西藏地區水電站大型砂石拌和系統結構物結構形式的選擇

陳修華，康晶雪

(中國葛洲壩集團第五工程有限公司，湖北 宜昌 443002)

0 引 言

近年來，西藏地區已經成為水電開發的重要新興市場，各大發電公司相繼進入，在未來，西藏地區將成為水電施工企業競爭最激烈之地。砂石加工及混凝土拌和系統作為水電站建設的關鍵性輔助企業，因其專業性、投資可控性和良好的經濟回報，必然成為各大企業爭奪重點。研究砂石拌合系統結構物的結構形式，優化設計，可有效降低砂石拌合系統建安成本，從而提高企業競爭力。

大型砂石拌合系統結構物有各類設備基礎、調節料倉、儲料倉、地弄廊道等，常見的結構形式有鋼結構和混凝土結構兩種。西藏地理位置特殊，市場環境與內地地區有很大不同，不考慮此點，在做結構設計時，就容易出現問題，給企業造成損失。

1 結構形式選擇需考慮的因素

砂石拌和系統工程結構物結構形式選擇需要考慮使用功能、結構受力合理性與可實施性、經濟性等多種因素。

1.1 使用功能

結構物的功能要求是結構設計中應考慮的首要因素。任何結構都具有對客觀空間環境的要求，根據這些要求可大體確定結構物的尺度、規模與相互關系。在結構選型時應使所選擇的結構形式剖面與建筑物使用空間相適應，盡可能降低結構構件的高度，才能提高空間的使用效率、節省維護結構的初始投資費用、節省維護費用[1]。其次結構體系的選擇，應考慮后續封閉或美化工作，盡量保障其施工方便性。

1.2 結構受力合理性與可實施性

結構受力合理性包括結構能有效抗風、可靠抗震、傳力途徑明確、應力分布合理、破壞機制合理等等[2]。它受環境條件，諸如基本風壓、設防烈度等影響，而基本風壓、設防烈度又因場地條件不同而不同，傳力途徑、應力分布、抗震等還受使用功能影響。例如：震動運行設備和靜止運行設備基礎結構設計其抗震要求明顯不同。

良好的結構形式應具有良好的可施工實施性，西藏地區大部分地區不具備大型施工設備通行條件，結構物施工以現場施工為主，結構形式設計時需結合現場實際考慮。同時現場施工場地也會限制結構物結構形式選擇。

1.3 經濟性

衡量結構方案的經濟性的手段是進行綜合經濟分析。所謂綜合經濟分析就是要全面考察影響經濟效益的各要素，從整體的和長遠的角度，系統地考慮結構方案的經濟性：①不但要考慮某個結構方案付諸實施時的一次投資費用，還要考慮其全壽命期費用；②除了以貨幣指標核算結構的建造成本外，還要從節省材料消耗和節約勞動力等各項指標來衡量，此外，從可持續發展的角度來考慮，還要特別考慮資源的節約[3]；③工程的總工期有限，某些結構物設計結構形式導致施工周期變長，使得總工期滯后，可能面臨投資方索賠，而同時生產性建筑若能早日投產，可以提前產生價值，取得較好的經濟效益。因此在結構方案比較時還應綜合考慮一次性開發初始投資和建設速度之間的關系。

2 工程實例

2.1 工程概述

果多水電站位于西藏自治區昌都縣，海拔3400m，極端最高氣溫33.4℃，極端最低氣溫-20.7℃，多年平均氣溫2.9℃。該區域晝夜溫差較大。年日照時數為2289h，多年平均降水量499.5mm，多年平均蒸發量1637mm(E-601)。該水電站工程等別為三等工程，工程規模為中型。

果多電站砂石加工系統主要結構物有：受料坑、中細碎調節料倉、主篩分樓、檢查篩分樓、立軸調節料倉、棒磨調節料倉、石粉調節料倉等。混凝土生產系統主要結構物有：受料坑、骨料罐、膠凝材料罐等。

