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摘要：生活垃圾焚烧发电厂结构安全对周边环境保护和人体健康至关重要。结合垃圾焚烧发电厂承受不同类型的荷载，对比分析了垃圾贮坑侧壁及周边框排架柱在不同荷载效应组合下结构剪力、弯矩及侧移情况，提出垃圾贮坑侧壁及周边框排架柱设计值的控制荷载效应组合，为类似工程设计提供参考。
关键词：生活垃圾焚烧发电厂；结构设计；荷载效应组合
Analysis of Controlled Load Effect Combination in Main Workshop of Domestic Waste Incineration Power Plant
Abstract：The structural safety of municipal solid waste incineration power plant is very important for environmental protection and human health.Combining with the different types of loads borne by garbage incineration power plants，this paper compares and analyses the structural shear，bending moment and lateral displacement of side wall and surrounding frame bent column.And puts forward the control load effect combination，which could provide reference for similar engineering design.
Key word：domestic Waste Incineration Power Plant；structural design；load effect combination
引 言
近些年来，随着“垃圾围城”日益严重，生活垃圾发电厂作为“减量化、无害化、资源化”处置生活垃圾的极佳方式，已经引起国家及民众的高度重视，生活垃圾发电厂项目也在全国各地区大量建设。而当前垃圾发电厂贮坑结构开裂等现象时有发生。为此，如何安全、经济合理地设计生活垃圾发电厂已愈发显得重要。
当前在垃圾焚烧发电厂设计方面已有大量的研究。高宗瑞[1]等阐述了湖州垃圾焚烧发电工程主厂房的结构方案选择、垃圾储存池设计等问题，之后又采用时程分析法对保定垃圾焚烧发电工程主厂房结构在地震反应下结构合理化布置方案进行了研究[2]。张顺宇[3]通过对张家港市生活垃圾焚烧发电厂钢结构进行设计计算，验证了其设置辅助桁架的必要性。刘美琴[4]阐述了地震作用时垃圾发电厂多种类型结构之间的协调问题及联合厂房不同材质在地震时的不同反应等设计难点。沈丹[5]等对某垃圾发电厂既有钢筋混凝土贮坑结构开裂的现场检测勘察，并通过三维有限元软件模拟与理论计算相结合验算分析结构的开裂问题。高小亮[6]对江南垃圾焚烧发电工程的主要厂房进行结构方案选择，并总结主厂房的结构特点以及设计要点。王超[7]基于某工程的实际情况，对垃圾贮坑施工及防腐防渗措施等方面进行了研讨。
本研究在众多学者研究的研究基础上，以南京某生活垃圾焚烧发电厂项目为依托，采用Midas Gen结构有限元软件，分析研究了垃圾贮坑侧壁及周边框排架柱在不同荷载组合下结构承受的剪力、弯矩以及侧向位移情况，并对垃圾贮坑侧壁及周边框排架柱设计值的控制荷载效应组合进行了探讨。
1 工程概况及荷载组合
南京某生活垃圾焚烧发电厂BOT项目的主厂房采用钢筋混凝土抗震墙-框排架结构，厂房设计高度39m，长宽为125m×69.6m，垃圾贮坑板底标高-4.50m，侧壁总高度28m，长宽为119m×30.0m。主厂房垃圾贮坑平面图如图1所示。
2 水平荷载取值
为更好对比分析垃圾侧向荷载与水平地震对垃圾贮坑及周边框架柱的荷载效应，依据垃圾堆载的不同情况，采用三种垃圾侧向荷载计算，依次记为荷载一、荷载二和荷载三。其中，荷载一对应贮坑内垃圾堆载按图纸设计要求工况；荷载二对应垃圾倒入较多，略超出设计要求工况；荷载三对应设备不能正常运行、坑内渗滤液不能及时排出且垃圾持续倒入的极端不利工况。贮坑垃圾侧向压力系数取0.26。
