垃圾發電項目結構設計若干注意事項
迄今為止垃圾焚燒仍舊是最有效的垃圾處理方式。相較于其他工業及民用建筑項目的結構設計工作垃圾發電項目的結構設計有一定的共通性也有著自己的特殊性。本文從結構設計方面對垃圾發電項目需要的注意的事項進行了闡述以實現整個項目結構設計合理、造價經濟適用并滿足垃圾發電的功能要求。
1 前言
隨著居民生活水平的提高城鎮居民產生的垃圾也日益增多垃圾處理則變得越來越重要。生活垃圾焚燒發電具有“無害化、減量化、資源化”的優點是截至目前最有效的垃圾處理方式。在垃圾焚燒發電項目設計過程中結構設計從項目選址開始就需要發揮重要作用從總體方案到各單體的具體設計結構設計都有著特別需要注意的地方。按照這些注意要點去做結構設計則會提升整個項目設計效率便利施工從而加快建設進程設計合理從而方便業主運營。
2 廠區建筑單體分類
垃圾發電項目根據不同的功能使用要求主要分為三個區域：生產區、輔助生產區及生活區。生產區域主要包括主廠房、主廠房附屋、煙囪和坡道；輔助生產區包括綜合水泵房、循環冷卻塔、油罐區、地磅、地磅房、生活污水處理站、滲濾液處理站、初期雨水收集池、飛灰固化暫存庫等；生活區則包括辦公樓、宿舍樓、食堂、門衛室等。垃圾發電項目主要單體及單體結構形式見表1。
3 總圖及基礎方案
3.1 總平面布置
垃圾發電項目考慮垃圾運輸及對周邊環境的影響一般選擇在居民較少的位置。這些位置一般相對比較偏僻地形大多比較復雜。所以在項目設計初期結構設計人員就應該參與到設計過程中去。垃圾發電項目在確定廠址時一般有多個位置可供選擇。應建議業主將場地地質情況作為考慮因素。因為不同的地質條件在場地平整及基礎方案上的造價差別非常大。應建議業主拿到相應地塊的初步地質資料結構設計人員根據初步地質資料給業主提供合理的選擇建議。沒有相應資料時業主可先進行初步勘察通過初步勘察確定各地塊大致可能的基礎形式及造價從而在滿足其他主要因素的前提下盡量選擇基礎造價合理的地塊。垃圾發電項目總平面方案布置時結構設計人員也需要及時參與其中。向業主及總圖設計人員提出合理建議在不影響功能使用的前提下按照地質地形進行總平面布置以達到節省造價、方便施工的效果。建議主要有如下幾條：
1、根據初步勘察資料適當就地勢進行廠區建構筑物布置。盡量避免在持力層埋深淺的地方大開挖在持力層較深的地方大回填�？稍诔至訙\的地方盡量布置淺基礎單體在持力層深的地方盡量布置水池等深基礎單體。比如主廠房垃圾坑埋深一般在7米左右若選擇一個原始地形在相近深度有巖層的位置布置垃圾坑則可以采用天然基礎方便開挖同時節省了樁基礎費用。若將垃圾坑布置在本身地面就是堅硬巖石的位置則增加大量開挖爆破工作。其他諸如水泵房、冷卻塔、滲濾液處理站等埋深相對較深的建筑單體可采用類似原則處理。
2、柱底力較大的單體或受力復雜的設備盡量布置在有較好持力層的位置可以節省基礎造價。如主廠房垃圾坑及鍋爐區域荷載較大煙氣區設備荷載則相對小一些則可以把垃圾坑及鍋爐區域在不影響功能使用及整體布置理念的情況下布置在有較好持力層的地方。
3、垃圾發電項目廠區內有較多景觀綠化或硬化地面盡量布置于填方較大區域因為建筑單體布置在填方區域基礎一般無法做到有效持力層則會增加樁基礎數量。
4、垃圾發電項目的廠址地勢都會有一定起伏常常需要做邊坡支擋結構。土方平衡時注意結合邊坡支擋方案盡量減少邊坡或將難以處理的邊坡轉化為相對安全容易處理的邊坡。
3.2 基礎方案
垃圾發電項目的基礎方案需要從地質情況、工程造價、施工工期、周圍施工單位數量及相應生產廠家情況來考慮。根據詳勘資料結合其他幾個因素確定最合理的基礎方案。具體步驟及注意事項如下：
1、充分了解業主意圖。
