一種超大跨度煤場封閉新型空間網架結構選型及研究

摘要：本文通過超大跨度網架結構選型的對比分析，根據某電廠超大跨度封閉干煤棚，提出了一種新型的空間網架結構選型，并進行了分析。通過本文的研究，對類似干煤棚結構選型及設計具有一定的參考意義。

關鍵詞：干煤棚;超大跨度;結構選型

引言

目前，大跨度干煤棚已廣泛應用于國內外各種電廠的儲煤結構中。超大跨度煤棚封閉結構，受力情況復雜，而且受到工藝布置限制等的影響，必須根據具體情況優化選擇適合的結構形式。

1.結構形式的比較

目前，超大跨度的結構，國內多采用預應力鋼桁架（圖1）或中間設立支撐柱的網殼結構形式（圖2）。

（1）預應力鋼桁架

優點：①跨越能力強;②耐腐蝕性強;③不存在混凝土支撐柱碰撞、腐蝕問題。

缺點：120m以上跨度造價較高，120m以下經濟性一般。

（2）網架結構

優點：①技術成熟。②空間受力性能好，維護便捷。③桿件之間相互支撐作用，剛度大。

缺點：①適用跨度在70m～120m。 ②跨度超過120m時用鋼量多、自重大、經濟性差。

2.工程概況

本文以某電廠封閉干煤棚為研究對象，擬封閉煤棚尺寸為188m（長度）×170m（跨度），煤棚內僅有一臺斗輪機且不位于煤棚中間位置，斗輪機懸臂長度約為38m，煤棚內部須滿足斗輪機的自由行走和回轉，煤棚下弦應距離斗輪機懸臂旋轉作業范圍控制點至少5.00m凈空。

3.結構選型方案

由于本文中研究的封閉煤場跨度超過150m，屬超大跨度結構，國內尚無此跨度的單跨網架，因此考慮在跨中110m處沿煤棚縱向設立支撐柱作為支點，將此170m超大跨度網架結構通過支撐柱分為110m跨和60m跨兩部分，即將整個煤棚做成兩跨不等的網架結構，屋面形狀為單拱形，所設置的支撐結構體系區別于跨度正中間位置設支撐柱的網架結構（圖3）。

為滿足斗輪機工作位置的要求，經過方案對比、優化，此次選用三心圓柱面雙層網架結構，結構基本單元為正放四角錐，采用螺栓球連接形式。干煤棚采用兩縱向邊短柱支撐，兩端山墻全封閉，煤棚縱向設置兩道伸縮縫。

（1）結構幾何參數及布置

圓柱面網殼厚度選為3.0m～5.0m，結構平面長度為188m，結構跨度為170m。沿結構縱向設置23榀桁架，每榀桁架間縱向設置剛性系桿，系桿間距為桁架兩個節間距離。

（2）支承方式

由于本文中提出的結構為超大跨度，為盡量減少結構跨度，圓柱面網殼采用下弦節點支承形式。

4.結構分析

利用結構分析與設計軟件Midas gen對本文中提出的網架結構進行了靜力分析、振型分析。采用MST2016空間結構設計分析軟件進行應力優化設計。

（1）計算荷載

1）靜荷載：上弦層均布荷載0.2KN/m2，下弦馬道處均布荷載1KN/m2，網殼自重由程序MST2016自動計算。

2）活荷載：屋面活荷載上弦層均布0.5KN/m2，下弦層馬道處均布2KN/m2，屋面雪荷載為0.3KN/m2，根據荷載規范，屋面活荷載與屋面雪荷載不同時考慮，只取大值考慮。

3）溫度作用：由于網殼結構是超靜定結構，均勻溫度場變化下桿件不能自由伸縮，就會產生應力，即溫度應力。

4）地震作用：該地區地震基本烈度為8度，根據網架結構技術規范，網架計算時應進行水平和豎向抗震驗算，抗震措施按9度考慮。

5）風荷載：50年一遇基本風壓：0.40 KN/m2;100年一遇基本風壓： 0.45 KN/m2。

風荷載是主要控制荷載，通過風洞試驗確定風載體型系數和風振系數。

（2）結構分析

計算模型中桁架弦桿采用frame單元，桁架腹桿采用truss單元，剛性系桿及屋面支撐采用truss單元。在各種工況組合條件下，鋼管初始彎曲小于L/1000，網殼支座及洞口附件重要部位的桿件應力比不大于0.8，其他部分的桿件的最大應力比小于0.85，壓桿容許長細比為180（關鍵桿件為150），拉桿容許長細比為200（關鍵桿件180）。網殼和基礎短柱的連接節點進行加強設計。

5.結論

（1）通過分析結果表明，本文提出的超大跨度網架結構的變形、承載力、長細比及穩定性能均滿足相應規范要求。

（2）本文所提出的網架結構型式能有效解決超大跨度結構的可行性、經濟性問題。

參考文獻

[1]吳曉帆，楊君，丁偉亮.大跨度干煤棚三心圓柱面網架結構設計優化，武漢大學工學版（增刊）2010.08（43）：88-90

[2]JGJ-2010.空間網格構技術規程[S]，北京：中國建筑工業出版社，2012.

[3]DL 5022-2012 火力發電廠土建結構設計技術規程[S].

作者簡介：侯偉（1980-），女，漢，碩士研究生，工程師，研究方向：電力項目土建結構設計和管理