垃圾轉(zhuǎn)運車間結(jié)構(gòu)設(shè)計案例

潘紹潔

（天津市市容環(huán)境工程設(shè)計研究所，天津 300201）

垃圾轉(zhuǎn)運車間結(jié)構(gòu)設(shè)計案例

潘紹潔

（天津市市容環(huán)境工程設(shè)計研究所，天津 300201）

論述在垃圾轉(zhuǎn)運車間建筑框架結(jié)構(gòu)設(shè)計中，借助PKPM結(jié)構(gòu)設(shè)計軟件技術(shù)，探討框架梁柱截面根據(jù)轉(zhuǎn)運工藝要求確定其經(jīng)濟合理尺寸的具體方法。

垃圾轉(zhuǎn)運車間；建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計；梁柱截面尺寸；經(jīng)濟配筋率

在環(huán)境衛(wèi)生工程設(shè)計中，對于不同建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計方案，根據(jù)工藝要求經(jīng)濟合理地確定建筑物框架梁柱截面尺寸是結(jié)構(gòu)方案設(shè)計的關(guān)鍵，也是設(shè)計的一個難點。垃圾轉(zhuǎn)運車間結(jié)構(gòu)設(shè)計必須考慮環(huán)境工程的特點，以滿足各種工藝的要求。筆者結(jié)合工程實踐，運用PKPM結(jié)構(gòu)設(shè)計軟件，探討確定框架梁柱截面經(jīng)濟合理尺寸的方法。

1 工程概況

某垃圾轉(zhuǎn)運站的設(shè)計，轉(zhuǎn)運工藝選用水平壓裝、帶移位系統(tǒng)的轉(zhuǎn)運工藝。其轉(zhuǎn)運工藝為：進站垃圾收集車經(jīng)過引橋進入轉(zhuǎn)運車間二層轉(zhuǎn)運平臺；二層平臺設(shè)置卸料口與一層垃圾壓縮倉相通，垃圾進入壓縮倉后，壓裝設(shè)備的推壓頭將倉內(nèi)垃圾壓入垃圾箱內(nèi)；垃圾箱壓滿后移位系統(tǒng)動作，將壓滿的垃圾箱移至另一位置，將空垃圾箱移至壓裝機前，與壓裝機對接后，循環(huán)壓裝作業(yè)；在傾卸垃圾時，通風除塵開啟，抽吸含塵氣流，經(jīng)凈化設(shè)備除塵除臭處理，達標排放。

根據(jù)轉(zhuǎn)運規(guī)模、轉(zhuǎn)運作業(yè)及環(huán)保要求，車間內(nèi)布置2臺壓裝設(shè)備、2套移位系統(tǒng)、通風除塵系統(tǒng)、泵房、工具間等，車間二層外接引橋，其轉(zhuǎn)運車間立面見圖1。

如圖1所示，其結(jié)構(gòu)為混凝土框架局部二層，抗震烈度7度，地震加速度0．15g，地基場地類別Ⅱ類。一層為壓縮設(shè)備車間及拉臂車回轉(zhuǎn)場地及休息室工具間等，見圖2；二層為卸料平臺、控制室和除塵除臭設(shè)備間，見圖3。卸料車輛滿載時總質(zhì)量16 t。故考慮卸料平臺活荷載20 kN/m2，設(shè)備間除塵設(shè)備質(zhì)量約10 t，換算成等效均布荷載6 kN/m2。

圖2 某垃圾轉(zhuǎn)運站轉(zhuǎn)運車間一層平面布置示意

圖3 某垃圾轉(zhuǎn)運站轉(zhuǎn)運車間二層平面布置示意

2 梁柱截面尺寸確定程序

一層平面中，由于采用了垃圾移位系統(tǒng)，要保證垃圾轉(zhuǎn)運車在2個垃圾箱位均能將垃圾箱裝車，門口柱距的布置應(yīng)滿足垃圾箱裝車時對門洞寬度的要求，車間內(nèi)的柱距布置應(yīng)滿足壓裝設(shè)備對平面尺寸的要求，且應(yīng)考慮二層卸料口對它的影響，為保證轉(zhuǎn)運工藝的要求，柱子的前后布局不在一條線上。二層平面上有垃圾收集車通過引橋進入傾卸垃圾，有通風除塵設(shè)備，這些荷載除考慮靜荷載外還需要考慮動荷載。環(huán)境工程的設(shè)計應(yīng)滿足轉(zhuǎn)運工藝的要求，因此增加了設(shè)計難度。