不同的業主或相同業主在不同項目上的需求是不一樣的這點在垃圾發電項目上反映得特別明顯。了解清楚業主的意圖則可以設計一次到位避免進入反復修改的困境。有的項目有足夠的施工工期業主比較注重基礎方案的經濟性則應選擇造價經濟、可以精細控制施工過程的基礎方案。而工期緊張的項目則應選擇施工方案成熟可靠施工快速的基礎方案。在既工期緊張、又要注重造價經濟的項目，凱恩汽車尾氣分析儀則需要多種方案對比或者召集相關專家討論確定在設計階段需要花相對多的時間需要做好相關平衡。
2、收集相關資料。
需要收集地勘資料（初勘、詳勘）、廠區周邊居民住戶情況、當地政策文件、廠區周邊道路交通情況以及項目附近生產產能等情況。根據具體的地勘資料確定可以滿足設計要求的基礎方案。了解廠區周邊居民住戶情況以考慮基礎施工對周圍居民的影響。了解當地政策文件以確定哪些基礎方案是禁止采用的。了解道路交通情況則以確定哪些機械可以進場。了解項目周邊的生產產能則可以確定施工過程中材料是否可以正常供應。
3、進行方案對比。
通過對已有的資料進行分析選擇出可以實施的幾種基礎方案然后從工期進度、經濟造價和施工便利性等幾個方面進行優缺點對比。綜合考慮各個因素結合垃圾發電項目的具體特征及業主的基本意圖選擇出優選方案作為基礎方案。方案確定需要嚴謹一旦確定就要避免再反復設計過程才會比較順利避免重復工作。
4、細化相關設計及施工細節。
基礎方案確定后則需要對一些實施細節進行考慮特別是施工方案的考慮。如基礎的施工順序基礎與基坑支護方案的配套基礎施工與回填方案之間的關系等等。垃圾發電項目各區域基礎埋深都不相同考慮基礎施工順序進行基礎布置可以減少重復開挖回填節省施工措施費用。對一些基礎的底標高進行歸并也可以使開挖事半功倍。垃圾發電項目的垃圾坑、渣坑及其他一些埋深較深的單體都要進行基坑支護合理的基礎布置方向以及基礎深度也對基坑支護造價影響較大。
4 整體結構設計參數
4.1 圖簽參數
要確定項目號及項目名稱，分體式測振儀要求該名稱同相關業主合同及設計合同一致。單體編號及單體名稱也需要與總平面圖相一致。為后面審圖出圖做好準備避免名稱不對而多次改圖。
4.2 施工圖參數
1、風荷載和雪荷載。
風荷載需要考慮基本風壓、地面粗糙度。一般可以根據項目所在地從《建筑結構荷載規范》查出。有較多垃圾發電項目位于山區需要注意根據建筑物位置對風壓高度變化系數進行修正對于沿海多臺風地區需要考慮對風荷載敏感的建筑進行加強措施。部分形體復雜或高度較高無法確定體型系數的應采用風洞試驗確定真實風荷載。
基本雪壓根據項目所在地從《建筑結構荷載規范》查出。特別應注意屋面雪荷載的不利布置特別是高低跨位置鋼屋面的積雪分布系數。
有些地方的基本風壓和基本雪壓無法從規范中查出的最直接的辦法是咨詢當地的設計單位。有些地方會根據地方情況出一些相較于規范更嚴的條文提高當地的基本風壓和基本雪壓。所以在近期沒有做過的當地項目時也應同當地圖審單位和設計單位做好交流溝通保證取值正確也避免后期返工。
2、地震參數
地震參數按《建筑抗震設計規范》查出相應位置的地震烈度、設計基本地震加速度、地震分組再結合地勘資料確定場地類別以及特征周期、有無液化土層以此確定各單體的抗震等級。需要注意地勘資料與《建筑抗震設計規范》及《中國地震動參數區劃圖》所確定的參數應一致出現不一致時應以《中國地震動參數區劃圖》為準。垃圾發電項目地質情況復雜需要注意考慮一些不利的地質情況。
3、地下水及基礎參數
垃圾發電項目地下坑池較多地下水參數對工程設計影響較大。地勘報告一般會給出地下水的抗浮水位及相關腐蝕性。沒有明確給出項目的抗浮水位的則需要聯系地勘單位給出明確的抗浮標高。難以給出抗浮水位的應采取專門的地下水位論證進行確定。設計過程中還要根據單體周圍的排水通暢情況確定是否對抗浮水位進行調整。如果排水不暢地面易積水抗浮水位取室外地面也并非就是安全的應根據積水程度予以提高。根據地下水土的腐蝕性報告按不同腐蝕介質的腐蝕性等級依據《工業建筑防腐蝕設計標準》確定地下構件的防腐蝕措施。
