4調(diào)壓站的建筑結(jié)構(gòu)選型

　　在項(xiàng)目建設(shè)全過(guò)程中，各階段工作對(duì)工程造價(jià)的影響程度不盡相同，初步設(shè)計(jì)階段，影響工程造價(jià)的可能性為75%～95%；至技術(shù)設(shè)計(jì)結(jié)束.影響工程造價(jià)的可能性為35%～75%；而至施工開(kāi)始，通過(guò)技術(shù)組織措施節(jié)約工程造價(jià)的可能性只有5%～10%。顯而易見(jiàn)，控制工程造價(jià)的關(guān)鍵在項(xiàng)目做出投資決策后的設(shè)計(jì)階段。通過(guò)對(duì)調(diào)壓站功能和價(jià)值的分析，可以將技術(shù)問(wèn)題與經(jīng)濟(jì)問(wèn)題緊密地結(jié)合起來(lái)，達(dá)到滿(mǎn)足功能，降低成本的目的。

　　建筑工程的一般概念性經(jīng)濟(jì)指標(biāo)表明，一般工業(yè)廠房的土建工程造價(jià)(不包括工藝設(shè)備投資)占總造價(jià)的81%～85%。因此，合理的建筑結(jié)構(gòu)體系應(yīng)該是使用廣、建造快、消耗少、勞動(dòng)生產(chǎn)率高和建筑造價(jià)低。建筑材料的質(zhì)量和選用，也直接影響建筑物的堅(jiān)固性、實(shí)用性、耐久性和經(jīng)濟(jì)性要求。

　　調(diào)壓站設(shè)計(jì)的工程造價(jià)控制主要采取兩種方式。方式一：標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)，標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)很多，如：設(shè)計(jì)周期短、節(jié)約設(shè)計(jì)費(fèi)、工藝定型、材料配料統(tǒng)一、使施工準(zhǔn)備工作提前和加快施工速度、有利于工程質(zhì)量的保證。中壓調(diào)壓站的服務(wù)對(duì)象為住宅小區(qū)的民用用戶(hù)，北京市已建中壓調(diào)壓站549座，其規(guī)模、建筑結(jié)構(gòu)形式屬于重復(fù)建造的建筑類(lèi)型，自2003年開(kāi)始。已經(jīng)采用企業(yè)內(nèi)部的標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)。方式二：結(jié)合實(shí)際工程，優(yōu)選建筑結(jié)構(gòu)形式，綜合比較各類(lèi)建筑結(jié)果形式的優(yōu)劣，確定最佳方案。同一調(diào)壓站設(shè)計(jì)時(shí)采用不同的建筑結(jié)構(gòu)形式，可以有不同的造價(jià)。調(diào)壓站建筑形式因其入口燃?xì)鈮毫?jí)制的不同、燃?xì)庠O(shè)備及流程的不同，對(duì)建筑面積大小、開(kāi)間進(jìn)深的要求各異，所采用的結(jié)構(gòu)也就有所不同。調(diào)壓站的結(jié)構(gòu)形式主要是以其承重結(jié)構(gòu)所用的材料來(lái)劃分3種常用的結(jié)構(gòu)形式：砌體結(jié)構(gòu)、鋼筋混凝土框架(排架)結(jié)構(gòu)和輕鋼結(jié)構(gòu)。

　　4.1砌體結(jié)構(gòu)

　　砌體結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)：①砌體是最小的標(biāo)準(zhǔn)化構(gòu)件，對(duì)施工場(chǎng)地和施工技術(shù)要求低，可砌成各種形狀的墻體，材料來(lái)源方便，可就地取材。②具有很好的耐久性、化學(xué)穩(wěn)定性和大氣穩(wěn)定性。③可節(jié)省水泥、鋼材和木材，不需模板，工期短。④施工技術(shù)與施工設(shè)備簡(jiǎn)單。⑤具有很好的隔音和保溫隔熱性能。⑥工程造價(jià)較低廉。