首先，需要建立模型。啟動PMCAD軟件，建立對應(yīng)的模型，在此基礎(chǔ)上進行操作，完善模型。此時柱網(wǎng)大都在5 m×6 m。由于工藝要求在壓縮設(shè)備處柱網(wǎng)，經(jīng)過重新調(diào)整柱網(wǎng)變?yōu)?．5 m×9．0 m。此處梁柱荷載最大，故以此跨為例，將梁界面寬×高輸入為400 mm×1 100 mm，將柱截面寬×高錄入為 500 mm×500 mm，根據(jù) GB 50009—2001建筑荷載規(guī)范（2006年版），再將樓面荷載、梁間荷載2個數(shù)據(jù)正確錄入，此處通風除塵設(shè)備是在運轉(zhuǎn)中應(yīng)考慮其動荷載。PMCAD前面2個主要菜單運行完成后，使用SATWE將抗震等級設(shè)為三級，計算完成后，得到圖形文件簡圖，確定分析對象，對象以柱軸壓比、梁縱向配筋作為選擇標準對其進行分析。

2.1 柱截面尺寸初步確定

柱軸壓的公式為 μ=F/（Af）c，據(jù)此可以推斷，柱截面的面積和軸壓比是成反比的關(guān)系，即在一個抗震等級為三級的結(jié)構(gòu)框架內(nèi)，當研究對象的柱截面尺寸是500 mm×500 mm時，通過計算可得出軸壓比0．45，遠小于GB 50011—2010建筑抗震設(shè)計規(guī)范中限值0．85。這種數(shù)據(jù)對比，只能說明一種情況，那就是要較大程度地減小柱截面，因為柱截面超過要求的范圍。由此可知A1/A2=μ2/μ1。那么柱截面的面積 A2=5002×0．45/0．85=132 352（mm）2。可以得出，其邊長是363 mm，取整值400 mm。

2.2 梁截面尺寸初步確定

在GB 50010—2010混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范中規(guī)定了配筋率的限值，明確要求梁端配筋率不可以超過2．5%。根據(jù)工程的實際要求和建筑經(jīng)驗，梁端縱向配筋率通常情況下控制在1．1%～1．5%，事實上還要考慮經(jīng)濟因素，盡量節(jié)省資金，因此跨中配筋率控制在0．5%～0．7%。所選對象計算出的梁端配筋率是0．40%，這個數(shù)值不符合經(jīng)濟配筋率要求，則得出截面的尺寸不是最理想的尺寸，尺寸過大，必須減小。由ρ=As/（bh）0可知，配筋率和梁寬b存在反比關(guān)系，則應(yīng)縮短梁寬，梁寬由之前的400 mm減小到300 mm，那么由配筋公式可以得出隨著梁寬的變化，配筋率也由原來的0．40%增加到0．59%。不過這個數(shù)值也并未達到經(jīng)濟配筋率要求，比要求的值要小得多。那么，此時，應(yīng)降低梁高。梁高和梁寬不同，它與配筋率并不成簡單的正反比關(guān)系，兩者之間的關(guān)系可由梁抗彎承載力簡化公式M=0．9 fyAsh0進行判斷。首先將M定義成定值，梁高數(shù)值減小則配筋A(yù)s增大。由此可見，梁高和配筋率的關(guān)系要從2個方面考慮，但是無論從哪方面看，梁高的減小都使配筋率增大，這是梁高對配筋率的影響?？梢韵葟摩?As/（bh）0入手，把梁端經(jīng)濟配筋率看成1．4%，就可以計算得出梁高約等于467 mm，再用M=0．9 fyAsh0進行計算，可判斷出梁高的范圍不應(yīng)大于1 000 mm，從這個范圍中選取一個數(shù)值進行計算，不妨設(shè)定為800 mm，用這個數(shù)值將梁截面定為300 mm×800 mm，并以此進行試算。

本轉(zhuǎn)運站轉(zhuǎn)運車間的梁截面按上述方法設(shè)計的同時還應(yīng)考慮工藝條件，如一層處拉拽垃圾箱的拉臂車其對門洞的高度有要求，此時要反過來復(fù)合梁的高度是否小于層高與門洞高度的差值。

2.3 最終計算調(diào)整梁柱截面尺寸

從施工方便的角度來看，梁柱最好寬些，小于250 mm的梁柱布置梁縱筋要比寬些的梁柱麻煩得多。基于此，梁柱截面的寬不應(yīng)小于250 mm，確定的梁柱橫截面的尺寸應(yīng)符合GB 50011—2010的相關(guān)規(guī)定，且在考慮柱截面尺寸時，要用相應(yīng)的柱來研究。

3 結(jié)束語

確定環(huán)衛(wèi)工程建筑中的梁柱截面尺寸是結(jié)構(gòu)方案設(shè)計的關(guān)鍵。在初步確定柱網(wǎng)與梁柱截面的基礎(chǔ)上，結(jié)合工藝提出的平面及高度尺寸要求，使用PKPM結(jié)構(gòu)設(shè)計軟件對結(jié)構(gòu)構(gòu)件截面進行進一步的截面優(yōu)化設(shè)計，使其最終的梁柱截面尺寸方案既滿足工藝尺寸要求，又滿足結(jié)構(gòu)安全性要求。

［1］王勖成，邰敏．有限單元法基本原理和數(shù)值方法［M］．北京：清華大學(xué)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

潘紹潔（1979—），從事環(huán)衛(wèi)工程結(jié)構(gòu)設(shè)計。

（責任編輯：鄭雯）