沐若砂石系統(tǒng)鋼結(jié)構(gòu)雨棚的選型研究

袁云剛 胡 亮

（中國水利水電第八工程局有限公司 長沙市 410007）

我國人工砂石技術(shù)的發(fā)展大致可分為三個階段：摸索階段、成熟階段、不斷創(chuàng)新的廣泛應(yīng)用階段。經(jīng)過多年的生產(chǎn)實踐和國外新技術(shù)的引進，我國的人工砂石技術(shù)已進入了快速創(chuàng)新的時代，并得到廣泛應(yīng)用。國際先進技術(shù)與我國豐富實踐經(jīng)驗的有機結(jié)合，使我國的人工砂石技術(shù)達到了、甚至在有些方面創(chuàng)造了世界一流水平。

至今與時代發(fā)展相適應(yīng)的新的砂石系統(tǒng)設(shè)計理念已經(jīng)形成。這種新的設(shè)計理念更注重環(huán)保，具有良好的技術(shù)性和經(jīng)濟性?？煽s短建安周期，減少建設(shè)耗鋼量、降低建安成本。注重環(huán)保，營造“綠色糧倉”，現(xiàn)階段這樣的發(fā)展趨勢，對砂石系統(tǒng)的規(guī)劃設(shè)計和建設(shè)提出了更高的要求。在沐若砂石系統(tǒng)建設(shè)過程中針對防雨棚的設(shè)計和建設(shè)，我們吸納了新的工藝和新的設(shè)計理念，為以后境外砂石系統(tǒng)的規(guī)劃建設(shè)提供了參考。

1 大型砂石系統(tǒng)傳統(tǒng)雨棚的應(yīng)用

大型砂石系統(tǒng)運行時，為了確保系統(tǒng)更優(yōu)化地高效生產(chǎn)，成品料各項指標符合規(guī)范要求，調(diào)節(jié)料倉和成品砂倉均要設(shè)置雨棚。而眾多的系統(tǒng)建設(shè)，料倉雨棚采用傳統(tǒng)的混凝土框架結(jié)構(gòu)或格構(gòu)式鋼結(jié)構(gòu)，雖然能保證大跨度倉面的安全要求，但在國外的沐若項目建設(shè)，從環(huán)保低碳角度分析，混凝土結(jié)構(gòu)形式對環(huán)境污染大，系統(tǒng)拆除后無法回收。格構(gòu)式鋼架結(jié)構(gòu)在系統(tǒng)拆除后，再生型材大部分為短小廢材，無法再次回收利用。從建設(shè)成本方面分析，傳統(tǒng)的混凝土結(jié)構(gòu)，高空作業(yè)強度大，模板支撐和加固成本高，拆模時間長，施工難度大，對場地要求高；格構(gòu)式鋼架對工人技術(shù)要求高，且施工強度高，施工周期長。從運行維護角度分析，混凝土結(jié)構(gòu)維護難度大，格構(gòu)式鋼架維護工程量大。綜上所述，傳統(tǒng)的雨棚形式已無法滿足在國外環(huán)境中的新砂石系統(tǒng)建設(shè)理念。

2 沐若各料倉雨棚新的選型

在“八局砂石 中國品牌”這個大環(huán)境的培養(yǎng)下，我們通過對沐若砂石系統(tǒng)的建設(shè)經(jīng)驗總結(jié)，得出了針對境外遠離文明的人工砂石系統(tǒng)建設(shè)新理念。

2.1 調(diào)節(jié)料倉雨棚宜選用太空瓦拱型屋蓋

在沐若砂石系統(tǒng)中，各中細碎、篩分調(diào)節(jié)料倉的跨度一般不大于30 m（調(diào)節(jié)料倉短邊），從經(jīng)濟性，投資省，建設(shè)快，無維修角度來考慮，雨棚設(shè)計時盡可能選用太空瓦拱型屋蓋。此種結(jié)構(gòu)形式無梁無檁，空間開闊，跨越能力大，跨度在（9～38）m 任意選擇，不同的跨度可選用不同的板厚。

太空瓦拱型屋蓋，屋面即是圍護結(jié)構(gòu),又是承重結(jié)構(gòu)。在沐若砂石系統(tǒng)設(shè)計時各調(diào)節(jié)料倉選用此種雨棚結(jié)構(gòu)，比常規(guī)結(jié)構(gòu)作法有以下幾個特點和優(yōu)勢：

（1）因太空瓦拱型屋蓋輕，無需太多立柱支撐，支座之間無拉桿，可將常規(guī)6 m 柱距拉大至（9～12）m，從而減少1/3～1/2 柱位，大大降低總造價。

（2）各種調(diào)節(jié)料堆安息角在38°左右，立柱兩側(cè)料堆邊沿邊空間均不能利用。太空瓦拱型屋蓋，拱較高（為1/5 跨度），較大的拱高可降低屋檐高度，縮短了立柱的高度，增大了空間利用率，減少立柱鋼材用量，降低成本，也可阻止落料時部分灰塵的擴散，有利于環(huán)保要求。

