垃圾焚烧发电项目主工房A区结构设计要点分析

袁 春 燕

(中国五洲工程设计集团有限公司，北京 100000)



垃圾焚烧发电项目主工房A区结构设计要点分析

袁 春 燕

(中国五洲工程设计集团有限公司，北京 100000)

结合某垃圾焚烧发电项目主工房A区的结构布置情况，从卸料厅、垃圾坑、焚烧间等方面，计算分析了结构设计的特点及方法，并总结了主工房A区在设计过程中应注意的问题，保证了垃圾焚烧发电项目主工房结构的安全性。

垃圾焚烧，主工房，框架结构，卸料厅

0 引言

随着城市的发展进步，生活垃圾总量也随之大幅上升，如何合理处理成为各个大中型城市不得不面对的问题。现在中国的城市生活垃圾以填埋、焚烧和堆肥三种处理方式为主。其中填埋是最传统的方式，仍是垃圾处理的主要手段。垃圾焚烧发电能够变废为宝，且较传统方法效率高，占地面积小，稳定化速度快，减量效果好，臭气容易控制。对于人口密度大，土地紧缺的大城市来说，增加垃圾焚烧发电项目是必然的，国内大中型城市均在积极兴建大型垃圾焚烧发电项目。本文将结合实际项目浅谈垃圾焚烧发电主工房A区的结构布置及设计要点。

1 工程概况

本项目位于上海市松江区，总建筑面积约47 000 m2。一期建设平均日处理垃圾量2 000 t，年处理垃圾总量为66.6万t。设置有4条日处理生活垃圾500 t的炉排焚烧线，年运行8 000 h。

主工房是厂区中规模最大，功能最多，最重要的部分。根据结构单元，分为A，B，C，D，E五个区。A区包括卸料厅，垃圾坑，焚烧间，建筑高度48 m，为含少量剪力墙的框剪结构。B区为烟气净化间，建筑高度37 m，为框排架结构。C区为飞灰间，位于B区内，建筑高度31.5 m，为多层钢框架。D区为汽机间，由汽机间及汽机小岛两部分组成，建筑高度25 m，为框排架结构，汽机小岛为汽机的设备基础，与主体结构完全脱开。E区为主控楼，建筑高度13.5 m，为框架结构。本文重点讨论A区。

主工房结构分区见图1，主工房A—B区剖面见图2。

2 结构布置及计算特点分析

A区根据工艺要求分为三部分，卸料厅部分屋面梁标高为18 m，垃圾坑部分屋面梁标高为36.5 m，焚烧间部分屋面梁标高为43 m，屋面均为网架。垃圾坑为混凝土结构，长86 m，宽27 m，侧壁高度从-7 m～22.6 m，相当于一个巨大的混凝土盒子，其四周与部分框架柱相连，这部分墙体在整体计算时，平面内会吸收较大的水平荷载引起内力分配。同时，考虑到垃圾焚烧发电项目有接待各界人士参观的需求，业主对主工房的异味控制非常重视，要求1号参观电梯周边做成混凝土墙，防止臭气泄漏进电梯井道，此处也是造成整体计算模型的刚度不均匀的一个原因。为平衡垃圾坑带来的不利影响，增强焚烧间柱与左侧结构的联系，结构外圈从基础顶到22.6 m高度上增加了部分剪力墙，以避免因刚度相差较大在风荷载和地震作用下引起较大扭转。考虑到工艺流程及各专业管线，可加剪力墙的部位有限。因此，A区在基础顶到22.6 m为框剪结构，上部为框排架结构。

2.1 卸料厅

卸料厅部分1层为普通多跨框架，2层为31 m跨的单跨框排架，周围布置少量剪力墙，右侧与垃圾坑壁相连接。2层卸料厅上部与高架桥相连，是重载垃圾车辆运行的主要通道，楼面板采用单向板，整体设计时按均布荷载导荷，局部计算时考虑垃圾车不利布置组合包络设计。

