西藏地区水电站大型砂石拌和系统结构物结构形式的选择

陈修华，康晶雪

(中国葛洲坝集团第五工程有限公司，湖北 宜昌 443002)

0 引 言

近年来，西藏地区已经成为水电开发的重要新兴市场，各大发电公司相继进入，在未来，西藏地区将成为水电施工企业竞争最激烈之地。砂石加工及混凝土拌和系统作为水电站建设的关键性辅助企业，因其专业性、投资可控性和良好的经济回报，必然成为各大企业争夺重点。研究砂石拌合系统结构物的结构形式，优化设计，可有效降低砂石拌合系统建安成本，从而提高企业竞争力。

大型砂石拌合系统结构物有各类设备基础、调节料仓、储料仓、地弄廊道等，常见的结构形式有钢结构和混凝土结构两种。西藏地理位置特殊，市场环境与内地地区有很大不同，不考虑此点，在做结构设计时，就容易出现问题，给企业造成损失。

1 结构形式选择需考虑的因素

砂石拌和系统工程结构物结构形式选择需要考虑使用功能、结构受力合理性与可实施性、经济性等多种因素。

1.1 使用功能

结构物的功能要求是结构设计中应考虑的首要因素。任何结构都具有对客观空间环境的要求，根据这些要求可大体确定结构物的尺度、规模与相互关系。在结构选型时应使所选择的结构形式剖面与建筑物使用空间相适应，尽可能降低结构构件的高度，才能提高空间的使用效率、节省维护结构的初始投资费用、节省维护费用[1]。其次结构体系的选择，应考虑后续封闭或美化工作，尽量保障其施工方便性。

1.2 结构受力合理性与可实施性

结构受力合理性包括结构能有效抗风、可靠抗震、传力途径明确、应力分布合理、破坏机制合理等等[2]。它受环境条件，诸如基本风压、设防烈度等影响，而基本风压、设防烈度又因场地条件不同而不同，传力途径、应力分布、抗震等还受使用功能影响。例如：震动运行设备和静止运行设备基础结构设计其抗震要求明显不同。

良好的结构形式应具有良好的可施工实施性，西藏地区大部分地区不具备大型施工设备通行条件，结构物施工以现场施工为主，结构形式设计时需结合现场实际考虑。同时现场施工场地也会限制结构物结构形式选择。

1.3 经济性

衡量结构方案的经济性的手段是进行综合经济分析。所谓综合经济分析就是要全面考察影响经济效益的各要素，从整体的和长远的角度，系统地考虑结构方案的经济性：①不但要考虑某个结构方案付诸实施时的一次投资费用，还要考虑其全寿命期费用；②除了以货币指标核算结构的建造成本外，还要从节省材料消耗和节约劳动力等各项指标来衡量，此外，从可持续发展的角度来考虑，还要特别考虑资源的节约[3]；③工程的总工期有限，某些结构物设计结构形式导致施工周期变长，使得总工期滞后，可能面临投资方索赔，而同时生产性建筑若能早日投产，可以提前产生价值，取得较好的经济效益。因此在结构方案比较时还应综合考虑一次性开发初始投资和建设速度之间的关系。

2 工程实例

2.1 工程概述

果多水电站位于西藏自治区昌都县，海拔3400m，极端最高气温33.4℃，极端最低气温-20.7℃，多年平均气温2.9℃。该区域昼夜温差较大。年日照时数为2289h，多年平均降水量499.5mm，多年平均蒸发量1637mm(E-601)。该水电站工程等别为三等工程，工程规模为中型。

果多电站砂石加工系统主要结构物有：受料坑、中细碎调节料仓、主筛分楼、检查筛分楼、立轴调节料仓、棒磨调节料仓、石粉调节料仓等。混凝土生产系统主要结构物有：受料坑、骨料罐、胶凝材料罐等。

