煤场封闭改造工程设计与吊装验算要点

2019-04-11郭立志

山西建筑 2019年5期

郭立志汪涛蔡威

(1.中煤西安设计工程有限责任公司，陕西西安 710054； 2.徐州中煤百甲重钢科技股份有限公司，江苏徐州 221113)

0 引言

随着环境保护要求的日趋严峻，露天煤场封闭可减少对环境的污染。本工程的煤场已经形成，而且生产不能间断，斗轮堆取料机作业半径30 m，煤场储煤10万t，煤场跨度103.9 m。本文通过工程实例，用空间结构分析设计软件MST2016对储煤场进行设计和吊装验算，同时简述钢网壳设计与施工的要点，为以后类似工程提供参考。

1 工程概况

晋城热电厂煤场封闭项目位于晋城市金村镇上辛安村，煤场用挡风抑尘墙围护，已不满足环保要求。工程改造形式为三心圆双层柱面网壳，网壳山墙结构形式：上半部分为屋面悬挂网架，下半部分为现有抑尘墙更换墙板。网壳跨度103.9 m,纵向长度213.7 m，覆盖面积22 000 m2，矢高37.2 m，网壳厚度3 m，纵向分为24个轴线。网壳支座支承在1.8 m高的钢筋混凝土柱子上，地面以上2.2 m采用砖墙围护(见图1),屋面及墙面采用单层压型钢板围护。

2 结构设计

2.1 上部结构选型

晋城热电厂储煤场采用三心圆柱面网壳，三心圆柱面网壳有受力合理、结构刚度大、施工方便的优点[1]。其受力性能与体型有密切关系，相同跨度不同体型的三心圆柱面网壳内力分布和峰值可能存在较大差异，所以合理的体型能使结构具有良好的受力性能，并可节省用钢量[2]。通过单心圆柱面和三心圆柱面比较，三心圆柱面能降低结构标高，提高空间利用率。

2.2 计算参数及荷载取值

1)上弦恒载(标准值)：0.30 kN/m2；下弦恒载(标准值)：0.15 kN/m2；

下弦马道静载、活载(节点荷载)：2 kN；

2)上弦活载(标准值)：0.50 kN/m2；

3)基本雪压：0.30 kN/m2；

4)基本风压：0.50 kN/m2；

5)设计温度差值：±35 °C；

6)本工程抗震设计的抗震设防烈度为6度。设计地震基本加速度为0.05g；

7)建筑场地类别为B类，建筑的抗震设防分类标准为丙类。

设计时考虑半跨积雪的不利影响。

2.3 边界条件

网壳结构的边界约束可分为自由、弹性、固定及强迫位移4种，而边界条件的确定应与支座构造和下部支撑结构相一致[3]。网壳结构是对边界条件敏感的结构。设计时,应根据强度、刚度、支座水平推力和温度应力影响等几方面的因素综合选择合理的边界条件。为保证网壳结构的壳体受力特性,一般不采用法向放松的边界条件[4]。

本工程混凝土悬臂柱截面取900 mm×1 550 mm，柱高2 m，橡胶支座尺寸：a×b=380×380，总厚度50 mm，中间分层放置厚度为3 mm的加劲钢板，di=11 mm。胶垫采用氯丁橡胶，与预埋件采用502胶粘剂粘结固定，在橡胶垫四周涂酚醛树脂，并粘结泡沫塑料。

橡胶支座的侧向刚度：

(1)

橡胶支座的竖向刚度：

(2)

柱侧向刚度：

(3)

(4)

橡胶垫板与支撑柱的组合刚度，根据串联弹性单元的原理，求得:

(5)

(6)

据此计算出标准组合下竖向支座反力Rmax=466 kN，基本组合下最大水平推力Vmax=600 kN。根据橡胶垫板力学性能[5]表，取[σ]=7.84 MPa，橡胶垫板底面面积：

(7)

满足《空间网格结构技术规程》要求[5]。采用如图2做法，可保证橡胶支座在水平力作用下不产生滑动。为了释放纵向的温度应力，支座垫板开长圆孔。

2.4 应力比统计

经过优化，杆件应力比统计如图3所示,大部分杆件应力比在0.5～0.8之间。

2.5 网壳挠度

在恒荷载与活荷载标准值作用下的最大挠度值为286 mm≤103 900/250=436 mm，满足《空间网格结构技术规程》要求[5]。

2.6 基础设计

场地土层分布不均匀，一侧基础落在回填土上，另一侧基础落在粉质黏土层上。回填土已回填10年，在煤压和土体自重作用下沉降变形基本稳定，本次对地基不作处理。

原挡风抑尘墙基础类型为柱下独立基础，埋深3 m，基础高度800 mm，沿储煤场四周布置，每个基础混凝土量约11 m3，如果拆除外运，将产生大量的建筑垃圾，同时增加工程造价。本次设计用原有基础作为新基础的垫层，钢网壳基础采用柱下条形基础，由于场地限制，网壳水平推力又较大，为满足抗倾覆要求，采用偏心布置。

3 吊装验算

根据该工程的实际情况，对该工程网壳采用先安装起步单元，然后以起步单元作为支撑，其他杆件采用高空散装的施工方案。将网架的起步单元选择在10轴～12轴(煤场纵向中间部分)，宽度方向为上弦3个网格，下弦4个网格，长度方向为网架的跨度。采用“单边起拱”的施工方法：从一端支座往另一端支座，采用吊车抬吊进行三角锥安装，在安装过程中，为了控制起步单元的跨向尺寸，对起步单元临时采用钢索进行张紧控制，钢索连接测力计，以保证起步单元顺力就位，待起步单元安装完成后，拆去钢索。

这种安装方法优点：在场地作业面不受限制条件下，不用搭脚手架，作业面需三台吊车配合一个班组8名安装工人即可完成施工，减少高空作业，随着安装推进，最终需要5台吊车。

起步单元吊装验算：每根钢丝绳增加一个10 t的测力计，通过力和位移的双控措施保证起步单元的顺利安装。本工程起步单元施工共分为18个步骤，经验算，最不利吊装工况为第17步，此吊装状态时的验算结果见图4，钢索的应力最大，最大应力为248 N/mm2<310 N/mm2，最大应力比为0.8<1(见图5)，满足吊装要求。