2.2 垃圾坑

垃圾坑部分包括垃圾坑主体和右侧设备平台，基础顶至22.6 m为框剪结构，以上部分为36.6 m跨的框排架结构，在36.5 m处设有20 t的重型吊车。

垃圾坑内侧受到垃圾堆载的侧压力，人为的认为坑壁把所有的水平力均传递到坑壁的柱子上，从设计上保证柱子的强度。由于卸料门位于8 m层，可以认为垃圾越往上可堆载的面积越小，对墙壁产生的侧压力越小，以此换算成柱间荷载加载到柱子上。生活垃圾中含水量较大，且国内垃圾回收不分类，溢流槽易堵塞，渗沥液不可能实时排空，需适当考虑渗滤液的水位计算渗滤液的侧压力。垃圾坑侧壁的柱子既作为整体结构的框架柱，也作为垃圾坑壁的扶壁柱，因此垃圾坑一圈的柱子尤其是0 m以下的部分亦需单独根据垃圾坑壁传来的荷载按压弯构件计算配筋。A区8 m层平面图见图3。

垃圾坑壁除了作为剪力墙带入整体模型以层模型计算，同时需要转换为空间模型计算。由于垃圾坑右侧柱高度的变化带来剪力墙侧面支撑条件的变化，垃圾坑中垃圾堆载引起的墙体整体变形时会给中部的剪力墙带来较大的水平位移，从而影响墙体中的水平配筋。垃圾坑壁还需作为构件单独计算，垃圾坑内侧的钢筋及0 m以上的外部钢筋可根据垃圾坑所受垃圾及渗沥液的侧压力计算结果与模型计算结果包络得出。垃圾坑外侧0 m以下的钢筋，根据外部土体的侧压力计算得出。因此，垃圾坑壁的配筋需由此几种方法计算的结构包络设计。

2.3 焚烧间

焚烧间是焚烧锅炉工作的区域，基础顶至13.5 m为两层锅炉平台，包括渣坑，为框排架结构，上部为38.9 m跨的框排架，周围布置少量剪力墙。锅炉平台根据锅炉的间距需要设置柱距，焚烧间右侧的柱子为满足钢屋面设计合理，尽量与垃圾坑右侧柱子同轴线，因此锅炉平台的柱与焚烧间的大柱子不在同一轴线，通过斜梁拉接共同作用。13.5 m以上的框排架结构，即使有周围的少量剪力墙，整体刚度与垃圾坑处相差仍很大，为整个模型刚度最弱的部分。为减小刚度差距，在焚烧间上下两跨内增加两排柱，通过框架梁拉接，可在一定条件下加大焚烧间部分的刚度。

2.4 模型计算

A区整体模型开洞面积大于30%楼面面积，楼板不连续，全楼按弹性板计算，扭转位移比大于1.2，计算双向水平地震作用下的扭转。对于传统的单串联刚片体系，在刚度和质量分布较均匀时，其振型参与系数随振型阶数的增加而迅速减小，即高阶振型比低阶振型对结构的地震作用要小得多。但对于此极不规则结构，此规律不复存在，为保证有效质量系数大于90%，需大幅提高振型数，最终选取振型数为120个。因剪力墙较少，周期折减系数取0.7，活载折减系数每层均取为0.7。另外根据规范规定，柱顶高度大于30 m，且有重级工作制起重机厂房的钢筋混凝土框架结构和框架剪力墙结构中的框架部分，抗震等级宜按照相应的抗震等级规定提高一级。

由于工艺的流程设计限制，结构模型竖向形成多个薄弱层。而整体模型的刚度差距，也使结构四角的位移比很难满足要求。在位移控制时，基础顶至22.6 m按框剪结构控制，上部按框架结构控制。因为高度、跨度等原因，模型横向的柱子均较大，纵向的柱子长度不小于1 m。柱子的大小和数量限制了设备布置的灵活性且占用了大量空间，所以一般情况下，卸料厅与垃圾坑部分建议采用混凝土结构，焚烧间建议采用钢结构，柱子采用钢格构柱，可以与右侧烟气净化间，即B区合为一体计算。

除了整体计算以外，A区的三个部分均有框排架部分，需单独选择一榀做排架计算，以与整体计算结果相包络。由于垃圾坑及锅炉平台部分均设置有重级吊车，吊车的位移尚需满足《生活垃圾焚烧处理工程技术规范》中的相关规定。

