全封閉煤場(chǎng)結(jié)構(gòu)選型

王 銳

(山西省煤炭規(guī)劃設(shè)計(jì)院，山西 太原 030045)

1 基本情況

為了電廠安全發(fā)電的需要，火力發(fā)電廠一般都需要在廠內(nèi)(外)設(shè)置機(jī)械化的貯煤場(chǎng)，貯煤場(chǎng)儲(chǔ)煤量的大小隨著機(jī)組耗煤量而變化。隨著環(huán)保意識(shí)和要求的提高，大型現(xiàn)代化儲(chǔ)煤場(chǎng)除了燃煤儲(chǔ)量需要滿足生產(chǎn)要求外，還需解決好其對(duì)周圍環(huán)境的污染問題，所以需要對(duì)其進(jìn)行全封閉處理。

本文以國(guó)內(nèi)某集團(tuán)正建設(shè)的全封閉煤場(chǎng)為依托，著重介紹了全封閉煤場(chǎng)的初步設(shè)計(jì)階段的技術(shù)方案選型，希望能為后續(xù)的類似工程提供借鑒?；厩闆r介紹如下：該煤場(chǎng)屬于汽車卸煤場(chǎng)，無大型斗輪機(jī)設(shè)備，對(duì)封閉結(jié)構(gòu)凈空要求低，煤場(chǎng)跨度121 m，長(zhǎng)222 m，中間不設(shè)置支撐結(jié)構(gòu)(如立柱等)，堆煤高度約7 m。

2 全封閉煤場(chǎng)結(jié)構(gòu)選型——封閉煤場(chǎng)技術(shù)方案比選

2.1 方案一：雙層網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)

若考慮跨中不設(shè)支承柱，121 m跨度采用平板網(wǎng)架顯然無法實(shí)現(xiàn)，一般采用雙層網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)，通過結(jié)構(gòu)起拱，來達(dá)到以較小的代價(jià)實(shí)現(xiàn)大跨度的目的。結(jié)構(gòu)形式可采用三心柱面雙層網(wǎng)殼，跨度121 m，柱距8 m，網(wǎng)殼厚度3.5 m，立面如圖1所示。

2.2 方案二：張弦梁結(jié)構(gòu)

2.2.1張弦梁技術(shù)的發(fā)展

預(yù)應(yīng)力鋼結(jié)構(gòu)是通過科學(xué)合理地引入自平衡的預(yù)應(yīng)力構(gòu)件，創(chuàng)造出結(jié)構(gòu)力學(xué)高效、造型新穎美觀的現(xiàn)代建筑結(jié)構(gòu)體系。張弦梁結(jié)構(gòu)屬于預(yù)應(yīng)力鋼結(jié)構(gòu)的一個(gè)分支，張弦梁結(jié)構(gòu)的力學(xué)原理是將上弦剛性受壓構(gòu)件(即鋼桁架、鋼梁等)通過撐桿與下弦拉索組合在一起形成自平衡的受力體系，充分發(fā)揮材料的力學(xué)性能，創(chuàng)建出結(jié)構(gòu)力學(xué)高效、安全、經(jīng)濟(jì)、造型美觀結(jié)構(gòu)體系，如圖2所示。主結(jié)構(gòu)為預(yù)應(yīng)力鋼桁架，桁架之間的橫向檁條采用預(yù)應(yīng)力檁條，屋面采用彩鋼板。目前張弦梁結(jié)構(gòu)體系在國(guó)內(nèi)外已經(jīng)得到了廣泛的使用，如圖3所示。

單向張弦結(jié)構(gòu)跨度目前技術(shù)已經(jīng)十分成熟，在已建設(shè)的工程中，如上海世博會(huì)主體館西展廳(建設(shè)時(shí)間為2008年)跨度為144 m，采用圓鋼管正三角形立體桁架上弦，V字形撐桿，曲線索下弦。

在國(guó)內(nèi)電力行業(yè)，由于煤場(chǎng)全封閉在近幾年才開始實(shí)施，此結(jié)構(gòu)形式在電力行業(yè)還未有建成的先例，但目前國(guó)內(nèi)火電項(xiàng)目已經(jīng)開始陸續(xù)使用該結(jié)構(gòu)形式，如：國(guó)投廣西欽州電廠二期擴(kuò)建工程(2×1 000 MW)封閉煤場(chǎng)(跨度180 m)要求采用預(yù)應(yīng)力鋼結(jié)構(gòu)體系，目前正在進(jìn)行設(shè)計(jì)工作。根據(jù)目前的大跨度屋蓋技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)，未來預(yù)應(yīng)力鋼結(jié)構(gòu)在電力行業(yè)的應(yīng)用將更加廣泛。

2.2.2張弦梁方案

本工程煤場(chǎng)凈跨度121 m，長(zhǎng)222 m，柱距21 m。因下方無大型斗輪機(jī)設(shè)備，凈空要求低，因此預(yù)應(yīng)力鋼索布置不影響下部輸煤設(shè)備的運(yùn)行。桁架上、下弦及腹桿采用直縫焊鋼管及無縫鋼管，鋼材采用Q345B低合金結(jié)構(gòu)鋼，鋼拉索采用鋅—5%鋁—稀土強(qiáng)耐腐蝕合金鍍層高強(qiáng)度鋼絞線，鋼構(gòu)件設(shè)計(jì)控制比國(guó)家規(guī)范更為嚴(yán)格，重要鋼構(gòu)件強(qiáng)度、穩(wěn)定應(yīng)力比不大于0.85，其他鋼構(gòu)件強(qiáng)度、穩(wěn)定應(yīng)力比不大于0.95，重要鋼拉索強(qiáng)度應(yīng)力比不大于0.4，其他鋼拉索強(qiáng)度應(yīng)力比不大于0.45。屋面圍護(hù)結(jié)構(gòu)可采用“檁條+彩鋼板”方案。

主要計(jì)算模型如圖4所示。

3 方案比選及推薦意見

從造價(jià)上分析采用方案一雙層網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)方案造價(jià)較低，方案二張弦梁結(jié)構(gòu)方案較高。技術(shù)方案的優(yōu)缺點(diǎn)見表1。

表1 主要技術(shù)方案的優(yōu)缺點(diǎn)

通過技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析，采用張弦梁結(jié)構(gòu)方案、網(wǎng)殼方案在技術(shù)上各有優(yōu)缺點(diǎn)，但均為技術(shù)可行方案。相比而言采用方案一拱形空間網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)，更能適應(yīng)本工程汽車煤場(chǎng)的實(shí)際情況，造價(jià)也最低，故本工程封閉煤場(chǎng)推薦采用三心柱面雙層網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)方案。

4 結(jié)語

該工程全封閉煤場(chǎng)施工圖階段采用了初設(shè)階段推薦的拱形空間網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)。本屋面工程支承跨度121 m，長(zhǎng)222 m，投影寬度127.65 m。采用大跨焊接球節(jié)點(diǎn)三心圓雙層網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)，在長(zhǎng)度中部由伸縮縫將整個(gè)網(wǎng)殼分為左右兩段網(wǎng)殼，網(wǎng)殼直接支承在2.5 m標(biāo)高的鋼筋混凝土框架柱和山墻柱頂。下部結(jié)構(gòu)為鋼筋混凝土梁柱結(jié)構(gòu)及柱下樁基礎(chǔ)。