85m直徑熟料庫鋼網架屋蓋設計與實現

朱玉林，董哲武，孫勇，李運軍，凌進，蔡樹珍（安徽中亞鋼結構工程有限公司，安徽 合肥 230051）

0 前言

隨著社會經濟的不斷發展，基礎建設需要消耗更多的建筑材料，水泥工廠的生產能力需要不斷擴大，對儲料倉庫的建筑面積和儲能提出了更高的要求，熟料庫作為水泥工廠重要的儲庫，當然也面臨著增大儲量的迫切需求[1,2]。本文闡述了某水泥工廠建設的直徑85m的熟料庫鋼屋蓋設計與建造過程，建成儲量約285000t。

1 設計

1.1 工程概況

本項目為水泥熟料冬儲倉庫，混凝土圓庫直徑85m，壁厚0.9m，高27m，棱臺形狀鋼屋蓋網架凈高28.16m，矢跨比約為1/3。網架下弦圓周設40個單向滑動支座，支座球球心標高27.470 m，庫頂H型鋼平臺直徑 18.5 m（15.5+2×1.5），鋼平臺面標高56.230 m，其通過支托板架設在棱臺頂部網架上（直徑15.5 m）。鋼平臺布設收塵器、鋼廊道、皮帶機設備、帶檢修葫蘆的庫頂房屋蓋等。屋面為單層750型彩鋼板。

1.2 設計參數

鋼網架采用Q235B鋼管，應力比0.85，拉壓桿長細比均取150[3]。屋面恒載0.2 kN/m2,活荷載0.5 kN/m2（南方無雪壓）,灰荷載0.5 kN/m2，風荷載0.35 kN/m2（R=100），根據高度按B類場地取風壓高度變化系數，考慮風振系數1.50[4]。溫差考慮60℃，-30℃。鋼平臺樓面恒載取H型鋼平臺自重+花紋鋼板自重+工藝設備恒載，鋼平臺樓面活載取工藝設備活載并考慮振動系數。安全起見，對棱臺網架進行非線性穩定分析，初始幾何缺陷分布采用結構最低階屈曲模態，缺陷最大值按跨度的1/300，安全系數K取4.2[5]。

圖1 熟料庫剖面圖

1.3 計算結果

熟料庫鋼網架采用中國建研院網架程序MSGS設計，浙江大學空間結構程序MST復核對比，穩定計算及施工驗算采用同濟大學鋼結構程序3D3S。熟料庫棱臺網架撓度值80mm，遠小于撓度控制值85 000/400=215 mm[6]，用 鋼 量 低 于 55 kg/m2。 高12.3 m庫頂房網架用鋼量低于50kg/m2。最大管徑180 mm×10mm，最大螺栓M52，最大螺栓球D260。

結構陣型數取25，經計算，基本滿足XYZ方向質量參與系數超90%的要求（90.60%，91.16%，87.57%）。第一階陣型周期0.53s，前三階陣型見圖2～4。

圖2 第一階陣型（X向平動），T=0.53s

圖3 第二階陣型（Y向平動），T=0.51s

圖4 第三階陣型（扭轉），T=0.39s

線性穩定模態系數為60.0，不完善（初始幾何缺陷）結構荷載級40.1，說明結構穩定性滿足要求。

圖5 線性穩定模態，穩定系數60.0

2 加工送檢

2.1 檢驗標準

本項目網架為業主抽檢送樣，檢測單位為徐州國家網架質量檢驗中心。項目抽取5類10根桿件，做實物組合拉力實驗。試驗標準是《鋼網架螺栓球節點》JG/T 10[7]和《鋼網架螺栓球節點用高強度螺栓》GB/T 16939[8]。該實驗方式在現行鋼結構驗收標準中不再有描述[9]，但仍被相關單位所認可。

2.2 檢驗結果

送檢樣品全數合格,。出具的合格報告有三種結果：（1）螺栓斷（數據滿足對應螺栓機械拉力載荷值，單位：kN）；（2）鋼管斷（數據滿足技術要求370～500 MPa）；（3）焊縫斷（數據滿足鋼管的技術要求370～500 MPa），見圖6，7。

圖6 桿件實驗夾具及實驗結果1類

圖7 桿件實驗結果2類和3類

3 施工方法

3.1 棱臺網架起頭

該項目屬于超過一定規模的危險性較大的工程項目，編制了專項施工方案并舉行了專家論證會。項目起頭采取庫壁打化學錨栓+鋼絲繩背索方式，嚴格控制其變形，直至閉合成環，見圖8，9。

圖8 背索起頭驗算模型

圖9 背索起頭閉合成環（合位移最大值3.5mm）

3.2 網架合攏驗收

全過程關鍵點動態監測，逐圈向上以螺栓球節點模塊散裝施工，項目施工段監測位移與計算值吻合度達90%以上，過程安全及質量可控。

本項目在施工中未出現一例安全事故，施工質量也得到了業主的認可，項目驗收非常順利。設計制圖在檐口等細節上處理較為到位，支座外側一圈設擋水凸臺及預埋板供檐口封閉固定角鐵使用。從棱臺網架屋面到庫頂房網架屋面都實現了很好的防塵、觀瞻效果，見圖10，11。

圖10 棱臺網架施工過程

圖11 廊道視角竣工照片

4 結語

本項目鋼屋蓋網架從設計到施工均由我單位完成，從項目合同簽訂開始即成立專門工作小組，動態協調設計研發、采購加工、制作安裝。工作小組始終堅持“安全質量”兩手抓的生產作業方針，做到保質保工期完成建設任務。

設計研發采用了支座處三層網架加強圈的方式，有力的控制了網架螺栓的直徑、避免了出現焊接球，為項目實現高效安裝，保證質量做好了鋪墊。施工過程輔以動態計算分析，網架關鍵點位實時監測。項目的完成集合了多部門多專業的協作，供業界同仁參考交流。