4、樓地面及屋面荷載
樓地面及屋面恒載按實際材料重量進行考慮活荷載除按規范考慮外對廠房等生產類建構筑物需要按實際檢修產生的不利荷載進行考慮。檢修活荷載一般由工藝提資專業提供結構設計人員需要對提供的荷載復核其合理性。其他荷載則都按規范及實際重量取值。
5、材料
墻體砌塊按建筑要求選用應保證當地能采購到。鋼筋根據受力情況盡量選擇高強度且產量多的鋼筋。混凝土強度則根據計算需要最低強度需滿足《工業建筑防腐蝕設計標準》及相關規范要求。
6、建模計算參數
建模計算按國內常用三維計算軟件計算必要時采用通用有限元軟件進行復核補充。各計算參數按規范及軟件建議參數取值。
5 各專業間的配合
5.1 熱力專業
在垃圾發電項目中熱力專業是結構設計最大的提資專業。所有廠房的設備荷載及樓面功能都需要熱力專業提供。熱力專業需要將準確的設備資料消化后轉化成結構提資提交給結構設計人員。所有的設備應定位準確荷載清晰。所有的留孔也應交代清楚留設準確。但是在設計過程中往往資料無法全部到位有時也會因為設備更換導致提資修改。這需要提資人員做好提資的標記對于沒有完全確定的提資應標注明確待準確資料提供后由結構設計人員再行復核。同時也要注意提資的連續性不同版本的提資需要注意修改的位置標注修改時間方便結構設計人員在復核時能及時找到修改位置。結構設計人員也需要對于各個設備的功能運行情況有個初步了解以確定設備運轉過程中的受力情況保證結構構件能滿足功能需要。特別對于有一定振動的設備需要考慮動力荷載對結構構件的影響。
5.2 建筑專業
建筑專業布置好個單體的房建平面、立面及剖面布置提供給結構設計人員。結構設計人員除按布置圖建模計算外在平面上要保證所有梁板構件與墻體對應避免梁墻錯位的情況。立面上要保證實現建筑立面造型避免結構構件與建筑門窗洞口沖突或不滿足建筑外形的情況。剖面上由于工業廠房樓層錯層比較多且不同位置需要滿足樓層凈高要求。不同位置要核實梁底凈空避免出現標高不夠梁底碰頭的情況。在實在無法實現的情況下應同建筑專業及相關提資專業一同商量確定后方可修改。
5.3 給排水專業
給排水專業提資主要在綜合水泵房、冷卻塔、初期雨水收集池、生活污水處理站及滲濾液處理站等單體。其他單體則主要考慮排水一般不會出現錯漏。對于給排水的生產輔助用房的設計主要還是嚴格按照提資進行設計滿足功能要求。由于以水池居多水池頂板及側壁上會有很多留孔及套管。這個提資往往在后期管道布置完成后才能提資所以在施工前應必須提供給現場施工否則后期無法處理。前期出圖時若還沒有提供相關留孔及套管則應注明。后期有修改的也應及時核實修改。
5.4 空調專業
空調專業主要是一些空調通風留孔。在結構計算初期就需要提供以保證梁板布置準確同時使梁板不至于與空調管道沖突。
5.5 電控專業
電控專業提資對結構影響較小。電氣主要有基礎施工圖階段的防雷提資、主變及GIS區域的一些設備提資及電纜溝提資。自控主要是控制室的一些樓板留孔及設備荷載。這里按這兩個專業提資進行設計即可。
6 各單體結構設計
6.1 生產區域設計
生產區域包括坡道、主廠房、主廠房附屋、煙囪。
坡道作為垃圾車從地面開至卸料平臺的專門通道需要同卸料平臺一致考慮垃圾車的上車荷載。常規的垃圾車按總重量30噸考慮。隨著現在一些地方垃圾增多垃圾車型號也越來越多樣化。因此在設計之初需要同業主及當地環保部門確認垃圾車的尺寸及載重以此確認坡道和卸料平臺的行車活荷載。在確定垃圾車荷載時還應考慮未來的變化即在垃圾發電項目運行時間內是否會有更大的垃圾車開進場對垃圾車荷載適當放大。坡道在起始段注意與場地地面的協調避免起始段出現不均勻沉降。在與主廠房交接處注意標高與主廠房卸料平臺入口的協調應由主廠房挑出一部分再與坡道銜接避免坡道面滲濾液及卸料大廳滲濾液順接口留縫流至下層墻面影響使用及美觀。
