鋼網(wǎng)格結(jié)構(gòu)儲煤棚設(shè)計

何昌盛，杜雷鳴

（1.山西省公路工程監(jiān)理技術(shù)咨詢公司，山西 太原 030006；2.山西工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院，山西 太原 030009）

生產(chǎn)實踐·應(yīng)用技術(shù)

鋼網(wǎng)格結(jié)構(gòu)儲煤棚設(shè)計

何昌盛1，杜雷鳴2

（1.山西省公路工程監(jiān)理技術(shù)咨詢公司，山西 太原 030006；2.山西工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院，山西 太原 030009）

針對朔州煤矸石電廠煤場封閉工程，根據(jù)煤堆外形和場地條件，設(shè)計一個結(jié)構(gòu)體系為落地空間的鋼網(wǎng)格結(jié)構(gòu)儲煤棚。通過驗算表明：此鋼網(wǎng)格結(jié)構(gòu)適用于各種煤場對儲煤空間、堆放及運輸?shù)囊?，其結(jié)構(gòu)受力合理，可以很好地滿足各荷載工況下的受力要求。

煤堆罩棚 雙層空間網(wǎng)殼 結(jié)構(gòu)工程

目前，大多露天煤礦、發(fā)電廠、煤場將準(zhǔn)備外運或儲存的原煤存在露天堆放，煤堆揚灰和煤塵對附近環(huán)境污染嚴(yán)重，同時由于大風(fēng)揚塵和雨水沖刷導(dǎo)致原煤損失，每年給產(chǎn)煤和用煤企業(yè)造成不小的浪費。雖通過周邊設(shè)置擋風(fēng)墻或防風(fēng)抑塵網(wǎng)能部分減輕煤塵污染，但仍然無法解決原煤的損失問題。本文針對朔州煤矸石電廠煤場封閉工程，根據(jù)煤堆外形和場地條件，在煤堆外側(cè)采用鋼網(wǎng)格結(jié)構(gòu)進行罩棚設(shè)計。此罩棚可將煤堆封閉，已使用五年，效果良好。

1 結(jié)構(gòu)形式

儲煤罩棚為空間網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)，其中墻面為圓柱面網(wǎng)殼，屋蓋為圓錐形網(wǎng)殼，均采用雙層正交正放的交差桁架結(jié)構(gòu)體系，結(jié)構(gòu)為平面布置，沿環(huán)向設(shè)61榀桁架，沿徑向設(shè)22榀桁架，考慮整體剛度和穩(wěn)定性在上弦和下弦分別局部設(shè)置交叉支撐。整個罩棚網(wǎng)格變厚度，厚度從3.0 m變到2.1 m，其中圓柱面和圓錐形網(wǎng)殼相交處厚度最大，為3.0 m。罩棚最大跨度為100 m，網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)最高點標(biāo)高為34.350 m，墻面和屋蓋內(nèi)拐角處標(biāo)高為9 m，結(jié)構(gòu)總投影面積為7 850 m2。

儲煤罩棚建筑外型類似蒙古包，上部為錐形屋蓋，中心留孔，為落煤塔出口，孔徑14.7 m，孔口通過檁條與落煤塔連接，壓型鋼板屋面封閉，防止漏水。屋面為兩個坡度，分別為19%和62.1%。

2 計算分析模型

根據(jù)《空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》［1］，該空間網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)計算簡圖按空間桿系結(jié)構(gòu)考慮，所以網(wǎng)殼上弦、下弦和腹桿桿件均為桿單元，桿件內(nèi)力只有軸力。建立網(wǎng)殼整體模型，按空間桁架位移法進行內(nèi)力分析，支座約束為固定鉸支座，網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)桿件均采用熱軋無縫鋼管，弦桿和腹桿連接節(jié)點均采用焊接球節(jié)點，考慮到當(dāng)?shù)囟練鉁剌^低，維護結(jié)構(gòu)不保溫，因此鋼材材質(zhì)選用Q235C級鋼。

3 設(shè)計荷載

根據(jù)《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》［2］，儲煤罩棚網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)設(shè)計荷載包括結(jié)構(gòu)自重和墻面屋面法荷載、屋面活荷載、風(fēng)荷載，其中網(wǎng)殼屋面和墻面均采用單層壓型鋼板，結(jié)構(gòu)自重程序自動計算，所以檁條和壓型鋼板恒載取0.5 kN/m2，不上人屋面活載取值為0.5 kN/m2，建設(shè)場地地區(qū)基本風(fēng)壓為0.65 kN/m2，基本雪壓為0.35 kN/m2，溫度作用升溫溫差+20℃，降溫溫差-50℃。根據(jù)《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》［3］，建設(shè)場地抗震設(shè)防烈度為7度，地震加速度為0.1g，地震分組為第一組，場地類別為Ⅱ類，場地特征周期為0.4 s，鋼結(jié)構(gòu)阻尼比為0.02。

