生物質(zhì)發(fā)電廠干料棚常用結(jié)構(gòu)形式比選

譚豐，汪秒

（中機第一設(shè)計研究院有限公司，合肥 230601）

1 引言

近年來，隨著生物質(zhì)發(fā)電行業(yè)的快速發(fā)展，生物質(zhì)電廠燃燒原料存儲場地的設(shè)計理念也在不斷地更新變化，考慮到經(jīng)濟合理性和越來越高的環(huán)保要求，目前生物質(zhì)發(fā)電廠的燃料存儲主流形式采用廠外燃料收貯站加廠內(nèi)燃料存儲區(qū)，其中廠內(nèi)燃料存儲區(qū)主要建、構(gòu)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(zāi)危險性分類為丙類[2]，受防火分區(qū)設(shè)計要求的限制，實際工程中很難實現(xiàn)大面積存儲燃料以滿足電廠運行的要求，通常不建議設(shè)置防火分區(qū)。由于我國環(huán)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(huán)保驗收防塵的要求，目前不再建議在廠區(qū)內(nèi)采用。干料棚按照規(guī)范要求根據(jù)電廠規(guī)模按照單個存儲量不超過20 000 t進行設(shè)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(shè)置防風抑塵網(wǎng)也能達到環(huán)保要求，是較為理想的廠內(nèi)燃料存儲區(qū)。

目前，生物質(zhì)電廠干料棚設(shè)計常用的結(jié)構(gòu)形式主要是門式剛架輕型鋼結(jié)構(gòu)廠房和混凝土柱+鋼屋架的單層排架結(jié)構(gòu)廠房。這2種結(jié)構(gòu)形式的干料棚在建設(shè)和使用過程中各有優(yōu)劣。所以，有必要研究在同等條件下不同結(jié)構(gòu)形式的干料棚的優(yōu)缺點及經(jīng)濟性，為在設(shè)計中選擇既經(jīng)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(qū)域運行，故設(shè)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(jié)構(gòu)屋面，四周為開敞式，外圍設(shè)置防風抑塵網(wǎng)。

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

3 結(jié)構(gòu)選型比較

3.1 2種結(jié)構(gòu)體系主要工程量比較

本工程設(shè)計分別按門式剛架輕型鋼結(jié)構(gòu)廠房和混凝土柱+鋼屋架的單層排架結(jié)構(gòu)廠房2種結(jié)構(gòu)體系，按以上設(shè)計條件利用PKPM結(jié)構(gòu)設(shè)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(shè)計控制條件為基準。經(jīng)計算得到2種結(jié)構(gòu)形式36m跨及30m跨的單榀排架構(gòu)件截面，見表1和表2。

表1 36m跨度干料棚（一）2種結(jié)構(gòu)形式單榀排架構(gòu)件截面

表2 30m跨度干料棚（二）2種結(jié)構(gòu)形式單榀排架構(gòu)件截面

取一榀排架兩側(cè)各4.5m范圍屋面系統(tǒng)（含屋面支撐系統(tǒng)）作為一個標準單元，統(tǒng)計該單元屋面系統(tǒng)用鋼量，進行比較。得到2種結(jié)構(gòu)形式36m跨及30m跨的標準單元屋面系統(tǒng)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(tǒng)用鋼量門式剛架形式比梯形鋼屋架形式節(jié)省約23%。由表4可以看出30跨干料棚（二）屋面系統(tǒng)用鋼量門式剛架形式比梯形鋼屋架形式節(jié)省約19%。根據(jù)數(shù)據(jù)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(xù)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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)形式單榀排架屋面系統(tǒng)標準單元用鋼量統(tǒng)計

表4 30 m跨度干料棚（二）2種結(jié)構(gòu)形式單榀排架屋面系統(tǒng)標準單元用鋼量統(tǒng)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(jié)構(gòu)形式的柱子總造價差別相對于屋面系統(tǒng)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(jié)構(gòu)廠房從經(jīng)濟性上要優(yōu)于采用混凝土柱+鋼屋架的單層排架結(jié)構(gòu)廠房。

3.2 2種結(jié)構(gòu)體系性能優(yōu)缺點比較

混凝土柱+鋼屋架的結(jié)構(gòu)體系的優(yōu)點：混凝土柱耐久性及防火性能較好，在廠房設(shè)計使用年限內(nèi)不需特別維護；屋面采用梯形鋼屋架系統(tǒng)，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(tǒng)的用鋼量較門式剛架屋面系統(tǒng)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(dǎo)致廠房高度相應(yīng)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(jié)構(gòu)體系的優(yōu)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(jié)省廠房造價；較混凝土柱+鋼屋架的結(jié)構(gòu)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(shè)計使用年限內(nèi)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(jié)語

生物質(zhì)電廠干料棚結(jié)構(gòu)形式應(yīng)在經(jīng)濟合理的情況下，綜合考慮生產(chǎn)工藝及運營使用的要求進行選擇。根據(jù)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(chǎn)運行管理不嚴格等都容易對干料棚柱等構(gòu)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(nèi)結(jié)構(gòu)構(gòu)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(jié)構(gòu)形式，增加結(jié)構(gòu)的整體剛度。考慮到經(jīng)濟性，一般的干料棚建議按照門式剛架結(jié)構(gòu)廠房進行設(shè)計。