4調壓站的建筑結構選型

　　在項目建設全過程中，各階段工作對工程造價的影響程度不盡相同，初步設計階段，影響工程造價的可能性為75%～95%；至技術設計結束.影響工程造價的可能性為35%～75%；而至施工開始，通過技術組織措施節約工程造價的可能性只有5%～10%。顯而易見，控制工程造價的關鍵在項目做出投資決策后的設計階段。通過對調壓站功能和價值的分析，可以將技術問題與經濟問題緊密地結合起來，達到滿足功能，降低成本的目的。

　　建筑工程的一般概念性經濟指標表明，一般工業廠房的土建工程造價(不包括工藝設備投資)占總造價的81%～85%。因此，合理的建筑結構體系應該是使用廣、建造快、消耗少、勞動生產率高和建筑造價低。建筑材料的質量和選用，也直接影響建筑物的堅固性、實用性、耐久性和經濟性要求。

　　調壓站設計的工程造價控制主要采取兩種方式。方式一：標準化設計，標準化設計的優點很多，如：設計周期短、節約設計費、工藝定型、材料配料統一、使施工準備工作提前和加快施工速度、有利于工程質量的保證。中壓調壓站的服務對象為住宅小區的民用用戶，北京市已建中壓調壓站549座，其規模、建筑結構形式屬于重復建造的建筑類型，自2003年開始。已經采用企業內部的標準化設計。方式二：結合實際工程，優選建筑結構形式，綜合比較各類建筑結果形式的優劣，確定最佳方案。同一調壓站設計時采用不同的建筑結構形式，可以有不同的造價。調壓站建筑形式因其入口燃氣壓力級制的不同、燃氣設備及流程的不同，對建筑面積大小、開間進深的要求各異，所采用的結構也就有所不同。調壓站的結構形式主要是以其承重結構所用的材料來劃分3種常用的結構形式：砌體結構、鋼筋混凝土框架(排架)結構和輕鋼結構。

　　4.1砌體結構

　　砌體結構的優點：①砌體是最小的標準化構件，對施工場地和施工技術要求低，可砌成各種形狀的墻體，材料來源方便，可就地取材。②具有很好的耐久性、化學穩定性和大氣穩定性。③可節省水泥、鋼材和木材，不需模板，工期短。④施工技術與施工設備簡單。⑤具有很好的隔音和保溫隔熱性能。⑥工程造價較低廉。

　　砌體結構的缺點：①抗震性能較差。②由于砌體結構采用墻體承重，建筑內不允許自由分隔，而且無法實現大空間建筑。③現場勞動量大，施工質量不易保證。

　　4.2鋼筋混凝土框架(排架)結構

　　鋼筋混凝土框架(排架)結構優點：①抗震性能好、整體性強、經久耐用。②房間的開間、進深相對較大，室內空間分隔較自由。③建筑立面處理較靈活。④抗腐蝕、耐火能力強。

　　鋼筋混凝土框架(排架)結構缺點：①結構自重大。②現澆鋼筋混凝土框架結構有支模、綁筋、澆筑和養護時間，施工工期較長。③現澆鋼筋混凝土梁跨度不能太大，一般超過12m跨的現澆梁造價不經濟，不適合采用現澆鋼筋混凝土結構。

　　4.3輕鋼結構

　　鋼結構是一種環保型綠色建筑，鋼結構建筑的優點主要有：大大節約施工時間，施工不受季節影響：減少建筑垃圾和環境污染，建筑材料可重復利用；抗震性能好；使用中易于改造、靈活方便；鋼結構近幾年來得到廣泛的運用，尤其在發達國家占據非居住性建筑一半以上的市場。鋼材的“容重與強度比”一般小于木材、混凝土和磚石，因此鋼結構比較輕，與鋼筋混凝土結構相比要輕30%～50%；另外鋼結構斷面小，與鋼筋混凝土結構相比可增加建筑有效面積8%左右。綜上所述，鋼結構以其良好性能，在造價、施工周期和環保價值等方面占有明顯優勢，特別是在天然氣應急工程中，能夠快速實現早投產，早受益。受到業主和施工單位的普遍贊譽，是今后高壓調壓站大力推廣的建筑結構形式。

　　5調壓站的鋼結構防火

　　我們知道，鋼材具有較好的耐熱性，其本身并不燃燒，但具有受熱強度降低極易造成建筑物倒塌等特性，因此鋼結構建筑一旦發生火災往往造成重大事故。當鋼結構應用在調壓站設計中時，應克服防火方面的不足，必須進行防火處理，其目的就是將鋼結構的耐火極限提高到設計規范要求的標準，防止鋼結構在火災中迅速升溫發生形變塌落。鋼結構防火措施是多種多樣的，關鍵是要根據不同情況采取不同方法。

