大跨度干煤棚網架結構的設計與施工

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摘要：主要介紹了吉化106電廠干煤棚大跨網殼的結構選型，結構設計，并對一，二期網殼在后期的對接從設計和施工的角度進行綜合考慮，同時根據現場的實際情況對施工方法進行了分析，為今后類似工程提供經驗積累。

關鍵詞：干煤棚網殼；結構選型；施工方法

1.工程概況

吉化公司106廠是吉化公司的動力中心，該廠提供了吉化公司各生產廠的大部分電能，是吉化集團公司的重要的能源基地。為了應對燃煤資源的緊張，提高燃煤的燃燒性能，達到節(jié)能增效的目的，106廠特新建干煤棚，來保證燃煤的干燥度，使其燃燒時能更充分，獲得更好的經濟效益。

干煤棚內設置一臺斗輪機，斗輪機臂長25米，仰角為16°，斗輪機軌道位于煤廠中間。根據工藝及現場條件要求，網殼的設計跨度為68米，高度為32米，棚頂采用單層壓型彩鋼板。工程分兩期進行施工，一期施工縱向長度為30米，二期長度為60米。

2.結構選型

根據工藝的要求以及現場條件的限制因數，干煤棚的設計跨度取為68米，而且在距干煤棚邊6米處的凈高要求達到18米。通常對于這類大跨結構的應用中，采用較多的有大跨門式剛架結構以及雙層柱面網殼結構，通過多種方案的比較，干煤棚采用落地雙層圓柱面網殼結構形式，干煤棚網殼的橫斷面為三心圓柱面，中間大圓半徑為40.3米，兩邊小圓半徑為19.8米，整個斷面由于受到凈高要求而形成向外突出形，這樣可以使結構在滿足受力要求情況下，結構表面面積最小，以減少屋面板的用量，降低工程造價。

3.結構分析和設計

⑴荷載類型及組合

干煤棚承受的荷載主要有靜載、活荷載，由于干煤棚四面敞開式結構，受溫度的影響非常大，因此這里還考慮了溫度作用。本工程所在地的地震基本烈度為7度，還需要考慮地震作用，另外還有就是風荷載的作用了，具體的個荷載參數取值如下：

①靜荷載

網殼上僅支撐單層彩鋼板，下弦無任何懸掛荷載，故上弦靜載取0.35KN/m2，方向為垂直地面向下，網殼的自重由計算程序自動到入。

②活荷載

不上人屋面活荷載為0.5KN/m2，屋面雪荷載為0.45 KN/m2，根據荷載規(guī)范規(guī)定，活荷載按二者中最大值考慮，故活荷載為0.5 KN/m2，并考慮不均勻分布的組合情況。

③溫度作用

本工程所在地室外溫度變化為零上35度至零下35度，考慮施工時的溫度為零上10度左右，設計中考慮溫差為-45度到+25度。

④地震荷載

當地地震基本烈度為7度。

根據上面的荷載種類，進行了下列荷載組合的考慮：

①靜+活

②靜+半跨活

③靜+風（0度）

④靜+風（30度）

⑤靜+風（90度）

⑥靜+地震

⑦靜+溫度

⑧靜+活+風

⑨靜+活+溫度

⑩靜+活+地震

⑵結構分析與結果

工程采用浙江大學空間結構設計軟件Mst2005進行內力分析與設計，程序自動對預先設定的桿件截面進行滿應力優(yōu)化計算，最后得出結果。網殼厚度為2米，網格尺寸為3.0mX3.0m，桿件規(guī)格從?60到?180，網殼采用焊接球節(jié)點，其中?300X14和?350X14為帶肋球，整個網殼綜合用鋼量為49.4Kg/m2。

⑶節(jié)點細部設計

鑒于網殼的跨度較大，桿件內力大，而高強螺栓受力限制，在內力大的部分節(jié)點中無法使用螺栓球，故統(tǒng)一采用了焊接球節(jié)點。這雖然增加了網殼現場施工難度，但是使網殼的剛度和安全度都有所提高。

網殼的跨度方向尺寸是長度方向的兩倍以上，因此整個網殼的側向剛度非常弱，在起主要控制作用的風荷載參與的組合下，縱向和側向位移明顯偏大，尤其是兩端部，因此在設計中，適當的加強了兩端封邊部分，將最外側的桿件都提高了一到兩個等級。

4.網殼的制作安裝

圓柱面干煤棚根據其結構特點和施工單位的技術條件，一般有“散裝法”，“拼裝架滑移法”，“網架逐條積累整體滑移法”等施工方法，但由于本工程的場地條件限制，網殼只能在原地拼裝，所以滑移法是無法實現的，綜合考慮后本工程施工中采用了散裝和分條拼裝后吊裝相結合的方法。首先將網殼沿縱向分成三條拼裝，每條長度為10m，每一條沿跨度方向分成三段，如圖5所示。首先完成Ⅰ部分的安裝工作，在操作平臺上將Ⅰ部分組對完畢后，將Ⅰ段進行吊裝，完成支座的安裝，另一端搭設臨時支撐，并安照設計要求調整好另一端的高度。然后在按同樣的順序安裝下一條10m寬Ⅰ段，并將兩段間連接起來，將三條Ⅰ段全部對接完畢后，開始組裝Ⅱ部分，Ⅱ部分在平臺上組裝后，整體吊裝，在空中完成Ⅰ和Ⅱ兩部分的對接工作，然后在拼裝下一條Ⅱ段，完成兩段后將兩個Ⅱ段對接，如此再進行下一條的安裝直到安裝完畢?？偟陌惭b過程就是這樣的，需要注意的是在吊裝Ⅱ段的時侯，要控制好Ⅱ段的變形，如果吊點選擇不好，造成Ⅱ段空中變形過大，那么在Ⅰ、Ⅱ對接的時侯就無法調整，使對接工作失敗。因此在設置Ⅱ段的吊點時，采用五個吊點，其中有一個吊點主要是用來調整Ⅱ段的變形的，選擇外側吊點時，要求在起吊后Ⅱ段變形為稍稍向外張開，待吊到對接位置后，通過調整調節(jié)吊點繩子的長度來調節(jié)Ⅱ段向外張開的角度，來控制Ⅱ段的形狀以使它滿足對接的要求。中間Ⅱ段吊裝時，吊車站位只能是在網殼跨向外側，因此吊車的幅度要求特別大，通常吊車都無法滿足，最終選用了一臺250t的吊車吊裝，整個空中對接時間為一個臺班。

圖5 網殼分塊圖

結語

⑴吉化106廠干煤棚采用本文提出的網殼結構形式能滿足實際工程的使用要求。

⑵在大跨度的網殼設計中，網格尺寸的劃分和厚度的選擇對網殼的受力以及經濟指標都有很大的影響，因此在設計中要多進行方案的對比，選擇最優(yōu)的網格尺寸。

⑶大跨網殼的設計中，風荷載是起著控制作用的荷載，在對網殼的分荷載體型系數的選取時，應根據風洞試驗的結果或者是相類似工程試驗結果。

參考文獻：

[1].單魯陽，嚴惠 大跨度雙層圓柱面網殼結構的優(yōu)化分析 《建筑結構學報》 1999.20