王金剛， 王紅霞， 任 鑫

(甘肅省輕紡工業(yè)設(shè)計(jì)院有限責(zé)任公司， 甘肅 蘭州 730000)

大型加工用馬鈴薯恒溫保鮮庫(kù)有半地下/地上式，集中送回風(fēng)體系/分體式送回風(fēng)體系，混凝土結(jié)構(gòu)/鋼結(jié)構(gòu)，單排式/對(duì)列式庫(kù)等多種類型[1]. 庫(kù)體大多為單層建筑，和一般的工業(yè)與民用建筑相比，建筑、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)有很多不同，需要設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)時(shí)重點(diǎn)對(duì)待.

1 建筑設(shè)計(jì)

現(xiàn)行的馬鈴薯恒溫保鮮庫(kù)共有兩種體系，一種為集中送回風(fēng)體系，一種為分體式送回風(fēng)體系. 兩種系統(tǒng)各有優(yōu)缺點(diǎn)，其建筑設(shè)計(jì)也有所不同. 與其它建筑設(shè)計(jì)相比，保溫與防火也是關(guān)鍵控制點(diǎn).

1.1 集中送回風(fēng)體系

集中送回風(fēng)體系特點(diǎn)是兩側(cè)為庫(kù)體，中間集中送回風(fēng)，送回風(fēng)道端頭設(shè)空調(diào)機(jī)房，整個(gè)送回風(fēng)道為一靜壓倉(cāng)，以保證各通向庫(kù)體的風(fēng)道風(fēng)量均勻. 外側(cè)抗側(cè)力擋墻采用70°的鋼結(jié)構(gòu)外掛成品保溫庫(kù)板，兩側(cè)山墻端仍為垂直的鋼結(jié)構(gòu)外掛成品保溫庫(kù)板體系. 若為4個(gè)庫(kù)體對(duì)稱布置的恒溫庫(kù)，則在兩組庫(kù)體與兩組庫(kù)體中間設(shè)置寬為10 m的常溫走道.

此種體系最大的優(yōu)點(diǎn)為利用馬鈴薯堆放的自然休止角來(lái)構(gòu)建抗側(cè)力體系，使庫(kù)體維護(hù)體系角度接近于馬鈴薯堆放的自然休止角，可有效減少用鋼量，節(jié)約投資，使用效果良好，并具有一定創(chuàng)新性, 建筑造型美觀. 但由于維護(hù)外墻為非垂直的70°，對(duì)于施工的要求較高，施工工期也相應(yīng)增加.

由于采用了集中式送風(fēng)系統(tǒng)，減小了進(jìn)排風(fēng)設(shè)備安裝帶來(lái)的冷橋及密閉不嚴(yán)的可能，對(duì)庫(kù)體的保溫及設(shè)備的安裝更為有利.

通風(fēng)道采用的形式分為地下式通風(fēng)道和地上式波紋風(fēng)管兩種形式. 地下式通風(fēng)道須在現(xiàn)澆混凝土地面上按設(shè)計(jì)開(kāi)孔，對(duì)于施工的要求較高，混凝土地面的鋼筋用量也較大，施工工期也較長(zhǎng). 但此種體系對(duì)于風(fēng)量及風(fēng)速的控制較為有利. 地上式波紋風(fēng)管由于國(guó)內(nèi)制作工藝的限制，目前只能制作半圓形風(fēng)管，此種體系節(jié)省了投資及工期，但對(duì)于風(fēng)量及風(fēng)速的控制較為不利.

1.2 分體式送回風(fēng)體系

分體式送回風(fēng)體系的特點(diǎn)為分體式送排風(fēng)，即每個(gè)庫(kù)體都有其獨(dú)立的送回風(fēng)道，外側(cè)抗側(cè)力擋墻與地面成90°角，采用鋼結(jié)構(gòu)外墻或鋼筋混凝土抗側(cè)力外墻，庫(kù)體內(nèi)部采用成品木板或混凝土墻內(nèi)貼水泥聚苯板.