　　砌體結(jié)構(gòu)的缺點(diǎn)：①抗震性能較差。②由于砌體結(jié)構(gòu)采用墻體承重，建筑內(nèi)不允許自由分隔，而且無(wú)法實(shí)現(xiàn)大空間建筑。③現(xiàn)場(chǎng)勞動(dòng)量大，施工質(zhì)量不易保證。

　　4.2鋼筋混凝土框架(排架)結(jié)構(gòu)

　　鋼筋混凝土框架(排架)結(jié)構(gòu)優(yōu)點(diǎn)：①抗震性能好、整體性強(qiáng)、經(jīng)久耐用。②房間的開(kāi)間、進(jìn)深相對(duì)較大，室內(nèi)空間分隔較自由。③建筑立面處理較靈活。④抗腐蝕、耐火能力強(qiáng)。

　　鋼筋混凝土框架(排架)結(jié)構(gòu)缺點(diǎn)：①結(jié)構(gòu)自重大。②現(xiàn)澆鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)有支模、綁筋、澆筑和養(yǎng)護(hù)時(shí)間，施工工期較長(zhǎng)。③現(xiàn)澆鋼筋混凝土梁跨度不能太大，一般超過(guò)12m跨的現(xiàn)澆梁造價(jià)不經(jīng)濟(jì)，不適合采用現(xiàn)澆鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。

　　4.3輕鋼結(jié)構(gòu)

　　鋼結(jié)構(gòu)是一種環(huán)保型綠色建筑，鋼結(jié)構(gòu)建筑的優(yōu)點(diǎn)主要有：大大節(jié)約施工時(shí)間，施工不受季節(jié)影響：減少建筑垃圾和環(huán)境污染，建筑材料可重復(fù)利用；抗震性能好；使用中易于改造、靈活方便；鋼結(jié)構(gòu)近幾年來(lái)得到廣泛的運(yùn)用，尤其在發(fā)達(dá)國(guó)家占據(jù)非居住性建筑一半以上的市場(chǎng)。鋼材的“容重與強(qiáng)度比”一般小于木材、混凝土和磚石，因此鋼結(jié)構(gòu)比較輕，與鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)相比要輕30%～50%；另外鋼結(jié)構(gòu)斷面小，與鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)相比可增加建筑有效面積8%左右。綜上所述，鋼結(jié)構(gòu)以其良好性能，在造價(jià)、施工周期和環(huán)保價(jià)值等方面占有明顯優(yōu)勢(shì)，特別是在天然氣應(yīng)急工程中，能夠快速實(shí)現(xiàn)早投產(chǎn)，早受益。受到業(yè)主和施工單位的普遍贊譽(yù)，是今后高壓調(diào)壓站大力推廣的建筑結(jié)構(gòu)形式。

　　5調(diào)壓站的鋼結(jié)構(gòu)防火

　　我們知道，鋼材具有較好的耐熱性，其本身并不燃燒，但具有受熱強(qiáng)度降低極易造成建筑物倒塌等特性，因此鋼結(jié)構(gòu)建筑一旦發(fā)生火災(zāi)往往造成重大事故。當(dāng)鋼結(jié)構(gòu)應(yīng)用在調(diào)壓站設(shè)計(jì)中時(shí)，應(yīng)克服防火方面的不足，必須進(jìn)行防火處理，其目的就是將鋼結(jié)構(gòu)的耐火極限提高到設(shè)計(jì)規(guī)范要求的標(biāo)準(zhǔn)，防止鋼結(jié)構(gòu)在火災(zāi)中迅速升溫發(fā)生形變塌落。鋼結(jié)構(gòu)防火措施是多種多樣的，關(guān)鍵是要根據(jù)不同情況采取不同方法。

