模塊選煤廠主廠房結(jié)構(gòu)方案的探討

【摘 要】本文主要介紹了模塊選煤廠主廠房結(jié)構(gòu)方案布置的特點(diǎn)，列舉實(shí)例分析對(duì)比結(jié)構(gòu)方案的利弊，以及在設(shè)計(jì)中設(shè)計(jì)此類工程應(yīng)注意的問題。

【關(guān)鍵詞】模塊化；主廠房；結(jié)構(gòu)布置；方案比較；優(yōu)化

一、引言

選煤廠主廠房是整個(gè)選煤廠設(shè)計(jì)的核心工程，結(jié)構(gòu)布置的方案直接影響建設(shè)周期，成本投資，以及后期設(shè)備維修等 。以往，傳統(tǒng)設(shè)計(jì)的主廠房結(jié)構(gòu)形式大多為鋼筋混凝土框架或鋼框架結(jié)構(gòu)，房屋體積大、層數(shù)多、施工速度慢，材料用量偏大。本世紀(jì)以來，隨著市場(chǎng)的需求，我國(guó)開始引進(jìn)國(guó)外模塊選煤廠主廠房（以下簡(jiǎn)稱模塊主廠房）的設(shè)計(jì)理念，并將這種理念逐步運(yùn)用于實(shí)際工程中，大大提高了建設(shè)周期和工作效率。

二、模塊主廠房設(shè)計(jì)特點(diǎn)

1）主要受力構(gòu)件布置在設(shè)備受力大的位置，例如設(shè)備支座處：非設(shè)備受力區(qū)域（人行道或檢修道）從柱邊懸挑。這樣布置受力明確，傳力直接，減小了梁的跨度和構(gòu)件截面，能從一定程度上減少鋼材用量。

2）梁柱之間斜撐桿件多，形式多，支撐與框架整體計(jì)算，柱計(jì)算長(zhǎng)度根據(jù)《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》5.3.3條確定，部分柱可按無側(cè)移框架柱考慮，相對(duì)純框架體系構(gòu)件長(zhǎng)細(xì)比減小，承載力得到提高，此外這樣的布置增強(qiáng)結(jié)構(gòu)整體剛度，在大型振動(dòng)設(shè)備下起到對(duì)結(jié)構(gòu)有利的作用。

3）打破傳統(tǒng)廠房“層“的束縛，按工藝要求將設(shè)備布置在不同的平臺(tái)，降低廠房高度，減小了廠房體積，降低了泵送高度。

4）個(gè)別廠房大跨度的框架梁采用桁架式梁，均為小截面的H型鋼組合在一起的桁架，桁架腹桿節(jié)點(diǎn)根據(jù)上部設(shè)備受力點(diǎn)劃分，使集中力直接落于桁架的節(jié)點(diǎn)，構(gòu)件軸心受力。桁架梁與柱鉸接，不傳遞彎矩，節(jié)省高強(qiáng)螺栓，減小柱截面。

5）樓面采用網(wǎng)隔板，便于設(shè)備直接沖洗。

6）主要設(shè)備通過天車整體起吊，便于設(shè)備檢修維護(hù)。

二、主廠房?jī)煞N不同結(jié)構(gòu)方案對(duì)比

前面描述了模塊主廠房以及類似模塊主廠房的設(shè)計(jì)特點(diǎn)，下面介紹近期設(shè)計(jì)的某選煤廠主廠房。

1、選煤廠主廠房從主體結(jié)構(gòu)上分為兩部分，外圍護(hù)和內(nèi)框架。外圍護(hù)部分為門式鋼架結(jié)構(gòu)，柱頂標(biāo)高23.500m，基礎(chǔ)為柱下獨(dú)立基礎(chǔ)；內(nèi)框架為鋼框架結(jié)構(gòu)，主要部分3層，局部4層，柱頂標(biāo)高最高處為16.000m，樓板為鋼格板，筏板基礎(chǔ)，兩個(gè)部分從基礎(chǔ)到上部結(jié)構(gòu)相對(duì)獨(dú)立。由于廠房?jī)?nèi)主要設(shè)備都在內(nèi)框架里，外圍護(hù)部分沒有設(shè)備荷載，用途只是廠房的圍護(hù)和供吊車運(yùn)行提升和檢修設(shè)備，沒有和設(shè)備發(fā)生聯(lián)系。內(nèi)框架為規(guī)則的鋼框架結(jié)構(gòu)，長(zhǎng)61m，寬20m，兩個(gè)方向的柱距大多為7m左右，結(jié)構(gòu)布置是在工藝布置的柱網(wǎng)基礎(chǔ)上做深化結(jié)構(gòu)布置，方案布置局限性大?，F(xiàn)抽取工藝流程壓濾機(jī)部分為計(jì)算單元，在相同設(shè)備布置受力的情況下分別以A、B兩種結(jié)構(gòu)布置方案來分析比較。