2.2 结构形式选择

在结构形式选择前，从前述结构形式选择需考虑的因素方面进行分析比较：

1)砂石拌合系统中主要结构物按其使用功能主要分：调节缓存、受料给料、储存、设备框架等，在结构形式选择时，受料给料结构物其受料物不同其抗冲击的需求不同，调节缓存结构物调节物料不同其抗磨需求不同，设备框架结构物其安装设备不同其抗震性能需求也不同。具体到结构形式上，混凝土结构在抗冲击能力、抗磨能力上优于钢结构，而钢结构在抗震性需求上优于混凝土结构(这主要是因为钢结构后期加固方便)。结构物若有后续封闭、美化等工程时，在此方面钢结构方式优于混凝土结构方式。

2)水电站砂石拌和系统通常为临时设施，建筑物使用寿命不超过10a，混凝土结构和钢结构在使用寿命考虑上不具有明显差别。

3)在西藏地区砂石拌和系统建安时，其施工原材料选择以地方原材料为主。混凝土工程所需的砂石料、胶凝材料等均在地方采购，其质量大多较差(当地以粗放生产为主)；而钢结构所需材料则可由内地运至，在质量上有保障。基于建筑原材料质量方面考虑，钢结构安全性优于混凝土结构安全性。

4)混凝土结构和钢结构在可实施性上有显著区别。西藏地区雨季时间较长，低温季节时间较长，在雨季和低温季节钢结构施工有很大优势。而同时由于混凝土工程工序较多，各工种人员需求大，施工协调要求高，在此方面也弱于钢结构工程。

5)经济性方面考虑：

a)一次投资费用。

西藏地区地材价格很高(砂石料价格约120元/m3，水泥约900元/t)，价格波动幅度很大，同时人工费约为250元/工日，机械台班费也高，而人机功效又较低，导致混凝土施工单价较内地高出很多，约为1500元/m3(主要是施工难度大的板框结构)，钢筋制安费用也远远超出内地价格。钢结构原材料价格近年来国内相对稳定，在西藏地区仅运输费用增大，钢结构工程的人工需求量较小，人工费的增加对钢结构整体单价影响不大，目前钢结构制安单价约为10500元/t。

对比相同建筑物混凝土结构和钢结构一次性投资费用见下表1。

表1 砂石拌合系统相同结构物不同结构形式一次性投资费用表

砂石拌和系统工程结构物需求使用寿命短，不考虑后期维护费用。

通过上述对比可见，在西藏地区水电站砂石拌和系统工程中钢结构的一次性投资费用比混凝土结构约低5%-40%。这在工程成本节约上是相当客观的。

b)节约能效与可回收利用。

西藏地区自然环境脆弱，工业基础较差，物资材料匮乏，节约能效和可回收利用有着很强的现实意义。钢结构在物资耗材，人力节省，可回收利用方面具有明显优势。

c)建设工期。

以上述表1中两个工程部位建设工期为例：采用混凝土结构时，检查筛分楼需分3仓浇筑，单仓所需时间约为7天，建设工期约为21天，胶凝材料罐支架需分4仓浇筑，建设工期约为30天(安装预埋件需3天)；采用钢结构时，检查筛分楼建设工期约为12天，胶凝材料罐支架建设工期约为19天。

由此可见，钢结构比混凝土结构所需建设工期约少1/3。

综合以上经济性因素比较，砂石拌和系统主要结构物结构形式宜优先考虑钢结构。

3 结 论

1)进行结构物结构形式设计选择时，需要综合考虑其使用功能、安全与可实施性、经济性等各方面因素，其中使用功能是首要因素。

2)西藏地区大型砂石拌和系统结构物结构形式选择时，在满足其使用功能的前提下，宜优先考虑钢结构结构方式，其在经济性、可实施性、安全性、后期加固处理等多方面具有明显优势。

[1]方立新,薛玉兰,虞刚.绿色建筑结构选型的应答策略分析[J].中外建筑，2009(08)：214-217.

[2]陈子强.建筑结构选型的思路及其抗震设计应用[J].建筑设计管理，2010(04)：39-41.

[3]许歆.建筑结构选型的经济性考虑[J].河南建材,2010(02)：100-101.