綜合料場(chǎng)鋼結(jié)構(gòu)罩棚方案設(shè)計(jì)

李軍

摘要：以天津鐵廠有限公司二料場(chǎng)綜合混勻料場(chǎng)為研究對(duì)象，分析對(duì)比單拱單跨鋼結(jié)構(gòu)罩棚和單跨雙跨鋼結(jié)構(gòu)罩棚，從結(jié)構(gòu)安全性、工藝適應(yīng)性和經(jīng)濟(jì)性三方面進(jìn)行方案優(yōu)選和分析。確定料場(chǎng)鋼結(jié)構(gòu)罩棚的初步設(shè)計(jì)方案。結(jié)果表明：在滿足料場(chǎng)存儲(chǔ)、堆取料等工藝前提下，采用設(shè)立中柱的單拱雙跨鋼結(jié)構(gòu)罩棚可以大幅度降低混凝土及屋架用鋼量，可以確保結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，大大節(jié)省了項(xiàng)目的投資費(fèi)用。

關(guān)鍵詞：?jiǎn)喂半p跨;封閉料場(chǎng);優(yōu)選方案;穩(wěn)定性

1? 工程概況

天津鐵廠有限公司二料場(chǎng)綜合混勻料場(chǎng)主要用于存放燒結(jié)礦、精粉、混勻料等原料，料場(chǎng)總面積約75000m2（平面尺寸約為600m×125m）。綜合料場(chǎng)在建設(shè)時(shí)為露天開(kāi)放性料場(chǎng)，料場(chǎng)作業(yè)時(shí)揚(yáng)塵較大，污染嚴(yán)重，為了滿足國(guó)家對(duì)露天料場(chǎng)存儲(chǔ)料的環(huán)保要求，料場(chǎng)需時(shí)刻覆蓋料堆，給堆取料造成很大困難，嚴(yán)重影響了正常生產(chǎn)，且覆蓋料堆需要耗費(fèi)巨大的人力物力，因此綜合混勻料場(chǎng)封閉勢(shì)在必行。料場(chǎng)現(xiàn)有2臺(tái)堆料機(jī)，4臺(tái)取料機(jī)，整個(gè)料場(chǎng)分割為兩部分（圖1）。料場(chǎng)內(nèi)堆料機(jī)最大起升高度約為15.1m，封閉長(zhǎng)度為570m，寬度為120m，兩側(cè)設(shè)1.5m高混凝土擋墻，屋頂和維護(hù)結(jié)構(gòu)為彩鋼板，罩棚兩端設(shè)立大門(mén)，料場(chǎng)封閉考慮合理采光，雨排水設(shè)計(jì)為有組織排水，棚內(nèi)設(shè)干霧降塵設(shè)施。

2? 結(jié)構(gòu)選型和布置

該料場(chǎng)東側(cè)為混凝土擋墻，高出料場(chǎng)約13.5m，擋墻距離堆料機(jī)機(jī)尾約4m，西側(cè)為上料通廊和混勻配料室（配料室長(zhǎng)約105m，高約35m），配料室外墻距離取料機(jī)約1.4米。料場(chǎng)中間通道上，堆料機(jī)和取料機(jī)相錯(cuò)時(shí)最近處間距1.2m。整個(gè)料場(chǎng)被中間通道分為東西兩個(gè)料條，每個(gè)料條各有1臺(tái)堆料臺(tái)機(jī)，2臺(tái)取料機(jī)，兩料條設(shè)備無(wú)交叉作業(yè)。因兩側(cè)原有建筑限制，罩棚封閉時(shí)需在東西兩側(cè)設(shè)置立柱，高出堆料機(jī)最高處和檢修空間，頂面采用鋼結(jié)構(gòu)拱形網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，屋蓋坐在支撐立柱上。在料棚初步設(shè)計(jì)中有兩種方案可供選擇，第一種：為單拱單跨（120m跨度）球型網(wǎng)架拉索結(jié)構(gòu)，直接橫跨兩個(gè)料條。第二種：改動(dòng)堆料機(jī)或取料機(jī)，增加中間通道空間，在兩料條中間設(shè)立中柱，為單拱雙跨球型網(wǎng)架結(jié)構(gòu)。考慮堆料機(jī)最大起升高度和檢修空間，總結(jié)構(gòu)高度控制在32.7m左右。

2.1? 方案優(yōu)選

2.1.1? 結(jié)構(gòu)形式優(yōu)選

本項(xiàng)目罩棚分別從結(jié)構(gòu)安全性、工藝適應(yīng)性和經(jīng)濟(jì)性三個(gè)方面對(duì)單拱單垮和單拱雙跨結(jié)構(gòu)方案進(jìn)行優(yōu)選分析（圖2）。

