油田厂房主要结构型式的对比分析

中国人民大学后勤集团

近年来，油田站场建设正在大力推进“标准化设计、工厂化预制、模块化施工、机械化作业、信息化管理”[1]，标准化设计初见成效[2]。

建筑结构型式的选择直接影响生产建设投资和建设进度，是实现标准化设计、工厂化预制的重要环节。

油田厂房多为单层，主要结构型式为砌体结构、钢筋混凝土排架结构和门式刚架结构三大类。油田地面工程建设中，砌体结构从初期就开始广泛应用，钢筋混凝土排架结构从上世纪80 年代开始了大量应用，门式刚架结构从2000 年后开始应用，近几年开始扩大应用。

1 油田工业厂房主要结构型式

1.1 砌体结构

砌体结构是由块体和砂浆砌筑而成的墙、柱作为建筑主要受力构件的结构[3]。

油田工业厂房的砌体结构上部主要采用砖砌体承重，墙体材料目前主要采用混凝土多孔砖、混凝土空心砌块、硅酸盐实心砖、加气混凝土砌块等。利用圈梁和构造柱提高抗震性能，基础采用毛石砌筑或混凝土浇筑，屋面采用钢屋架、檩条、支撑等构件。砌体结构示意图见图1。

图1 砌体结构厂房结构示意图Fig.1 Structure diagram of workshop in masonry structure

1.2 钢筋混凝土排架结构

排架结构是由屋架、柱和基础构成横向平面排架，再通过屋面板、吊车梁、支撑等纵向构件将平面排架联结起来构成的整体空间结构。围护墙体采用混凝土空心砌块或加气混凝土砌块砌筑；屋面采用钢屋架、檩条、支撑等构件；基础采用钢筋混凝土预制杯口基础。排架结构主要用于单层工业厂房，是目前油田大型工业厂房最常见的结构型式。排架结构示意图见图2。

图2 排架结构厂房结构示意图Fig.2 Structure diagram of workshop in concrete bent structure

1.3 门式刚架轻型钢结构

门式刚架轻型钢结构厂房是承重结构采用变截面或等截面实腹刚架，围护系统采用轻型钢屋面和轻型外墙的单层房屋[4]。门式刚架轻型钢结构承重体系包括刚架斜梁、刚架柱、支撑、檩条、系杆、山墙骨架等，如图3所示。

当无吊车时，门式刚架轻型钢结构一般采用变截面梁柱、基础铰接结构方案，当设有吊车时，一般采用等截面柱变截面梁、基础刚接结构方案；屋面檩条及墙面墙梁构件采用C型薄壁卷边槽钢，根据不同跨度，截面高度一般采用140～180 mm，檩条、墙梁的间距一般不超过1.5 m；围护结构采用彩色压型复合板（内夹岩棉保温材料），基础采用钢筋混凝土预制基础。

图3 门式刚架轻型钢结构厂房结构示意图Fig.3 Structure diagram of workshop in light steel structure with portal frames

2 主要特性对比分析

结构的主要特性包括适用范围、自重、抗震性能、沉降适应性、环保性、耐火性能和耐腐蚀性能等方面，对比结果见表1。

油田生产厂房以单层为主，吊车吨位一般不超过20 t，高度一般不超过12 m，单跨跨度一般不超过36 m。从表1中可以看出，门式刚架轻型钢结构和排架结构适用范围较广，可以覆盖油田地面工程中单层厂房的高度、跨度和吊车吨位，而砌体结构适用范围有限。门式刚架轻型钢结构在抗震性能、沉降适应性、施工周期和环保方面有明显优势，其耐火性能和耐腐蚀性能可以通过涂刷防火涂料、防腐蚀涂料得到保证。

表1 三种结构型式主要特性对比Tab.1 Comparison of main characteristics for three structural types

3 预制化程度对比分析

砌体结构施工时人工砌筑基础及墙体，以现场作业为主，预制化程度低，厂房各部件施工形式见表2。

表2 砌体结构厂房施工形式Tab.2 Construction type for workshop in masonry structure

排架结构排架柱与杯口基础在工厂预制，运输到现场进行组装，其他部分主要依靠现场作业，预制化程度较低，厂房各部件施工形式见表3。

表3 排架结构厂房施工形式Tab.3 Construction type for workshop in concrete bent structure

门式刚架轻型结构厂房各部分均可进行工厂预制，预制化程度高，厂房各部件施工形式见表4。

从表2～表4 可以看出，门式刚架轻型结构除了台阶、散水等辅助室外工程和中大型设备基础需要现场制作，其他部件均可工厂预制、现场组装，其预制化程度明显优于砌体结构和混凝土排架结构。

表4 门式刚架轻型结构厂房施工形式Tab.4 Construction type for workshop in light steel structure with portal frames

4 技术经济性对比分析

以北方某大型油田“典型中型站场设计标准化”中建筑面积为955 m2的主厂房为例，对门式刚架轻型钢结构、砌体结构、钢筋混凝土排架结构的工程造价进行了对比分析，工程费概算对比见表5。从表5 可以看出，三种结构型式中，门式刚架轻型钢结构工程费用最低，混凝土排架结构工程费用最高，门式刚架轻型钢结构在经济上具有优势。

孙立新[7]也对高原油气田的砖混结构和轻型钢结构进行了对比，砖混结构造价为3 200元/m2，轻型钢结构造价为2 200元/m2，轻型钢结构比砖混结构造价低30%。

门式刚架轻型钢结构厂房在经济性上还有其他优势：

（1）随着《工业建筑节能设计统一标准》[8]的实施，在寒冷地区，砌体结构、排架结构因围护砌体通常不能满足节能要求，需新增保温层，而保温层与砌体的连接问题一直都是难题，破损、脱落现象严重，维护费用高；门式刚架轻型钢结构保温材料有压型钢板的保护，耐久性好。

（2）轻型钢结构在寿命周期内可进行异地迁建，钢材可以回收二次利用等。

5 结束语

油田地面工程建设中应用最为广泛的砌体结构和钢筋混凝土排架结构预制化程度低，施工周期长，施工环境差，建筑材料重复利用程度低，已无法满足项目投产紧迫性要求、建设节奏和安全环保等要求。

表5 工程费概算对比Tab.5 Comparison of engineering budgetary estimate 元

门式刚架轻型钢结构厂房在国内技术成熟，具有适用范围广、预制化程度高、施工周期短、抗震性能好、沉降适应性好、环保、工程造价相对较低等特点，相对于砌体结构和钢筋混凝土排架结构，更适用于油田建设“五化”的要求，更符合油田的建设实际需要。