此種體系最大的優(yōu)點(diǎn)為每座庫(kù)體獨(dú)立送風(fēng)，對(duì)于風(fēng)量的控制及損耗較為有利，但每座庫(kù)體也就需要獨(dú)立的送回風(fēng)系統(tǒng)，設(shè)備國(guó)產(chǎn)化能力不強(qiáng)，安裝要求較高，保溫密閉較為不利.

送風(fēng)系統(tǒng)采用的風(fēng)道分地上式和地下式兩種.

由于分體式采取的送回風(fēng)方式不同，無(wú)法考慮抗側(cè)力外墻與馬鈴薯堆放的自然休止角相近的方案，故此種體系需較強(qiáng)的抗側(cè)力構(gòu)件，對(duì)于造價(jià)的影響較大.

1.3 建筑保溫密閉

大量采用噴涂型聚氨酯[2-3]，庫(kù)體內(nèi)所有外露鋼構(gòu)件均噴涂5～15 mm聚氨酯，可以起到密閉、防潮，兼保溫的作用，并可有效地減少冷凝水的產(chǎn)生. 所有采用的保溫庫(kù)板均為成品，一是其具有較好的整體性能，二是其安裝時(shí)采用錯(cuò)縫式搭接，具有較好的密閉及保溫性能. 所有地面均鋪設(shè)抗壓能力較強(qiáng)的擠塑聚苯板，以避免地面冷空氣滲透所帶來(lái)的影響，做成保溫地面. 所有設(shè)備管道及雨水排水管均做保溫處理，以避免產(chǎn)生冷凝水對(duì)使用不利.

保溫設(shè)計(jì)時(shí)需注意避免產(chǎn)生冷橋，保溫材料施工時(shí)應(yīng)有密閉措施，施工完成后需進(jìn)行保溫、密閉性能的檢測(cè)，保溫、密閉檢測(cè)達(dá)標(biāo)后方可投入使用.

1.4 建筑防火

根據(jù)《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》(GB50016—2006)要求，馬鈴薯恒溫庫(kù)火災(zāi)類別應(yīng)為丁類，按此類別進(jìn)行防火分區(qū)設(shè)計(jì)，如采用鋼結(jié)構(gòu)；常溫走道內(nèi)保溫材料須采用玻璃絲棉等阻燃性能好且價(jià)位較低的保溫材料；防火分區(qū)間嚴(yán)格遵照防火墻的設(shè)計(jì)要求進(jìn)行設(shè)計(jì)，由于采用大量保溫材料，因此所有保溫材料應(yīng)采用阻燃型，并滿足相關(guān)燃燒性能指標(biāo)的要求的材料. 施工時(shí)其保溫工程須在所有焊接工程完成后方可進(jìn)行，施工現(xiàn)場(chǎng)嚴(yán)禁煙火，并對(duì)殘余保溫材料應(yīng)予及時(shí)清理，嚴(yán)格杜絕火災(zāi)隱患.

2 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)主要有兩個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)：一是墻壁 (支擋結(jié)構(gòu))的抗側(cè)壓力；二是地面的承壓設(shè)計(jì).

2.1 墻壁(支擋結(jié)構(gòu))的抗側(cè)壓力

恒溫庫(kù)內(nèi)的馬鈴薯是以散裝的方式儲(chǔ)存的. 根據(jù)掌握的國(guó)內(nèi)外資料，馬鈴薯設(shè)計(jì)堆放高度為4.5 m，參考土力學(xué)朗肯土壓力理論，堆放高度越大，側(cè)壓力越大，側(cè)壓力從下到上呈降低局勢(shì)，即底部范圍最大，頂部理論為零，呈三角形分布. 對(duì)設(shè)計(jì)堆高為4.5 m的馬鈴薯側(cè)壓力，進(jìn)行理論計(jì)算如下：

取靜止側(cè)壓力系數(shù)為K0=0.3(經(jīng)驗(yàn)取值)，馬鈴薯重度γ=650 kg/m3，計(jì)算點(diǎn)深度z=4.5 m，根據(jù)計(jì)算公式，靜止側(cè)壓力強(qiáng)度p0=K0γz=0.3×650×4.5=877.5 kg/m2，靜止側(cè)壓力為P0=1/2p0h=0.5×877.5×4.5=1 974 kg/m，即每延米作用于墻壁的側(cè)壓力是1 974 kg，為側(cè)壓力設(shè)計(jì)取值.