　　《建規》中，對建筑物的耐火等級及相應建筑構件的燃燒性能和耐火極限作出了具體的規定。鋼結構防火措施有：用金屬網抹M5砂漿做保護層、用加氣混凝土做保護層、用C20混凝土做保護層、用普通粘土磚做保護層、用陶粒混凝土做保護層、用防火鋼結構防火涂料做保護層。歸納起來常用的防火措施主要有構造防火和噴涂防火涂料兩種類型。其中防火構造可分為外包混凝土材料、外包鋼絲網水泥砂漿、外噴防火涂料等幾種構造形式。

　　外包混凝土防火，其施工方法和普通混凝土施工無任何區別，但應在混凝土內配置構造鋼筋以防止剝落。由于混凝土材料具有經濟性、耐久性、耐火性等優點，一向被用作鋼結構的防火材料。但由于存在施工周期長的缺點，不用于調壓站鋼結構建筑的防火施工。

　　鋼絲網水泥沙漿防火施工，也是一種傳統的施工方法，當砂漿層較厚時容易在于后產生結硬，也不用于調壓站鋼結構建筑的防火施工。

　　鋼結構噴涂防火涂料與其它構造形式相比，具有施工方便、不過多增加結構自重、技術先進等優點，是鋼結構調壓站首選的防火措施。

　　目前的大多數鋼結構調壓站是采用輕型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、墻面圍護結構，采用高強螺栓和密封材料組裝起來的預制裝配式鋼結構房屋體系。《建規》中廠房(倉庫)的耐火等級與耐火極限(表3.2.1)中規定調壓站的柱的耐火極限為2.50h；屋頂承重構件的耐火等級為1.Oh；非承重外墻的耐火極限為0.50h。調壓站設計時對各個構件所采取的防火措施是：門式鋼架、墻梁采用厚涂型鋼結構防火涂料40mm厚做保護層，耐火極限達到2.5h；屋頂鋼檁條采用厚涂型鋼結構防火涂料15mm厚做保護層，耐火極限達到1.Oh；非承重外墻和屋面板采用彩色鋼板巖面夾芯板，耐火極限達到0.5h。

　　鋼結構噴涂防火涂料目前被廣泛應用，如果操作不當，會影響使用效果和消防安全。施工中應在鋼結構工程驗收完畢后進行，為了確保防火涂層和鋼結構表面有足夠的粘結力，在噴涂前應清除鋼結構表面的銹跡銹斑，必要時可再刷一層防銹底漆，用一定的壓力噴射以保證涂層粘結牢固。

　　6調壓站的防爆設計

　　調壓站屬于有爆炸危險的廠房，由于天然氣比空氣輕，容易積聚在調壓站站房的上部，當空氣中含5%～15%濃度的天然氣時，遇明火易引起爆炸，因此調壓站應設置足夠的泄壓面積，可以很大程度地減輕爆炸時對主體結構的損壞，免除因主體結構的破壞而造成的重大人員傷害和經濟損失。泄壓手段很多，泄壓設施可以是輕質屋蓋、輕質墻體和易于泄壓的門窗。調壓站設計時，一般除盡可能增大調壓站的門窗面積之和，還需要設置一定面積的輕質屋蓋，有利于快速泄壓。

　　2006年12月1日前的調壓站泄壓面積計算及其構造要求遵循的是1987年版《建規》，2006年版《建規》中關于泄壓面積計算及其構造要求做了很大地改動。1987年版的《建規》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。對于體積超過1000m3的建筑，降低了比值數值，但不宜小于O.03。作為泄壓面積的輕質屋蓋和輕質墻體的每平方米重量不宜超過120kg。2006年版《建規》中有關泄壓面積規定為：泄壓設施可為輕質屋蓋、輕質墻體和易于泄壓的門窗，但優先采用輕型屋蓋且輕質屋蓋、輕質墻體的單位質量不宜超過60kg/m2，泄壓面積的計算公式為：A=10CV2/3,A-泄壓面積(m2)、V-廠房的容積(m3)、C-廠房容積為1000m3時的泄壓比，按表3.6.3取值為0.110；

　　2006年版《建規》相對1987年版《建規》而言，有關泄壓面積計算方法和對輕質屋蓋、輕質墻體的單位質量規定的變化是改動大、要求高，也是對目前建筑面積較大。特別是高壓調壓站的建筑結構選型采用輕鋼結構的某種程度上的推動，因為輕鋼結構的外墻和屋頂都是輕質材料，是極好的泄壓設施。以下僅以砌體結構和現澆鋼筋混凝土結構的調壓站的泄壓屋蓋的建筑構造為例對兩規范的區別進行比較分析：

