膜结构技术在环保型均化堆场中的应用

王洁斌

（沈阳科维润工程技术有限公司，辽宁沈阳 110166）

0.引言

目前，已建成的均化堆场物料基本上采用露天堆放的形式，各种散料受天气的影响，易导致粉料扬尘，无组织排放的现象普遍存在[1]。2020年6月，生态环境部发布了《重污染天气重点行业应急减排措施制定技术指南（2020年修订版）》，要求对氧化铝企业的铝土矿等原料采用密闭料仓或封闭料棚等方式储存，因此封闭储存是氧化铝行业控制无组织排放的有效措施之一，也是建设绿色、环保、节能氧化铝企业的必经之路[2]。

国内大跨度环保型堆场一般采用网壳和空间网架结构进行封闭[3]，还有一些大跨度堆场采用张弦桁架结构[4]，围护材料采用彩钢板，此种结构形式其技术成熟、造价适中、安全性好[5]，但是高空作业多，施工周期长，尤其是张弦桁架结构，不但施工周期长，而且施工要求高。另外，彩钢板及檩条体系耐腐蚀性差，使用年限通常为5～10年，是目前传统的堆场封闭的通病，也使堆场后期的维护费用大大增加。

近几年国内市场上推出一种NEUI-PE轻量化骨架膜结构封闭技术，本文以万博特铝新材料均化堆场封闭工程为工程实例，论述了该技术的特点及在堆场封闭中的优势，体现出该技术在堆场封闭中的合理性和经济性。

1.NEUI-PE轻量化骨架膜结构封闭技术

NEUI-PE轻量化骨架膜是东北大学设计研究院（有限公司）针对环保型堆场课题研发的一种新型空间骨架膜结构，是以空间桁架拱作为承重结构，在空间桁架拱上张拉NEUI-PE膜材，从而实现大跨度、大空间的堆场全密闭。

1.1 空间桁架拱结构的特点

空间桁架拱结构体系由主桁架拱和纵向次桁架以及支撑系统组成，主桁架拱直接承受风、雪等荷载，而纵向次桁架和支撑系统其主要是保证结构的稳定性和抵抗侧向力。这种结构体系受力明确，稳定性好，同时，空间桁架拱采用的是模块化的设计，也就是说可以将空间桁架拱分割为各种类型的标准化模块，各种类型的标准化模块均可以在加工厂预制，从而实现现场装配式安装，无需高空作业。图1和图2为桁架拱在加工厂预制和现在安装的照片。

图1 桁架拱在加工厂预制

图2 桁架拱现在安装

1.2 NEUI-PE膜材的特点

NEUI-PE膜是一种性能优越的新型进口聚乙烯（PE）膜材，属于B1级难燃材料，膜材为3层结构，中间为高密度聚乙烯，上下2层为低密度聚乙烯，厚度为0.5mm，重量400g/m2（重量是国内膜材重量的1/3～1/2），拉伸强度为2000N/（50mm），是一种轻质高强的膜材。同时采用特殊的覆膜技术，使膜材具有抗冲击性，抗酸碱腐蚀性、隔热性、透光性（透光率约为10%）和自洁性；膜材表面高漫反射的特点，降低了夜间照明强度；内外层的高强度UV紫外线保护层，对紫外线的阻挡率达到100%，延长了膜材的使用寿命。该膜材在国外已经广泛应用于体育建筑、商场、展览中心、交通服务设施、仓储设施、工业大型料场、畜牧业、医疗应急避难所及野战医院等行业。图3和图4为NEUI-PE膜晴天时采光效果和夜间照明效果。

图3 NEUI-PE膜晴天时采光效果

图4 NEUI-PE夜间照明效果

1.3 NEUI-PE轻量化骨架膜结构封闭技术在环保型堆场中的优势

（1）堆场实现了全封闭，封闭区域无扬尘排放，能有效改善周边环境，同时能有效减少雨水冲刷和刮风等恶劣天气对物料品质的损坏。

（2）PE膜材两面的防紫外线涂层，紫外线拦阻率接近100%，有效的保护了PE膜材基材的经、纬线，使膜材的使用寿命长达20年以上，后期维护费用低。

（3）PE膜材属于B1级难燃材料，当建筑物遇火灾后，膜材遇明火熔化但不燃烧，建筑物内部因火灾产生的高温烟气和有毒气体通过膜片熔化烧穿部位释放，同时，膜片融化部位可用于施救，降低人身和财产损失。

