選煤廠主廠房結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計

劉 永

(中煤西安設(shè)計工程有限責(zé)任公司，陜西 西安 710061)

1 概述

主廠房作為選煤廠中洗選、破碎及篩分等重要環(huán)節(jié)的建構(gòu)筑物，由于機(jī)械設(shè)備布置復(fù)雜，工藝管道分布密集，為配合工藝使用要求，主廠房結(jié)構(gòu)布置中存在大開孔，樓層高度不一致，柱布置方式不均勻和局部樓面錯層等現(xiàn)象，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)體系存在質(zhì)量和剛度分布不對稱等現(xiàn)象。

針對主廠房的開間尺寸不規(guī)則、荷載分布復(fù)雜以及結(jié)構(gòu)跨度較大等現(xiàn)象，需要總結(jié)結(jié)構(gòu)設(shè)計經(jīng)驗，通過優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計體系布置等措施，有效的改善結(jié)構(gòu)剛度分布，以此達(dá)到較好的結(jié)構(gòu)設(shè)計效果。

2 結(jié)構(gòu)模型建立與分析

2.1 工程概況

中煤陜西榆林能源化工有限公司大海則礦井及選煤廠主廠房為鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，平面尺寸47 m×40.5 m，檐口高度29.9 m。屋面采用網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，墻體材料為非承重空心磚，基礎(chǔ)采用獨(dú)立基礎(chǔ)及條形基礎(chǔ)。

按照GB 50009—2012建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范附錄E.5《全國各城市的雪壓、風(fēng)壓和基本氣溫》，本選煤廠所在地區(qū)基本風(fēng)壓、基本雪壓為：Wo=0.40 kN/m2(50年一遇)；基本雪壓：So=0.25 kN/m2(50年一遇)。

根據(jù)中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn)GB 18306—2015中國地震動參數(shù)區(qū)劃圖附錄C，本選煤廠抗震設(shè)防烈度為6度，設(shè)計基本地震加速度值為0.05g，反應(yīng)譜特征周期0.35 s。設(shè)計地震分組為第一組。場地類別Ⅱ類，建筑工程抗震設(shè)防類別為丙類，框架抗震等級為三級。

2.2 計算模型

主廠房內(nèi)通常布置較多振動篩、破碎機(jī)等大型振動設(shè)備，在其設(shè)備運(yùn)行時會產(chǎn)生較大的振動荷載，因此在承受振動荷載的區(qū)域樓板厚度取值150 mm(其余區(qū)域樓板厚度取值120 mm)，并合理布置次梁減少樓板跨度，從而整體加強(qiáng)樓板剛度，減弱振動。

針對樓層高度不一致，在大跨度橋式起重機(jī)的空間范圍內(nèi)柱截面取值較大，相鄰底層層高低，為提高使用空間，增強(qiáng)美觀，降低造價，可根據(jù)層高合理布置柱截面，在柱變截面處的框架梁端增設(shè)支托，使梁與柱的接觸面加大，節(jié)點的有效體積有所增加，提高節(jié)點受剪承載力。

本工程使用荷載標(biāo)準(zhǔn)值：樓面活荷載標(biāo)準(zhǔn)值：5.0 kN/m2,樓梯間活荷載標(biāo)準(zhǔn)值：3.5 kN/m2,安裝孔及檢修場地：10.0 kN/m2,屋面活荷載標(biāo)準(zhǔn)值(不上人)：0.5 kN/m2。

主廠房三維模型0如圖1(一層增設(shè)剪力墻)所示，主廠房三維模型1如圖2(未增設(shè)剪力墻)所示。

2.3 計算結(jié)果分析

1)樓層側(cè)向剪切剛度比。

Ratx，Raty(剛度比):X，Y方向本層塔剪切剛度與下一層相應(yīng)塔剪切剛度的比值如圖3所示。

計算結(jié)果顯示2層的X向樓層側(cè)向剪切剛度比由4.36降到了0.40；Y向樓層側(cè)向剪切剛度比由4.36降到了0.37，有效地改善了結(jié)構(gòu)側(cè)向剪切剛度比。

2)樓層側(cè)向剪彎剛度比。

Ratx，Raty(剛度比):X，Y方向本層塔剪彎剛度與下一層相應(yīng)塔剪彎剛度的比值如圖4所示。

計算結(jié)果顯示2層的X向樓層側(cè)向剪彎剛度比由4.23降到了0.11；Y向樓層側(cè)向剪彎剛度比由4.23降到了0.12，有效地改善了結(jié)構(gòu)側(cè)向剪彎剛度比。

3)各樓層受剪承載力。

Vx/Vxp,Vy/Vyp:本層與上層樓層承載力的比值(X,Y方向)如圖5所示。

計算結(jié)果顯示1層的X向受剪承載力比由0.77優(yōu)化到了0.94；Y向受剪承載力比由0.69優(yōu)化到了0.92，有效地改善了結(jié)構(gòu)受剪承載力比。

4)風(fēng)荷載作用下的最大層間位移角如圖6所示。

計算結(jié)果顯示1層的X向及Y向風(fēng)荷載作用下的最大層間位移角均得到了有效的改善。

5)地震荷載作用下的最大層間位移角如圖7所示。

計算結(jié)果顯示1層的X向及Y向地震荷載作用下的最大層間位移角均得到了有效的改善。

剛度比是指相近樓層側(cè)向剛度的比值，樓層抗側(cè)力結(jié)構(gòu)的層間受剪承載力，指的是該層全部柱、剪力墻、斜撐在所考慮的水平地震作用方向上的受剪承載力之和。以上指標(biāo)均為規(guī)范規(guī)定中用來判斷豎向規(guī)則性的一種參考性指標(biāo)，主要為限制結(jié)構(gòu)豎向布置的不規(guī)則性，避免結(jié)構(gòu)剛度沿豎向突變，形成薄弱層。新《高層建筑規(guī)范》的3.5.3條規(guī)定，A級高度高層建筑的樓層抗側(cè)力結(jié)構(gòu)的層間受剪承載力不宜小于其相鄰上一層受剪承載力的80%，不應(yīng)小于其相鄰上一層受剪承載力的65%；B級高度高層建筑的樓層抗側(cè)力結(jié)構(gòu)的層間受剪承載力不應(yīng)小于其相鄰上一層受剪承載力的75%。

3 結(jié)語

本文以實際工程為例，通過在底層邊跨跨中局部增設(shè)剪力墻，對比模型分析可大幅度降低樓層側(cè)向剪切、剪彎剛度比,改善了側(cè)向剛度不規(guī)則性。提高樓層受剪承載力，減弱樓層承載力突變。減小層間位移角，從而提高結(jié)構(gòu)抗側(cè)剛度，可為同類廠房的設(shè)計提供參考借鑒。