選煤廠主廠房結構優化設計

劉 永

(中煤西安設計工程有限責任公司，陜西 西安 710061)

1 概述

主廠房作為選煤廠中洗選、破碎及篩分等重要環節的建構筑物，由于機械設備布置復雜，工藝管道分布密集，為配合工藝使用要求，主廠房結構布置中存在大開孔，樓層高度不一致，柱布置方式不均勻和局部樓面錯層等現象，導致結構體系存在質量和剛度分布不對稱等現象。

針對主廠房的開間尺寸不規則、荷載分布復雜以及結構跨度較大等現象，需要總結結構設計經驗，通過優化結構設計體系布置等措施，有效的改善結構剛度分布，以此達到較好的結構設計效果。

2 結構模型建立與分析

2.1 工程概況

中煤陜西榆林能源化工有限公司大海則礦井及選煤廠主廠房為鋼筋混凝土框架結構，平面尺寸47 m×40.5 m，檐口高度29.9 m。屋面采用網架結構，墻體材料為非承重空心磚，基礎采用獨立基礎及條形基礎。

按照GB 50009—2012建筑結構荷載規范附錄E.5《全國各城市的雪壓、風壓和基本氣溫》，本選煤廠所在地區基本風壓、基本雪壓為：Wo=0.40 kN/m2(50年一遇)；基本雪壓：So=0.25 kN/m2(50年一遇)。

根據中華人民共和國國家標準GB 18306—2015中國地震動參數區劃圖附錄C，本選煤廠抗震設防烈度為6度，設計基本地震加速度值為0.05g，反應譜特征周期0.35 s。設計地震分組為第一組。場地類別Ⅱ類，建筑工程抗震設防類別為丙類，框架抗震等級為三級。

2.2 計算模型

主廠房內通常布置較多振動篩、破碎機等大型振動設備，在其設備運行時會產生較大的振動荷載，因此在承受振動荷載的區域樓板厚度取值150 mm(其余區域樓板厚度取值120 mm)，并合理布置次梁減少樓板跨度，從而整體加強樓板剛度，減弱振動。

針對樓層高度不一致，在大跨度橋式起重機的空間范圍內柱截面取值較大，相鄰底層層高低，為提高使用空間，增強美觀，降低造價，可根據層高合理布置柱截面，在柱變截面處的框架梁端增設支托，使梁與柱的接觸面加大，節點的有效體積有所增加，提高節點受剪承載力。

本工程使用荷載標準值：樓面活荷載標準值：5.0 kN/m2,樓梯間活荷載標準值：3.5 kN/m2,安裝孔及檢修場地：10.0 kN/m2,屋面活荷載標準值(不上人)：0.5 kN/m2。

主廠房三維模型0如圖1(一層增設剪力墻)所示，主廠房三維模型1如圖2(未增設剪力墻)所示。

2.3 計算結果分析

1)樓層側向剪切剛度比。

Ratx，Raty(剛度比):X，Y方向本層塔剪切剛度與下一層相應塔剪切剛度的比值如圖3所示。

計算結果顯示2層的X向樓層側向剪切剛度比由4.36降到了0.40；Y向樓層側向剪切剛度比由4.36降到了0.37，有效地改善了結構側向剪切剛度比。

2)樓層側向剪彎剛度比。

Ratx，Raty(剛度比):X，Y方向本層塔剪彎剛度與下一層相應塔剪彎剛度的比值如圖4所示。

計算結果顯示2層的X向樓層側向剪彎剛度比由4.23降到了0.11；Y向樓層側向剪彎剛度比由4.23降到了0.12，有效地改善了結構側向剪彎剛度比。

3)各樓層受剪承載力。

Vx/Vxp,Vy/Vyp:本層與上層樓層承載力的比值(X,Y方向)如圖5所示。

計算結果顯示1層的X向受剪承載力比由0.77優化到了0.94；Y向受剪承載力比由0.69優化到了0.92，有效地改善了結構受剪承載力比。

4)風荷載作用下的最大層間位移角如圖6所示。

計算結果顯示1層的X向及Y向風荷載作用下的最大層間位移角均得到了有效的改善。

5)地震荷載作用下的最大層間位移角如圖7所示。

計算結果顯示1層的X向及Y向地震荷載作用下的最大層間位移角均得到了有效的改善。

剛度比是指相近樓層側向剛度的比值，樓層抗側力結構的層間受剪承載力，指的是該層全部柱、剪力墻、斜撐在所考慮的水平地震作用方向上的受剪承載力之和。以上指標均為規范規定中用來判斷豎向規則性的一種參考性指標，主要為限制結構豎向布置的不規則性，避免結構剛度沿豎向突變，形成薄弱層。新《高層建筑規范》的3.5.3條規定，A級高度高層建筑的樓層抗側力結構的層間受剪承載力不宜小于其相鄰上一層受剪承載力的80%，不應小于其相鄰上一層受剪承載力的65%；B級高度高層建筑的樓層抗側力結構的層間受剪承載力不應小于其相鄰上一層受剪承載力的75%。

3 結語

本文以實際工程為例，通過在底層邊跨跨中局部增設剪力墻，對比模型分析可大幅度降低樓層側向剪切、剪彎剛度比,改善了側向剛度不規則性。提高樓層受剪承載力，減弱樓層承載力突變。減小層間位移角，從而提高結構抗側剛度，可為同類廠房的設計提供參考借鑒。