（4）膜材的透光率约为10%，满足白天自然采光要求，棚内照度不低于100Lx。膜材表面具有高漫反射率的特点，夜间膜结构建筑内只需要较少的照明设备即可满足建筑内夜间工作照明要求，节能效果显著。

（5）膜材具有优良的抗酸碱腐蚀性能，决定了膜材可以广泛应用到海边、有腐蚀性气体的车间和废物储存库等。

（6）膜材的裁剪制作、钢结构制作等均在工厂内完成，可与基础工程同时进行。现场只需进行安装作业，相对于传统建筑工程大大缩短了施工工期、减少了高空作业量。

2.在万博特铝新材料均化堆场封闭中的应用

万博特铝新材料均化堆场位于重庆市万州区，主要堆存未破碎几内亚铝土矿粗矿和澳大利亚铝土矿细矿，堆场储量约为100万t。均化堆场内设有4台悬臂堆料车和4台半门式刮板取料机。图5 为均化堆场工艺剖面图。

图5 均化堆场工艺剖面图

均化堆场跨度为104m，高度为43m，总长度为860m，建筑面积约9万m2。采用NEUI-PE轻量化骨架膜结构对堆场进行封闭。其中，主桁架拱的标准柱距均为6m，内弦半径为55m，主桁架拱高度为2.7m，纵向次桁架的间距为6m，同时，为了达到更好的抗风效果，在主桁架下弦设有2道预应力抗风索。通过对结构建模分析计算，空间桁架拱最大竖向位移为98.4mm，最大挠度值为1/1057，最大强度应力比为 0.859，可见，结构的刚度和强度均满足规范要求。图6和图7为结构的刚度和强度分析结果云图。另外，由图5可以看出，单榀主桁架拱由为20个中间桁架模块、2个端部桁架模块和2个预应力抗风索模块组成。2榀主桁架之间由21榀纵向次桁架和若干个屋面支撑连成一个空间桁架拱，充分体现了空间桁架拱结构的合理性和先进性。

图6 最大竖向位移图

图7 强度应力比图

经调研，国内同等规模的环保型均化堆场，采用传统网壳加彩钢板技术进行封闭，用钢量约为5000t～10000t，施工工期为9～10个月，而万博特铝新材料均化堆场采用了NEUI-PE轻量化骨架膜结构进行封闭，用钢量仅为4000t，施工工期仅为6个月。可见，采用NEUI-PE轻量化骨架膜结构跟传统封闭形式相比大幅度节约了钢材用量，而且施工工期至少可缩短1/3，充分体现了NEUI-PE轻量化骨架膜结构技术在堆场封闭中的合理性和经济性。

均化堆场不仅采用NEUI-PE轻量化骨架膜结构技术对堆场进行封闭，并同时在棚内设有抑尘系统、通风系统、夜间照明系统和消防系统，使均化堆场不仅是环保建筑也是节能建筑。自从均化堆场全封闭后其四周区域扬尘量明显减少，环境状况得到了大幅度改善，满足环保要求，得到了业内的广泛关注和好评。图8和图9为均化堆场封闭施工过程中的照片。

图8 均化堆场施工照片1

图9 均化堆场施工照片2

3.结论

NEUI-PE轻量化骨架膜结构封闭技术跟国内传统堆场封闭技术相比，具有明显的环保优势、优越的节能性能、优良的抗酸碱腐蚀性能、合理的模块化结构体系、便捷的安装方式、最短的施工周期、较低的建设成本和运行维护费用，突显出NEUI-PE轻量化骨架膜结构封闭技术在环保型堆场封闭中的先进性、便利性及经济性。期待该技术能够在各类似行业的环保型堆场封闭中的广泛应用，创造更大的经济效益、环保效益和社会效益。