結(jié)構(gòu)安全性。單拱單垮結(jié)構(gòu)，跨度為120m，網(wǎng)架結(jié)構(gòu)需采用加強(qiáng)加大型材料加設(shè)拉索網(wǎng)架結(jié)構(gòu)形式。這樣兩側(cè)立柱將承受較大橫向剪切力和拉力，立柱因此設(shè)計(jì)過(guò)大。此外，由于拱形網(wǎng)架矢高較低，拉索的效率更低，在風(fēng)荷載控制組合作用下更容易出現(xiàn)拉索松弛現(xiàn)象，不利于結(jié)構(gòu)受力，從而降低結(jié)構(gòu)的安全性。拉索高度24米，拉索的預(yù)張及錨固需要有資質(zhì)的專業(yè)隊(duì)伍施工，使用期間需經(jīng)常檢測(cè)拉索的變形，如變形過(guò)大要及時(shí)調(diào)整，維護(hù)不方便。

單拱雙跨方案，取消拉索，增加中間立柱，跨度減小一半，屋架設(shè)計(jì)降低幾個(gè)等級(jí)，三排立柱支撐下結(jié)構(gòu)更加穩(wěn)定。

2）工藝適應(yīng)性。經(jīng)過(guò)前期試算，采用單拱單跨方案，兩側(cè)柱子無(wú)論采用混凝土柱還是鋼管混凝土柱，截面規(guī)格尺寸過(guò)大且不經(jīng)濟(jì)，因屋蓋反力增大，邊柱規(guī)格需提高一個(gè)等級(jí)，截面尺寸接近2.5m×2.5m，大大占用料場(chǎng)空間，因料場(chǎng)東側(cè)擋墻和西側(cè)建筑限制，大型立柱安裝困難。

綜合混勻料場(chǎng)被中間通道分割為兩個(gè)料條，中間道路為檢修人員通道，大型機(jī)械無(wú)法通過(guò)，中間設(shè)立柱子后不影響人員通行，對(duì)料場(chǎng)整體存放料更不影響。通道東側(cè)為取料機(jī)，西側(cè)為堆料機(jī)，各自作業(yè)，互不影響，因此料棚中間設(shè)立柱方案利用率更高，且節(jié)省材料。

3）經(jīng)濟(jì)性。經(jīng)初步對(duì)比，單拱雙跨方案，改造縮短堆料機(jī)機(jī)尾費(fèi)用約為20萬(wàn)元，但比單拱單跨方案用鋼量節(jié)省至少15%-20%。此外，設(shè)立中柱，上部結(jié)構(gòu)傳至邊柱的反力減小，邊柱設(shè)計(jì)尺寸減少，土建部分用量也相應(yīng)減少。經(jīng)比較，中間設(shè)立中柱的單拱雙跨結(jié)構(gòu)綜合造價(jià)成本相比單拱單跨費(fèi)用至少降低10%。

從安全性、適應(yīng)性和經(jīng)濟(jì)性三方面分析對(duì)比，最終確定本項(xiàng)目主結(jié)構(gòu)采用單拱雙跨球型網(wǎng)架結(jié)構(gòu)。

2.1.2? 邊柱尺寸確定

在已選定單拱雙跨方案中，考慮到東側(cè)擋墻、西側(cè)通廊限制、堆料機(jī)和取料機(jī)凈空要求及體系受力特征，邊柱采用圓柱鋼管混凝土結(jié)構(gòu)，是比較可行的方案。東側(cè)擋墻距離堆料機(jī)機(jī)尾尺寸約為3.5m，因擋墻基礎(chǔ)影響，柱子外側(cè)距擋墻需相隔1.5m距離，堆料機(jī)工作時(shí)需和柱子保持0.6m-1m安全距離，邊柱尺寸寬度確定為1m，考慮邊柱主要承受橫向剪力和拉力，故邊柱采用抗剪抗拉強(qiáng)的圓柱鋼管混凝土結(jié)構(gòu)，直徑為1m。西側(cè)為通廊和配料室，通廊區(qū)域空間較大，邊柱采用和東側(cè)一樣直徑為1m的圓柱鋼管混凝土結(jié)構(gòu)。配料室為鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，其外墻距取料機(jī)1.4m，間距過(guò)小，經(jīng)測(cè)算后，在配料室柱子上加設(shè)鋼結(jié)構(gòu)牛腿平臺(tái)，牛腿平臺(tái)中心和西側(cè)柱子為同一軸線，配料室區(qū)域網(wǎng)架支撐在牛腿平臺(tái)上，采用活動(dòng)鉸座連接，使罩棚結(jié)構(gòu)和配料室分隔為兩體，解決該段區(qū)域立柱問(wèn)題（圖3）。

2.1.3? 柱高確定

考慮堆料機(jī)最大起升高度和檢修空間，罩棚總高度控制在32.7m，拱底凈高為24m，拱頂凈高為28m。受場(chǎng)地限制，柱子截面尺寸最大確定為1m，柱子截面過(guò)小，當(dāng)高度增加時(shí)，因其截面未達(dá)到抗壓極限強(qiáng)度，由于屈曲（即穩(wěn)定）將會(huì)破壞，故柱子設(shè)計(jì)最高為16m。為了滿足罩棚空間要求，柱頂上部改為局部球形網(wǎng)架和屋蓋連為一體，共同支撐屋架系統(tǒng)，滿足結(jié)構(gòu)體系要求（圖3）。

2.1.4? 中柱尺寸確定