生物質發電廠干料棚常用結構形式比選

譚豐，汪秒

（中機第一設計研究院有限公司，合肥 230601）

1 引言

近年來，隨著生物質發電行業的快速發展，生物質電廠燃燒原料存儲場地的設計理念也在不斷地更新變化，考慮到經濟合理性和越來越高的環保要求，目前生物質發電廠的燃料存儲主流形式采用廠外燃料收貯站加廠內燃料存儲區，其中廠內燃料存儲區主要建、構筑物有燃料倉庫、露天堆場和半露天堆場[1]（即干料棚，以下稱干料棚）。燃料倉庫火災危險性分類為丙類[2]，受防火分區設計要求的限制，實際工程中很難實現大面積存儲燃料以滿足電廠運行的要求，通常不建議設置防火分區。由于我國環保要求日趨嚴格，露天堆場若不采取防風抑塵措施，很難達到環保驗收防塵的要求，目前不再建議在廠區內采用。干料棚按照規范要求根據電廠規模按照單個存儲量不超過20 000 t進行設計，在實際電廠運行中能夠較好地滿足燃料儲運功能，外圍設置防風抑塵網也能達到環保要求，是較為理想的廠內燃料存儲區。

目前，生物質電廠干料棚設計常用的結構形式主要是門式剛架輕型鋼結構廠房和混凝土柱+鋼屋架的單層排架結構廠房。這2種結構形式的干料棚在建設和使用過程中各有優劣。所以，有必要研究在同等條件下不同結構形式的干料棚的優缺點及經濟性，為在設計中選擇既經濟又能滿足電廠運營使用要求的方案提供參考。本文旨在通過工程實例，對上述問題進行初步探討。

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。采用裝載機進行上料，考慮到裝載機及超20級重載卡車等運輸機械能順利在料棚區域運行，故設計采用9m柱距。屋架下弦標高9.000m，屋面采用檁條和壓型鋼板的輕型鋼結構屋面，四周為開敞式，外圍設置防風抑塵網。

基本風壓：0.45 kN/m2（50 a年重現期），0.55 kN/m2（100 a重現期）；基本雪壓：0.45 kN/m2（100 a重現期）；屋面活荷載：0.50 kN/m2；抗震設防烈度：7度，設計地震分組為第一組，設計基本地震加速度值為0.10 g，場地類別：Ⅲ類。

3 結構選型比較

3.1 2種結構體系主要工程量比較

本工程設計分別按門式剛架輕型鋼結構廠房和混凝土柱+鋼屋架的單層排架結構廠房2種結構體系，按以上設計條件利用PKPM結構設計軟件（V 5.3版本）進行建模計算，2種計算模型以滿足相同的設計控制條件為基準。經計算得到2種結構形式36m跨及30m跨的單榀排架構件截面，見表1和表2。

表1 36m跨度干料棚（一）2種結構形式單榀排架構件截面

表2 30m跨度干料棚（二）2種結構形式單榀排架構件截面

取一榀排架兩側各4.5m范圍屋面系統（含屋面支撐系統）作為一個標準單元，統計該單元屋面系統用鋼量，進行比較。得到2種結構形式36m跨及30m跨的標準單元屋面系統用鋼量，見表3和表4。由表3可以看出36跨干料棚（一）屋面系統用鋼量門式剛架形式比梯形鋼屋架形式節省約23%。由表4可以看出30跨干料棚（二）屋面系統用鋼量門式剛架形式比梯形鋼屋架形式節省約19%。根據數據分析可以得出，按照簡支梁模型計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梁模型計算的門式剛架實腹屋面鋼梁的用鋼量大。但隨著跨度的減小，2種結構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種結構形式單榀排架屋面系統標準單元用鋼量統計

表4 30 m跨度干料棚（二）2種結構形式單榀排架屋面系統標準單元用鋼量統計

本工程廠房柱的工程造價對整個工程的造價不起控制作用，2種結構形式的柱子總造價差別相對于屋面系統的總造價差別來講，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構廠房從經濟性上要優于采用混凝土柱+鋼屋架的單層排架結構廠房。

3.2 2種結構體系性能優缺點比較

混凝土柱+鋼屋架的結構體系的優點：混凝土柱耐久性及防火性能較好，在廠房設計使用年限內不需特別維護；屋面采用梯形鋼屋架系統，可提高廠房整體剛度，適用對變形控制比較嚴格的廠房，如采用抓斗起重機上料的干料棚。

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

門式剛架結構體系的優點：自重輕，用鋼量少，可以降低工程造價；由于實腹式鋼梁截面比鋼屋架顯得簡潔，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，節省廠房造價；較混凝土柱+鋼屋架的結構體系，施工簡單快捷。

缺點：鋼柱耐久性及防火性能比混凝土柱差，在設計使用年限內需要定期維護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 結語

生物質電廠干料棚結構形式應在經濟合理的情況下，綜合考慮生產工藝及運營使用的要求進行選擇。根據對已運行電廠的回訪可知，如主要原料具有一定的腐蝕性或生產運行管理不嚴格等都容易對干料棚柱等構件造成損傷，埋下安全隱患。針對這種情況，建議采用混凝土柱或門式剛架柱采用混凝土外包保護措施，確保在使用年限內結構構件不受損或少受損。如采用抓斗起重機進行上料，廠房高度會增高，對廠房整體變形要求也嚴格，建議干料棚選取混凝土柱+梯形鋼屋架的結構形式，增加結構的整體剛度。考慮到經濟性，一般的干料棚建議按照門式剛架結構廠房進行設計。