主廠房按使用功能分為卸料平臺區域、垃圾坑區域、鍋爐焚燒區域及煙氣處理區域。卸料平臺區域與垃圾坑區域皆采用鋼筋混凝土框排架結構，Delta65煙氣分析儀垃圾坑居于卸料平臺側面在垃圾坑區域中間。垃圾坑底板為一個混凝土大底板垃圾坑為鋼筋混凝土側壁。側壁周圍設置扶壁柱及相應的框架柱�；A根據地質情況可以按筏板基礎或樁筏基礎設計。垃圾荷載則根據垃圾堆放過程中的容重取值�？紤]上部垃圾含水量少下部垃圾含水量多則根據不同高度分層取垃圾容重。垃圾對側壁及框架的水平力按垃圾容重并考慮一定的內摩擦角計算得出。垃圾坑內滲濾液有一定腐蝕性不能滲漏出垃圾坑所以垃圾坑底板及側壁必須采用合理措施保證其防滲及防腐功能。主要采取混凝土內加外加劑及工程纖維提高混凝土本身的抗滲性能同時在混凝土內表面做一些防腐、防滲及防撞措施。卸料平臺屋面一般采用實腹式鋼梁的彩鋼板屋面垃圾坑屋面考慮內部有腐蝕性氣體采用桁架鋼結構面板采用輕型鋼結構混凝土板并在上部加防水層。垃圾坑鋼桁架及輕型鋼結構混凝土板底都應按重度防腐采取防腐措施。垃圾坑及卸料平臺計算時除采用三維計算外還用在薄弱部位采用單榀排架進行二維計算包絡設計必要時對垃圾坑采用通用有限元軟件分析計算。鍋爐焚燒區域及煙氣處理區域一般采用鋼格構柱+網架屋面的形式。鋼結構區域應與垃圾坑區域脫開使不同材質的結構形式各自受力協調。
主廠房附屋采用鋼筋混凝土框排架結構屋面采用實腹式鋼梁的彩鋼板屋面。單體中間設置汽機島汽機島用以裝汽輪機及發電機為框架式設備基礎。由于汽機島振動較大需要進行動力計算保證結構不會產生較大振幅。汽機島周圍與主廠房附屋框排架設縫脫開避免振動傳導至周圍框排架構件。在樓面面層施工時應保證兩個構筑物間的縫真實存在避免砂漿或建筑垃圾將縫填實而使振動傳導至附屋框排架。
煙囪高度一般根據環評報告確定。計算時按《煙囪規范》及《高聳結構規范》進行設計。當煙囪高度較高且體型復雜時應進行風洞試驗確定其準確風荷載。
6.2 輔助生產區域設計
輔助生產區域主要是綜合水泵房、循環冷卻塔、生活污水處理站、滲濾液處理站、飛灰固化暫存庫等單體。這些單體按照相關提資專業設計即可對于水池則應注意根據水池內水的腐蝕情況考慮相應防腐措施。對于水池側壁及頂板留孔則應在施工前與提資專業核對確保不出現錯誤。
6.3 生活區域設計
生活區域的辦公樓、宿舍樓以及門衛室則相對簡單按規范及建筑提資設計即可。
7 圖紙審查及施工交底
由于垃圾發電項目各單體的特殊特點很多審圖單位對此并不了解。很多情況下審圖人員并不了解工藝流程要求及設計人員的設計理念。因此在審圖前都需要提前做好與審圖人員的溝通使審圖人員了解了相關單體的布置情況后再進行看圖審圖真正做到審圖審出問題。
對于施工單位也需要做好施工交底工作。特別是一些沒有做過相關工程的單位如果沒有充分了解圖紙及設計理念則可能做很多重復工作甚至錯誤施工出現安全隱患。需要將項目的注意事項及重點難點提供給施工單位讓施工單位做到圖紙心中有數施工心里有底。
8 結語
在垃圾發電項目設計中工藝是靈魂、結構是骨架、各專業則合成了項目的血肉。結構專業設計人員需要從總體上從各個單體細節上做好設計工作才能擔當起整個項目的骨骼支撐起整個項目的安全。只有熟悉了各個環節、各個單體的設計重點難點才能將整個項目設計圓滿。
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