沐若砂石系統鋼結構雨棚的選型研究

袁云剛 胡 亮

（中國水利水電第八工程局有限公司 長沙市 410007）

我國人工砂石技術的發展大致可分為三個階段：摸索階段、成熟階段、不斷創新的廣泛應用階段。經過多年的生產實踐和國外新技術的引進，我國的人工砂石技術已進入了快速創新的時代，并得到廣泛應用。國際先進技術與我國豐富實踐經驗的有機結合，使我國的人工砂石技術達到了、甚至在有些方面創造了世界一流水平。

至今與時代發展相適應的新的砂石系統設計理念已經形成。這種新的設計理念更注重環保，具有良好的技術性和經濟性。可縮短建安周期，減少建設耗鋼量、降低建安成本。注重環保，營造“綠色糧倉”，現階段這樣的發展趨勢，對砂石系統的規劃設計和建設提出了更高的要求。在沐若砂石系統建設過程中針對防雨棚的設計和建設，我們吸納了新的工藝和新的設計理念，為以后境外砂石系統的規劃建設提供了參考。

1 大型砂石系統傳統雨棚的應用

大型砂石系統運行時，為了確保系統更優化地高效生產，成品料各項指標符合規范要求，調節料倉和成品砂倉均要設置雨棚。而眾多的系統建設，料倉雨棚采用傳統的混凝土框架結構或格構式鋼結構，雖然能保證大跨度倉面的安全要求，但在國外的沐若項目建設，從環保低碳角度分析，混凝土結構形式對環境污染大，系統拆除后無法回收。格構式鋼架結構在系統拆除后，再生型材大部分為短小廢材，無法再次回收利用。從建設成本方面分析，傳統的混凝土結構，高空作業強度大，模板支撐和加固成本高，拆模時間長，施工難度大，對場地要求高；格構式鋼架對工人技術要求高，且施工強度高，施工周期長。從運行維護角度分析，混凝土結構維護難度大，格構式鋼架維護工程量大。綜上所述，傳統的雨棚形式已無法滿足在國外環境中的新砂石系統建設理念。

2 沐若各料倉雨棚新的選型

在“八局砂石 中國品牌”這個大環境的培養下，我們通過對沐若砂石系統的建設經驗總結，得出了針對境外遠離文明的人工砂石系統建設新理念。

2.1 調節料倉雨棚宜選用太空瓦拱型屋蓋

在沐若砂石系統中，各中細碎、篩分調節料倉的跨度一般不大于30 m（調節料倉短邊），從經濟性，投資省，建設快，無維修角度來考慮，雨棚設計時盡可能選用太空瓦拱型屋蓋。此種結構形式無梁無檁，空間開闊，跨越能力大，跨度在（9～38）m 任意選擇，不同的跨度可選用不同的板厚。

太空瓦拱型屋蓋，屋面即是圍護結構,又是承重結構。在沐若砂石系統設計時各調節料倉選用此種雨棚結構，比常規結構作法有以下幾個特點和優勢：

（1）因太空瓦拱型屋蓋輕，無需太多立柱支撐，支座之間無拉桿，可將常規6 m 柱距拉大至（9～12）m，從而減少1/3～1/2 柱位，大大降低總造價。

（2）各種調節料堆安息角在38°左右，立柱兩側料堆邊沿邊空間均不能利用。太空瓦拱型屋蓋，拱較高（為1/5 跨度），較大的拱高可降低屋檐高度，縮短了立柱的高度，增大了空間利用率，減少立柱鋼材用量，降低成本，也可阻止落料時部分灰塵的擴散，有利于環保要求。

（3）建造速度快，每天可達（700～800）m2，大大縮短了施工工期，有利于砂石系統建安期的成本管控。

（4）每件太空瓦拱蓋之間用機械鎖邊連接，無需用螺栓，整個屋蓋無釘空，自然防水，無滲漏，堅固耐用，在砂石系統運行期限內無需維護。此優點可減少運行期的維護成本。造型美觀，色彩鮮艷賦予建筑物以全新的外觀，有利于企業形象的提升。

