常用封閉煤場結構形式綜述

張金龍

摘 要：本文介紹了目前常用的幾種封閉煤場結構形式，總結不同結構形式的受力特性、結構對堆取煤設備的適應性、使用的煤場形狀及跨度以及結構的優缺點，明確結構形式的應用范圍，以期為封閉煤場方案設計提供參考。

關鍵詞：門式剛架;桁架結構;氣膜結構;預應力張弦桁架結構

中圖分類號：TU318 文獻標識碼：A 文章編號：1003-5168（2021）23-0117-03

Abstract： This paper introduces several commonly used structural forms of closed coal yard， summarizes the mechanical characteristics of different structural forms， the adaptability of the structure to coal stacking and taking equipment， the shape and span of the coal yard used， the advantages and disadvantages of the structure， and defines the application scope of the structural form， which can be used as a reference for the scheme design of closed coal yard.

Keywords： portal frame;truss structure;gas film structure;prestressed truss string structure

改革開放以來，隨著我國電力事業的發展，封閉或半封閉的儲煤結構得到了廣泛應用。近年來，環保部門陸續出臺相關規定，明確提出大型煤堆、料堆要實現封閉管理。國內新建電廠基本均要求建設封閉煤場，而老電廠的煤場多為露天或周圍設防風抑塵網遮擋，無法滿足國家及地方環保政策的要求，因此國內存在較多老電廠煤場需要進行封閉改造。煤場在采取封閉措施后，基本避免了傳統露天煤場容易產生的揚塵問題，有效降低了煤場對周邊環境的影響，也避免了由于雨水沖刷而產生大量煤污水排入雨水系統而對地表水造成污染的情況。另外，煤場實施封閉改造后也能有效減少煤的風吹損失，降低了經濟損失。

煤場封閉結構按形式主要分為門式剛架結構、管桁架結構、網架與網殼結構、筒倉結構、氣膜結構和預應力張弦桁架結構等[1]。

1 門式剛架結構

門式剛架結構的構件包括梁柱剛接組成的門式剛架、柱間支撐、剛性系桿、抗風山墻柱及圍護結構，如圖1所示。屋面及墻面圍護結構采用檁條和彩鋼板，主要特點有受力簡單、傳力路徑明確、構件制作快捷、便于工廠化加工、施工周期短、工程造價低以及易維護等。

門式剛架結構單跨跨度一般不大于36 m，多為低矮型建筑，一般用于中小跨度煤場封閉，可采用連續多跨剛架增大儲煤空間。受制于結構空間尺寸，儲煤能力一般較小，存取煤主要依賴推煤機和自卸汽車，無法實現自動堆取。

2 管桁架結構

管桁架結構主要由兩個方向的主桁架和副桁架、桁架間支撐和圍護結構組成，如圖2所示。屋面及墻面圍護結構采用檁條和彩鋼板。桁架桿件主要承受軸向壓力或拉力，能充分利用材料的強度。節點處采用鋼管與鋼管直接焊接的相貫節點，主要特點有結構對煤場平面形狀適應性較好、構件工廠化加工制作、現場施工組裝、節約建設周期、結構堅固耐用以及易維護等。但由于管桁架均為焊接相貫節點，現場安裝焊接工作量較大，對施工質量控制要求較高。該結構適用于中小跨度煤場封閉，能夠適應各種煤場形狀。它既能適應推煤機和自卸汽車的存取煤方式，也能適應斗輪機等自動存取煤設備。管桁架一般用于中小跨度的用鋼量較小，跨度增大后則用鋼量顯著增大。

3 筒倉結構

筒倉結構可分為鋼筋混凝土筒倉和鋼筒倉，水平橫截面一般為圓形。鋼筋混凝土筒倉為薄殼結構，鋼筒倉由鋼板加環向和豎向加勁肋組成，下方坐落在環形或筏板基礎上。筒倉直徑為10～21 m，目前最大直徑已達40 m，儲量較大，一般建設多個以達到電廠的儲煤需求。筒倉結構能夠實現皮帶取料，裝煤時可據筒倉個數和布置方式，采用直接入倉、卸料車入倉、配煤皮帶入倉等方式。卸煤時可通過倉下設置的活化給料機或環式給料機，通過皮帶輸送機拉出或在倉下設置地磅直接裝車。筒倉占地面積相比其他儲煤方式較小，自動化程度高，可實現無人值守，節約人員成本，生產過程產生的煤塵不外溢，維護費用低。但筒倉前期投資高，施工工期長，倉底出料口易發生棚拱、堵倉事故，不易處理，對地基基礎要求比較嚴格，費用浮動較大。

4 網架與網殼結構

網架與網殼結構是現今應用廣泛的一種煤場封閉結構形式，根據體型可分為平面網架、柱面網殼結構和球面網殼結構。網架與網殼結構屬于多次超靜定結構，主要由桿件和節點組成，基本單元為三角錐和四角錐單元，通過基本單元的重復和組合，形成各種網架和網殼結構。常用的有三角錐、正交正放四角錐、正交正放抽空四角錐以及斜放四角錐等。圍護結構采用檁條和彩鋼板。桿件為軸心受力構件，材料強度能夠充分利用。節點主要有十字交叉鋼板節點、焊接空心球節點、螺栓球節點、直接匯交節點和焊接鋼管節點。目前，國內最常用的節點形式是焊接空心球和螺栓球節點[2]。

