100m跨网壳与管桁架组合型网格结构设计

2014-11-09邵富强

山西建筑 2014年2期

邵富强

(中煤煤炭科工集团北京华宇工程有限公司，河南平顶山 467000)

1 项目概况

某煤综合处理场工程原料煤储煤场，钢屋盖采用双层钢网壳结构，跨度100 m，矢高38．43 m，网壳厚度3 m，总长340 m。布置形式:中间为长240m跨度100m的圆柱面网壳，两侧为直径100m的半球面网壳。周边支撑结构为三角形钢筋混凝土排架，中间支撑为5个直径7 m的钢筋混凝土圆筒，如图1～图3所示。

图1 屋面平面布置图

图2 纵向剖面图

图3 横向剖面图

2 结构概念设计与方案比选

2．1 网壳厚度与大桁架高度取值的考虑

根据JGJ 7-2010空间网格结构技术规程中，网壳结构的基本规定:沿两纵向边支撑或四边支撑的圆柱面网壳，其厚度可取跨度的1/20～1/50，即2 m～5 m;双层球面网壳的厚度可取平面直径的1/30～1/60，即1．7 m～3．3 m;综合两方面的因素确定网壳的高度为3 m。立体桁架的高度可取跨度的1/12～1/16，即4．7 m～3．5 m，因为桁架内需要提供可逆移动带式输送机(高2．5 m)的运行空间，立体桁架内的腹杆需躲避设备，最终钢桁架高度确定为6 m。

2．2 网壳与大桁架相关关系的考虑

储煤厂钢屋盖设计的初始阶段，将网壳与大桁架分开考虑，在两结构相邻处，网壳增设边桁架，各自计算。发现两结构的位移均很大，超过容许挠度值1/300的规定;构件截面过大，很不合理，很不经济。后来将网壳与大桁架一起考虑，网壳与大桁架相连接，连接部位提高刚度，经3D3S11．0计算，能够满足结构要求的承载能力、位移变形及稳定验算。故将网壳与大桁架相接方案确定为最终方案。

2．3 结构分缝的考虑

储煤厂长340 m，宽100 m。根据GB 50017-2003钢结构设计规范温度区段的要求，纵向温度区段不超过180 m，横向温度区段不超过125 m。因此在长方向的中间处设置一道宽度400 mm伸缩缝。

2．4 与工艺等专业配合的考虑

1)可逆移动带式输送机卸煤时，落煤摩擦钢桁架下弦支撑，下弦支撑的杆件需作保护钢盖板或耐磨层;2)可逆移动带式输送机滚筒工作周期1．017 s，与钢结构的自振周期(0．5 s)不一致;3)储煤场钢屋盖两端需设置消防梯;4)钢屋盖围护板设置采光带，满足场内采光要求。

2．5 最终确定结构方案的主要情况

在长方向的中间处设置一道伸缩缝，伸缩缝的两边对称布置。半边的结构方案为:直径100 m的双层半圆球形网壳和直径100 m长99．65 m的双层柱形网壳。

3 结构的荷载与作用

结构荷载见表1。

表1 结构荷载

栈桥下弦节点荷载取值:恒载:找平层25×0．03=0．75 kN/m2;结构层12 ×0．1=1．25 kN/m2;钢梁自重 0．765 kN/m;下弦节点恒载共计:(0．75+1．25)×3 ×3．15+0．765 ×3．15=21 kN。活载:楼面活载3．5 kN/m2;设备活荷载18 kN/m;下弦节点活荷载共计:3．5×3×3．15+18×3×1．2×0．5=66 kN;

关于节点球自重的考虑:网架自重计算为考虑20%节点自重，故将钢材材料密度由7．85e-006 kg/mm3改为9．42e-006 kg/mm3。

4 结构的力学分析结果

本钢屋盖总体结构的力学分析包括:1)按照线性分析理论计算在不同工况及组合下构件的内力及位移;2)钢网壳温度内力计算;3)按几何非线性分析计算网壳的稳定性;4)水平地震和竖向地震作用下的构件内力计算。网架最大自振周期0．500 81 s，远远小于往返式皮带给料机周期60/59=1．016 9 s。故认为不会与设备产生共振，满足要求。

69．523 mm＜100 000/300=333 mm，满足规范要求。

表2 材料统计表

5 结构杆件的优选原则及校核结果

钢桁架杆件的应力比控制到0．85，绕落煤筒环形钢杆件控制到0．9。网壳杆件应力比控制到0．9。受压杆件长细比控制到1/170，受拉杆件长细比控制到1/220。桁架上、中、下弦杆调整为Q345级钢，靠近支座处的上下弦及腹杆做人为加强。在该储煤厂中间设缝处、上下弦杆及腹杆做人为调整。通过对杆件截面调整，最后全部满足要求。