某超大跨度干煤棚结构设计和研究.pdf

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1、钢结构工程研究⑩《钢结构》2014增刊某超大跨度干煤棚结构设计与研究刘培祥陈宏(清华大学建筑设计研究院有限公司，北京100084)提要：某干煤棚结构跨度为174m，本文对柱面网壳和桁架结构两种结构形式进行了结构选型分析，并完成了桁架结构设计。利用结构分析与设计软件Midasgen对整体结构进行了静力分析、振型分析，并考虑了各工况的非抗震设计组合和抗震设计组合，分析结果表明结构的各项指标均满足相关规范要求，可供类似项目参考。关键词：干煤棚：超大跨度；柱面网壳：桁架：结构选型1．工程概况山西某煤矿集团拟建设2x660MW级机组热电厂工程，其中包括新建一座超大跨度封闭储煤场(干

2、煤棚)。储煤场横向跨度约为174m，纵向长度约为189m，储煤场高度需根据斗轮机包络线确定。干煤棚内设有运煤皮带、斗轮机等工艺设备，其中斗轮取料机两台。斗轮机堆取料机最大回转半径约35m，斗轮直径约7．5m，回转中心偏心2m，取料机俯仰半径约35m。储煤仓内部须满足斗轮机的自由回转，并保证干煤棚内各点的净空安全距离即斗轮机包络线与主体结构内表面距离不得少于2m。另外，储煤场主体结构跨度两端各设置一道检修马道，马道净宽度为lm，并设置三处爬梯通至地面。储煤场屋面采用氟碳漆膜高强度单层彩色压型钢板，煤场内设自然采光带，并设计有除尘及通风、消防、照明、有害气体浓度监测报警系统等

3、。干煤棚效果图见图1。图1干煤棚效果图钢结构工程研究⑩《钢结构》2014增刊2．设计条件1)总体指标根据国家现行规范及设计任务书要求，本项目结构设计使用年限50年，结构安全等级为一级；抗震设防类别为标准设防类。2)结构作用(1)永久荷载：0．30心／m2(2)可变荷载：0．50kN抽2，局部马道吊挂荷载为1．00kN／m2(3)基本风压：本工程结构形式为风致敏感结构，且为超大跨度；根据文献【l】【2】的规定，基本风压采用100年一遇取值为0．65kN／m2，并充分考虑风致效应的不利影响。(4)基本雪压：0．35kN／m2(属对雪荷载敏感的结构，取100年一遇)；并考虑积雪

4、不均匀系数。(5)温度作用：升温30℃，降温30℃(6)支座强迫位移：横向水平位移量△殳10姗；竖向位移量A_<50mm(7)地震作用：根据文献[3】，本项目所在地区抗震设防烈度为7度，设计基本地震加速度值为0．159，设计地震分组为第一组，建筑场地类别为II类，特征周期Tf0．35s，结构地震效应分析时，阻尼比为0．02。3．结构选型干煤棚常用结构形式为网壳结构(圆柱面网壳或三心圆柱面网壳)、桁架结构或单跨框架结构、张弦梁(桁架)结构等，由于单跨框架结构为梁式受弯结构，大跨度乃至超大跨度干煤棚结构很少采用。本项目干煤棚为满足工艺设备运转要求，结构横向跨度约174m，结构

5、高度约为50m，结构横剖面图如图2所示。图2干煤棚横剖面图1)方案分析由于干煤棚纵向长度约为189m，考虑到当地温差变化较大，为降低温度作用对结构的586钢结构工程研究⑩《钢结构》2014增刊不利影响，本工程沿干煤棚纵向设置一道结构缝将整个结构分为两个单体，单个结构长度约为94m。干煤棚通常采用两纵向边支承，常用的结构形式为柱面网壳。(1)结构形式干煤棚一般通常采用三心圆柱面或圆柱面等柱面网壳结构形式，结构的基本单元通常为正放四角锥形式，少量采用正放斜置四角锥、正放抽空四角锥形式。因存在侧向稳定性方面的顾虑而很少采用大跨度桁架结构，这里进行结构选型方面的初步分析。(2)结

6、构几何参数本项目分别初步试算了柱面网壳方案和倒三角形空间桁架结构方案，根据文献i4}和文献【5】的规定以及试算的结果。初步设定柱面网壳厚度为4．5m～5．2m，网格大小为5．1(4．6)113x(5-5．6)rn；初步设定桁架结构厚度为4．5m，桁架上弦间距为5m，每榀间距为14m，桁架分格大小为5．2m。(3)支承方式柱面网壳的支承方式通常有三种：上弦节点支承、下弦节点支承和上下弦节点共同支承。采用上下弦节点支承能取得较好的技术、经济效果，不过此类支承对网壳而言类似固接支承，较大程度限制了支座处的转角，将产生较大的弯矩作用，对支座附近杆件非常不利。本支承形式对支座位移尤

7、其敏感，对于基础沉降或煤场堆载引起支座位移不能准确控制时宜避免采用本支承，由于本结构为超大跨度，慎重考虑不采用本支承形式。为尽量减少结构跨度并对上弦节点支承和F弦节点支承两种支承方式的内力进行了初步分析，本工程柱面网壳及桁架结构均采用下弦节点支承形式。(4)方案比较取单个结构单元分别建立柱面网壳方案和桁架结构方案模型，进行了永久荷载、可变荷载、风荷载及温度作用的静力分析，并充分考虑半跨荷载及支座强迫位移等不利影响，两种结构方案的对比结果如表1。网壳方案中檩条布置采用主次檩条方案，主檩条间距为网壳纵向网格大小约为5．1m，次檩条