4调压站的建筑结构选型

　　在项目建设全过程中，各阶段工作对工程造价的影响程度不尽相同，初步设计阶段，影响工程造价的可能性为75%～95%；至技术设计结束.影响工程造价的可能性为35%～75%；而至施工开始，通过技术组织措施节约工程造价的可能性只有5%～10%。显而易见，控制工程造价的关键在项目做出投资决策后的设计阶段。通过对调压站功能和价值的分析，可以将技术问题与经济问题紧密地结合起来，达到满足功能，降低成本的目的。

　　建筑工程的一般概念性经济指标表明，一般工业厂房的土建工程造价(不包括工艺设备投资)占总造价的81%～85%。因此，合理的建筑结构体系应该是使用广、建造快、消耗少、劳动生产率高和建筑造价低。建筑材料的质量和选用，也直接影响建筑物的坚固性、实用性、耐久性和经济性要求。

　　调压站设计的工程造价控制主要采取两种方式。方式一：标准化设计，标准化设计的优点很多，如：设计周期短、节约设计费、工艺定型、材料配料统一、使施工准备工作提前和加快施工速度、有利于工程质量的保证。中压调压站的服务对象为住宅小区的民用用户，北京市已建中压调压站549座，其规模、建筑结构形式属于重复建造的建筑类型，自2003年开始。已经采用企业内部的标准化设计。方式二：结合实际工程，优选建筑结构形式，综合比较各类建筑结果形式的优劣，确定最佳方案。同一调压站设计时采用不同的建筑结构形式，可以有不同的造价。调压站建筑形式因其入口燃气压力级制的不同、燃气设备及流程的不同，对建筑面积大小、开间进深的要求各异，所采用的结构也就有所不同。调压站的结构形式主要是以其承重结构所用的材料来划分3种常用的结构形式：砌体结构、钢筋混凝土框架(排架)结构和轻钢结构。

　　4.1砌体结构

　　砌体结构的优点：①砌体是最小的标准化构件，对施工场地和施工技术要求低，可砌成各种形状的墙体，材料来源方便，可就地取材。②具有很好的耐久性、化学稳定性和大气稳定性。③可节省水泥、钢材和木材，不需模板，工期短。④施工技术与施工设备简单。⑤具有很好的隔音和保温隔热性能。⑥工程造价较低廉。

　　砌体结构的缺点：①抗震性能较差。②由于砌体结构采用墙体承重，建筑内不允许自由分隔，而且无法实现大空间建筑。③现场劳动量大，施工质量不易保证。

　　4.2钢筋混凝土框架(排架)结构

　　钢筋混凝土框架(排架)结构优点：①抗震性能好、整体性强、经久耐用。②房间的开间、进深相对较大，室内空间分隔较自由。③建筑立面处理较灵活。④抗腐蚀、耐火能力强。

　　钢筋混凝土框架(排架)结构缺点：①结构自重大。②现浇钢筋混凝土框架结构有支模、绑筋、浇筑和养护时间，施工工期较长。③现浇钢筋混凝土梁跨度不能太大，一般超过12m跨的现浇梁造价不经济，不适合采用现浇钢筋混凝土结构。

　　4.3轻钢结构

　　钢结构是一种环保型绿色建筑，钢结构建筑的优点主要有：大大节约施工时间，施工不受季节影响：减少建筑垃圾和环境污染，建筑材料可重复利用；抗震性能好；使用中易于改造、灵活方便；钢结构近几年来得到广泛的运用，尤其在发达国家占据非居住性建筑一半以上的市场。钢材的“容重与强度比”一般小于木材、混凝土和砖石，因此钢结构比较轻，与钢筋混凝土结构相比要轻30%～50%；另外钢结构断面小，与钢筋混凝土结构相比可增加建筑有效面积8%左右。综上所述，钢结构以其良好性能，在造价、施工周期和环保价值等方面占有明显优势，特别是在天然气应急工程中，能够快速实现早投产，早受益。受到业主和施工单位的普遍赞誉，是今后高压调压站大力推广的建筑结构形式。

　　5调压站的钢结构防火

　　我们知道，钢材具有较好的耐热性，其本身并不燃烧，但具有受热强度降低极易造成建筑物倒塌等特性，因此钢结构建筑一旦发生火灾往往造成重大事故。当钢结构应用在调压站设计中时，应克服防火方面的不足，必须进行防火处理，其目的就是将钢结构的耐火极限提高到设计规范要求的标准，防止钢结构在火灾中迅速升温发生形变塌落。钢结构防火措施是多种多样的，关键是要根据不同情况采取不同方法。

　　《建规》中，对建筑物的耐火等级及相应建筑构件的燃烧性能和耐火极限作出了具体的规定。钢结构防火措施有：用金属网抹M5砂浆做保护层、用加气混凝土做保护层、用C20混凝土做保护层、用普通粘土砖做保护层、用陶粒混凝土做保护层、用防火钢结构防火涂料做保护层。归纳起来常用的防火措施主要有构造防火和喷涂防火涂料两种类型。其中防火构造可分为外包混凝土材料、外包钢丝网水泥砂浆、外喷防火涂料等几种构造形式。

