一种超大跨度煤场封闭新型空间网架结构选型及研究

摘要：本文通过超大跨度网架结构选型的对比分析，根据某电厂超大跨度封闭干煤棚，提出了一种新型的空间网架结构选型，并进行了分析。通过本文的研究，对类似干煤棚结构选型及设计具有一定的参考意义。

关键词：干煤棚;超大跨度;结构选型

引言

目前，大跨度干煤棚已广泛应用于国内外各种电厂的储煤结构中。超大跨度煤棚封闭结构，受力情况复杂，而且受到工艺布置限制等的影响，必须根据具体情况优化选择适合的结构形式。

1.结构形式的比较

目前，超大跨度的结构，国内多采用预应力钢桁架（图1）或中间设立支撑柱的网壳结构形式（图2）。

（1）预应力钢桁架

优点：①跨越能力强;②耐腐蚀性强;③不存在混凝土支撑柱碰撞、腐蚀问题。

缺点：120m以上跨度造价较高，120m以下经济性一般。

（2）网架结构

优点：①技术成熟。②空间受力性能好，维护便捷。③杆件之间相互支撑作用，刚度大。

缺点：①适用跨度在70m～120m。 ②跨度超过120m时用钢量多、自重大、经济性差。

2.工程概况

本文以某电厂封闭干煤棚为研究对象，拟封闭煤棚尺寸为188m（长度）×170m（跨度），煤棚内仅有一台斗轮机且不位于煤棚中间位置，斗轮机悬臂长度约为38m，煤棚内部须满足斗轮机的自由行走和回转，煤棚下弦应距离斗轮机悬臂旋转作业范围控制点至少5.00m净空。

3.结构选型方案

由于本文中研究的封闭煤场跨度超过150m，属超大跨度结构，国内尚无此跨度的单跨网架，因此考虑在跨中110m处沿煤棚纵向设立支撑柱作为支点，将此170m超大跨度网架结构通过支撑柱分为110m跨和60m跨两部分，即将整个煤棚做成两跨不等的网架结构，屋面形状为单拱形，所设置的支撑结构体系区别于跨度正中间位置设支撑柱的网架结构（图3）。

为满足斗轮机工作位置的要求，经过方案对比、优化，此次选用三心圆柱面双层网架结构，结构基本单元为正放四角锥，采用螺栓球连接形式。干煤棚采用两纵向边短柱支撑，两端山墙全封闭，煤棚纵向设置两道伸缩缝。

（1）结构几何参数及布置

圆柱面网壳厚度选为3.0m～5.0m，结构平面长度为188m，结构跨度为170m。沿结构纵向设置23榀桁架，每榀桁架间纵向设置刚性系杆，系杆间距为桁架两个节间距离。

（2）支承方式

由于本文中提出的結构为超大跨度，为尽量减少结构跨度，圆柱面网壳采用下弦节点支承形式。

4.结构分析

利用结构分析与设计软件Midas gen对本文中提出的网架结构进行了静力分析、振型分析。采用MST2016空间结构设计分析软件进行应力优化设计。

（1）计算荷载

1）静荷载：上弦层均布荷载0.2KN/m2，下弦马道处均布荷载1KN/m2，网壳自重由程序MST2016自动计算。

2）活荷载：屋面活荷载上弦层均布0.5KN/m2，下弦层马道处均布2KN/m2，屋面雪荷载为0.3KN/m2，根据荷载规范，屋面活荷载与屋面雪荷载不同时考虑，只取大值考虑。

3）温度作用：由于网壳结构是超静定结构，均匀温度场变化下杆件不能自由伸缩，就会产生应力，即温度应力。

4）地震作用：该地区地震基本烈度为8度，根据网架结构技术规范，网架计算时应进行水平和竖向抗震验算，抗震措施按9度考虑。

5）风荷载：50年一遇基本风压：0.40 KN/m2;100年一遇基本风压： 0.45 KN/m2。

风荷载是主要控制荷载，通过风洞试验确定风载体型系数和风振系数。

（2）结构分析

计算模型中桁架弦杆采用frame单元，桁架腹杆采用truss单元，刚性系杆及屋面支撑采用truss单元。在各种工况组合条件下，钢管初始弯曲小于L/1000，网壳支座及洞口附件重要部位的杆件应力比不大于0.8，其他部分的杆件的最大应力比小于0.85，压杆容许长细比为180（关键杆件为150），拉杆容许长细比为200（关键杆件180）。网壳和基础短柱的连接节点进行加强设计。

5.结论

（1）通过分析结果表明，本文提出的超大跨度网架结构的变形、承载力、长细比及稳定性能均满足相应规范要求。

（2）本文所提出的网架结构型式能有效解决超大跨度结构的可行性、经济性问题。

参考文献

[1]吴晓帆，杨君，丁伟亮.大跨度干煤棚三心圆柱面网架结构设计优化，武汉大学工学版（增刊）2010.08（43）：88-90

[2]JGJ-2010.空间网格构技术规程[S]，北京：中国建筑工业出版社，2012.

[3]DL 5022-2012 火力发电厂土建结构设计技术规程[S].

作者简介：侯伟（1980-），女，汉，硕士研究生，工程师，研究方向：电力项目土建结构设计和管理