2.2 結構形式選擇

在結構形式選擇前，從前述結構形式選擇需考慮的因素方面進行分析比較：

1)砂石拌合系統中主要結構物按其使用功能主要分：調節緩存、受料給料、儲存、設備框架等，在結構形式選擇時，受料給料結構物其受料物不同其抗沖擊的需求不同，調節緩存結構物調節物料不同其抗磨需求不同，設備框架結構物其安裝設備不同其抗震性能需求也不同。具體到結構形式上，混凝土結構在抗沖擊能力、抗磨能力上優于鋼結構，而鋼結構在抗震性需求上優于混凝土結構(這主要是因為鋼結構后期加固方便)。結構物若有后續封閉、美化等工程時，在此方面鋼結構方式優于混凝土結構方式。

2)水電站砂石拌和系統通常為臨時設施，建筑物使用壽命不超過10a，混凝土結構和鋼結構在使用壽命考慮上不具有明顯差別。

3)在西藏地區砂石拌和系統建安時，其施工原材料選擇以地方原材料為主。混凝土工程所需的砂石料、膠凝材料等均在地方采購，其質量大多較差(當地以粗放生產為主)；而鋼結構所需材料則可由內地運至，在質量上有保障。基于建筑原材料質量方面考慮，鋼結構安全性優于混凝土結構安全性。

4)混凝土結構和鋼結構在可實施性上有顯著區別。西藏地區雨季時間較長，低溫季節時間較長，在雨季和低溫季節鋼結構施工有很大優勢。而同時由于混凝土工程工序較多，各工種人員需求大，施工協調要求高，在此方面也弱于鋼結構工程。

5)經濟性方面考慮：

a)一次投資費用。

西藏地區地材價格很高(砂石料價格約120元/m3，水泥約900元/t)，價格波動幅度很大，同時人工費約為250元/工日，機械臺班費也高，而人機功效又較低，導致混凝土施工單價較內地高出很多，約為1500元/m3(主要是施工難度大的板框結構)，鋼筋制安費用也遠遠超出內地價格。鋼結構原材料價格近年來國內相對穩定，在西藏地區僅運輸費用增大，鋼結構工程的人工需求量較小，人工費的增加對鋼結構整體單價影響不大，目前鋼結構制安單價約為10500元/t。

對比相同建筑物混凝土結構和鋼結構一次性投資費用見下表1。

表1 砂石拌合系統相同結構物不同結構形式一次性投資費用表

砂石拌和系統工程結構物需求使用壽命短，不考慮后期維護費用。

通過上述對比可見，在西藏地區水電站砂石拌和系統工程中鋼結構的一次性投資費用比混凝土結構約低5%-40%。這在工程成本節約上是相當客觀的。

b)節約能效與可回收利用。

西藏地區自然環境脆弱，工業基礎較差，物資材料匱乏，節約能效和可回收利用有著很強的現實意義。鋼結構在物資耗材，人力節省，可回收利用方面具有明顯優勢。

c)建設工期。

以上述表1中兩個工程部位建設工期為例：采用混凝土結構時，檢查篩分樓需分3倉澆筑，單倉所需時間約為7天，建設工期約為21天，膠凝材料罐支架需分4倉澆筑，建設工期約為30天(安裝預埋件需3天)；采用鋼結構時，檢查篩分樓建設工期約為12天，膠凝材料罐支架建設工期約為19天。

由此可見，鋼結構比混凝土結構所需建設工期約少1/3。

綜合以上經濟性因素比較，砂石拌和系統主要結構物結構形式宜優先考慮鋼結構。

3 結 論

1)進行結構物結構形式設計選擇時，需要綜合考慮其使用功能、安全與可實施性、經濟性等各方面因素，其中使用功能是首要因素。

2)西藏地區大型砂石拌和系統結構物結構形式選擇時，在滿足其使用功能的前提下，宜優先考慮鋼結構結構方式，其在經濟性、可實施性、安全性、后期加固處理等多方面具有明顯優勢。

[1]方立新,薛玉蘭,虞剛.綠色建筑結構選型的應答策略分析[J].中外建筑，2009(08)：214-217.

[2]陳子強.建筑結構選型的思路及其抗震設計應用[J].建筑設計管理，2010(04)：39-41.

[3]許歆.建筑結構選型的經濟性考慮[J].河南建材,2010(02)：100-101.