朱占東

（北京市市政工程設計研究總院有限公司，北京 100082）

1 引言

近年來，全國陸續(xù)建設干化焚燒項目，因生產(chǎn)工藝要求，生產(chǎn)設備間的結(jié)構(gòu)布局要滿足設備安裝的要求，廠房的跨度一般比較大。廠房主體結(jié)構(gòu)可以選用鋼結(jié)構(gòu)也可以選用混凝土框架或框排架結(jié)構(gòu)，屋頂形式根據(jù)設計要求的不同有不同的選型方案。本文以鹽城市市區(qū)污泥集中處置項目和焦作隆豐皮草企業(yè)有限公司固體廢物綜合處置與資源化利用項目為背景，對干化焚燒項目大跨度廠房的屋頂結(jié)構(gòu)形式的選型進行研究。

2 工程概況與廠區(qū)條件

鹽城市市區(qū)污泥項目位于鹽城市靜脈產(chǎn)業(yè)園內(nèi)，處理對象為鹽城市市區(qū)污水處理廠等產(chǎn)生的脫水污泥，建設2 條處理生產(chǎn)線。項目場地位于低洼平原地貌單元，場區(qū)附近無活動性斷裂通過，場地與地基屬于相對穩(wěn)定區(qū)，抗震設防烈度為7度，設計地震分組為第二組，設計基本地震加速度值為0.1g；建筑場地類別為Ⅲ類，場地特征周期為0.69 s（按插值法?。恢鲝S房采用獨立柱基基礎和預應力混凝土管樁基礎。主要結(jié)構(gòu)形式為混凝土框排架結(jié)構(gòu)（2 層、3 層局部為框架結(jié)構(gòu)）。污泥焚燒車間和污泥接收干化車間設置變形縫。

焦作隆豐皮草企業(yè)有限公司固體廢物綜合處置與資源化利用項目場地地形開闊、平坦，無軟弱土層分布，地貌單元屬黃河丘陵地區(qū)的下部，建筑場地類別為Ⅱ類，場地特征周期為0.40 s，抗震設防烈度為7 度，設計地震分組為第二組，設計基本地震加速度值為0.1g，水平地震影響系數(shù)最大值為0.08?？拐鹪O防類別為標準設防類（丙類）。框架結(jié)構(gòu)抗震等級為三級。地基基礎設計等級為丙級。主廠房也同樣采用獨立柱基礎和預應力混凝土管樁基礎。

兩個項目的工藝流程不完全相同，主體結(jié)構(gòu)形式都是混凝土框排架結(jié)構(gòu)，本文主要針對兩個項目的屋頂結(jié)構(gòu)形式進行不同方案的研究。

3 廠房結(jié)構(gòu)形式及屋頂形式研究

鹽城市市區(qū)污泥項目污泥焚燒車間，長度為78 m，寬度為36 m，建筑高度23 m，地上建筑面積4 994.1 m2，結(jié)構(gòu)形式采用混凝土框排架結(jié)構(gòu)。焚燒車間設計為兩條生產(chǎn)線，目前利用H-L 軸15 m 寬度建設第一條生產(chǎn)線，F(xiàn)-H 軸為兩條生產(chǎn)線共用的6 m 寬通道。C-F 區(qū)域為二期生產(chǎn)線預留區(qū)域。本工程主體廠房一次建設完成，目前一期工藝設備已安裝完成并投運，預留二期生產(chǎn)線位置。

焦作隆豐皮草企業(yè)有限公司固體廢物綜合處置項目干化焚燒車間長度為130.8 m，寬度為51 m，分3 個車間，從北向南分別為附機車間、焚燒車間和干化車間。其中，干化車間建筑高度14.9 m，長度為24 m，寬度為51 m，抗震設防類別為丙類，結(jié)構(gòu)形式為框排架結(jié)構(gòu)；焚燒車間建筑高度23 m，長度為90 m，寬度為51 m，建筑面積4 994.1 m2，結(jié)構(gòu)形式采用混凝土框排架結(jié)構(gòu)。

焦作隆豐皮草企業(yè)有限公司固體廢物綜合處置與資源化利用項目中皮革廢料預處理車間長度為106.9 m，分為兩個車間，其中，干物料處理車間長度為61 m，寬度為36 m，結(jié)構(gòu)形式采用混凝土框排架結(jié)構(gòu)；半干物料處理車間長度為45 m，寬度為36 m，結(jié)構(gòu)形式采用混凝土框排架結(jié)構(gòu)。