根據(jù)上述計(jì)算分析，馬鈴薯作用于側(cè)壁的壓力是可觀的，特別在底部向上0.5 m處，這一點(diǎn)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)必須引起足夠重視.

散裝馬鈴薯作用于墻壁的壓力如表1.

表1 散裝馬鈴薯作用于墻壁的壓力

側(cè)壓力分布規(guī)律是上小下大，與堆放高度的平方成正比. 設(shè)計(jì)值是試驗(yàn)值的1.3倍，即抗側(cè)壓力結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)有30%的安全裕度.

這種側(cè)壁壓力根據(jù)庫(kù)體結(jié)構(gòu)的不同，施加于不同的結(jié)構(gòu)構(gòu)件上. 若未設(shè)計(jì)單獨(dú)的支擋結(jié)構(gòu)，則直接傳于垂直的外墻壁上；若設(shè)計(jì)了與房屋結(jié)構(gòu)脫開(kāi)的獨(dú)立的支擋結(jié)構(gòu)，則側(cè)壓力就傳于支擋結(jié)構(gòu)的立柱上，對(duì)立柱按照懸臂受彎構(gòu)件進(jìn)行設(shè)計(jì).

值得一提的是，根據(jù)國(guó)外對(duì)馬鈴薯儲(chǔ)存的研究結(jié)果，散裝馬鈴薯堆放的自然休止角為70°，也就是說(shuō)，堆放馬鈴薯的庫(kù)體墻壁與水平線的夾角為70°時(shí)，馬鈴薯對(duì)墻壁的側(cè)推力接近于零，這一點(diǎn)結(jié)論在實(shí)際工程中已得到有效應(yīng)用.

采用馬鈴薯支擋結(jié)構(gòu)與房屋結(jié)構(gòu)獨(dú)立，是“活動(dòng)的家具與固定的房子”的關(guān)系，是目前最為先進(jìn)的支擋模式. 其優(yōu)點(diǎn)是傳力路線明確，施工安裝簡(jiǎn)便，支擋結(jié)構(gòu)可拆卸，具有明顯創(chuàng)新性和先進(jìn)性. 不足之處是支擋結(jié)構(gòu)內(nèi)置，庫(kù)容相對(duì)減小.

采用較為傳統(tǒng)的垂直墻壁承受側(cè)壓力的方式，設(shè)計(jì)理念較前兩種顯得稍落后一些，庫(kù)側(cè)墻可設(shè)計(jì)為自上而下的鋼筋混凝土剪力墻作為支擋結(jié)構(gòu)，也可設(shè)計(jì)為下部2.5 m鋼筋混凝土剪力墻，而上部為磚砌體墻作為支擋結(jié)構(gòu)，由于側(cè)壓力是隨高度而減小的，因此后一種較為經(jīng)濟(jì)一些.

2.2 地面承壓設(shè)計(jì)

馬鈴薯儲(chǔ)存是直接堆放在地面上的，4.5 m高的馬鈴薯堆垛的垂直靜壓力理論值約為3 t/m2，6 m馬鈴薯堆垛的垂直靜壓力約為4 t/m2. 地面的抗壓設(shè)計(jì)應(yīng)該足以承受運(yùn)輸與儲(chǔ)藏設(shè)備進(jìn)入庫(kù)間. 根據(jù)相關(guān)資料，對(duì)于卡車和裝卸設(shè)備，地面承受的負(fù)荷大約為6～8 t的軸負(fù)荷，如果叉車裝載著大箱子進(jìn)入庫(kù)間的話，軸負(fù)荷將達(dá)到10～12 t. 所以結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，在考慮地面地基處理方案時(shí)，一定要考慮該地面荷載. 當(dāng)然在計(jì)算地下通風(fēng)道蓋板和流送溝蓋板配筋時(shí)，也一定要考慮該地面荷載. 蓋板計(jì)算時(shí)，應(yīng)該將12 t的軸負(fù)荷放在受力最不利位置進(jìn)行計(jì)算，如簡(jiǎn)支混凝土梁模型應(yīng)將集中力置于跨中計(jì)算底部配筋. 這種承壓地面的設(shè)計(jì)是與其它結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)明顯不同的.

