某复杂地形氧化铝厂原矿堆场的结构方案比选及优化

2022-05-03王洁斌

中国科技纵横 2022年7期

王洁斌

（沈阳科维润工程技术有限公司，辽宁沈阳 110166）

0.引言

近年来，随着国民经济和科技水平的不断提高，我国钢结构建筑种类也出现得越来越多，尤其是大跨度钢结构建筑的种类和形式更是层出不穷[1]。大跨度空间钢结构从以往的体育场馆为主，扩展到会展中心、航站楼、机库及单层工业厂房等[2]，带来了空间钢结构发展的空前繁荣。另外，随着国家对环保要求的日益严格，近几年，大跨度的堆场封闭将是钢结构发展的另一个局势[3]。对于堆场封闭，需要根据生产工艺条件、堆取料机布置形式和使用功能等方面[4]，选用合理的结构方案，使堆场使用功能得到满足，结构的安全性、经济性得到合理的均衡，显得越来越重要。本文以某氧化铝厂原矿堆场封闭方案为例，选取几种不同的结构方案，并采用专业计算软件对几种设计方案进行计算优化和比选，选择出具有高安全性与经济性的设计方案[5]。

1.项目概述

某氧化铝厂位于重庆市某产业园区，场内设有1座原矿堆场，主要用于堆存未破碎几内亚铝土矿粗矿，堆料高度约为12m，总储存量约为55万t。港口来料经皮带输送机送于原矿堆场堆存，然后采用汽运送入卸矿站，再经皮带输送机送入破碎及筛分工序。

建设原矿堆场长度为243m，宽度为210m，建筑面积约为5万m2，呈六边形分布。该建场地为山丘地貌，地形非常复杂，经过人工开挖平整后其场地为南高北低、西高东低，地面高程在335.00m～358.500m，最高点位于西南角，地面高程为358.50m。南侧地面从西向东为斜坡状，相对高差为13m，西侧地势从南向北为台阶状，最大高差为23.5m。另外，为了满足生产工艺需要，在堆场内设有一条皮带输送机，安装高度为26.5m。图1为原矿堆场的工艺平面布置图。图2为原矿堆场的现有地形图。现需要结合现有地形、工艺布置和运输条件，对堆场进行封闭，在国内类似项目较少见到。因此，有必要从经济、安全及实用性之间找到一个平衡点，从而实现建筑性能综合最优。

图1 工艺平面布置图

图2 现有地形图

2.方案比选

2.1 设计方案

原矿堆场主体选用钢结构，经过充分考虑生产工艺条件、皮带输送机布置位置和堆料方式，以及经过实地的现场踏勘和业主的交流，采用以下3种方案对堆场进行封闭。

2.1.1 双坡三跨

本方案采用双坡空间管桁架结构形式，中间布有2排树状柱，将料棚分为3跨，跨度分别为66m、78m和66m，料棚总高度为51m，边柱的柱距均为12m，中柱采用钢管混凝土柱，柱距为24m。皮带输送机位于第二跨，而且皮带输送机支架进行单独设计。建筑效果图和剖面图如图3和图4所示。

图3 双坡三跨建筑效果图

图4 双坡三跨建筑剖面图

2.1.2 三拱三跨

本方案采用三拱三跨的桁架拱结构形式，设有2排空间桁架将3个拱连为整体，切角的位置采用单坡屋面跟空间桁架连接。3个桁架拱的跨度度分别为66m、78m和66m，料棚总高度为46m，边柱的柱距均为12m，中柱采用钢管混凝土柱，柱距为30m。皮带输送机位于第二拱中，而且皮带输送机支架进行单独设计。建筑效果图和剖面图如图5、6所示。

图5 三拱三跨建筑效果图

图6 三拱三跨建筑剖面图

2.1.3 三拱三跨+皮带廊

本方案采用三拱三跨的桁架拱结构形式，设有2排空间桁架将3个拱连为整体，切角的位置采用单坡屋面跟空间桁架连接。3个桁架拱的跨度度分别为89.35m、69.15m和51.5m，料棚总高度为51.5m，边柱的柱距均为9m，中柱采用钢管混凝土柱，柱距为36m。其中靠南侧的空间桁架也是皮带输送机的支架。建筑效果图和剖面图如图7和图8所示。

图7 三拱三跨+皮带廊建筑效果图

图8 三拱三跨+皮带廊建筑剖面图

2.2 荷载工况及组合

根据工程所在地的自然条件，结构设计上主要的荷载有恒荷载、活荷载、风荷载和地震作用等。屋面恒荷载包括结构自重和屋面恒荷载，其中屋面恒荷载为0.1kN/m2；屋面活荷载为0.30kN/m2；基本风压为0.35kN/m2（重现期100年）；抗震设防烈度为6度，设计基本地震加速度值为0.05g，设计地震分组为第一组，场地类别属于Ⅱ类。

选取的主要荷载组合包括：恒＋活、恒＋风、恒＋活＋风、恒＋地震等，具体组合系数按荷载规范的有关规定选取。