垃圾转运车间结构设计案例

潘绍洁

（天津市市容环境工程设计研究所，天津 300201）

垃圾转运车间结构设计案例

潘绍洁

（天津市市容环境工程设计研究所，天津 300201）

论述在垃圾转运车间建筑框架结构设计中，借助PKPM结构设计软件技术，探讨框架梁柱截面根据转运工艺要求确定其经济合理尺寸的具体方法。

垃圾转运车间；建筑结构设计；梁柱截面尺寸；经济配筋率

在环境卫生工程设计中，对于不同建筑的结构设计方案，根据工艺要求经济合理地确定建筑物框架梁柱截面尺寸是结构方案设计的关键，也是设计的一个难点。垃圾转运车间结构设计必须考虑环境工程的特点，以满足各种工艺的要求。笔者结合工程实践，运用PKPM结构设计软件，探讨确定框架梁柱截面经济合理尺寸的方法。

1 工程概况

某垃圾转运站的设计，转运工艺选用水平压装、带移位系统的转运工艺。其转运工艺为：进站垃圾收集车经过引桥进入转运车间二层转运平台；二层平台设置卸料口与一层垃圾压缩仓相通，垃圾进入压缩仓后，压装设备的推压头将仓内垃圾压入垃圾箱内；垃圾箱压满后移位系统动作，将压满的垃圾箱移至另一位置，将空垃圾箱移至压装机前，与压装机对接后，循环压装作业；在倾卸垃圾时，通风除尘开启，抽吸含尘气流，经净化设备除尘除臭处理，达标排放。

根据转运规模、转运作业及环保要求，车间内布置2台压装设备、2套移位系统、通风除尘系统、泵房、工具间等，车间二层外接引桥，其转运车间立面见图1。

如图1所示，其结构为混凝土框架局部二层，抗震烈度7度，地震加速度0．15g，地基场地类别Ⅱ类。一层为压缩设备车间及拉臂车回转场地及休息室工具间等，见图2；二层为卸料平台、控制室和除尘除臭设备间，见图3。卸料车辆满载时总质量16 t。故考虑卸料平台活荷载20 kN/m2，设备间除尘设备质量约10 t，换算成等效均布荷载6 kN/m2。

图2 某垃圾转运站转运车间一层平面布置示意

图3 某垃圾转运站转运车间二层平面布置示意

2 梁柱截面尺寸确定程序

一层平面中，由于采用了垃圾移位系统，要保证垃圾转运车在2个垃圾箱位均能将垃圾箱装车，门口柱距的布置应满足垃圾箱装车时对门洞宽度的要求，车间内的柱距布置应满足压装设备对平面尺寸的要求，且应考虑二层卸料口对它的影响，为保证转运工艺的要求，柱子的前后布局不在一条线上。二层平面上有垃圾收集车通过引桥进入倾卸垃圾，有通风除尘设备，这些荷载除考虑静荷载外还需要考虑动荷载。环境工程的设计应满足转运工艺的要求，因此增加了设计难度。

首先，需要建立模型。启动PMCAD软件，建立对应的模型，在此基础上进行操作，完善模型。此时柱网大都在5 m×6 m。由于工艺要求在压缩设备处柱网，经过重新调整柱网变为7．5 m×9．0 m。此处梁柱荷载最大，故以此跨为例，将梁界面宽×高输入为400 mm×1 100 mm，将柱截面宽×高录入为 500 mm×500 mm，根据 GB 50009—2001建筑荷载规范（2006年版），再将楼面荷载、梁间荷载2个数据正确录入，此处通风除尘设备是在运转中应考虑其动荷载。PMCAD前面2个主要菜单运行完成后，使用SATWE将抗震等级设为三级，计算完成后，得到图形文件简图，确定分析对象，对象以柱轴压比、梁纵向配筋作为选择标准对其进行分析。