4 屋頂設計方案研究

針對鹽城項目污泥焚燒車間頂部屋面具有跨度大、高度高，且存在設備安裝與屋面土建交叉作業(yè)的特點，本項目設計時綜合研究了兩種不同的結(jié)構(gòu)方案。

方案一，按照常規(guī)做法，在跨中增加一排結(jié)構(gòu)柱，結(jié)構(gòu)柱之間采用變截面鋼梁+水平支撐連接，屋面采用輕鋼屋面方案。此方案為常規(guī)做法，技術成熟。通過框架柱減小整個屋面的跨度，同時將一期與二期的屋頂結(jié)構(gòu)分開，一期生產(chǎn)工藝建設完成后待二期施工時對一期設備運行影響較小。缺點：增加了中間混凝土柱和柱下混凝土預制樁基的工程量；中間框架柱的存在影響檢修通道車輛通行。

方案二，為保證檢修通道的正常通行，取消跨中結(jié)構(gòu)柱，直接采用整體網(wǎng)架結(jié)構(gòu)和輕鋼屋面結(jié)構(gòu)。此方案也能滿足結(jié)構(gòu)受力及穩(wěn)定安全的要求，且內(nèi)部空間無遮擋，整體美觀簡潔，同時可以節(jié)省中間結(jié)構(gòu)柱和混凝土預制樁基的工程量。缺點是二期設備安裝時，設備基礎的樁基施工及設備安裝空間受限。若采用拆除現(xiàn)有輕鋼屋面進行二期設備安裝，有可能影響一期設備運行。

工程量對比，通過盈建科軟件在結(jié)構(gòu)各項指標都滿足規(guī)范的前提下開展工程量對比，兩個方案的計算模型如圖1、圖2 所示，工程量對比見表1。

表1 兩種方案工程量對比

圖1 方案一的計算模型

圖2 方案二的計算模型

通過比較，在用鋼量方面，兩個方案的用鋼量基本相同，而方案一比方案二多出了13 根混凝土框架柱的工程量和36 根樁基工程量，從工程成本控制角度，方案二更有利于成本控制。

從施工技術上，方案二對于二期設備安裝的問題，有限空間內(nèi)的預支混凝土樁基施工及設備安裝可以通過其他措施實現(xiàn)。

通過研究，輕鋼結(jié)構(gòu)和網(wǎng)架結(jié)構(gòu)有以下結(jié)構(gòu)特點：輕鋼結(jié)構(gòu)是一種平面受力體系，一般由柱、梁、桁架、雨棚等組成；副結(jié)構(gòu)由拉桿、斜撐等組成；附屬材料包括基礎螺栓、高強螺栓、槽鋼等[1]。網(wǎng)架結(jié)構(gòu)是一種空間整體受力的結(jié)構(gòu)形式，桿件間通過螺栓球進行應力傳遞，桿件本身不受彎矩及剪力左右。網(wǎng)架有多種結(jié)構(gòu)形式，按網(wǎng)格組成分類，有交叉桁架體系、四角錐體系、三角錐體系、曲面網(wǎng)架體系和其他異形體系等。

在鹽城污泥項目中，變截面鋼梁+輕鋼屋面結(jié)構(gòu)和網(wǎng)架結(jié)構(gòu)兩種方案都能滿足技術的要求，從工程成本控制角度考慮，網(wǎng)架結(jié)構(gòu)能夠使整個主廠房的工程量比輕鋼屋面結(jié)構(gòu)的工程量要少，更有利于項目的總成本控制[2]。在主體框架柱高度不變的情況下，網(wǎng)架結(jié)構(gòu)頂部空間富裕，對于工藝系統(tǒng)局部設備高度高于框架柱高度的情況比較有利，結(jié)合工程的生產(chǎn)工藝條件，安裝設備較多，且設備高度不一致，局部設備高度較高的情況，可利用網(wǎng)架桿件之間的空隙進行安裝，選擇網(wǎng)架結(jié)構(gòu)更有利于工藝設備安裝。最終，本項目焚燒車間廠房屋頂選用了螺栓球網(wǎng)架形式[3]。

