煤場(chǎng)封閉改造工程設(shè)計(jì)與吊裝驗(yàn)算要點(diǎn)

郭立志 汪 濤 蔡 威

(1.中煤西安設(shè)計(jì)工程有限責(zé)任公司，陜西 西安 710054； 2.徐州中煤百甲重鋼科技股份有限公司，江蘇 徐州 221113)

0 引言

隨著環(huán)境保護(hù)要求的日趨嚴(yán)峻，露天煤場(chǎng)封閉可減少對(duì)環(huán)境的污染。本工程的煤場(chǎng)已經(jīng)形成，而且生產(chǎn)不能間斷，斗輪堆取料機(jī)作業(yè)半徑30 m，煤場(chǎng)儲(chǔ)煤10萬t，煤場(chǎng)跨度103.9 m。本文通過工程實(shí)例，用空間結(jié)構(gòu)分析設(shè)計(jì)軟件MST2016對(duì)儲(chǔ)煤場(chǎng)進(jìn)行設(shè)計(jì)和吊裝驗(yàn)算，同時(shí)簡(jiǎn)述鋼網(wǎng)殼設(shè)計(jì)與施工的要點(diǎn)，為以后類似工程提供參考。

1 工程概況

晉城熱電廠煤場(chǎng)封閉項(xiàng)目位于晉城市金村鎮(zhèn)上辛安村，煤場(chǎng)用擋風(fēng)抑塵墻圍護(hù)，已不滿足環(huán)保要求。工程改造形式為三心圓雙層柱面網(wǎng)殼，網(wǎng)殼山墻結(jié)構(gòu)形式：上半部分為屋面懸掛網(wǎng)架，下半部分為現(xiàn)有抑塵墻更換墻板。網(wǎng)殼跨度103.9 m,縱向長(zhǎng)度213.7 m，覆蓋面積22 000 m2，矢高37.2 m，網(wǎng)殼厚度3 m，縱向分為24個(gè)軸線。網(wǎng)殼支座支承在1.8 m高的鋼筋混凝土柱子上，地面以上2.2 m采用磚墻圍護(hù)(見圖1),屋面及墻面采用單層壓型鋼板圍護(hù)。

2 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

2.1 上部結(jié)構(gòu)選型

晉城熱電廠儲(chǔ)煤場(chǎng)采用三心圓柱面網(wǎng)殼，三心圓柱面網(wǎng)殼有受力合理、結(jié)構(gòu)剛度大、施工方便的優(yōu)點(diǎn)[1]。其受力性能與體型有密切關(guān)系，相同跨度不同體型的三心圓柱面網(wǎng)殼內(nèi)力分布和峰值可能存在較大差異，所以合理的體型能使結(jié)構(gòu)具有良好的受力性能，并可節(jié)省用鋼量[2]。通過單心圓柱面和三心圓柱面比較，三心圓柱面能降低結(jié)構(gòu)標(biāo)高，提高空間利用率。

2.2 計(jì)算參數(shù)及荷載取值

1)上弦恒載(標(biāo)準(zhǔn)值)：0.30 kN/m2；下弦恒載(標(biāo)準(zhǔn)值)：0.15 kN/m2；

下弦馬道靜載、活載(節(jié)點(diǎn)荷載)：2 kN；

2)上弦活載(標(biāo)準(zhǔn)值)：0.50 kN/m2；

3)基本雪壓：0.30 kN/m2；

4)基本風(fēng)壓：0.50 kN/m2；

5)設(shè)計(jì)溫度差值：±35 °C；

6)本工程抗震設(shè)計(jì)的抗震設(shè)防烈度為6度。設(shè)計(jì)地震基本加速度為0.05g；

7)建筑場(chǎng)地類別為B類，建筑的抗震設(shè)防分類標(biāo)準(zhǔn)為丙類。

設(shè)計(jì)時(shí)考慮半跨積雪的不利影響。

2.3 邊界條件

網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的邊界約束可分為自由、彈性、固定及強(qiáng)迫位移4種，而邊界條件的確定應(yīng)與支座構(gòu)造和下部支撐結(jié)構(gòu)相一致[3]。網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)是對(duì)邊界條件敏感的結(jié)構(gòu)。設(shè)計(jì)時(shí),應(yīng)根據(jù)強(qiáng)度、剛度、支座水平推力和溫度應(yīng)力影響等幾方面的因素綜合選擇合理的邊界條件。為保證網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的殼體受力特性,一般不采用法向放松的邊界條件[4]。

本工程混凝土懸臂柱截面取900 mm×1 550 mm，柱高2 m，橡膠支座尺寸：a×b=380×380，總厚度50 mm，中間分層放置厚度為3 mm的加勁鋼板，di=11 mm。膠墊采用氯丁橡膠，與預(yù)埋件采用502膠粘劑粘結(jié)固定，在橡膠墊四周涂酚醛樹脂，并粘結(jié)泡沫塑料。

橡膠支座的側(cè)向剛度：

(1)