（5）自重輕，整體構造科學合理，抗風抗震性能優越，可以抵抗高達160 km/h 強風，最大可以承受148 kg/m2的雪載，能抵抗高達7 級強震。降低了運行期的安全風險。

（6）彩板拱頂是利用拱型屋頂成型機組在施工現場，利用（0.8～1.4）mm 的涂層彩色鋼板（卷板）經冷壓,冷彎成弧形拱板,咬口鎖縫、吊裝、再咬口鎖縫、錨固等幾道工序形成整體屋頂。拱型屋頂成型機組為車載機組,全部設備都可裝備在汽車上,具有機動性。只要路通、電通，場地平整，有一定工作面都可迅速完成金屬屋頂的流水生產線，進行現場生產制作。施工機動靈活，適用于砂石系統前期建安的工作環境。

2.2 成品砂倉雨棚根據地形選用拱形鋼結構或H型鋼的輕型鋼結構

（1）對于沖溝處布置砂倉的雨棚結構。

沐若砂石系統設計時，成品砂倉布置在沖溝處，雨棚選用大跨度拱形鋼屋架，利用沖溝兩側地形澆筑拱架兩端混凝土支座。大跨度拱形鋼屋架在鐵路建設方面應用較為成熟，主要建設火車站無站臺柱雨棚，一般跨度為（45～66）m，柱距（18～33）m。

布置在沖溝處的成品砂倉，雨棚跨度不大于66 m，選用大跨度拱形鋼屋架。拱架斷面為倒梯形或V型箱式斷面，拱斷面高（1.2～1.5）m，柱距18 m（具體參數需計算確定）。采用拱形結構取消卸料膠帶機桁架立柱，桁架直接焊接在拱頂處，卸料桁架作為雨棚橫向聯系梁，使得整個雨棚結構更穩定。

成品砂倉布置在沖溝處，雨棚設計時選用此種雨棚結構比常規結構作法有以下幾個特點和優勢：

①拱形屋架在豎直荷載作用下，拱的兩端不僅有豎直反力，而且有水平反力，由于水平反力的作用，拱的彎距大大減小，合理的拱軸，鋼架承受壓力，彎距、剪力都較小，故拱的跨越能力比梁大的多。對于砂石系統建設選用此結構形式，可降低耗鋼量，節約成本。

②采取此種結構可取消砂倉卸料膠帶機桁架的立柱，將卸料膠帶機桁架焊接在拱架的拱頂。由于卸料膠帶機立柱要抵抗幾十米砂料卸料不均衡帶來的側壓力，故立柱結構都做的很大，取消立柱大大降低了鋼材的用量，對于雨棚的整體結構來說，不僅節約了成本，也省掉了后期對卸料膠帶機立柱的維護費用。

③由于布置在沖溝處的砂倉地形狹小，選用拱形剛結構使得雨棚內無立柱，更便于設備在砂倉內進行作業。保證不同脫水期的砂料利用率，降低運行成本。

④大跨度拱形雨棚造型美觀，氣勢宏偉，有利于企業形象的提升。雖然此種形式穩定性計算比較復雜，但可借鑒鐵路建設無站臺柱雨棚的成熟經驗。

由于此種結構受拱高的影響，在平面場地上布置的成品砂倉，無法滿足成品料的堆高要求，增高供架兩端的支座會加大雨棚建設的成本，故不適用。

（2）對于平面位置的雨棚結構。

成品砂倉布置在平面場地時，雨棚可利用卸料膠帶機立柱作為中間支撐的門式屋架，屋架材料選用H 型鋼，一般跨度在（30～60）m，柱間距一般（6～12）m，如場地寬度超過60 m，可選用連續跨來滿足設計需求。H 型鋼屋架其截面積的分配更合理、更優化,具有良好的抗彎、抗壓性能,比常用的其他機構形式節省勞力、降低用鋼量，從而降低建設成本。

