油田廠房主要結(jié)構(gòu)型式的對比分析

中國人民大學(xué)后勤集團

近年來，油田站場建設(shè)正在大力推進“標準化設(shè)計、工廠化預(yù)制、模塊化施工、機械化作業(yè)、信息化管理”[1]，標準化設(shè)計初見成效[2]。

建筑結(jié)構(gòu)型式的選擇直接影響生產(chǎn)建設(shè)投資和建設(shè)進度，是實現(xiàn)標準化設(shè)計、工廠化預(yù)制的重要環(huán)節(jié)。

油田廠房多為單層，主要結(jié)構(gòu)型式為砌體結(jié)構(gòu)、鋼筋混凝土排架結(jié)構(gòu)和門式剛架結(jié)構(gòu)三大類。油田地面工程建設(shè)中，砌體結(jié)構(gòu)從初期就開始廣泛應(yīng)用，鋼筋混凝土排架結(jié)構(gòu)從上世紀80 年代開始了大量應(yīng)用，門式剛架結(jié)構(gòu)從2000 年后開始應(yīng)用，近幾年開始擴大應(yīng)用。

1 油田工業(yè)廠房主要結(jié)構(gòu)型式

1.1 砌體結(jié)構(gòu)

砌體結(jié)構(gòu)是由塊體和砂漿砌筑而成的墻、柱作為建筑主要受力構(gòu)件的結(jié)構(gòu)[3]。

油田工業(yè)廠房的砌體結(jié)構(gòu)上部主要采用磚砌體承重，墻體材料目前主要采用混凝土多孔磚、混凝土空心砌塊、硅酸鹽實心磚、加氣混凝土砌塊等。利用圈梁和構(gòu)造柱提高抗震性能，基礎(chǔ)采用毛石砌筑或混凝土澆筑，屋面采用鋼屋架、檁條、支撐等構(gòu)件。砌體結(jié)構(gòu)示意圖見圖1。

圖1 砌體結(jié)構(gòu)廠房結(jié)構(gòu)示意圖Fig.1 Structure diagram of workshop in masonry structure

1.2 鋼筋混凝土排架結(jié)構(gòu)

排架結(jié)構(gòu)是由屋架、柱和基礎(chǔ)構(gòu)成橫向平面排架，再通過屋面板、吊車梁、支撐等縱向構(gòu)件將平面排架聯(lián)結(jié)起來構(gòu)成的整體空間結(jié)構(gòu)。圍護墻體采用混凝土空心砌塊或加氣混凝土砌塊砌筑；屋面采用鋼屋架、檁條、支撐等構(gòu)件；基礎(chǔ)采用鋼筋混凝土預(yù)制杯口基礎(chǔ)。排架結(jié)構(gòu)主要用于單層工業(yè)廠房，是目前油田大型工業(yè)廠房最常見的結(jié)構(gòu)型式。排架結(jié)構(gòu)示意圖見圖2。

圖2 排架結(jié)構(gòu)廠房結(jié)構(gòu)示意圖Fig.2 Structure diagram of workshop in concrete bent structure

1.3 門式剛架輕型鋼結(jié)構(gòu)

門式剛架輕型鋼結(jié)構(gòu)廠房是承重結(jié)構(gòu)采用變截面或等截面實腹剛架，圍護系統(tǒng)采用輕型鋼屋面和輕型外墻的單層房屋[4]。門式剛架輕型鋼結(jié)構(gòu)承重體系包括剛架斜梁、剛架柱、支撐、檁條、系桿、山墻骨架等，如圖3所示。

當無吊車時，門式剛架輕型鋼結(jié)構(gòu)一般采用變截面梁柱、基礎(chǔ)鉸接結(jié)構(gòu)方案，當設(shè)有吊車時，一般采用等截面柱變截面梁、基礎(chǔ)剛接結(jié)構(gòu)方案；屋面檁條及墻面墻梁構(gòu)件采用C型薄壁卷邊槽鋼，根據(jù)不同跨度，截面高度一般采用140～180 mm，檁條、墻梁的間距一般不超過1.5 m；圍護結(jié)構(gòu)采用彩色壓型復(fù)合板（內(nèi)夾巖棉保溫材料），基礎(chǔ)采用鋼筋混凝土預(yù)制基礎(chǔ)。

圖3 門式剛架輕型鋼結(jié)構(gòu)廠房結(jié)構(gòu)示意圖Fig.3 Structure diagram of workshop in light steel structure with portal frames

2 主要特性對比分析

結(jié)構(gòu)的主要特性包括適用范圍、自重、抗震性能、沉降適應(yīng)性、環(huán)保性、耐火性能和耐腐蝕性能等方面，對比結(jié)果見表1。

