邵富強

(中煤煤炭科工集團北京華宇工程有限公司，河南平頂山 467000)

1 項目概況

某煤綜合處理場工程原料煤儲煤場，鋼屋蓋采用雙層鋼網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)，跨度100 m，矢高38．43 m，網(wǎng)殼厚度3 m，總長340 m。布置形式:中間為長240m跨度100m的圓柱面網(wǎng)殼，兩側(cè)為直徑100m的半球面網(wǎng)殼。周邊支撐結(jié)構(gòu)為三角形鋼筋混凝土排架，中間支撐為5個直徑7 m的鋼筋混凝土圓筒，如圖1～圖3所示。

圖1 屋面平面布置圖

圖2 縱向剖面圖

圖3 橫向剖面圖

2 結(jié)構(gòu)概念設(shè)計與方案比選

2．1 網(wǎng)殼厚度與大桁架高度取值的考慮

根據(jù)JGJ 7-2010空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程中，網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的基本規(guī)定:沿兩縱向邊支撐或四邊支撐的圓柱面網(wǎng)殼，其厚度可取跨度的1/20～1/50，即2 m～5 m;雙層球面網(wǎng)殼的厚度可取平面直徑的1/30～1/60，即1．7 m～3．3 m;綜合兩方面的因素確定網(wǎng)殼的高度為3 m。立體桁架的高度可取跨度的1/12～1/16，即4．7 m～3．5 m，因為桁架內(nèi)需要提供可逆移動帶式輸送機(高2．5 m)的運行空間，立體桁架內(nèi)的腹桿需躲避設(shè)備，最終鋼桁架高度確定為6 m。

2．2 網(wǎng)殼與大桁架相關(guān)關(guān)系的考慮

儲煤廠鋼屋蓋設(shè)計的初始階段，將網(wǎng)殼與大桁架分開考慮，在兩結(jié)構(gòu)相鄰處，網(wǎng)殼增設(shè)邊桁架，各自計算。發(fā)現(xiàn)兩結(jié)構(gòu)的位移均很大，超過容許撓度值1/300的規(guī)定;構(gòu)件截面過大，很不合理，很不經(jīng)濟。后來將網(wǎng)殼與大桁架一起考慮，網(wǎng)殼與大桁架相連接，連接部位提高剛度，經(jīng)3D3S11．0計算，能夠滿足結(jié)構(gòu)要求的承載能力、位移變形及穩(wěn)定驗算。故將網(wǎng)殼與大桁架相接方案確定為最終方案。

2．3 結(jié)構(gòu)分縫的考慮

儲煤廠長340 m，寬100 m。根據(jù)GB 50017-2003鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范溫度區(qū)段的要求，縱向溫度區(qū)段不超過180 m，橫向溫度區(qū)段不超過125 m。因此在長方向的中間處設(shè)置一道寬度400 mm伸縮縫。

2．4 與工藝等專業(yè)配合的考慮

1)可逆移動帶式輸送機卸煤時，落煤摩擦鋼桁架下弦支撐，下弦支撐的桿件需作保護鋼蓋板或耐磨層;2)可逆移動帶式輸送機滾筒工作周期1．017 s，與鋼結(jié)構(gòu)的自振周期(0．5 s)不一致;3)儲煤場鋼屋蓋兩端需設(shè)置消防梯;4)鋼屋蓋圍護板設(shè)置采光帶，滿足場內(nèi)采光要求。

2．5 最終確定結(jié)構(gòu)方案的主要情況

在長方向的中間處設(shè)置一道伸縮縫，伸縮縫的兩邊對稱布置。半邊的結(jié)構(gòu)方案為:直徑100 m的雙層半圓球形網(wǎng)殼和直徑100 m長99．65 m的雙層柱形網(wǎng)殼。

3 結(jié)構(gòu)的荷載與作用

結(jié)構(gòu)荷載見表1。

表1 結(jié)構(gòu)荷載

棧橋下弦節(jié)點荷載取值:恒載:找平層25×0．03=0．75 kN/m2;結(jié)構(gòu)層12 ×0．1=1．25 kN/m2;鋼梁自重 0．765 kN/m;下弦節(jié)點恒載共計:(0．75+1．25)×3 ×3．15+0．765 ×3．15=21 kN。活載:樓面活載3．5 kN/m2;設(shè)備活荷載18 kN/m;下弦節(jié)點活荷載共計:3．5×3×3．15+18×3×1．2×0．5=66 kN;

關(guān)于節(jié)點球自重的考慮:網(wǎng)架自重計算為考慮20%節(jié)點自重，故將鋼材材料密度由7．85e-006 kg/mm3改為9．42e-006 kg/mm3。

4 結(jié)構(gòu)的力學(xué)分析結(jié)果

本鋼屋蓋總體結(jié)構(gòu)的力學(xué)分析包括:1)按照線性分析理論計算在不同工況及組合下構(gòu)件的內(nèi)力及位移;2)鋼網(wǎng)殼溫度內(nèi)力計算;3)按幾何非線性分析計算網(wǎng)殼的穩(wěn)定性;4)水平地震和豎向地震作用下的構(gòu)件內(nèi)力計算。網(wǎng)架最大自振周期0．500 81 s，遠遠小于往返式皮帶給料機周期60/59=1．016 9 s。故認(rèn)為不會與設(shè)備產(chǎn)生共振，滿足要求。

69．523 mm＜100 000/300=333 mm，滿足規(guī)范要求。

表2 材料統(tǒng)計表

5 結(jié)構(gòu)桿件的優(yōu)選原則及校核結(jié)果

鋼桁架桿件的應(yīng)力比控制到0．85，繞落煤筒環(huán)形鋼桿件控制到0．9。網(wǎng)殼桿件應(yīng)力比控制到0．9。受壓桿件長細比控制到1/170，受拉桿件長細比控制到1/220。桁架上、中、下弦桿調(diào)整為Q345級鋼，靠近支座處的上下弦及腹桿做人為加強。在該儲煤廠中間設(shè)縫處、上下弦桿及腹桿做人為調(diào)整。通過對桿件截面調(diào)整，最后全部滿足要求。

6 結(jié)構(gòu)設(shè)計的最終結(jié)果

結(jié)構(gòu)設(shè)計材料統(tǒng)計表見表2。

7 結(jié)語

此種大跨度儲煤結(jié)構(gòu)與球形儲煤場相比，儲量大，造價相對較低，本文所述儲運煤方式有效解決了生產(chǎn)效率低的短板。本工程有效的解決了落煤時煤與屋蓋部分相干涉的問題，通過桁架與網(wǎng)殼整體協(xié)同受力解決以往大跨度桁架超重甚至無法實現(xiàn)的難題，對此類儲煤結(jié)構(gòu)形式的設(shè)計和推廣具有一定的指導(dǎo)意義。

［1］羅堯治．大跨度儲煤結(jié)構(gòu)——設(shè)計與施工［M］．北京:中國電力出版社，2007．

［2］胡成功，趙 奇．淺析幾種儲煤場儲煤形式的優(yōu)缺點［J］．露天采礦技術(shù)，2013(6):25．

［3］JGJ 7-2010，空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程［S］．