　　6.1泄壓面積計算值比較

　　某高壓調壓站站房體積V=2402.40m3。

　　1987年版《建規》計算結果：

　　按照比值為0.03計算，A=2402.4×0.03=72.07m2

　　2006年版《建規》計算結果：

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

　　結果表明：2006年版《建規》對泄壓面積的要求是1987年版《建規》對泄壓面積要求的2.74倍。規范條款地變更趨于更加嚴格化，表明這是順應時代的要求，也是對技術水平提高的促進。高壓調壓站的設計所采用的建筑結構形式皆為輕鋼結構，從結構本身就實現了以輕質屋蓋、輕質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點構造做法比較

　　(1)執行1987年版《建規》的泄壓屋面構造做法(由上至下)：

　　①防水層(SBS改性瀝青防水卷材與SBS改性瀝青防水涂料結合)40kg/m2

　　②20厚水泥砂漿找平層40kg/m2

　　③150厚硅酸聚苯顆粒保溫層37.5kg/m2

　　④小波水泥石綿瓦

　　⑤L75×6角鋼連接架

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

　　(2)執行2006年版《建規》的泄壓屋面做法是局部屋蓋開孔洞，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，滿足現行規范要求。

　　顯然，泄壓屋面的建筑構造做法的改進不僅符合現行規范要求，同時簡化了施工程序，大大縮短了施工工期。

　　6.3防爆構造設計

　　執行1987年版《建規》的泄壓屋面構造做法，見圖1。

　　彩色鋼板夾芯板作為泄壓屋面的構造做法，見圖2。

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　　7其它措施

　　7.1調壓站通風設計

　　由于天然氣比空氣輕，容易積聚在調壓站的上部，為防止積聚在死角處的天然氣排不出去，導致天然氣達到爆炸濃度，調壓站應通風良好。調壓站的通風措施分為兩類：自然通風和強制通風。

　　7.1.1自然通風

　　自然通風時，調壓站內部和外部的空氣的交換是通過外墻窗下通風百頁(250mm×400mm)和屋蓋上的通風孔(300mm)來實現的，空氣交換原理是依賴于調壓站內、外空氣的密度不同。因為自然通風很大程度上依賴于天氣條件，所以，自然通風系統無法確保全年都有連續和足夠的換氣。因此自然通風不能作為一種可靠的解決辦法，調壓站的通風還需要強制通風。

　　7.1.2強制通風

　　強制通風不僅能調整和控制換氣量，而且能夠很精確地根據調壓站的空間要求，通過計算，選用適當的通風設備。調壓站強制通風的手段是在窗上墻或山墻上3.0m左右的高度設置防爆軸流風機，每小時換氣次數為2次。

　　7.2調壓站室內防火設計

　　調壓站室內防火設計的目的是為了保障調壓站內部裝修的消防安全，防止和減少調壓站內部的火災危害。

　　調壓站室內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。《建筑內部裝修設計防火規范》(GB50222-95)將裝修材料按其燃燒性能劃分為四級，即A級(不燃燒)，B1級(難燃燒)，B2級(可燃性)，B3(易燃性)。

　　調壓站為甲類廠房，調壓站室內各部位裝修材料的燃燒性能等級應符合《建筑內部裝修設計防火規范》(GB50222-95)表4.0.1中對工業廠房內部各部位裝修材料的燃燒性能等級的有關規定。即調壓站的頂棚、墻面、地面、踢腳的裝修材料的燃燒性能等級都應為A繳。

表4 《建筑內部裝修設計防火規范》(GB 50222-95) 4.0.1

工業廠房內部各部位裝修材料的燃燒性能等級? 表4.0.1
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　　7.3調壓站室外綠化設計

　　高壓調壓站因其供氣范圍大、調壓流程復雜，調壓站的場站內還建有地上閥室和室外設備基礎及通訊塔等設施，高壓調壓站的場站占地面積較大(3500m2～600Om2)，高壓調壓站的室外綠化設計也應符合防火要求。

　　調壓站場的綠化，可以美化環境，改善小氣候，又可以減少環境污染，但綠化設計必須結合調壓站生產的特點。具體做法是：

　　(1)不應種植含油脂多的樹木，宜選擇含水分較多的樹種。

　　(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結束語

　　調壓站是重要市政基礎設施之一，在城市燃氣事業中發揮的作用毋庸置疑。調壓站使用易燃、易爆氣體的生產特性決定了其不同于一般工業建筑設計的特殊性，調壓站的設計需要注意以下幾個方面：

　　第一、準確確定安全防火間距。

　　第二、合理選擇建筑結構形式。

　　第三、周密考慮防火、防爆設計。

　　第四、實施有效的通風措施，兼顧室內裝修材料的防火性能和注重室外環境。

　　以上是筆者從事多年調壓站設計工作中的心得體會，并將調壓站的設計要點進行系統地歸納和總結，對調壓站的安全設計具有一定的指導意義，對同類工程設計也具有一定的參考價值，希望能給予從事燃氣配套設施設計工作的同行一些幫助。