橡膠支座的豎向剛度：

(2)

柱側(cè)向剛度：

(3)

(4)

橡膠墊板與支撐柱的組合剛度，根據(jù)串聯(lián)彈性單元的原理，求得:

(5)

(6)

據(jù)此計(jì)算出標(biāo)準(zhǔn)組合下豎向支座反力Rmax=466 kN，基本組合下最大水平推力Vmax=600 kN。根據(jù)橡膠墊板力學(xué)性能[5]表，取[σ]=7.84 MPa，橡膠墊板底面面積：

(7)

滿足《空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》要求[5]。采用如圖2做法，可保證橡膠支座在水平力作用下不產(chǎn)生滑動(dòng)。為了釋放縱向的溫度應(yīng)力，支座墊板開長(zhǎng)圓孔。

2.4 應(yīng)力比統(tǒng)計(jì)

經(jīng)過優(yōu)化，桿件應(yīng)力比統(tǒng)計(jì)如圖3所示,大部分桿件應(yīng)力比在0.5～0.8之間。

2.5 網(wǎng)殼撓度

在恒荷載與活荷載標(biāo)準(zhǔn)值作用下的最大撓度值為286 mm≤103 900/250=436 mm，滿足《空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》要求[5]。

2.6 基礎(chǔ)設(shè)計(jì)

場(chǎng)地土層分布不均勻，一側(cè)基礎(chǔ)落在回填土上，另一側(cè)基礎(chǔ)落在粉質(zhì)黏土層上?；靥钔烈鸦靥?0年，在煤壓和土體自重作用下沉降變形基本穩(wěn)定，本次對(duì)地基不作處理。

原擋風(fēng)抑塵墻基礎(chǔ)類型為柱下獨(dú)立基礎(chǔ)，埋深3 m，基礎(chǔ)高度800 mm，沿儲(chǔ)煤場(chǎng)四周布置，每個(gè)基礎(chǔ)混凝土量約11 m3，如果拆除外運(yùn)，將產(chǎn)生大量的建筑垃圾，同時(shí)增加工程造價(jià)。本次設(shè)計(jì)用原有基礎(chǔ)作為新基礎(chǔ)的墊層，鋼網(wǎng)殼基礎(chǔ)采用柱下條形基礎(chǔ)，由于場(chǎng)地限制，網(wǎng)殼水平推力又較大，為滿足抗傾覆要求，采用偏心布置。

3 吊裝驗(yàn)算

根據(jù)該工程的實(shí)際情況，對(duì)該工程網(wǎng)殼采用先安裝起步單元，然后以起步單元作為支撐，其他桿件采用高空散裝的施工方案。將網(wǎng)架的起步單元選擇在10軸～12軸(煤場(chǎng)縱向中間部分)，寬度方向?yàn)樯舷?個(gè)網(wǎng)格，下弦4個(gè)網(wǎng)格，長(zhǎng)度方向?yàn)榫W(wǎng)架的跨度。采用“單邊起拱”的施工方法：從一端支座往另一端支座，采用吊車抬吊進(jìn)行三角錐安裝，在安裝過程中，為了控制起步單元的跨向尺寸，對(duì)起步單元臨時(shí)采用鋼索進(jìn)行張緊控制，鋼索連接測(cè)力計(jì)，以保證起步單元順力就位，待起步單元安裝完成后，拆去鋼索。

這種安裝方法優(yōu)點(diǎn)：在場(chǎng)地作業(yè)面不受限制條件下，不用搭腳手架，作業(yè)面需三臺(tái)吊車配合一個(gè)班組8名安裝工人即可完成施工，減少高空作業(yè)，隨著安裝推進(jìn)，最終需要5臺(tái)吊車。

起步單元吊裝驗(yàn)算：每根鋼絲繩增加一個(gè)10 t的測(cè)力計(jì)，通過力和位移的雙控措施保證起步單元的順利安裝。本工程起步單元施工共分為18個(gè)步驟，經(jīng)驗(yàn)算，最不利吊裝工況為第17步，此吊裝狀態(tài)時(shí)的驗(yàn)算結(jié)果見圖4，鋼索的應(yīng)力最大，最大應(yīng)力為248 N/mm2<310 N/mm2，最大應(yīng)力比為0.8<1(見圖5)，滿足吊裝要求。

4 結(jié)語

1)本文針對(duì)工程實(shí)例，對(duì)大跨度儲(chǔ)煤場(chǎng)進(jìn)行設(shè)計(jì)，結(jié)合施工方案做吊裝計(jì)算，保障工程順利施工，同時(shí)為類似工程提供參考。

2)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮半跨積雪的不利影響，網(wǎng)殼支座和混凝土柱的串聯(lián)剛度為約束邊界條件，可更好地模擬網(wǎng)殼的實(shí)際受力情況。

3)采用單邊起拱的施工方案，可適應(yīng)場(chǎng)地受局限的情況，不用搭設(shè)腳手架，施工上更安全，便捷。