2、A、B兩種方案比較

（1）A方案（設(shè)計(jì)中所采用的計(jì)算模型）

計(jì)算軟件：中國(guó)建筑科學(xué)研究院編制PKPM系列軟件STS，PMCAD，STAWE 2008年版。

鋼柱鋼梁均采用國(guó)標(biāo)H型鋼，梁柱最大強(qiáng)度及穩(wěn)定應(yīng)力比控制在1.0以內(nèi)，各連接節(jié)點(diǎn)及鋼材強(qiáng)度設(shè)計(jì)均滿足設(shè)計(jì)指標(biāo)（《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》GB 50017-2003）

圖一為A方案的鋼柱布置位置，根據(jù)軸網(wǎng)布置，通過計(jì)算得出柱最大應(yīng)力比達(dá)到0.85；梁最大應(yīng)力比達(dá)到0.96。統(tǒng)計(jì)此方案布置鋼材量為45.4t。（鋼柱均為HW350X 350X12X19）

（2）B方案（模仿模塊主廠房結(jié)構(gòu)布置的特點(diǎn)，即在主要受力設(shè)備下布置鋼柱，減小柱距，人行道和檢修道做支架，柱間支撐參與結(jié)構(gòu)整體計(jì)算，條件是柱的布置須滿足工藝要求）

計(jì)算軟件與計(jì)算參數(shù)同A方案

圖為B方案的鋼柱布置位置（鋼柱位置為壓濾機(jī)支座或較大設(shè)備受力點(diǎn)），通過計(jì)算分析得出柱最大應(yīng)力比達(dá)到0.80；梁最大應(yīng)力比達(dá)到0.95；支撐最大應(yīng)力比達(dá)到0.76。統(tǒng)計(jì)此方案布置鋼材量為28.3t。

從A方案與B方案的比較得出B方案的梁柱截面小，鋼材用量節(jié)省。若在B方案的基礎(chǔ)上優(yōu)化設(shè)計(jì)，就能做到結(jié)構(gòu)方案布置更合理，在優(yōu)化結(jié)構(gòu)布置前須結(jié)合工藝等專業(yè)布置柱網(wǎng)、柱間支撐等。由于柱網(wǎng)、柱間支撐密集（且各層柱存在轉(zhuǎn)換），人行檢修和設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)、工藝管道布置等須與結(jié)構(gòu)專業(yè)密切結(jié)合，這就要求工藝方案階段須考慮結(jié)構(gòu)的布置合理性，只有這樣才可設(shè)計(jì)出真正意義上的模塊主廠房。

四、深化研究和應(yīng)用

1、工藝流程的前期布置，應(yīng)該與土建等專業(yè)密切結(jié)合，讓工藝管道、設(shè)備、土建專業(yè)在方案布置階段就參與進(jìn)來，工藝專業(yè)也應(yīng)對(duì)土建專業(yè)略微有些了解。

2、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)深化計(jì)算、布置柱間支撐等，應(yīng)對(duì)管道位置走向大體了解，建模時(shí)能準(zhǔn)確輸入支撐位置及形式，這樣計(jì)算時(shí)使支撐參與結(jié)構(gòu)主體計(jì)算，對(duì)結(jié)構(gòu)起到有利作用，才能減小構(gòu)件斷面尺寸，從而達(dá)到節(jié)約鋼材目的。

3、在設(shè)計(jì)過程中，應(yīng)多分析比較，采用多種計(jì)算軟件（如3D3S、ANSYS、X-STEEL等，而不單純局限于一種設(shè)計(jì)軟件），選取多種計(jì)算模型（比較各種模型的合理性），優(yōu)化結(jié)構(gòu)布置。只有合理布置設(shè)計(jì)方案，多學(xué)習(xí)、多比較、多改進(jìn)，才能設(shè)計(jì)更經(jīng)濟(jì)、更合理的設(shè)計(jì)精品。

參考文獻(xiàn)：

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