成品砂倉布置在平面場地，雨棚設計時選用此種雨棚結構比常規結構作法有以下幾個特點和優勢：

①H 型鋼的門式輕型鋼結構，主結構和次結構均采用了高強度鋼材、從而減輕了自身的重量、能夠建成大跨度的自溯形式。更能充分利用空間、也使建筑物的布局更加靈活。

②屋面較輕，結構尺寸小，不僅可減小立柱截面尺寸，基礎也相應減小，降低了用鋼量和土建的成本。

③屋架直接利用H 型鋼，翼緣寬，側向剛度大，抗彎能力強，屋架制作時只需對鋼材端頭進行鉚接，生產、加工、焊接質量能夠得到很好的保證。直接使用整體型材可以使雨棚建設的材料損耗降至最低，降低了成本。

④H 型鋼屋架，截面尺寸很小，可有效地利用建筑空間，降低支撐體系的高度，節約成本。

⑤屋架直接利用H 型鋼，結構簡單，焊接量非常小，型材拖至工地直接可自行施工。大大降低了制作成本和作業強度，減少項目人力資源的投入，縮短了施工周期，便于項目成本的管控。

⑥H 型鋼的門式輕型鋼結構，在系統運行完成后可加工再生型材。由于整個屋架均為型材對接而成，它可方便地再加工，制成部分型鋼和再生型材，有利于成本的回收，更環保。

⑦結構設計計算簡單，有圖集直接參考，結構設計的成本低。

3 選型雨棚結構在實施過程中關鍵點的控制

（1）雨棚施工前，卸料膠帶機已施工完成，確定屋架尺寸時，要測量卸料桁架的實際寬度，避免屋架與桁架搭接不上。

（2）如果有天溝，系桿不能設計到緊貼著柱頂的部位，否則將可能導致無法安裝落水管。另外天溝落水管和系桿以及柱間支撐的位置一定要考慮好，否則要么碰到系桿，要么碰到柱間支撐。

（3）水平支撐上花籃螺栓位置的布置要合理，不要過于偏離主梁，應該考慮方便安裝為主。否則工人在安裝時必須探出身子來擰緊花籃螺栓或者用爬梯上去，要么等檁條安裝結束后爬上檁條擰緊花籃螺栓這樣非常不安全。另外也要考慮一下隅撐的布置位置，不要在布置水平支撐時與隅撐碰撞。

（4）不要片面地在檁條的拉條孔上考慮“受拉邊、受壓邊”等因素，打出上下邊距不等的孔眼，因為安裝時是很容易裝反的，結果反而不利。

（5）高強螺栓的位置要合理，要考慮扭斷器及扭矩扳手的施工空間，不要在安裝時，因為空間太小，扭斷器及扭矩扳手無法就位等，導致高強螺栓梅花頭無法擰斷或高強螺栓無法擰緊。

（6）高強螺栓連接板如果有可能，盡量采用上下對稱的螺栓布置方法。上下螺栓孔不對稱，如果弄反了，在現場就無法對接。

（7）地腳螺栓在土建時埋設，如后期金結施工復查出問題，已經來不及了，所以在土建施工前一定要特別提醒，要有交底的文字依據，在土建驗倉時，測量要現場對點位復核。

（8）屋面檁條布置圖和鋼梁的詳圖要認真核對，常發現有屋面檁條布置圖與鋼梁詳圖的檁條數量不合。

4 結語

從沐若各料倉雨棚的選型、施工中關鍵點的解決等方面分析，境外砂石系統規劃設計和建安時，各調節料倉宜選用太空瓦拱形屋蓋；成品砂倉布置在沖溝內，宜選用無中間柱的拱形屋蓋；成品砂倉布置在平面位置時，宜選用H 型鋼的輕型門式鋼結屋架。通過以上的方法使砂石系統建設更能符合在國外的發展理念，有利于工程建設的成本管控。從結構的選型和減少施工不必要的開支著手為企業帶來更高的效益。

[1]李陽，于華時.輕型鋼結構設計與制作新技術實用手冊[M].北京：當代中國音像出版社，2010.