網架與網殼結構具有以下特點：

整體性好，空間剛度大，抗震性能好;加工制作工廠化，桿件和節點定型化、商品化生產，投資較低;可以利用原有場地及堆取料設備，靈活劃分為多個單元，可同時儲存多個煤種;傳力途徑簡潔，空間剛度大，抗震性能好;可實現自動化堆取煤，工期短，施工迅速;節點多，維護量大，費用高，占地面積大;滿應力設計，安全余度小，高空作業時間長，安全風險較大;水平推力大，柱距小，基礎工程量大，造價高。

平面網架一般用于小跨度煤場封閉，下端采用獨立柱支撐，高度需根據使用空間確定。網殼用于中大跨度煤場封閉，柱面網殼下端一般為獨立柱，高度一般較低，球面網殼下端采用環形支撐方式，四周擋煤墻高度為10～25 m。網架與網殼跨度為70～130 m，一般用鋼量為40～70 kg/m2，經濟跨度為70～90 m。堆煤方式可以采用棚頂棧橋落煤和堆煤，裝載機裝車運輸，也可以采用棚內堆取料機等設備進行堆取煤。條形煤場一般采用沿直線軌道行進的斗輪機或龍門架進行堆取煤。圓形煤場一般采用回轉式斗輪機進行堆取煤。

5 氣膜結構

氣膜結構是一種新興的建筑形式。氣膜依靠內外氣壓差來支撐，內部無須任何框架或梁柱支撐，沒有受彎、受扭和受壓的構件。整體結構主要包括：基礎系統、設備系統、控制系統、鋼索系統、照明系統以及氣密系統等。膜材是由織物基材（聚酯纖維）和多層涂層復合而成的薄膜材料，表面經過特殊處理，其抗拉強度相當于同樣厚度鋼板的抗拉強度，使用壽命達到25年，同時配備一套智能化的機電設備作為在氣膜建筑內部提供空氣的正壓支撐結構系統[3]。現在氣膜煤棚在煤炭系統已有應用，跨度可達到150 m，長度不受限，高度大約是跨度的1/3，因為質量輕、基礎小、單位面積造價低，得到了大范圍推廣。

氣膜結構具有以下特點：投資低，且后續可以搬遷，可以利用原有場地堆取料設備;需要配置通風風機，保證氣膜內外壓差，且必須長時間運行，對供電有一定要求;有專門進出車通道，且為保證棚內壓差，有兩道閉鎖門，在汽車運煤等進出車頻繁時會造成不便。

6 預應力張弦桁架結構

預應力張弦桁架結構屬于鋼結構的前沿技術，已廣泛應用于大型體育場館及機場項目，可以獲得較大的內部使用空間及復雜的空間造型[4-5]。結構主要由主桁架、預應力索（跨度方向）、副桁架（長度方向）、水平支撐或拉索以及山墻桁架等組成。圍護結構采用檁條和彩鋼板。

結構內部形成自平衡體系，結構受力合理，安全穩定。應用于跨度大于100 m的煤棚，跨度越大，節約鋼材效果越好，可實現200 m以上的超大跨度煤棚封閉，目前最大應用跨度已達到229 m。基礎不均勻沉降對支座附近的節點和桿件的影響小，有利于鋼結構溫度應力的釋放。鋼結構桿件數量較少，節約加工周期，節省加工費用。張弦桁架構造簡潔，預應力管桁架桁架構造簡潔、桿件數量少。一般采用“地面拼裝、分段吊裝、高空合攏”的鋼桁架安裝工藝。基本焊接工作全部在地面完成，分段提升安裝，施工安全性高。節點焊接工作基本都在地面施工，便于業主和監理對施工質量的監控。同時，預應力管桁架非常適合滑移法施工，在技改類項目中，施工對煤場運行影響最小。結構安全可靠，使用年限長，后期維護非常方便，維護成本低。

根據上述描述對各種結構進行總結，歸納出各種結構的適用范圍，如表1所示。在具體工程設計時，要根據場地條件、儲煤量、堆取煤設備以及投資規模等因素綜合選取經濟合理的結構形式。

7 結語

本文總結了煤場封閉結構的常用形式，對每種結構形式受力特點、適用條件、施工特點以及維護特點等展開討論，可為煤場封閉結構形式的選取提供參考。

參考文獻：

[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，2007：2-7.

[2]沈祖炎，陳揚驥.網架與網殼[M].上海：同濟大學出版社，1997：17-20.

[3]王啟文.膜結構研究綜述[C]//第五屆全國結構工程學術會議論文集，1996.

[4]羅堯治.預應力張弦網殼結構[C]//第四屆全國現代結構工程學術研討會論文集，2004.

[5]曹正罡.大跨度預應力鋼結構干煤棚設計與施工[M].北京：中國建筑工業出版社，2020：50-54.