　　《建規(guī)》中，對(duì)建筑物的耐火等級(jí)及相應(yīng)建筑構(gòu)件的燃燒性能和耐火極限作出了具體的規(guī)定。鋼結(jié)構(gòu)防火措施有：用金屬網(wǎng)抹M5砂漿做保護(hù)層、用加氣混凝土做保護(hù)層、用C20混凝土做保護(hù)層、用普通粘土磚做保護(hù)層、用陶?；炷磷霰Ｗo(hù)層、用防火鋼結(jié)構(gòu)防火涂料做保護(hù)層。歸納起來(lái)常用的防火措施主要有構(gòu)造防火和噴涂防火涂料兩種類(lèi)型。其中防火構(gòu)造可分為外包混凝土材料、外包鋼絲網(wǎng)水泥砂漿、外噴防火涂料等幾種構(gòu)造形式。

　　外包混凝土防火，其施工方法和普通混凝土施工無(wú)任何區(qū)別，但應(yīng)在混凝土內(nèi)配置構(gòu)造鋼筋以防止剝落。由于混凝土材料具有經(jīng)濟(jì)性、耐久性、耐火性等優(yōu)點(diǎn)，一向被用作鋼結(jié)構(gòu)的防火材料。但由于存在施工周期長(zhǎng)的缺點(diǎn)，不用于調(diào)壓站鋼結(jié)構(gòu)建筑的防火施工。

　　鋼絲網(wǎng)水泥沙漿防火施工，也是一種傳統(tǒng)的施工方法，當(dāng)砂漿層較厚時(shí)容易在于后產(chǎn)生結(jié)硬，也不用于調(diào)壓站鋼結(jié)構(gòu)建筑的防火施工。

　　鋼結(jié)構(gòu)噴涂防火涂料與其它構(gòu)造形式相比，具有施工方便、不過(guò)多增加結(jié)構(gòu)自重、技術(shù)先進(jìn)等優(yōu)點(diǎn)，是鋼結(jié)構(gòu)調(diào)壓站首選的防火措施。

　　目前的大多數(shù)鋼結(jié)構(gòu)調(diào)壓站是采用輕型H型鋼(焊接或軋制；變截面或等截面)做成門(mén)式剛架，C型、Z型冷彎薄壁型鋼做檁條和墻梁，彩色鋼板夾芯板做屋面、墻面圍護(hù)結(jié)構(gòu)，采用高強(qiáng)螺栓和密封材料組裝起來(lái)的預(yù)制裝配式鋼結(jié)構(gòu)房屋體系。《建規(guī)》中廠房(倉(cāng)庫(kù))的耐火等級(jí)與耐火極限(表3.2.1)中規(guī)定調(diào)壓站的柱的耐火極限為2.50h；屋頂承重構(gòu)件的耐火等級(jí)為1.Oh；非承重外墻的耐火極限為0.50h。調(diào)壓站設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)各個(gè)構(gòu)件所采取的防火措施是：門(mén)式鋼架、墻梁采用厚涂型鋼結(jié)構(gòu)防火涂料40mm厚做保護(hù)層，耐火極限達(dá)到2.5h；屋頂鋼檁條采用厚涂型鋼結(jié)構(gòu)防火涂料15mm厚做保護(hù)層，耐火極限達(dá)到1.Oh；非承重外墻和屋面板采用彩色鋼板巖面夾芯板，耐火極限達(dá)到0.5h。

　　鋼結(jié)構(gòu)噴涂防火涂料目前被廣泛應(yīng)用，如果操作不當(dāng)，會(huì)影響使用效果和消防安全。施工中應(yīng)在鋼結(jié)構(gòu)工程驗(yàn)收完畢后進(jìn)行，為了確保防火涂層和鋼結(jié)構(gòu)表面有足夠的粘結(jié)力，在噴涂前應(yīng)清除鋼結(jié)構(gòu)表面的銹跡銹斑，必要時(shí)可再刷一層防銹底漆，用一定的壓力噴射以保證涂層粘結(jié)牢固。

　　6調(diào)壓站的防爆設(shè)計(jì)

