(jìn)行封閉，用鋼量僅為4000t，施工工期僅為6個月?？梢?，采用NEUI-PE輕量化骨架膜結(jié)構(gòu)跟傳統(tǒng)封閉形式相比大幅度節(jié)約了鋼材用量，而且施工工期至少可縮短1/3，充分體現(xiàn)了NEUI-PE輕量化骨架膜結(jié)構(gòu)技術(shù)在堆場封閉中的合理性和經(jīng)濟(jì)性。

均化堆場不僅采用NEUI-PE輕量化骨架膜結(jié)構(gòu)技術(shù)對堆場進(jìn)行封閉，并同時在棚內(nèi)設(shè)有抑塵系統(tǒng)、通風(fēng)系統(tǒng)、夜間照明系統(tǒng)和消防系統(tǒng)，使均化堆場不僅是環(huán)保建筑也是節(jié)能建筑。自從均化堆場全封閉后其四周區(qū)域揚(yáng)塵量明顯減少，環(huán)境狀況得到了大幅度改善，滿足環(huán)保要求，得到了業(yè)內(nèi)的廣泛關(guān)注和好評。圖8和圖9為均化堆場封閉施工過程中的照片。

圖8 均化堆場施工照片1

圖9 均化堆場施工照片2

3.結(jié)論

NEUI-PE輕量化骨架膜結(jié)構(gòu)封閉技術(shù)跟國內(nèi)傳統(tǒng)堆場封閉技術(shù)相比，具有明顯的環(huán)保優(yōu)勢、優(yōu)越的節(jié)能性能、優(yōu)良的抗酸堿腐蝕性能、合理的模塊化結(jié)構(gòu)體系、便捷的安裝方式、最短的施工周期、較低的建設(shè)成本和運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用，突顯出NEUI-PE輕量化骨架膜結(jié)構(gòu)封閉技術(shù)在環(huán)保型堆場封閉中的先進(jìn)性、便利性及經(jīng)濟(jì)性。期待該技術(shù)能夠在各類似行業(yè)的環(huán)保型堆場封閉中的廣泛應(yīng)用，創(chuàng)造更大的經(jīng)濟(jì)效益、環(huán)保效益和社會效益。