3 其他措施

除必要的计算以外，在主工房A区的设计过程中，还有些方面需要特别注意。

3.1 垃圾坑的防腐防渗

生活垃圾中含有不同的化学成分，进入垃圾坑后发生各种化学反应，产生强腐蚀性的渗沥液，渗沥液不能及时排出会长年累月的腐蚀混凝土，同时，垃圾坑上空的吊车抓斗工作时易抓伤垃圾坑壁的混凝土，因此在垃圾坑壁和底板上，包括污泥坑侧壁，除了需喷涂必须的防腐涂料之外，还需采取其他防腐防渗措施，如增加垃圾坑壁和底板的保护层厚度，增加混凝土添加剂等。本工程在与渗沥液接触的墙体一侧增加一层钢筋网，人为增加垃圾坑壁和底板的保护层厚度。在计算时，此部分不能作为墙体厚度计算，仅作为保护层考虑。同时由于垃圾坑部分混凝土体量较大，设计时垃圾坑处混凝土采用C40的低水化热防水混凝土，同时建议掺抗腐蚀抗裂防水剂及聚酯纤维等改性高聚物填料。

垃圾坑防水采用自防水和柔性防水两道防线，位于±0以下的止水条等亦需注意不可用钢材质，须选择橡胶材质，以防钢材腐蚀后渗沥液沿着钢材的缝隙渗入外部土体内污染环境。同时，施工过程中支模板留下的钢筋后处理时亦要做好封闭工作，防止成为渗沥液的渗透通道。

3.2 异味控制

垃圾焚烧发电项目容易给周围环境带来的影响除了排放的气体外，就是垃圾坑异味的泄漏。异味控制成为影响设计质量至关重要的因素,各个专业均给予极大的关注和重视,甲方也一再强调非常注重这个问题。各专业通过密封管道，改进管道走向，流线隔离，设置气闸间正压送风等方法避免臭味泄漏到参观通道以及厂房外区域。结构专业则应甲方要求，将参观电梯周边的墙体改为混凝土，防止臭气进入井道并泄漏进其他层。在设置后浇带的同时，适当增加框架梁内的通长钢筋，以承受温度应力，减小温度变形。在屋面处，将原钢筋混凝土女儿墙(每间隔12 m设伸缩缝)，改为蒸压加气混凝土砌块墙(加钢混凝土构造柱和圈梁，设缝)，尽量减少异味泄漏的途径。

3.3 梁偏心的处理

由于整体结构的需要，A区垃圾坑部位及焚烧间的横向柱子一般需要2 000×1 000左右才能满足位移要求，巨大的柱子以及建筑工艺等专业的设备要求，使框架梁的偏心多超过柱宽度的1/4，因此除在计算中考虑框架梁偏心外，需采取必要的构造措施平衡框架梁偏心带来的附加弯矩。在工艺无特殊要求时，可在柱宽度范围内柱两侧设置双梁；当工艺设备条件不允许时，则采取部分梁水平加腋；对于无楼板的偏心框架梁，同时在柱宽度范围内设置厚板平衡梁的偏心弯矩。

4 结语

垃圾焚烧发电工房中卸料厅、垃圾坑和焚烧间组成的A区是主工房中最复杂的结构单体。A区为框剪结构，结构刚度不均匀，需采用各种措施尽量减小刚度的差距，避免因刚度相差较大在风荷载和地震作用下引起较大扭转。A区的混凝土柱较大，尤其是焚烧间，柱子的大小和数量限制了设备布置的灵活性且占用了大量空间，所以一般情况下，卸料厅与垃圾坑部分建议采用混凝土结构，焚烧间建议采用钢结构，柱子采用钢格构柱。同时需重点关注垃圾坑的防腐防渗及臭味控制，在满足工艺要求，保证结构安全的同时满足大众的需求。

[1] GB 50011—2010，建筑抗震设计规范[S].

[2] 王庆海，袁春燕.上海天马生活垃圾末端处置综合利用中心施工图[Z].2014.

Analysis on major workshop area A structure design points of garbage incineration power project

Yuan Chunyan

(ChinaWuzhouEngineeringConstructionGroupCo.,Ltd,Beijing100000,China)

Combining with major workshop area A structure distribution conditions of the garbage incineration power project, starting from aspects of unloading hall, garbage hole and incineration house, the paper calculates and analyzes the structural design features and methods, summarizes matters needing attention in major workshop area A design process. As a result, it guarantees the major workshop structure safety of the garbage incineration power project.

garbage incineration， major workshop, framework structure, unloading hall

1009-6825(2016)10-0057-03

2016-01-21

袁春燕(1987- )，女，助理工程师

TU318

A