　　調(diào)壓站屬于有爆炸危險(xiǎn)的廠房，由于天然氣比空氣輕，容易積聚在調(diào)壓站站房的上部，當(dāng)空氣中含5%～15%濃度的天然氣時(shí)，遇明火易引起爆炸，因此調(diào)壓站應(yīng)設(shè)置足夠的泄壓面積，可以很大程度地減輕爆炸時(shí)對(duì)主體結(jié)構(gòu)的損壞，免除因主體結(jié)構(gòu)的破壞而造成的重大人員傷害和經(jīng)濟(jì)損失。泄壓手段很多，泄壓設(shè)施可以是輕質(zhì)屋蓋、輕質(zhì)墻體和易于泄壓的門(mén)窗。調(diào)壓站設(shè)計(jì)時(shí)，一般除盡可能增大調(diào)壓站的門(mén)窗面積之和，還需要設(shè)置一定面積的輕質(zhì)屋蓋，有利于快速泄壓。

　　2006年12月1日前的調(diào)壓站泄壓面積計(jì)算及其構(gòu)造要求遵循的是1987年版《建規(guī)》，2006年版《建規(guī)》中關(guān)于泄壓面積計(jì)算及其構(gòu)造要求做了很大地改動(dòng)。1987年版的《建規(guī)》第3.4.3條：泄壓面積與廠房體積的比值(m2/m3)宜采用O.05～O.22。對(duì)于體積超過(guò)1000m3的建筑，降低了比值數(shù)值，但不宜小于O.03。作為泄壓面積的輕質(zhì)屋蓋和輕質(zhì)墻體的每平方米重量不宜超過(guò)120kg。2006年版《建規(guī)》中有關(guān)泄壓面積規(guī)定為：泄壓設(shè)施可為輕質(zhì)屋蓋、輕質(zhì)墻體和易于泄壓的門(mén)窗，但優(yōu)先采用輕型屋蓋且輕質(zhì)屋蓋、輕質(zhì)墻體的單位質(zhì)量不宜超過(guò)60kg/m2，泄壓面積的計(jì)算公式為：A=10CV2/3,A-泄壓面積(m2)、V-廠房的容積(m3)、C-廠房容積為1000m3時(shí)的泄壓比，按表3.6.3取值為0.110；

　　2006年版《建規(guī)》相對(duì)1987年版《建規(guī)》而言，有關(guān)泄壓面積計(jì)算方法和對(duì)輕質(zhì)屋蓋、輕質(zhì)墻體的單位質(zhì)量規(guī)定的變化是改動(dòng)大、要求高，也是對(duì)目前建筑面積較大。特別是高壓調(diào)壓站的建筑結(jié)構(gòu)選型采用輕鋼結(jié)構(gòu)的某種程度上的推動(dòng)，因?yàn)檩p鋼結(jié)構(gòu)的外墻和屋頂都是輕質(zhì)材料，是極好的泄壓設(shè)施。以下僅以砌體結(jié)構(gòu)和現(xiàn)澆鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的調(diào)壓站的泄壓屋蓋的建筑構(gòu)造為例對(duì)兩規(guī)范的區(qū)別進(jìn)行比較分析：

　　6.1泄壓面積計(jì)算值比較

　　某高壓調(diào)壓站站房體積V=2402.40m3。

　　1987年版《建規(guī)》計(jì)算結(jié)果：

　　按照比值為0.03計(jì)算，A=2402.4×0.03=72.07m2

　　2006年版《建規(guī)》計(jì)算結(jié)果：

　　A=IOCV2/3=10×0.11×2402.402/3=197.31m2

　　結(jié)果表明：2006年版《建規(guī)》對(duì)泄壓面積的要求是1987年版《建規(guī)》對(duì)泄壓面積要求的2.74倍。規(guī)范條款地變更趨于更加嚴(yán)格化，表明這是順應(yīng)時(shí)代的要求，也是對(duì)技術(shù)水平提高的促進(jìn)。高壓調(diào)壓站的設(shè)計(jì)所采用的建筑結(jié)構(gòu)形式皆為輕鋼結(jié)構(gòu)，從結(jié)構(gòu)本身就實(shí)現(xiàn)了以輕質(zhì)屋蓋、輕質(zhì)墻體作為泄壓面積的防爆要求。

