85m直徑熟料庫(kù)鋼網(wǎng)架屋蓋設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

朱玉林，董哲武，孫勇，李運(yùn)軍，凌進(jìn)，蔡樹珍（安徽中亞鋼結(jié)構(gòu)工程有限公司，安徽 合肥 230051）

0 前言

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，基礎(chǔ)建設(shè)需要消耗更多的建筑材料，水泥工廠的生產(chǎn)能力需要不斷擴(kuò)大，對(duì)儲(chǔ)料倉(cāng)庫(kù)的建筑面積和儲(chǔ)能提出了更高的要求，熟料庫(kù)作為水泥工廠重要的儲(chǔ)庫(kù)，當(dāng)然也面臨著增大儲(chǔ)量的迫切需求[1,2]。本文闡述了某水泥工廠建設(shè)的直徑85m的熟料庫(kù)鋼屋蓋設(shè)計(jì)與建造過程，建成儲(chǔ)量約285000t。

1 設(shè)計(jì)

1.1 工程概況

本項(xiàng)目為水泥熟料冬儲(chǔ)倉(cāng)庫(kù)，混凝土圓庫(kù)直徑85m，壁厚0.9m，高27m，棱臺(tái)形狀鋼屋蓋網(wǎng)架凈高28.16m，矢跨比約為1/3。網(wǎng)架下弦圓周設(shè)40個(gè)單向滑動(dòng)支座，支座球球心標(biāo)高27.470 m，庫(kù)頂H型鋼平臺(tái)直徑 18.5 m（15.5+2×1.5），鋼平臺(tái)面標(biāo)高56.230 m，其通過支托板架設(shè)在棱臺(tái)頂部網(wǎng)架上（直徑15.5 m）。鋼平臺(tái)布設(shè)收塵器、鋼廊道、皮帶機(jī)設(shè)備、帶檢修葫蘆的庫(kù)頂房屋蓋等。屋面為單層750型彩鋼板。

1.2 設(shè)計(jì)參數(shù)

鋼網(wǎng)架采用Q235B鋼管，應(yīng)力比0.85，拉壓桿長(zhǎng)細(xì)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(fēng)荷載0.35 kN/m2（R=100），根據(jù)高度按B類場(chǎng)地取風(fēng)壓高度變化系數(shù)，考慮風(fēng)振系數(shù)1.50[4]。溫差考慮60℃，-30℃。鋼平臺(tái)樓面恒載取H型鋼平臺(tái)自重+花紋鋼板自重+工藝設(shè)備恒載，鋼平臺(tái)樓面活載取工藝設(shè)備活載并考慮振動(dòng)系數(shù)。安全起見，對(duì)棱臺(tái)網(wǎng)架進(jìn)行非線性穩(wěn)定分析，初始幾何缺陷分布采用結(jié)構(gòu)最低階屈曲模態(tài)，缺陷最大值按跨度的1/300，安全系數(shù)K取4.2[5]。

圖1 熟料庫(kù)剖面圖

1.3 計(jì)算結(jié)果

熟料庫(kù)鋼網(wǎng)架采用中國(guó)建研院網(wǎng)架程序MSGS設(shè)計(jì)，浙江大學(xué)空間結(jié)構(gòu)程序MST復(fù)核對(duì)比，穩(wěn)定計(jì)算及施工驗(yàn)算采用同濟(jì)大學(xué)鋼結(jié)構(gòu)程序3D3S。熟料庫(kù)棱臺(tái)網(wǎng)架撓度值80mm，遠(yuǎn)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(kù)頂房網(wǎng)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(jié)構(gòu)陣型數(shù)取25，經(jīng)計(jì)算，基本滿足XYZ方向質(zhì)量參與系數(shù)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(dòng)），T=0.53s

圖3 第二階陣型（Y向平動(dòng)），T=0.51s

圖4 第三階陣型（扭轉(zhuǎn)），T=0.39s

線性穩(wěn)定模態(tài)系數(shù)為60.0，不完善（初始幾何缺陷）結(jié)構(gòu)荷載級(jí)40.1，說明結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性滿足要求。

圖5 線性穩(wěn)定模態(tài)，穩(wěn)定系數(shù)60.0

2 加工送檢

2.1 檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)

