干煤棚基础的设计

干煤棚基础的设计

刘慧峰

大唐环境产业集团股份有限公司北京海淀100097

摘要：火力发电公司的干煤棚，一般它具有跨度大、地面堆载大的特点，它的安全隐患主要表现在两个方面，一方面是上部结构的安全，另一方面是干煤棚下部地基基础的安全。本文通过具体案例，仅对干煤棚下部的地基基础设计进行分析和探讨，希望能对读者有所帮助。

关键词：干煤棚；地基基础设计

引言：火力发电公司的主要污染物为煤尘，煤尘主要是在煤的运输、装卸、粉碎等操作过程中向大气逸散而形成的污染。煤场作为输煤生产工序的储存区，为煤尘污染的主要场所。以前，为了减少粉尘污染，比较经济的手法是在煤场的周边设置防风抑尘网，随着我国经济的快速发展，环境保护力度的加强和节能减排工作的大力开展，煤尘的排放控制日益受到重视，各地区的环保部部门已先后提出了对煤场进行封闭的要求，大部分煤场采用单跨煤棚封闭。煤棚结构一方面跨度大，另一方面地面堆载大，煤棚地基基础的设计也是不容忽视的重要环节。

1干煤棚案例概述

某火力发电公司的煤棚，采用预应力空间拱形钢管桁架结构，屋面采用金属压型钢板封闭，跨度方向轴线间距188m，长度方向轴线间距202.5m，除两端山墙，中间设有6榀桁架，桁架间距30m，支承钢结构桁架或钢结构山墙柱的混凝土柱柱顶标高为2.0m。煤场内设三个条形煤堆，煤堆高度13.5m。

1.1自然条件

（1）建场地内无不良地质作用，场地稳定，为对建筑抗震的一般地段。（2）场地类别为Ⅱ类。在抗震设防烈度为7度，设计地震分组为第二组，设计基本地震加速度值为0.15g，地下水位近3～5年最高水位为室内地坪下-8.0m，场地20.0m深度范围地基土不液化。（3）抗震设防烈度为7度，设计基本地震加速度值为0.15g，设计地震分组为第二组。（4）标准冻结深度为1.60m。

1.2荷载取值

（1）恒荷载：考虑檩条及屋面板荷载0.30kN/m2，马道自重0.15kN/m2。（2）活荷载：屋面活荷载0.5kN/m2，马道活荷载1.0kN/m。（3）雪荷载：50年一遇基本雪压为0.4kN/m2，雪压按最不利荷载组合及最不利分布考虑计算。（4）风荷载：50年一遇基本风压取0.55kN/m2，地面粗糙类别B类；（5）温度作用：考虑施工时的气温同当地全年月平均最低和最高温差的差值，取为±30°C。（6）拟建场地的抗震设防烈度为7度，设计基本地震加速度值为0.173g，建筑场地类别为Ⅱ类。

2荷载组合

主要荷载工况组合如下：

（1）结构静力分析荷载组合（其中±温度表示升温和降温；±风表示相反风向；对结构有利时，预应力分项系数取1.0；对结构不利时，预应力分项系数取1.2雪压分别按全跨积雪的均匀分布、不均匀分布和半跨积雪的均匀分布按最不利情况采用。1）1.35D+1.4（0.7）L（雪）+1.0（或1.2）预应力。2）1.2D+1.4L（雪）+1.0（或1.2）预应力。3）0.9D+1.4风吸+1.0（或1.2）预应力。4）1.2D±1.4X、Y风+1.0（或1.2）预应力。5）1.2D±1.4温度+1.4（0.7）L（雪）+1.0（或1.2）预应力。6）1.2D+1.4L（雪）+1.4（0.6）风压+1.0（或1.2）预应力。7）1.2D+1.4L（雪）±1.4（0.6）温度+1.0（或1.2）预应力。8）1.2D+1.4L（雪）±1.4（0.6）X、Y风+1.0（或1.2）预应力。9）1.2D+1.4L（雪）±1.4（0.6）X、Y风±1.4（0.6）温度+1.0（或1.2）预应力。10）1.2D+1.4（0.7）L（雪）±1.4X、Y风±1.4（0.6）温度+1.0（或1.2）预应力。11）1.2D+1.4（0.7）L（雪）±1.4（0.7）X、Y风±1.4温度+1.0（或1.2）预应力。