　　6.2屋頂泄壓面積的建筑節(jié)點(diǎn)構(gòu)造做法比較

　　(1)執(zhí)行1987年版《建規(guī)》的泄壓屋面構(gòu)造做法(由上至下)：

　?、俜浪畬?SBS改性瀝青防水卷材與SBS改性瀝青防水涂料結(jié)合)40kg/m2

　　②20厚水泥砂漿找平層40kg/m2

　?、?50厚硅酸聚苯顆粒保溫層37.5kg/m2

　　④小波水泥石綿瓦

　?、軱75×6角鋼連接架

　　泄壓屋面每平方米重量：117.5kg/m2＜120kg/m2，剛剛滿(mǎn)足1987年版《建規(guī)》要求，但卻大大超過(guò)了2006年版《建規(guī)》中輕型屋蓋、輕質(zhì)墻體的單位質(zhì)量不宜超過(guò)60kg/m2的要求。

　　(2)執(zhí)行2006年版《建規(guī)》的泄壓屋面做法是局部屋蓋開(kāi)孔洞，孔洞上蓋75mm厚彩色鋼板夾芯板。泄壓屋面每平方米重量：18.1kg/m2＜60kg/m2，滿(mǎn)足現(xiàn)行規(guī)范要求。

　　顯然，泄壓屋面的建筑構(gòu)造做法的改進(jìn)不僅符合現(xiàn)行規(guī)范要求，同時(shí)簡(jiǎn)化了施工程序，大大縮短了施工工期。

　　6.3防爆構(gòu)造設(shè)計(jì)

　　執(zhí)行1987年版《建規(guī)》的泄壓屋面構(gòu)造做法，見(jiàn)圖1。

　　彩色鋼板夾芯板作為泄壓屋面的構(gòu)造做法，見(jiàn)圖2。

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　　7其它措施

　　7.1調(diào)壓站通風(fēng)設(shè)計(jì)

　　由于天然氣比空氣輕，容易積聚在調(diào)壓站的上部，為防止積聚在死角處的天然氣排不出去，導(dǎo)致天然氣達(dá)到爆炸濃度，調(diào)壓站應(yīng)通風(fēng)良好。調(diào)壓站的通風(fēng)措施分為兩類(lèi)：自然通風(fēng)和強(qiáng)制通風(fēng)。

　　7.1.1自然通風(fēng)

　　自然通風(fēng)時(shí)，調(diào)壓站內(nèi)部和外部的空氣的交換是通過(guò)外墻窗下通風(fēng)百頁(yè)(250mm×400mm)和屋蓋上的通風(fēng)孔(300mm)來(lái)實(shí)現(xiàn)的，空氣交換原理是依賴(lài)于調(diào)壓站內(nèi)、外空氣的密度不同。因?yàn)樽匀煌L(fēng)很大程度上依賴(lài)于天氣條件，所以，自然通風(fēng)系統(tǒng)無(wú)法確保全年都有連續(xù)和足夠的換氣。因此自然通風(fēng)不能作為一種可靠的解決辦法，調(diào)壓站的通風(fēng)還需要強(qiáng)制通風(fēng)。

　　7.1.2強(qiáng)制通風(fēng)

　　強(qiáng)制通風(fēng)不僅能調(diào)整和控制換氣量，而且能夠很精確地根據(jù)調(diào)壓站的空間要求，通過(guò)計(jì)算，選用適當(dāng)?shù)耐L(fēng)設(shè)備。調(diào)壓站強(qiáng)制通風(fēng)的手段是在窗上墻或山墻上3.0m左右的高度設(shè)置防爆軸流風(fēng)機(jī)，每小時(shí)換氣次數(shù)為2次。

　　7.2調(diào)壓站室內(nèi)防火設(shè)計(jì)

