大跨度儲煤棚擋煤墻荷載組合研究

趙而玉 郭呈濤 蔣麗麗

（1.山東魯勘工程檢測鑒定有限公司，山東 濟南 250118；2.煤炭工業濟南設計研究院有限公司，山東 濟南 250031）

在選煤廠及電廠的各種儲煤方式中，大跨度儲煤棚由于它的儲煤量大、造價相對較低、施工安裝周期較短、環保效果好等優點，越來越多地被各大企業采用。大跨度儲煤棚的屋蓋體系為空間鋼網架結構，可利用結構計算軟件實現結構設計，網架支座位于下方鋼筋混凝土方柱上，方柱間設擋煤墻或擋土墻。目前大部分建筑結構分析及荷載組合基本由結構計算軟件完成，但儲煤棚擋煤墻還需要手動進行荷載效應組合計算，現就針對擋煤墻結構設計時的荷載組合進行探討和研究。

1 工程概況

山東信發鋁電集團有限公司專用線翻車機系統及電廠儲煤、上煤系統工程的新建20萬t大跨度儲煤棚，軸線尺寸為：100m（寬）×340m（長），內設堆取料機，煤堆自然堆放后南北兩側擋煤墻處煤高不超過4m。儲煤棚南北側最終平場標高相差4m，且北側擋煤墻無回填土，南側擋煤墻室外為回填土，填土日期未定，且設置運煤車道路；采用正放四角錐、螺栓球節點三心圓柱面網殼的結構形式，網架支座位于下方鋼筋混凝土短柱上，短柱間距約4～8m，短柱間設擋煤墻或擋土墻。儲煤棚剖面示意圖詳見圖1所示。

圖1 儲煤棚剖面示意圖

2 荷載情況

大跨度儲煤棚擋煤墻受力比較復雜，一般包括：（1）上部鋼網架結構在支座處傳來的水平、豎向荷載，水平荷載方向分為向內和向外兩種情況；（2）內側煤堆的水平、豎向壓力；（3）外側土壓力及車輛引起的水平力等等。其中土壓力為永久荷載，鋼網架結構支座傳來的荷載、煤堆壓力為可變荷載。針對山東信發鋁電集團儲煤棚，擋煤墻墻高6.7m，單側墻體總長340m，地基采用水泥土深層攪拌樁進行處理，處理后的復合地基承載力特征值不小于230kPa。儲煤棚南側、北側擋煤墻的荷載類型、作用位置詳見圖2所示。

圖2 儲煤棚擋煤墻荷載示意圖

3 荷載組合分析

依據《建筑結構荷載規范》GB 50009-2012第3.2.1條“建筑結構設計應根據使用過程中在結構上可能同時出現的荷載，按承載能力極限狀態和正常使用極限狀態分別進行荷載組合，并應取各自的最不利的組合進行設計”，并結合山東信發鋁電集團儲煤棚現場使用情況具體分析后，結構設計時北側、南側擋煤墻采用的荷載組合如下：

（1）北側擋煤墻無擋土情況。① 工況一：當考慮網架支座處向外的水平荷載時（F外），應同時組合煤堆向外的水平荷載（Ea）；② 工況二：當考慮網架支座處向內的水平荷載時(F內)，不應組合煤堆壓力。

（2）南側擋煤墻有擋土情況。① 當回填土尚未回填時，按上述（1）工況一、二兩種情況組合；② 工況三：當回填土完成時，考慮網架支座處向內的水平荷載時，應組合土壓力及汽車荷載引起的土壓力，不應組合煤堆壓力；③ 工況四：考慮網架支座處向外的水平荷載時，應組合土壓力、煤堆壓力，不應組合由車輛荷載引起的土壓力。

（3）考慮不組合網架荷載，僅組合土壓力和車輛荷載引起的土壓力或者僅考慮內側煤堆壓力。

（4）在每種荷載組合下，應進行基礎的承載力計算、抗傾覆和抗滑移穩定性驗算。

4 儲煤棚擋煤墻計算實例

山東信發鋁電集團有限公司20萬t大跨度儲煤棚場內儲料為精煤，精煤容重r為10kN/m3，內摩擦角φ不小于38°，擋煤墻內力計算過程如下：

（1）根據上部網架計算結果，確定擋煤墻上部網架支座傳來的荷載。

（2）儲料精煤產生的主動土壓力為：

式中：

Ka-庫倫主動土壓力系數；

α-墻背與豎直線的夾角，（°）；

β-墻后填土面的傾角，（°）；

δ-土與墻背材料間的外摩擦角，（°）。

儲料精煤產生的主動土壓力合力作用點離墻底為h/3，h為擋煤墻高度。

（3）抗滑移穩定驗算

主動土壓力水平方向力為：

主動土壓力垂直方向力為：

滑移力為：Eat+F1

抗滑移力為：（G+Ean）μ

式中：

μ-地基土摩擦系數；

G-土及結構自重；

（4）抗傾覆穩定驗算

（5）地基承載力計算

以儲煤棚南側擋煤墻為例，根據每種工況的荷載組合不同，擋煤墻墻體結構計算方法可詳見《混凝土結構設計規范》GB50010-2010（2015年版）的相關規定，南側擋煤墻各工況下荷載組合計算結果見表1。

由表1可知，擋煤墻在不同的荷載組合下，計算出的pkmax、pkmin、Kc、Kp、M均不同，結構設計時，墻體、底板的尺寸、配筋應按最不利荷載組合下的計算結果，比如擋煤墻墻體配筋計算時應按工況一執行，地基承載力計算時應按工況四執行。

表1 南側擋煤墻各工況下荷載組合計算結果

綜上所述，大跨度儲煤棚擋煤墻在結構設計時，若漏掉不利荷載，結構安全將會受到影響，若計算時只圖結構計算省事將所有荷載組合成同一個方向，將會過于保守從而造成浪費；因在每種荷載組合下都應驗算基礎的抗滑移和抗傾覆穩定性，若計算時過于保守，常會出現基礎抗滑移穩定性驗算難以滿足要求的技術難題。

5 結論

大跨度儲煤棚擋煤墻的荷載組合應根據工程現場使用情況具體分析，結構設計時應避免漏掉不利荷載而影響結構安全，但也不應過于保守而造成浪費。山東信發鋁電集團有限公司專用線翻車機系統及電廠儲煤、上煤系統工程的新建20萬t大跨度儲煤棚擋煤墻的荷載組合考慮全面，設計合理，取得了良好的經濟及社會效益，并為其他大跨度儲煤棚項目的結構設計提供了經驗和借鑒。