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1、熟料库无中心支撑屋盖结构设计要点一32一水渗T熟料库无中心支撑屋盖结构设计要点2008.No.2马明,张长乐,郝成新,张宏,钱基宏(1.中国建筑科学研究院,北京100013;2.安徽海螺建材设计研究院,安徽芜湖241000)摘要:介绍了传统熟料库设计中存在的问题,提出熟料库无中心支撑屋盖结构体系.针对新结构体系设计中的关键因素进行分析,提出一系列结构构造措施及分析方法.关键词:熟料库设计;温度变形;疲劳分析中图分类号.TQ172.683文献标识码:B文章编号:1002—9877(2008)02一O032—04O引言水泥熟料库主要由混凝土筒仓,屋盖及库顶房构成.库顶房是拉链机和皮带输送机桁
2、架等结构的支撑结构,其内部安装有拉链机,除尘器等设备.水泥熟料通过拉链机桁架从库顶房下料口送人熟料库内.由于库顶房承受较大的荷载作用,传统熟料库在筒仓中间设计有混凝土框架或混凝土中柱(筒)以支撑库顶房.随着5O00ffd甚至10O00ffd的超大型生产线的增多,熟料库的规模也在扩大,存在的问题也凸显出来,体现在:①5O00ffd生产线的熟料库拉链机平台距地面通常高达45m,熟料对混凝土中柱的冲击力很大.据统计,使用2～4年后,混凝土中柱即会受到严重损伤.②熟料库是一个封闭的筒体,只有很小的出人口,大型机械设备无法进出.一旦混凝土中柱受到损伤,需全线停产以进行修复,修复难度大,成本高.③混
3、凝土中柱受到严重损坏后,会产生较大的安全隐患.同时熟料库内环境恶劣,监控损伤困难.对此,我们对熟料库功能与受力情况进行分析,提出在熟料库中采用无中心支撑屋盖结构体系,取消混凝土中柱,消除上述隐患.1设计条件与关键问题传统的熟料库结构见图1.其屋盖仅用于覆盖混凝土筒仓,保护熟料不受风吹雨淋,库顶房承受的设备荷载,拉链机桁架荷载等均由混凝土中柱承受.在无中心支撑屋盖结构体系中,屋盖结构仍支撑于混凝土筒仓顶部.由于取消了混凝土中柱,屋盖结构不仅承受屋面部分荷载,还起到支撑库顶房和其所承受的各种荷载的作用.熟料库屋盖结构承受的荷载主要有以下几类:1)静荷载:包括恒荷载,活荷载,积灰荷载,雪荷载和
4、风荷载等,可根据建造地域,建筑做法与构件截面参照相关规范来选取.其中库顶房楼面活荷载取4kN/m;根据GB50009--2001《建筑结构荷载规范》与GB50295--1999((水泥工厂设计规范》,熟料库屋盖坡度36.,积灰荷载可取0.45kN/m2;库顶房屋顶积灰荷载取1.0kN/m.,图1传统熟料库结构布置2)地震作用:根据建造地域及GB5001l一2001{建筑抗震设计规范》进行计算.3)拉链机和皮带输送机桁架反力.拉链机桁架用于将水泥熟料从地面或其他中转库输送到库顶房的下料口.部分熟料库之间还有皮带输送机桁架,用于不同熟料库之间熟料的运转.这两类结构均支撑于熟料库库顶房.桁架反
5、力以竖向力为主,水平反力主要由垂直桁架方向的风荷载及摩擦力产生.4)动力作用:库顶房内设备运行会产生动力作用;拉链机运行时料斗与结构构件的碰撞也会产生动力作用.动力作用对结构的影响不仅表现在强度上,还表现在结构疲劳影响上,是影响结构设计的关键因素之一.5)温度作用:由于熟料温度高,数量大,库内温2008.No.2马明,等:熟料库无中心支撑屋盖结构设计要点一33一度高达120~C.熟料库屋盖采用钢结构,筒仓下部为混凝土结构,钢与混凝土热膨胀系数不一样,这就决定了在温度变化时,屋盖与混凝土筒仓变形不一致.屋盖结构设计必须协调好两者间的相对变形.温度作用是影响设计的关键因素之一.2结构布置采用
6、无中心支撑的熟料库,要实现传统熟料库的所有功能.因此,库顶仍由屋盖,库顶房两部分组成(见图2),屋盖不单纯起到覆盖混凝土筒仓的作用,还起到支撑库顶房的作用.熟料库屋盖采用正放四角锥螺栓球网架,网架外形为圆台形,屋顶坡度36.,最外环直径60.4m.整个网架支撑于混凝土筒仓顶部环梁上.网架支座采用径向释放环向约束的单向支座形式,沿环梁布置有32个支座.图2熟料库屋盖结构模型三维视图库顶房由钢结构平台以及外墙,房顶构成.钢结构平台上铺有混凝土楼板,设备及拉链机和皮带机桁架等均支撑于库顶房钢平台上.网架屋盖内环上下弦之间伸出16根钢柱,库顶房钢平台通过周边环梁支撑于钢柱之上,环梁直径15.2m
7、.熟料库屋面及库顶房外墙均采用单层压型钢板,库顶房拉链机和皮带机桁架通过部位预留孔洞.屋盖钢结构材料均采用Q235钢材.3关键问题分析熟料库无中心支撑屋盖是众多设备与桁架结构的支撑结构,不仅传递竖向力,还将水平力传递到混凝土筒仓.熟料库屋盖工作环境恶劣,受力情况复杂.在众多荷载与作用当中,温度和动力对整个结构的设计起到了控制性作用.3.1温度作用由前述可知,温度变化时,混凝土筒仓与屋盖结构相对变形较大,如将屋盖结构与混凝土筒仓完全约