　　調(diào)壓站室內(nèi)防火設(shè)計(jì)的目的是為了保障調(diào)壓站內(nèi)部裝修的消防安全，防止和減少調(diào)壓站內(nèi)部的火災(zāi)危害。

　　調(diào)壓站室內(nèi)裝修材料按其使用部位和功能，可劃分為頂棚裝修材料、墻面裝修材料、地面裝修材料、踢腳裝修材料。《建筑內(nèi)部裝修設(shè)計(jì)防火規(guī)范》(GB50222-95)將裝修材料按其燃燒性能劃分為四級(jí)，即A級(jí)(不燃燒)，B1級(jí)(難燃燒)，B2級(jí)(可燃性)，B3(易燃性)。

　　調(diào)壓站為甲類(lèi)廠房，調(diào)壓站室內(nèi)各部位裝修材料的燃燒性能等級(jí)應(yīng)符合《建筑內(nèi)部裝修設(shè)計(jì)防火規(guī)范》(GB50222-95)表4.0.1中對(duì)工業(yè)廠房?jī)?nèi)部各部位裝修材料的燃燒性能等級(jí)的有關(guān)規(guī)定。即調(diào)壓站的頂棚、墻面、地面、踢腳的裝修材料的燃燒性能等級(jí)都應(yīng)為A繳。

表4 《建筑內(nèi)部裝修設(shè)計(jì)防火規(guī)范》(GB 50222-95) 4.0.1

工業(yè)廠房?jī)?nèi)部各部位裝修材料的燃燒性能等級(jí)? 表4.0.1
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　　7.3調(diào)壓站室外綠化設(shè)計(jì)

　　高壓調(diào)壓站因其供氣范圍大、調(diào)壓流程復(fù)雜，調(diào)壓站的場(chǎng)站內(nèi)還建有地上閥室和室外設(shè)備基礎(chǔ)及通訊塔等設(shè)施，高壓調(diào)壓站的場(chǎng)站占地面積較大(3500m2～600Om2)，高壓調(diào)壓站的室外綠化設(shè)計(jì)也應(yīng)符合防火要求。

　　調(diào)壓站場(chǎng)的綠化，可以美化環(huán)境，改善小氣候，又可以減少環(huán)境污染，但綠化設(shè)計(jì)必須結(jié)合調(diào)壓站生產(chǎn)的特點(diǎn)。具體做法是：

　　(1)不應(yīng)種植含油脂多的樹(shù)木，宜選擇含水分較多的樹(shù)種。

　　(2)不宜種植綠籬或灌木叢，以免引起天然氣的積聚和影響消防。

　　(3)宜種植常綠草皮，可減少地面熱輻射，有利于防火。

　　8結(jié)束語(yǔ)

　　調(diào)壓站是重要市政基礎(chǔ)設(shè)施之一，在城市燃?xì)馐聵I(yè)中發(fā)揮的作用毋庸置疑。調(diào)壓站使用易燃、易爆氣體的生產(chǎn)特性決定了其不同于一般工業(yè)建筑設(shè)計(jì)的特殊性，調(diào)壓站的設(shè)計(jì)需要注意以下幾個(gè)方面：

　　第一、準(zhǔn)確確定安全防火間距。

　　第二、合理選擇建筑結(jié)構(gòu)形式。

　　第三、周密考慮防火、防爆設(shè)計(jì)。

　　第四、實(shí)施有效的通風(fēng)措施，兼顧室內(nèi)裝修材料的防火性能和注重室外環(huán)境。

　　以上是筆者從事多年調(diào)壓站設(shè)計(jì)工作中的心得體會(huì)，并將調(diào)壓站的設(shè)計(jì)要點(diǎn)進(jìn)行系統(tǒng)地歸納和總結(jié)，對(duì)調(diào)壓站的安全設(shè)計(jì)具有一定的指導(dǎo)意義，對(duì)同類(lèi)工程設(shè)計(jì)也具有一定的參考價(jià)值，希望能給予從事燃?xì)馀涮自O(shè)施設(shè)計(jì)工作的同行一些幫助。