某煤炭發運站封閉網殼結構計算分析

李彩霞

摘 要：近幾年以來，鋼網殼結構因其自身特點被廣泛的應用于煤炭發運站改造工程中。本文采用3D3S設計軟件對某煤炭發運站封閉鋼網殼結構進行了計算分析。分析內容包括結構在靜力荷載下的內力、變形、結構的動力特性等，得出一些有益結論，可為類似工程提供借鑒。

關鍵詞：鋼網殼結構;3D3S設計軟件;動力特性;內力;位移;荷載

一、工程概況

該發運站設有2條裝車線，1條機回線，1條安全線，有效長目前為1050系列，有效長分別為1070m（1道）、1029m（Ⅱ道）、1068m（3道），50m（安全線），可同時接發兩列5000噸小列;全線電氣化鐵路，線間距6.5m，P50軌，新Ⅱ型軌枕。用線為盡端式裝車站，裝卸站臺布置形式三線兩臺，站臺位于1道、3道外側，站臺尺寸842×40×0.5m。根據甲現有裝煤站臺情況，預期規劃工程為1、Ⅱ、3號線以及兩側各40米范圍內的裝煤站臺封閉工程。根據現場實際調查，實地測繪測量，及現有場地排水系統相互位置關系，確定發運站臺封閉工程的平面尺寸為：軸線長850米，跨度95米。

二、結構選型

發運站全封閉式儲煤場采用空間鋼網殼結構，該形式具有以下優點：

1）整體性好，剛度大，抗震能力強。2）高次超靜定結構，安全儲備能力高 。3）自身重量輕鋼材用量節約可降低下部基礎造價。4）工業化生產效率高。

三、結構分析

（一）結構布置

該煤場沿縱向均分為5個溫度區段【1】每個區段長為169.2米變形縫間距為1米。取中間典型區段為單元進行分析。結構沿跨度方向采用三心圓網殼形式，網殼結構高度不小于結構凈跨的三分之一【2】，本方案網殼結構部分高度暫定為31.5m，下部采用鋼筋混凝土短柱支撐高度為3米。縱向網格尺寸為3.6m橫向網格尺寸為3.5m網格厚度為3.6m【2】。結構采用上弦支撐方式沿結構縱向（長度方向）每隔10.8米設置支座。在建模計算中通過輸入下部混凝土相關參數得出網殼結構支座剛度，將該剛度以彈性支座形式施加在網殼支座處。

（二）設計參數

設計使用年限為50年安全等級為二級結構重要性系數取1.0【3】，抗震設防烈度為7度第三組設計基本地震加速度值為0.10g【4】場地類別為Ⅱ類，考慮水平與豎向地震作用，恒荷載取0.3KN/m2，活荷載取0.5KN/m2【5】，風荷載取值0.4KN/m2【5】，雪荷載取值0.3KN/m2【5】，溫度荷載：+20℃（升溫溫差），-15℃（降溫溫差），合攏溫度10±3°C。

（三）截面設計

采用空間計算分析模型，假定節點為鉸接，桿件只承受軸向力;外荷載可按靜力等效原則將節點所轄區域的荷載集中作用在該節點上;計算所采用軟件為3D3S14.1版。鋼屋蓋所選鋼材均為Q235B。通過計算桿件截面主要規格有：Φ60×3.50、Φ75.5×3.75、Φ88.5×4.0、Φ114×4.0、Φ140×4.0、Φ140×8.0、Φ140×10.0、Φ159×8.0、Φ159×10.0、Φ159×12.0、Φ180×12.0、Φ180×14.0。

（四）靜力性能分析

1）結構內力計算

結構內力計算一般原則：材料按彈性受力狀態考慮未進入彈塑性狀態和塑形狀態不考慮材料的非線性性質。基本假定可歸納如下：節點為鉸接、桿件只承受軸向力、按小撓度理論計算、按彈性方法分析、網殼桿件主要承受軸向拉力和軸向壓力，桿件應滿足強度和穩定的要求同時滿足相關構造要求【1】。

經計算活荷載對結構受力起控制作用，結構構件在恒荷載、活荷載、雪荷載組合作用下下的內力最大。桿件最大軸力為467KN， 最小軸力為-899.5KN，最大應力比為0.87

2）結構的變形計算

根據文獻【2】規定雙層網殼結構的容許撓度值為屋蓋短向跨度的1/250。本網殼結構在恒荷載與活荷載標準值作用下的最大撓度值為146mm，為本網架短向跨度的1/650，滿足文獻【2】規定要求。

（五）結構的動力特性

結構動力分析時采用空間計算模型，其中質量源為：1.0恒荷載+0.5雪荷載【4】。計算中阻尼比取0.03，模型計算中分析了前25階振型3個方向的質量參與系數均大于0.9滿足抗震規范的要求【4】。從陣型圖中可以看出：前兩階振型為沿跨度跟長度方向的平動;三、四階振型為平面內的扭轉振型;五、六階振型為豎向震動;七、八階振型為沿豎向的扭轉振型;九階及以上振型為空間混合振型。典型振型見下圖：

四、結語

通過對該網殼結構受力計算分析得出如下結論：

（一）通過對該結構進行動力分析得出，該結構整體布局較為合理，結構的剛度分布均勻比較合理。在分析的前25階振型中不存在局部振型，該結構具有良好的動力性能。

（二）在對該網殼的靜力分析中發現，恒荷載、活荷載與雪荷載同時作用時結構的內力、位移變形均較大。最大位移發生在結構的跨中，最大軸力出現在上弦支座處。在今后的設計、施工中應給與重視。

（三）支座條件對于網殼結構與下部結構之間的傳力起著至關重要的作用，在計算分析中支座的約束假定應盡可能接近實際受力情況。

參考文獻：

[1]GB 50017—2017? 鋼結構設計標準.? 中國建筑工業出版社，2017

[2]JGJ7—2010 空間網格結構技術規程.? 中國建筑工業出版社，2010

[3]GB 50068—2018? 建筑結構可靠度設計統一標準.? 中國建筑工業出版社，2018

[4]GB 50011-2010（2016年版）? ? 建筑抗震設計規范? ?中國建筑工業出版社，2016

[5]GB 5009—2012? 建筑結構荷載規范.? 中國建筑工業出版社，2012