本項(xiàng)目網(wǎng)架為業(yè)主抽檢送樣，檢測(cè)單位為徐州國(guó)家網(wǎng)架質(zhì)量檢驗(yàn)中心。項(xiàng)目抽取5類10根桿件，做實(shí)物組合拉力實(shí)驗(yàn)。試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)是《鋼網(wǎng)架螺栓球節(jié)點(diǎn)》JG/T 10[7]和《鋼網(wǎng)架螺栓球節(jié)點(diǎn)用高強(qiáng)度螺栓》GB/T 16939[8]。該實(shí)驗(yàn)方式在現(xiàn)行鋼結(jié)構(gòu)驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)中不再有描述[9]，但仍被相關(guān)單位所認(rèn)可。

2.2 檢驗(yàn)結(jié)果

送檢樣品全數(shù)合格,。出具的合格報(bào)告有三種結(jié)果：（1）螺栓斷（數(shù)據(jù)滿足對(duì)應(yīng)螺栓機(jī)械拉力載荷值，單位：kN）；（2）鋼管斷（數(shù)據(jù)滿足技術(shù)要求370～500 MPa）；（3）焊縫斷（數(shù)據(jù)滿足鋼管的技術(shù)要求370～500 MPa），見圖6，7。

圖6 桿件實(shí)驗(yàn)夾具及實(shí)驗(yàn)結(jié)果1類

圖7 桿件實(shí)驗(yàn)結(jié)果2類和3類

3 施工方法

3.1 棱臺(tái)網(wǎng)架起頭

該項(xiàng)目屬于超過一定規(guī)模的危險(xiǎn)性較大的工程項(xiàng)目，編制了專項(xiàng)施工方案并舉行了專家論證會(huì)。項(xiàng)目起頭采取庫(kù)壁打化學(xué)錨栓+鋼絲繩背索方式，嚴(yán)格控制其變形，直至閉合成環(huán)，見圖8，9。

圖8 背索起頭驗(yàn)算模型

圖9 背索起頭閉合成環(huán)（合位移最大值3.5mm）

3.2 網(wǎng)架合攏驗(yàn)收

全過程關(guān)鍵點(diǎn)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，逐圈向上以螺栓球節(jié)點(diǎn)模塊散裝施工，項(xiàng)目施工段監(jiān)測(cè)位移與計(jì)算值吻合度達(dá)90%以上，過程安全及質(zhì)量可控。

本項(xiàng)目在施工中未出現(xiàn)一例安全事故，施工質(zhì)量也得到了業(yè)主的認(rèn)可，項(xiàng)目驗(yàn)收非常順利。設(shè)計(jì)制圖在檐口等細(xì)節(jié)上處理較為到位，支座外側(cè)一圈設(shè)擋水凸臺(tái)及預(yù)埋板供檐口封閉固定角鐵使用。從棱臺(tái)網(wǎng)架屋面到庫(kù)頂房網(wǎng)架屋面都實(shí)現(xiàn)了很好的防塵、觀瞻效果，見圖10，11。

圖10 棱臺(tái)網(wǎng)架施工過程

圖11 廊道視角竣工照片

4 結(jié)語

本項(xiàng)目鋼屋蓋網(wǎng)架從設(shè)計(jì)到施工均由我單位完成，從項(xiàng)目合同簽訂開始即成立專門工作小組，動(dòng)態(tài)協(xié)調(diào)設(shè)計(jì)研發(fā)、采購(gòu)加工、制作安裝。工作小組始終堅(jiān)持“安全質(zhì)量”兩手抓的生產(chǎn)作業(yè)方針，做到保質(zhì)保工期完成建設(shè)任務(wù)。

設(shè)計(jì)研發(fā)采用了支座處三層網(wǎng)架加強(qiáng)圈的方式，有力的控制了網(wǎng)架螺栓的直徑、避免了出現(xiàn)焊接球，為項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)高效安裝，保證質(zhì)量做好了鋪墊。施工過程輔以動(dòng)態(tài)計(jì)算分析，網(wǎng)架關(guān)鍵點(diǎn)位實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。項(xiàng)目的完成集合了多部門多專業(yè)的協(xié)作，供業(yè)界同仁參考交流。