4 設(shè)計分析結(jié)果

運用3d3s結(jié)構(gòu)分析軟件對罩棚網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)在上述荷載工況作用下進行靜力分析，按照《空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》［1］、《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》［2］和《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》［3］對荷載效應(yīng)進行組合，得出了網(wǎng)架的動力特性、桿件應(yīng)力和變形驗算結(jié)果。

4.1 動力特性

根據(jù)結(jié)構(gòu)動力計算結(jié)果，得到前9個自振周期對比結(jié)果，如下頁表1所示。

根據(jù)網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)動力計算結(jié)果和上述自振周期可知，該罩棚結(jié)構(gòu)整體剛度較好，結(jié)構(gòu)陣型均為整體陣型，剛度分布均勻，符合空間網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的動力特性特點。

表1 結(jié)構(gòu)自振周期

4.2 靜力分析和構(gòu)件驗算

根據(jù)各工況荷載組合下靜力計算最大組合內(nèi)力，對網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)構(gòu)件截面進行驗算，得出網(wǎng)殼最大應(yīng)力桿件（前10個）應(yīng)力比見表2所示，網(wǎng)殼最大應(yīng)力比為0.967，小于1，滿足規(guī)范設(shè)計要求。

表2 網(wǎng)殼最大應(yīng)力桿件應(yīng)力比

提取網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)正常使用階段的最大節(jié)點豎向位移（前10個），如表3所示，網(wǎng)殼節(jié)點最大豎向位移為-104.514 mm，小于規(guī)范允許值L/400=250 mm（L為網(wǎng)殼的跨度），滿足規(guī)范剛度要求。

5 結(jié)論

1）通過上述計算及結(jié)果分析可知，該儲煤罩棚結(jié)構(gòu)合理，剛度均勻，桿件最大應(yīng)力比為0.967，承載力滿足規(guī)范要求；最不利可變荷載控制組合下的撓度最大值為-104.514 mm，剛度滿足規(guī)范要求。

表3 節(jié)點最大豎向位移 mm

2）采用鋼網(wǎng)格結(jié)構(gòu)殼體對大型煤場露天堆放原煤進行封閉，從根本上遏制了煤堆揚灰和煤塵對附近環(huán)境的污染，同時還能減少由于大風(fēng)揚塵和雨水沖刷導(dǎo)致原煤的損失。此種形式的鋼網(wǎng)格結(jié)構(gòu)可適用于各種煤場對儲煤空間、堆放及運輸?shù)纫?，其結(jié)構(gòu)受力合理，外形美觀大方，可以很好地滿足各荷載工況下的受力要求。

［1］ 中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn).空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程：JGJ 7—2010［S］.北京：中國建筑工業(yè)出版社，2010.

［2］ 中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn).建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范：GB 50009—2012［S］.北京：中國建筑工業(yè)出版社，2006.

［3］ 中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn).建筑抗震設(shè)計規(guī)范：GB 50011—2010［S］.北京：中國建筑工業(yè)出版社，2010.

（編輯：胡玉香）

The Designing of Coal Storage Shed of Steel Grid Structure

He Changsheng1，Du Leiming2
（1.Shanxi Highway Engineering Supervision Technology Consultancy Company，Taiyuan Shanxi 030006；2.Shanxi Engineering Vocational College，Taiyuan Shanxi 030009）

As to enclosed engineering of a coal yard in Shuozhou coal gangue power plant，according to its coal pile shape and site conditions，a steel grid structure coal shed for landing space as structure system is designed.The calculation shows that steel grid structure is applicable for various coal yard to meet requirements of coal storage，stacking and transportation.The reasonable structure stress can well meet the condition requirements of function and the load force.

coal pile covering，double-layer space shell structures，engineering

10.16525/j.cnki.cn14-1167/tf.2015.06.18

TU271.1

A

1672-1152（2015）06-0052-02

2015-11-11

何昌盛（1980—），男，從事工程監(jiān)理工作，工程師。E-mail:13834528429@163.com