油田生產(chǎn)廠房以單層為主，吊車噸位一般不超過20 t，高度一般不超過12 m，單跨跨度一般不超過36 m。從表1中可以看出，門式剛架輕型鋼結(jié)構(gòu)和排架結(jié)構(gòu)適用范圍較廣，可以覆蓋油田地面工程中單層廠房的高度、跨度和吊車噸位，而砌體結(jié)構(gòu)適用范圍有限。門式剛架輕型鋼結(jié)構(gòu)在抗震性能、沉降適應(yīng)性、施工周期和環(huán)保方面有明顯優(yōu)勢，其耐火性能和耐腐蝕性能可以通過涂刷防火涂料、防腐蝕涂料得到保證。

表1 三種結(jié)構(gòu)型式主要特性對比Tab.1 Comparison of main characteristics for three structural types

3 預(yù)制化程度對比分析

砌體結(jié)構(gòu)施工時人工砌筑基礎(chǔ)及墻體，以現(xiàn)場作業(yè)為主，預(yù)制化程度低，廠房各部件施工形式見表2。

表2 砌體結(jié)構(gòu)廠房施工形式Tab.2 Construction type for workshop in masonry structure

排架結(jié)構(gòu)排架柱與杯口基礎(chǔ)在工廠預(yù)制，運輸?shù)浆F(xiàn)場進行組裝，其他部分主要依靠現(xiàn)場作業(yè)，預(yù)制化程度較低，廠房各部件施工形式見表3。

表3 排架結(jié)構(gòu)廠房施工形式Tab.3 Construction type for workshop in concrete bent structure

門式剛架輕型結(jié)構(gòu)廠房各部分均可進行工廠預(yù)制，預(yù)制化程度高，廠房各部件施工形式見表4。

從表2～表4 可以看出，門式剛架輕型結(jié)構(gòu)除了臺階、散水等輔助室外工程和中大型設(shè)備基礎(chǔ)需要現(xiàn)場制作，其他部件均可工廠預(yù)制、現(xiàn)場組裝，其預(yù)制化程度明顯優(yōu)于砌體結(jié)構(gòu)和混凝土排架結(jié)構(gòu)。

表4 門式剛架輕型結(jié)構(gòu)廠房施工形式Tab.4 Construction type for workshop in light steel structure with portal frames

4 技術(shù)經(jīng)濟性對比分析

以北方某大型油田“典型中型站場設(shè)計標準化”中建筑面積為955 m2的主廠房為例，對門式剛架輕型鋼結(jié)構(gòu)、砌體結(jié)構(gòu)、鋼筋混凝土排架結(jié)構(gòu)的工程造價進行了對比分析，工程費概算對比見表5。從表5 可以看出，三種結(jié)構(gòu)型式中，門式剛架輕型鋼結(jié)構(gòu)工程費用最低，混凝土排架結(jié)構(gòu)工程費用最高，門式剛架輕型鋼結(jié)構(gòu)在經(jīng)濟上具有優(yōu)勢。

孫立新[7]也對高原油氣田的磚混結(jié)構(gòu)和輕型鋼結(jié)構(gòu)進行了對比，磚混結(jié)構(gòu)造價為3 200元/m2，輕型鋼結(jié)構(gòu)造價為2 200元/m2，輕型鋼結(jié)構(gòu)比磚混結(jié)構(gòu)造價低30%。

門式剛架輕型鋼結(jié)構(gòu)廠房在經(jīng)濟性上還有其他優(yōu)勢：

（1）隨著《工業(yè)建筑節(jié)能設(shè)計統(tǒng)一標準》[8]的實施，在寒冷地區(qū)，砌體結(jié)構(gòu)、排架結(jié)構(gòu)因圍護砌體通常不能滿足節(jié)能要求，需新增保溫層，而保溫層與砌體的連接問題一直都是難題，破損、脫落現(xiàn)象嚴重，維護費用高；門式剛架輕型鋼結(jié)構(gòu)保溫材料有壓型鋼板的保護，耐久性好。

（2）輕型鋼結(jié)構(gòu)在壽命周期內(nèi)可進行異地遷建，鋼材可以回收二次利用等。

5 結(jié)束語

油田地面工程建設(shè)中應(yīng)用最為廣泛的砌體結(jié)構(gòu)和鋼筋混凝土排架結(jié)構(gòu)預(yù)制化程度低，施工周期長，施工環(huán)境差，建筑材料重復(fù)利用程度低，已無法滿足項目投產(chǎn)緊迫性要求、建設(shè)節(jié)奏和安全環(huán)保等要求。

表5 工程費概算對比Tab.5 Comparison of engineering budgetary estimate 元

門式剛架輕型鋼結(jié)構(gòu)廠房在國內(nèi)技術(shù)成熟，具有適用范圍廣、預(yù)制化程度高、施工周期短、抗震性能好、沉降適應(yīng)性好、環(huán)保、工程造價相對較低等特點，相對于砌體結(jié)構(gòu)和鋼筋混凝土排架結(jié)構(gòu)，更適用于油田建設(shè)“五化”的要求，更符合油田的建設(shè)實際需要。