（3）建造速度快，每天可達（700～800）m2，大大縮短了施工工期，有利于砂石系統(tǒng)建安期的成本管控。

（4）每件太空瓦拱蓋之間用機械鎖邊連接，無需用螺栓，整個屋蓋無釘空，自然防水，無滲漏，堅固耐用，在砂石系統(tǒng)運行期限內(nèi)無需維護。此優(yōu)點可減少運行期的維護成本。造型美觀，色彩鮮艷賦予建筑物以全新的外觀，有利于企業(yè)形象的提升。

（5）自重輕，整體構(gòu)造科學(xué)合理，抗風(fēng)抗震性能優(yōu)越，可以抵抗高達160 km/h 強風(fēng)，最大可以承受148 kg/m2的雪載，能抵抗高達7 級強震。降低了運行期的安全風(fēng)險。

（6）彩板拱頂是利用拱型屋頂成型機組在施工現(xiàn)場，利用（0.8～1.4）mm 的涂層彩色鋼板（卷板）經(jīng)冷壓,冷彎成弧形拱板,咬口鎖縫、吊裝、再咬口鎖縫、錨固等幾道工序形成整體屋頂。拱型屋頂成型機組為車載機組,全部設(shè)備都可裝備在汽車上,具有機動性。只要路通、電通，場地平整，有一定工作面都可迅速完成金屬屋頂?shù)牧魉a(chǎn)線，進行現(xiàn)場生產(chǎn)制作。施工機動靈活，適用于砂石系統(tǒng)前期建安的工作環(huán)境。

2.2 成品砂倉雨棚根據(jù)地形選用拱形鋼結(jié)構(gòu)或H型鋼的輕型鋼結(jié)構(gòu)

（1）對于沖溝處布置砂倉的雨棚結(jié)構(gòu)。

沐若砂石系統(tǒng)設(shè)計時，成品砂倉布置在沖溝處，雨棚選用大跨度拱形鋼屋架，利用沖溝兩側(cè)地形澆筑拱架兩端混凝土支座。大跨度拱形鋼屋架在鐵路建設(shè)方面應(yīng)用較為成熟，主要建設(shè)火車站無站臺柱雨棚，一般跨度為（45～66）m，柱距（18～33）m。

布置在沖溝處的成品砂倉，雨棚跨度不大于66 m，選用大跨度拱形鋼屋架。拱架斷面為倒梯形或V型箱式斷面，拱斷面高（1.2～1.5）m，柱距18 m（具體參數(shù)需計算確定）。采用拱形結(jié)構(gòu)取消卸料膠帶機桁架立柱，桁架直接焊接在拱頂處，卸料桁架作為雨棚橫向聯(lián)系梁，使得整個雨棚結(jié)構(gòu)更穩(wěn)定。

成品砂倉布置在沖溝處，雨棚設(shè)計時選用此種雨棚結(jié)構(gòu)比常規(guī)結(jié)構(gòu)作法有以下幾個特點和優(yōu)勢：

①拱形屋架在豎直荷載作用下，拱的兩端不僅有豎直反力，而且有水平反力，由于水平反力的作用，拱的彎距大大減小，合理的拱軸，鋼架承受壓力，彎距、剪力都較小，故拱的跨越能力比梁大的多。對于砂石系統(tǒng)建設(shè)選用此結(jié)構(gòu)形式，可降低耗鋼量，節(jié)約成本。

②采取此種結(jié)構(gòu)可取消砂倉卸料膠帶機桁架的立柱，將卸料膠帶機桁架焊接在拱架的拱頂。由于卸料膠帶機立柱要抵抗幾十米砂料卸料不均衡帶來的側(cè)壓力，故立柱結(jié)構(gòu)都做的很大，取消立柱大大降低了鋼材的用量，對于雨棚的整體結(jié)構(gòu)來說，不僅節(jié)約了成本，也省掉了后期對卸料膠帶機立柱的維護費用。

③由于布置在沖溝處的砂倉地形狹小，選用拱形剛結(jié)構(gòu)使得雨棚內(nèi)無立柱，更便于設(shè)備在砂倉內(nèi)進行作業(yè)。保證不同脫水期的砂料利用率，降低運行成本。

④大跨度拱形雨棚造型美觀，氣勢宏偉，有利于企業(yè)形象的提升。雖然此種形式穩(wěn)定性計算比較復(fù)雜，但可借鑒鐵路建設(shè)無站臺柱雨棚的成熟經(jīng)驗。

由于此種結(jié)構(gòu)受拱高的影響，在平面場地上布置的成品砂倉，無法滿足成品料的堆高要求，增高供架兩端的支座會加大雨棚建設(shè)的成本，故不適用。

（2）對于平面位置的雨棚結(jié)構(gòu)。

成品砂倉布置在平面場地時，雨棚可利用卸料膠帶機立柱作為中間支撐的門式屋架，屋架材料選用H 型鋼，一般跨度在（30～60）m，柱間距一般（6～12）m，如場地寬度超過60 m，可選用連續(xù)跨來滿足設(shè)計需求。H 型鋼屋架其截面積的分配更合理、更優(yōu)化,具有良好的抗彎、抗壓性能,比常用的其他機構(gòu)形式節(jié)省勞力、降低用鋼量，從而降低建設(shè)成本。