2.1 柱截面尺寸初步确定

柱轴压的公式为 μ=F/（Af）c，据此可以推断，柱截面的面积和轴压比是成反比的关系，即在一个抗震等级为三级的结构框架内，当研究对象的柱截面尺寸是500 mm×500 mm时，通过计算可得出轴压比0．45，远小于GB 50011—2010建筑抗震设计规范中限值0．85。这种数据对比，只能说明一种情况，那就是要较大程度地减小柱截面，因为柱截面超过要求的范围。由此可知A1/A2=μ2/μ1。那么柱截面的面积 A2=5002×0．45/0．85=132 352（mm）2。可以得出，其边长是363 mm，取整值400 mm。

2.2 梁截面尺寸初步确定

在GB 50010—2010混凝土结构设计规范中规定了配筋率的限值，明确要求梁端配筋率不可以超过2．5%。根据工程的实际要求和建筑经验，梁端纵向配筋率通常情况下控制在1．1%～1．5%，事实上还要考虑经济因素，尽量节省资金，因此跨中配筋率控制在0．5%～0．7%。所选对象计算出的梁端配筋率是0．40%，这个数值不符合经济配筋率要求，则得出截面的尺寸不是最理想的尺寸，尺寸过大，必须减小。由ρ=As/（bh）0可知，配筋率和梁宽b存在反比关系，则应缩短梁宽，梁宽由之前的400 mm减小到300 mm，那么由配筋公式可以得出随着梁宽的变化，配筋率也由原来的0．40%增加到0．59%。不过这个数值也并未达到经济配筋率要求，比要求的值要小得多。那么，此时，应降低梁高。梁高和梁宽不同，它与配筋率并不成简单的正反比关系，两者之间的关系可由梁抗弯承载力简化公式M=0．9 fyAsh0进行判断。首先将M定义成定值，梁高数值减小则配筋As增大。由此可见，梁高和配筋率的关系要从2个方面考虑，但是无论从哪方面看，梁高的减小都使配筋率增大，这是梁高对配筋率的影响。可以先从ρ=As/（bh）0入手，把梁端经济配筋率看成1．4%，就可以计算得出梁高约等于467 mm，再用M=0．9 fyAsh0进行计算，可判断出梁高的范围不应大于1 000 mm，从这个范围中选取一个数值进行计算，不妨设定为800 mm，用这个数值将梁截面定为300 mm×800 mm，并以此进行试算。

本转运站转运车间的梁截面按上述方法设计的同时还应考虑工艺条件，如一层处拉拽垃圾箱的拉臂车其对门洞的高度有要求，此时要反过来复合梁的高度是否小于层高与门洞高度的差值。

2.3 最终计算调整梁柱截面尺寸

从施工方便的角度来看，梁柱最好宽些，小于250 mm的梁柱布置梁纵筋要比宽些的梁柱麻烦得多。基于此，梁柱截面的宽不应小于250 mm，确定的梁柱横截面的尺寸应符合GB 50011—2010的相关规定，且在考虑柱截面尺寸时，要用相应的柱来研究。

3 结束语

确定环卫工程建筑中的梁柱截面尺寸是结构方案设计的关键。在初步确定柱网与梁柱截面的基础上，结合工艺提出的平面及高度尺寸要求，使用PKPM结构设计软件对结构构件截面进行进一步的截面优化设计，使其最终的梁柱截面尺寸方案既满足工艺尺寸要求，又满足结构安全性要求。

［1］王勖成，邰敏．有限单元法基本原理和数值方法［M］．北京：清华大学出版社，1997．

Structural Design Case of Waste Transfer Workshop

Pan Shaojie
（Tianjin City Appearance Environmental Engineering Design&Research Institute,Tianjin 300201）

In design of building structure for waste transfer workshop,using software technology of PKPM,a method for determining economic and reasonable size of beam-column section was discussed on the basis of waste transfer process．

waste transfer workshop；design of building structure；size of beam-column section；economic ratio of reinforcement

X705；TU993．3

B

1005-8206（2011）04-0063-02

2011-07-02

潘绍洁（1979—），从事环卫工程结构设计。

（责任编辑：郑雯）