2.3 結(jié)構(gòu)形式

就庫(kù)體主體結(jié)構(gòu)形式而言，目前成功應(yīng)用的有鋼結(jié)構(gòu)和混凝土結(jié)構(gòu)兩種[4]. 鋼結(jié)構(gòu)施工周期短，若用于圍護(hù)結(jié)構(gòu)，造價(jià)較低，適合在季節(jié)性加工的工業(yè)建筑中應(yīng)用、推廣，但鋼材防火性能相對(duì)較差，房屋耐久性較差. 混凝土結(jié)構(gòu)施工周期長(zhǎng)，但相對(duì)平直度好，防腐、防火、耐久性能好. 在馬鈴薯恒溫庫(kù)設(shè)計(jì)中注意充分利用發(fā)揮兩種結(jié)構(gòu)材料的優(yōu)勢(shì)，鋼結(jié)構(gòu)和混凝土結(jié)構(gòu)并用，力爭(zhēng)達(dá)到理想的綜合設(shè)計(jì)效果.

半地下式庫(kù)具有抗側(cè)力結(jié)構(gòu)投資較少的優(yōu)點(diǎn)，但入出庫(kù)損耗大，難以實(shí)現(xiàn)物料到車間的自由流送，物料輸送以傳送帶等為主，輸送費(fèi)用高；地上式庫(kù)需設(shè)置抗側(cè)力結(jié)構(gòu)以抵消馬鈴薯的側(cè)壓力，但馬鈴薯入出庫(kù)方便，機(jī)械損失小，運(yùn)行費(fèi)用低，在保溫處理方面差距有限，具體設(shè)計(jì)應(yīng)該根據(jù)實(shí)際情況選擇.

3 結(jié) 論

現(xiàn)行馬鈴薯恒溫保鮮庫(kù)分集中送回風(fēng)和分體式送回風(fēng)兩種建筑體系. 集中送回風(fēng)體系用鋼量小，節(jié)約投資，使用效果良好，建筑造型美觀. 但施工要求較高. 分體式送回風(fēng)體系對(duì)于風(fēng)量的控制及損耗較為有利，但設(shè)備國(guó)產(chǎn)化能力不強(qiáng)，安裝要求較高，保溫密閉較為不利.

結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)主要關(guān)鍵點(diǎn)是墻壁(支擋結(jié)構(gòu))的抗側(cè)壓力和地面的承壓設(shè)計(jì). 墻壁(支擋結(jié)構(gòu))的抗側(cè)壓力分布規(guī)律是上小下大. 這種側(cè)壁壓力根據(jù)庫(kù)體結(jié)構(gòu)的不同，施加于不同的結(jié)構(gòu)構(gòu)件上. 采用馬鈴薯支擋結(jié)構(gòu)與房屋結(jié)構(gòu)獨(dú)立，傳力路線明確，施工安裝簡(jiǎn)便，支擋結(jié)構(gòu)可拆卸，但庫(kù)容相對(duì)減小. 采用垂直墻壁承受側(cè)壓力的方式比較傳統(tǒng).

地面承壓設(shè)計(jì)一般的負(fù)荷大約為6～8 t的軸負(fù)荷，最高軸負(fù)荷達(dá)到10～12 t，在考慮地面地基處理方案時(shí)，一定要考慮該地面荷載.

上述各類方案，在具體設(shè)計(jì)時(shí)，根據(jù)實(shí)際情況選擇不同方案.