选煤厂主厂房结构优化设计

2021-07-09刘永

山西建筑 2021年14期

刘永

(中煤西安设计工程有限责任公司，陕西西安 710061)

1 概述

主厂房作为选煤厂中洗选、破碎及筛分等重要环节的建构筑物，由于机械设备布置复杂，工艺管道分布密集，为配合工艺使用要求，主厂房结构布置中存在大开孔，楼层高度不一致，柱布置方式不均匀和局部楼面错层等现象，导致结构体系存在质量和刚度分布不对称等现象。

针对主厂房的开间尺寸不规则、荷载分布复杂以及结构跨度较大等现象，需要总结结构设计经验，通过优化结构设计体系布置等措施，有效的改善结构刚度分布，以此达到较好的结构设计效果。

2 结构模型建立与分析

2.1 工程概况

中煤陕西榆林能源化工有限公司大海则矿井及选煤厂主厂房为钢筋混凝土框架结构，平面尺寸47 m×40.5 m，檐口高度29.9 m。屋面采用网架结构，墙体材料为非承重空心砖，基础采用独立基础及条形基础。

按照GB 50009—2012建筑结构荷载规范附录E.5《全国各城市的雪压、风压和基本气温》，本选煤厂所在地区基本风压、基本雪压为：Wo=0.40 kN/m2(50年一遇)；基本雪压：So=0.25 kN/m2(50年一遇)。

根据中华人民共和国国家标准GB 18306—2015中国地震动参数区划图附录C，本选煤厂抗震设防烈度为6度，设计基本地震加速度值为0.05g，反应谱特征周期0.35 s。设计地震分组为第一组。场地类别Ⅱ类，建筑工程抗震设防类别为丙类，框架抗震等级为三级。

2.2 计算模型

主厂房内通常布置较多振动筛、破碎机等大型振动设备，在其设备运行时会产生较大的振动荷载，因此在承受振动荷载的区域楼板厚度取值150 mm(其余区域楼板厚度取值120 mm)，并合理布置次梁减少楼板跨度，从而整体加强楼板刚度，减弱振动。

针对楼层高度不一致，在大跨度桥式起重机的空间范围内柱截面取值较大，相邻底层层高低，为提高使用空间，增强美观，降低造价，可根据层高合理布置柱截面，在柱变截面处的框架梁端增设支托，使梁与柱的接触面加大，节点的有效体积有所增加，提高节点受剪承载力。

本工程使用荷载标准值：楼面活荷载标准值：5.0 kN/m2,楼梯间活荷载标准值：3.5 kN/m2,安装孔及检修场地：10.0 kN/m2,屋面活荷载标准值(不上人)：0.5 kN/m2。

主厂房三维模型0如图1(一层增设剪力墙)所示，主厂房三维模型1如图2(未增设剪力墙)所示。

2.3 计算结果分析

1)楼层侧向剪切刚度比。

Ratx，Raty(刚度比):X，Y方向本层塔剪切刚度与下一层相应塔剪切刚度的比值如图3所示。

计算结果显示2层的X向楼层侧向剪切刚度比由4.36降到了0.40；Y向楼层侧向剪切刚度比由4.36降到了0.37，有效地改善了结构侧向剪切刚度比。

2)楼层侧向剪弯刚度比。

Ratx，Raty(刚度比):X，Y方向本层塔剪弯刚度与下一层相应塔剪弯刚度的比值如图4所示。

计算结果显示2层的X向楼层侧向剪弯刚度比由4.23降到了0.11；Y向楼层侧向剪弯刚度比由4.23降到了0.12，有效地改善了结构侧向剪弯刚度比。

3)各楼层受剪承载力。

Vx/Vxp,Vy/Vyp:本层与上层楼层承载力的比值(X,Y方向)如图5所示。

计算结果显示1层的X向受剪承载力比由0.77优化到了0.94；Y向受剪承载力比由0.69优化到了0.92，有效地改善了结构受剪承载力比。

4)风荷载作用下的最大层间位移角如图6所示。

计算结果显示1层的X向及Y向风荷载作用下的最大层间位移角均得到了有效的改善。

5)地震荷载作用下的最大层间位移角如图7所示。

计算结果显示1层的X向及Y向地震荷载作用下的最大层间位移角均得到了有效的改善。

刚度比是指相近楼层侧向刚度的比值，楼层抗侧力结构的层间受剪承载力，指的是该层全部柱、剪力墙、斜撑在所考虑的水平地震作用方向上的受剪承载力之和。以上指标均为规范规定中用来判断竖向规则性的一种参考性指标，主要为限制结构竖向布置的不规则性，避免结构刚度沿竖向突变，形成薄弱层。新《高层建筑规范》的3.5.3条规定，A级高度高层建筑的楼层抗侧力结构的层间受剪承载力不宜小于其相邻上一层受剪承载力的80%，不应小于其相邻上一层受剪承载力的65%；B级高度高层建筑的楼层抗侧力结构的层间受剪承载力不应小于其相邻上一层受剪承载力的75%。