　　外包混凝土防火，其施工方法和普通混凝土施工无任何区别，但应在混凝土内配置构造钢筋以防止剥落。由于混凝土材料具有经济性、耐久性、耐火性等优点，一向被用作钢结构的防火材料。但由于存在施工周期长的缺点，不用于调压站钢结构建筑的防火施工。

　　钢丝网水泥沙浆防火施工，也是一种传统的施工方法，当砂浆层较厚时容易在于后产生结硬，也不用于调压站钢结构建筑的防火施工。

　　钢结构喷涂防火涂料与其它构造形式相比，具有施工方便、不过多增加结构自重、技术先进等优点，是钢结构调压站首选的防火措施。

　　目前的大多数钢结构调压站是采用轻型H型钢(焊接或轧制；变截面或等截面)做成门式刚架，C型、Z型冷弯薄壁型钢做檩条和墙梁，彩色钢板夹芯板做屋面、墙面围护结构，采用高强螺栓和密封材料组装起来的预制装配式钢结构房屋体系。《建规》中厂房(仓库)的耐火等级与耐火极限(表3.2.1)中规定调压站的柱的耐火极限为2.50h；屋顶承重构件的耐火等级为1.Oh；非承重外墙的耐火极限为0.50h。调压站设计时对各个构件所采取的防火措施是：门式钢架、墙梁采用厚涂型钢结构防火涂料40mm厚做保护层，耐火极限达到2.5h；屋顶钢檩条采用厚涂型钢结构防火涂料15mm厚做保护层，耐火极限达到1.Oh；非承重外墙和屋面板采用彩色钢板岩面夹芯板，耐火极限达到0.5h。

　　钢结构喷涂防火涂料目前被广泛应用，如果操作不当，会影响使用效果和消防安全。施工中应在钢结构工程验收完毕后进行，为了确保防火涂层和钢结构表面有足够的粘结力，在喷涂前应清除钢结构表面的锈迹锈斑，必要时可再刷一层防锈底漆，用一定的压力喷射以保证涂层粘结牢固。

　　6调压站的防爆设计

　　调压站属于有爆炸危险的厂房，由于天然气比空气轻，容易积聚在调压站站房的上部，当空气中含5%～15%浓度的天然气时，遇明火易引起爆炸，因此调压站应设置足够的泄压面积，可以很大程度地减轻爆炸时对主体结构的损坏，免除因主体结构的破坏而造成的重大人员伤害和经济损失。泄压手段很多，泄压设施可以是轻质屋盖、轻质墙体和易于泄压的门窗。调压站设计时，一般除尽可能增大调压站的门窗面积之和，还需要设置一定面积的轻质屋盖，有利于快速泄压。

　　2006年12月1日前的调压站泄压面积计算及其构造要求遵循的是1987年版《建规》，2006年版《建规》中关于泄压面积计算及其构造要求做了很大地改动。1987年版的《建规》第3.4.3条：泄压面积与厂房体积的比值(m2/m3)宜采用O.05～O.22。对于体积超过1000m3的建筑，降低了比值数值，但不宜小于O.03。作为泄压面积的轻质屋盖和轻质墙体的每平方米重量不宜超过120kg。2006年版《建规》中有关泄压面积规定为：泄压设施可为轻质屋盖、轻质墙体和易于泄压的门窗，但优先采用轻型屋盖且轻质屋盖、轻质墙体的单位质量不宜超过60kg/m2，泄压面积的计算公式为：A=10CV2/3,A-泄压面积(m2)、V-厂房的容积(m3)、C-厂房容积为1000m3时的泄压比，按表3.6.3取值为0.110；

　　2006年版《建规》相对1987年版《建规》而言，有关泄压面积计算方法和对轻质屋盖、轻质墙体的单位质量规定的变化是改动大、要求高，也是对目前建筑面积较大。特别是高压调压站的建筑结构选型采用轻钢结构的某种程度上的推动，因为轻钢结构的外墙和屋顶都是轻质材料，是极好的泄压设施。以下仅以砌体结构和现浇钢筋混凝土结构的调压站的泄压屋盖的建筑构造为例对两规范的区别进行比较分析：

　　6.1泄压面积计算值比较

　　某高压调压站站房体积V=2402.40m3。

　　1987年版《建规》计算结果：

　　按照比值为0.03计算，A=2402.4×0.03=72.07m2

　　2006年版《建规》计算结果：

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

　　结果表明：2006年版《建规》对泄压面积的要求是1987年版《建规》对泄压面积要求的2.74倍。规范条款地变更趋于更加严格化，表明这是顺应时代的要求，也是对技术水平提高的促进。高压调压站的设计所采用的建筑结构形式皆为轻钢结构，从结构本身就实现了以轻质屋盖、轻质墙体作为泄压面积的防爆要求。

