85m直径熟料库钢网架屋盖设计与实现

朱玉林，董哲武，孙勇，李运军，凌进，蔡树珍（安徽中亚钢结构工程有限公司，安徽 合肥 230051）

0 前言

随着社会经济的不断发展，基础建设需要消耗更多的建筑材料，水泥工厂的生产能力需要不断扩大，对储料仓库的建筑面积和储能提出了更高的要求，熟料库作为水泥工厂重要的储库，当然也面临着增大储量的迫切需求[1,2]。本文阐述了某水泥工厂建设的直径85m的熟料库钢屋盖设计与建造过程，建成储量约285000t。

1 设计

1.1 工程概况

本项目为水泥熟料冬储仓库，混凝土圆库直径85m，壁厚0.9m，高27m，棱台形状钢屋盖网架净高28.16m，矢跨比约为1/3。网架下弦圆周设40个单向滑动支座，支座球球心标高27.470 m，库顶H型钢平台直径 18.5 m（15.5+2×1.5），钢平台面标高56.230 m，其通过支托板架设在棱台顶部网架上（直径15.5 m）。钢平台布设收尘器、钢廊道、皮带机设备、带检修葫芦的库顶房屋盖等。屋面为单层750型彩钢板。

1.2 设计参数

钢网架采用Q235B钢管，应力比0.85，拉压杆长细比均取150[3]。屋面恒载0.2 kN/m2,活荷载0.5 kN/m2（南方无雪压）,灰荷载0.5 kN/m2，风荷载0.35 kN/m2（R=100），根据高度按B类场地取风压高度变化系数，考虑风振系数1.50[4]。温差考虑60℃，-30℃。钢平台楼面恒载取H型钢平台自重+花纹钢板自重+工艺设备恒载，钢平台楼面活载取工艺设备活载并考虑振动系数。安全起见，对棱台网架进行非线性稳定分析，初始几何缺陷分布采用结构最低阶屈曲模态，缺陷最大值按跨度的1/300，安全系数K取4.2[5]。

图1 熟料库剖面图

1.3 计算结果

熟料库钢网架采用中国建研院网架程序MSGS设计，浙江大学空间结构程序MST复核对比，稳定计算及施工验算采用同济大学钢结构程序3D3S。熟料库棱台网架挠度值80mm，远小于挠度控制值85 000/400=215 mm[6]，用 钢 量 低 于 55 kg/m2。 高12.3 m库顶房网架用钢量低于50kg/m2。最大管径180 mm×10mm，最大螺栓M52，最大螺栓球D260。

结构阵型数取25，经计算，基本满足XYZ方向质量参与系数超90%的要求（90.60%，91.16%，87.57%）。第一阶阵型周期0.53s，前三阶阵型见图2～4。

图2 第一阶阵型（X向平动），T=0.53s

图3 第二阶阵型（Y向平动），T=0.51s

图4 第三阶阵型（扭转），T=0.39s

线性稳定模态系数为60.0，不完善（初始几何缺陷）结构荷载级40.1，说明结构稳定性满足要求。

图5 线性稳定模态，稳定系数60.0

2 加工送检

2.1 检验标准

本项目网架为业主抽检送样，检测单位为徐州国家网架质量检验中心。项目抽取5类10根杆件，做实物组合拉力实验。试验标准是《钢网架螺栓球节点》JG/T 10[7]和《钢网架螺栓球节点用高强度螺栓》GB/T 16939[8]。该实验方式在现行钢结构验收标准中不再有描述[9]，但仍被相关单位所认可。

2.2 检验结果

送检样品全数合格,。出具的合格报告有三种结果：（1）螺栓断（数据满足对应螺栓机械拉力载荷值，单位：kN）；（2）钢管断（数据满足技术要求370～500 MPa）；（3）焊缝断（数据满足钢管的技术要求370～500 MPa），见图6，7。

图6 杆件实验夹具及实验结果1类

图7 杆件实验结果2类和3类

3 施工方法

3.1 棱台网架起头

该项目属于超过一定规模的危险性较大的工程项目，编制了专项施工方案并举行了专家论证会。项目起头采取库壁打化学锚栓+钢丝绳背索方式，严格控制其变形，直至闭合成环，见图8，9。

图8 背索起头验算模型

图9 背索起头闭合成环（合位移最大值3.5mm）

3.2 网架合拢验收

全过程关键点动态监测，逐圈向上以螺栓球节点模块散装施工，项目施工段监测位移与计算值吻合度达90%以上，过程安全及质量可控。

本项目在施工中未出现一例安全事故，施工质量也得到了业主的认可，项目验收非常顺利。设计制图在檐口等细节上处理较为到位，支座外侧一圈设挡水凸台及预埋板供檐口封闭固定角铁使用。从棱台网架屋面到库顶房网架屋面都实现了很好的防尘、观瞻效果，见图10，11。

图10 棱台网架施工过程

图11 廊道视角竣工照片

4 结语

本项目钢屋盖网架从设计到施工均由我单位完成，从项目合同签订开始即成立专门工作小组，动态协调设计研发、采购加工、制作安装。工作小组始终坚持“安全质量”两手抓的生产作业方针，做到保质保工期完成建设任务。

设计研发采用了支座处三层网架加强圈的方式，有力的控制了网架螺栓的直径、避免了出现焊接球，为项目实现高效安装，保证质量做好了铺垫。施工过程辅以动态计算分析，网架关键点位实时监测。项目的完成集合了多部门多专业的协作，供业界同仁参考交流。