成品砂倉布置在平面場地，雨棚設(shè)計時選用此種雨棚結(jié)構(gòu)比常規(guī)結(jié)構(gòu)作法有以下幾個特點和優(yōu)勢：

①H 型鋼的門式輕型鋼結(jié)構(gòu)，主結(jié)構(gòu)和次結(jié)構(gòu)均采用了高強度鋼材、從而減輕了自身的重量、能夠建成大跨度的自溯形式。更能充分利用空間、也使建筑物的布局更加靈活。

②屋面較輕，結(jié)構(gòu)尺寸小，不僅可減小立柱截面尺寸，基礎(chǔ)也相應(yīng)減小，降低了用鋼量和土建的成本。

③屋架直接利用H 型鋼，翼緣寬，側(cè)向剛度大，抗彎能力強，屋架制作時只需對鋼材端頭進行鉚接，生產(chǎn)、加工、焊接質(zhì)量能夠得到很好的保證。直接使用整體型材可以使雨棚建設(shè)的材料損耗降至最低，降低了成本。

④H 型鋼屋架，截面尺寸很小，可有效地利用建筑空間，降低支撐體系的高度，節(jié)約成本。

⑤屋架直接利用H 型鋼，結(jié)構(gòu)簡單，焊接量非常小，型材拖至工地直接可自行施工。大大降低了制作成本和作業(yè)強度，減少項目人力資源的投入，縮短了施工周期，便于項目成本的管控。

⑥H 型鋼的門式輕型鋼結(jié)構(gòu)，在系統(tǒng)運行完成后可加工再生型材。由于整個屋架均為型材對接而成，它可方便地再加工，制成部分型鋼和再生型材，有利于成本的回收，更環(huán)保。

⑦結(jié)構(gòu)設(shè)計計算簡單，有圖集直接參考，結(jié)構(gòu)設(shè)計的成本低。

3 選型雨棚結(jié)構(gòu)在實施過程中關(guān)鍵點的控制

（1）雨棚施工前，卸料膠帶機已施工完成，確定屋架尺寸時，要測量卸料桁架的實際寬度，避免屋架與桁架搭接不上。

（2）如果有天溝，系桿不能設(shè)計到緊貼著柱頂?shù)牟课?，否則將可能導(dǎo)致無法安裝落水管。另外天溝落水管和系桿以及柱間支撐的位置一定要考慮好，否則要么碰到系桿，要么碰到柱間支撐。

（3）水平支撐上花籃螺栓位置的布置要合理，不要過于偏離主梁，應(yīng)該考慮方便安裝為主。否則工人在安裝時必須探出身子來擰緊花籃螺栓或者用爬梯上去，要么等檁條安裝結(jié)束后爬上檁條擰緊花籃螺栓這樣非常不安全。另外也要考慮一下隅撐的布置位置，不要在布置水平支撐時與隅撐碰撞。

（4）不要片面地在檁條的拉條孔上考慮“受拉邊、受壓邊”等因素，打出上下邊距不等的孔眼，因為安裝時是很容易裝反的，結(jié)果反而不利。

（5）高強螺栓的位置要合理，要考慮扭斷器及扭矩扳手的施工空間，不要在安裝時，因為空間太小，扭斷器及扭矩扳手無法就位等，導(dǎo)致高強螺栓梅花頭無法擰斷或高強螺栓無法擰緊。

（6）高強螺栓連接板如果有可能，盡量采用上下對稱的螺栓布置方法。上下螺栓孔不對稱，如果弄反了，在現(xiàn)場就無法對接。

（7）地腳螺栓在土建時埋設(shè)，如后期金結(jié)施工復(fù)查出問題，已經(jīng)來不及了，所以在土建施工前一定要特別提醒，要有交底的文字依據(jù)，在土建驗倉時，測量要現(xiàn)場對點位復(fù)核。

（8）屋面檁條布置圖和鋼梁的詳圖要認真核對，常發(fā)現(xiàn)有屋面檁條布置圖與鋼梁詳圖的檁條數(shù)量不合。

4 結(jié)語

從沐若各料倉雨棚的選型、施工中關(guān)鍵點的解決等方面分析，境外砂石系統(tǒng)規(guī)劃設(shè)計和建安時，各調(diào)節(jié)料倉宜選用太空瓦拱形屋蓋；成品砂倉布置在沖溝內(nèi)，宜選用無中間柱的拱形屋蓋；成品砂倉布置在平面位置時，宜選用H 型鋼的輕型門式鋼結(jié)屋架。通過以上的方法使砂石系統(tǒng)建設(shè)更能符合在國外的發(fā)展理念，有利于工程建設(shè)的成本管控。從結(jié)構(gòu)的選型和減少施工不必要的開支著手為企業(yè)帶來更高的效益。

[1]李陽，于華時.輕型鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計與制作新技術(shù)實用手冊[M].北京：當(dāng)代中國音像出版社，2010.