在鹽城污泥項目中，主要對鋼梁形式的輕鋼屋面和網(wǎng)架結(jié)構(gòu)屋面進行了研究和實踐，在焦作隆豐項目，同樣遇到了大跨度廠房屋面結(jié)構(gòu)的選型問題。

焦作隆豐皮草企業(yè)有限公司固體廢物綜合處置與資源化利用工程，主車間屋面跨度為18～27 m，同樣存在大跨度屋面問題。主體結(jié)構(gòu)采用鋼筋混凝土框排架結(jié)構(gòu)形式，屋面可采用輕鋼結(jié)構(gòu)、網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，預制混凝土板形式；但由于本項目工藝系統(tǒng)生產(chǎn)過程產(chǎn)生腐蝕性較強的氣體和污水，鋼結(jié)構(gòu)需要有很強的防腐蝕措施，經(jīng)過研究對比，在本項目屋頂形式上考慮采用預制混凝土雙T 板，針對這3 種形式進行對比研究分析，詳見表2。

表2 3 種結(jié)構(gòu)形式的優(yōu)缺點對比

通過對比可以看到，屋面鋼梁和屋面網(wǎng)架兩個結(jié)構(gòu)形式，用鋼量基本持平，網(wǎng)架形式節(jié)點用鋼量較大，加工制作費用較高?，F(xiàn)場吊裝安裝也比較復雜，但網(wǎng)架形式在空間上能預留更多的高度空間，更有利于設備安裝。

從結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和安全性的角度，3 種方案都能滿足現(xiàn)行規(guī)范要求。對于輕鋼結(jié)構(gòu)和網(wǎng)架結(jié)構(gòu)通過鹽城項目比較，兩種方案的優(yōu)缺點一目了然。在隆豐固體廢物處置項目中，重點研究了網(wǎng)架結(jié)構(gòu)和預制混凝土雙T 板的方案。

技術可行性：網(wǎng)架結(jié)構(gòu)和預制混凝土雙T 板都能滿足要求；

工期方面：通過周密的工期進度計劃，可以在工廠提前預制混凝土雙T 板，兩種方案的工期無明顯區(qū)別；

工程成本控制方面：預制混凝土雙T 板的成本比網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的成本有明顯優(yōu)勢；

其他方面：預制混凝土雙T 板在承載力和耐腐蝕性方面也比網(wǎng)架結(jié)構(gòu)要強。

由于項目生產(chǎn)工藝要求，生產(chǎn)過程產(chǎn)生的廢水和氣體有很強的腐蝕性，由于網(wǎng)架結(jié)構(gòu)桿體復雜桿件多且多為管狀構(gòu)件，所以，對于網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的防腐維護工作來說，維護工程量大，費用高；雙T 板屋面承載力強，施工方便，耐腐蝕性好。綜合考慮技術和造價兩方面原因，最終屋面設計方案確定為雙T 板形式。

5 結(jié)論

本文對鹽城污泥處置項目和隆豐皮草固體廢物綜合處置項目的兩個焚燒廠房屋頂形式進行研究，可以看出，輕鋼結(jié)構(gòu)、網(wǎng)架結(jié)構(gòu)、預支混凝土板結(jié)構(gòu)都可以滿足大跨度廠家屋頂結(jié)構(gòu)穩(wěn)定要求，但不同方案在不同的適用性方面各有優(yōu)缺點。無論哪種結(jié)構(gòu)形式，除了滿足結(jié)構(gòu)安全的技術要求，還應滿足工藝技術要求。從外觀來看，輕鋼結(jié)構(gòu)和網(wǎng)架結(jié)構(gòu)整體性較好，較美觀；從承載力角度，預支混凝土板承載力更強。輕鋼結(jié)構(gòu)和網(wǎng)架形式屋頂承載力要求較低。從防腐維護工作來看，預支混凝土板也比輕鋼結(jié)構(gòu)和網(wǎng)架結(jié)構(gòu)有優(yōu)勢。網(wǎng)架結(jié)構(gòu)是一種空間結(jié)構(gòu)，比輕鋼結(jié)構(gòu)更能節(jié)省廠房內(nèi)空間，但施工吊裝較復雜。通過對兩個焚燒項目廠房屋頂形式的研究，可以為其他廠房項目屋頂形式的確定提供參考。