100m跨網殼與管桁架組合型網格結構設計

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殼結構，跨度100 m，矢高38．43 m，網殼厚度3 m，總長340 m。布置形式:中間為長240m跨度100m的圓柱面網殼，兩側為直徑100m的半球面網殼。周邊支撐結構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 結構概念設計與方案比選

2．1 網殼厚度與大桁架高度取值的考慮

根據JGJ 7-2010空間網格結構技術規程中，網殼結構的基本規定:沿兩縱向邊支撐或四邊支撐的圓柱面網殼，其厚度可取跨度的1/20～1/50，即2 m～5 m;雙層球面網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，立體桁架內的腹桿需躲避設備，最終鋼桁架高度確定為6 m。

2．2 網殼與大桁架相關關系的考慮

儲煤廠鋼屋蓋設計的初始階段，將網殼與大桁架分開考慮，在兩結構相鄰處，網殼增設邊桁架，各自計算。發現兩結構的位移均很大，超過容許撓度值1/300的規定;構件截面過大，很不合理，很不經濟。后來將網殼與大桁架一起考慮，網殼與大桁架相連接，連接部位提高剛度，經3D3S11．0計算，能夠滿足結構要求的承載能力、位移變形及穩定驗算。故將網殼與大桁架相接方案確定為最終方案。

2．3 結構分縫的考慮

儲煤廠長340 m，寬100 m。根據GB 50017-2003鋼結構設計規范溫度區段的要求，縱向溫度區段不超過180 m，橫向溫度區段不超過125 m。因此在長方向的中間處設置一道寬度400 mm伸縮縫。

2．4 與工藝等專業配合的考慮

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，與鋼結構的自振周期(0．5 s)不一致;3)儲煤場鋼屋蓋兩端需設置消防梯;4)鋼屋蓋圍護板設置采光帶，滿足場內采光要求。

2．5 最終確定結構方案的主要情況

在長方向的中間處設置一道伸縮縫，伸縮縫的兩邊對稱布置。半邊的結構方案為:直徑100 m的雙層半圓球形網殼和直徑100 m長99．65 m的雙層柱形網殼。

3 結構的荷載與作用

結構荷載見表1。

表1 結構荷載

棧橋下弦節點荷載取值:恒載:找平層25×0．03=0．75 kN/m2;結構層12 ×0．1=1．25 kN/m2;鋼梁自重 0．765 kN/m;下弦節點恒載共計:(0．75+1．25)×3 ×3．15+0．765 ×3．15=21 kN?；钶d:樓面活載3．5 kN/m2;設備活荷載18 kN/m;下弦節點活荷載共計:3．5×3×3．15+18×3×1．2×0．5=66 kN;

關于節點球自重的考慮:網架自重計算為考慮20%節點自重，故將鋼材材料密度由7．85e-006 kg/mm3改為9．42e-006 kg/mm3。

4 結構的力學分析結果

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

69．523 mm＜100 000/300=333 mm，滿足規范要求。

表2 材料統計表

5 結構桿件的優選原則及校核結果

鋼桁架桿件的應力比控制到0．85，繞落煤筒環形鋼桿件控制到0．9。網殼桿件應力比控制到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。在該儲煤廠中間設縫處、上下弦桿及腹桿做人為調整。通過對桿件截面調整，最后全部滿足要求。

6 結構設計的最終結果

結構設計材料統計表見表2。

7 結語

此種大跨度儲煤結構與球形儲煤場相比，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，通過桁架與網殼整體協同受力解決以往大跨度桁架超重甚至無法實現的難題，對此類儲煤結構形式的設計和推廣具有一定的指導意義。

［1］羅堯治．大跨度儲煤結構——設計與施工［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缺點［J］．露天采礦技術，2013(6):25．

［3］JGJ 7-2010，空間網格結構技術規程［S］．