　　6.2屋顶泄压面积的建筑节点构造做法比较

　　(1)执行1987年版《建规》的泄压屋面构造做法(由上至下)：

　　①防水层(SBS改性沥青防水卷材与SBS改性沥青防水涂料结合)40kg/m2

　　②20厚水泥砂浆找平层40kg/m2

　　③150厚硅酸聚苯颗粒保温层37.5kg/m2

　　④小波水泥石绵瓦

　　⑤L75×6角钢连接架

　　泄压屋面每平方米重量：117.5kg/m2＜120kg/m2，刚刚满足1987年版《建规》要求，但却大大超过了2006年版《建规》中轻型屋盖、轻质墙体的单位质量不宜超过60kg/m2的要求。

　　(2)执行2006年版《建规》的泄压屋面做法是局部屋盖开孔洞，孔洞上盖75mm厚彩色钢板夹芯板。泄压屋面每平方米重量：18.1kg/m2＜60kg/m2，满足现行规范要求。

　　显然，泄压屋面的建筑构造做法的改进不仅符合现行规范要求，同时简化了施工程序，大大缩短了施工工期。

　　6.3防爆构造设计

　　执行1987年版《建规》的泄压屋面构造做法，见图1。

　　彩色钢板夹芯板作为泄压屋面的构造做法，见图2。

　　7其它措施

　　7.1调压站通风设计

　　由于天然气比空气轻，容易积聚在调压站的上部，为防止积聚在死角处的天然气排不出去，导致天然气达到爆炸浓度，调压站应通风良好。调压站的通风措施分为两类：自然通风和强制通风。

　　7.1.1自然通风

　　自然通风时，调压站内部和外部的空气的交换是通过外墙窗下通风百页(250mm×400mm)和屋盖上的通风孔(300mm)来实现的，空气交换原理是依赖于调压站内、外空气的密度不同。因为自然通风很大程度上依赖于天气条件，所以，自然通风系统无法确保全年都有连续和足够的换气。因此自然通风不能作为一种可靠的解决办法，调压站的通风还需要强制通风。

　　7.1.2强制通风

　　强制通风不仅能调整和控制换气量，而且能够很精确地根据调压站的空间要求，通过计算，选用适当的通风设备。调压站强制通风的手段是在窗上墙或山墙上3.0m左右的高度设置防爆轴流风机，每小时换气次数为2次。

　　7.2调压站室内防火设计

　　调压站室内防火设计的目的是为了保障调压站内部装修的消防安全，防止和减少调压站内部的火灾危害。

　　调压站室内装修材料按其使用部位和功能，可划分为顶棚装修材料、墙面装修材料、地面装修材料、踢脚装修材料。《建筑内部装修设计防火规范》(GB50222-95)将装修材料按其燃烧性能划分为四级，即A级(不燃烧)，B1级(难燃烧)，B2级(可燃性)，B3(易燃性)。

　　调压站为甲类厂房，调压站室内各部位装修材料的燃烧性能等级应符合《建筑内部装修设计防火规范》(GB50222-95)表4.0.1中对工业厂房内部各部位装修材料的燃烧性能等级的有关规定。即调压站的顶棚、墙面、地面、踢脚的装修材料的燃烧性能等级都应为A缴。

表4 《建筑内部装修设计防火规范》(GB 50222-95) 4.0.1

工业厂房内部各部位装修材料的燃烧性能等级  表4.0.1
 

　　7.3调压站室外绿化设计

　　高压调压站因其供气范围大、调压流程复杂，调压站的场站内还建有地上阀室和室外设备基础及通讯塔等设施，高压调压站的场站占地面积较大(3500m2～600Om2)，高压调压站的室外绿化设计也应符合防火要求。

　　调压站场的绿化，可以美化环境，改善小气候，又可以减少环境污染，但绿化设计必须结合调压站生产的特点。具体做法是：

　　(1)不应种植含油脂多的树木，宜选择含水分较多的树种。

　　(2)不宜种植绿篱或灌木丛，以免引起天然气的积聚和影响消防。

　　(3)宜种植常绿草皮，可减少地面热辐射，有利于防火。

　　8结束语

　　调压站是重要市政基础设施之一，在城市燃气事业中发挥的作用毋庸置疑。调压站使用易燃、易爆气体的生产特性决定了其不同于一般工业建筑设计的特殊性，调压站的设计需要注意以下几个方面：

　　第一、准确确定安全防火间距。

　　第二、合理选择建筑结构形式。

　　第三、周密考虑防火、防爆设计。

　　第四、实施有效的通风措施，兼顾室内装修材料的防火性能和注重室外环境。

　　以上是笔者从事多年调压站设计工作中的心得体会，并将调压站的设计要点进行系统地归纳和总结，对调压站的安全设计具有一定的指导意义，对同类工程设计也具有一定的参考价值，希望能给予从事燃气配套设施设计工作的同行一些帮助。