此外，根据地震基本加速度的不同取值，选用三种水平地震荷载计算，依次记为7度、8度、9度，其对应的基本地震加速度分别为0.10g、0.20g、0.40g。同时地震分组均为第一组、场地类别均为II类。
从以上内力变形对比分析结果可以看出，在垃圾侧向荷载作用下，侧壁及周边框排架柱剪力、弯矩均由中部往两侧逐步减少；随着垃圾侧向荷载增加，侧壁及周边框排架柱剪力、弯矩及侧移逐步增大。X=69.6m处排架柱剪力、弯矩远大于X=60.0m处侧壁框架柱。
对比不同基本荷载包络值组合下结构的内力变形可以发现，包络值A基本组合作用下，贮坑及周边框排架柱剪力、弯矩及侧移远大于包络值B基本组合，且其中贮坑的内力略大于包络值C基本组合，而贮坑侧向变形及边框排架柱剪力、弯矩略小于络值C基本组合。在包络值A作用下，贮坑最大侧移在Z=18.5m处（即在锅炉平台层以上1.0m）；在包络值C作用下，贮坑最大侧移在侧壁顶处，即在垃圾受料斗层位置。
4.2 水平地震效应对比分析
主厂房垃圾侧向荷载按“荷载一”设计，水平地震荷载分别按7度、8度、9度设计，计算X=60.0m及X=69.6m处垃圾贮坑侧壁及周边框排架柱剪力、弯矩及侧移，部分计算结果如表6所示。
从对比结果中可以看出，侧壁及框排架柱剪力、弯矩和变形的变化规律与上一节的分析结果一致。对比不同基本荷载包络值组合下结构的内力变形可以发现，包络值A基本组合作用下，垃圾贮坑及周边框排架柱剪力、弯矩远大于包络值B基本组合。在低烈度地区，包络值A基本组合作用下贮坑侧移大于包络值B基本组合，而在高烈度地区则相反。包络值A基本组合作用下与包络值C基本组合下贮坑及框排架柱内力变形规律与上一节的分析规律一致。
5 结论与建议
结合Midas Gen结构有限元软件对垃圾发电厂主厂房进行三维有限元建模，并结合工程经验综合分析了不同荷载效应组合下垃圾贮坑侧壁及周边框排架柱水平内力及侧移，主要得出以下结论及建议：
（1）结合不同荷载效应组合下主厂房垃圾贮坑及周边框排架柱的内力变形情况，在设计中应考虑垃圾侧向荷载作为活荷载参与水平地震基本组合效应。为减少水平地震基本组合效应，贮坑不宜长时间堆满垃圾，控制贮坑内渗滤液高度。
（2）应对贮坑内垃圾堆积量及容重提出明确要求，避免因现场无序管理或设备不能正常工作，出现垃圾侧向荷载增大造成构件损坏。同时考虑到垃圾贮坑的重要性，宜在设计过程中留有足够的安全系数。
（3）考虑到随着水平地震作用增大，垃圾贮坑侧壁位移增长较大，且最大位移出现在侧壁顶即在受料斗层。因此在地震高烈度地区，虽然受料斗层所承受的垃圾侧向荷载较小，但不宜在此范围内降低侧壁以及框排架柱截面尺寸，避免垃圾贮坑侧壁因侧移过大而出现损坏。
参考文献：
[1]高宗瑞，汤小军，朱丹.湖州垃圾焚烧发电工程结构设计[J].建筑结构，2009（3）：69-71.
[2]高宗瑞，汤小军.垃圾焚烧工程主厂房的地震反应分析[J].建筑结构，2009（10）：132-135.
[3]张顺宇.张家港市生活垃圾焚烧发电厂钢结构设计[J].工程建设与设计，2009（6）：38-42.
[4]刘美琴.城市垃圾发电项目主厂房结构介绍[J].工程建设与设计，2009（8）：52-56.
[5]沈丹，张洁溪.某垃圾发电厂贮坑结构开裂分析[J].工业建筑，2013（S1）：455-458.
[6]高小亮.浅析垃圾焚烧发电工程结构设计[J].福建建材，2015（12）：30-31.
[7]王超.谈垃圾焚烧电厂中垃圾贮坑施工及防腐措施[J].工程建设与设计，2018，396（22）：144-145.
[8]中华人民共和国建设部.建筑结构荷载规范[S].中国建筑工业出版社，2006.
[9]中国建筑科学研究院.高层建筑混凝土结构技术规程[S].中国建筑工业出版社，2002.
[10]中国建筑工业出版社.建筑结构抗震规范[S].中国计划出版社，2003.
论文作者:石远昌
论文发表刊物:《基层建设》2019年第20期
论文发表时间:2019/9/25
标签：荷载论文; 组合论文; 排架论文; 垃圾论文; 侧壁论文; 包络论文; 弯矩论文; 《基层建设》2019年第20期论文;