（2）地震荷载组合1）1.2（D+0.5L）±1.3水平地震作用+1.0（或1.2）预应力。2）1.2（D+0.5L）±1.3竖向地震作用+1.0（或1.2）预应力。3）1.2（D+0.5L）±1.3双向地震作用+1.0（或1.2）预应力。4）1.2（D+0.5L）±1.3水平地震作用±1.4（0.2风）+1.0（或1.2）预应力。5）1.2（D+0.5L）±1.3水平地震作用±1.4（0.2温度）+1.0（或1.2）预应力。6）1.2（D+0.5L）±1.3双向地震作用±1.4（0.2风）+1.0（或1.2）预应力。7）1.2（D+0.5L）±1.3双向地震作用±1.4（0.2温度）+1.0（或1.2）预应力。8）1.2（D+0.5L）±1.3水平地震作用±0.5竖向地震作用+1.0（或1.2）预应力。9）1.2（D+0.5L）±0.5水平地震作用±1.3竖向地震作用+1.0（或1.2）预应力。10）1.2（D+0.5L）±1.3水平地震作用±0.5竖向地震作用±1.4（0.2风）+1.0（或1.2）预应力。11）1.2（D+0.5L）±0.5水平地震作用±1.3竖向地震作用±1.4（0.2风）+1.0（或1.2）预应力。

3管桁架基础的设计（独立基础一）

3.1地基承载力特征值的修正

基础置于③层或③1层，用于地基承载力修正时，基础埋置深度取5.8米，当基底宽度大于6m时按6m取值，承载力宽度修正系数ηb=0.3，基础承载力深度修正系数ηd=1.6。fa=fak+ηbΥ（b-3）+ηdΥm（d-0.5）=170+0.3x18x（6-3）+1.6x18x（5.8-0.5）=339kpa

3.2剪力在基础底面所产生的附件弯矩

柱：方柱，A=2000mm，B=6000mm，柱顶标高2.0m，作用力标高2.2m，基底标高-6.0m，基础底面：b=10m，l=8m；柱顶反力设计值：N=6737.00kN，Mx=-190.00kN.m，Vx=28.00kN，My=898.00kN.m，Vy=3934.00kN，柱顶反力标准值：Nk=5245.00kN，Mxk=-144.00kN.m，Vxk=13.00kN，Myk=560.00kN.m，Vyk=3000.00kN，混凝土强度等级：C30，fc=14.30N/mm2.剪力作用下基底增加的附加弯矩M'=V*h（力臂h=8.200m）：My'=229.60kN.m，Mx'=-32258.80kN.m，Myk'=106.9kN.m，Mxk'=-24600kN.m

3.3基底反力的计算

3.3.1统计到基底的荷载

标准值：Nk=5245.00，Mkx=-24744，Mky=666.60。设计值：N=6737.00，Mx=-32448.80，My=1127.60

3.3.2承载力验算时，底板总反力标准值（kPa）

pk=（Nk+Gk）/A=185.56kPa。pkmax=378.08kPa，pkmin=0.00kPa

3.3.3强度计算时，底板净反力设计值（kPa）：

pmax=N/A+|Mx|/Wx+|My|/Wy=257.39kPa。pmin=N/A-|Mx|/Wx-|My|/Wy=-126.27kPa

p=N/A=65.56kPa。各角点反力p1=-126.27kPa，p2=-113.77kPa，p3=257.39kPa，p4=244.89kPa

3.4地基承载力验算

pk=185.56<fa=339.00kPa，满足。pkmax=378.08<1.2*fa=406.80kPa，满足

3.5基础抗剪验算

根据《地基规范》第8.2.7-2条，基础应进行抗剪验算。

抗剪验算公式V<=0.7*βhs*ft*Ac（剪力V根据最大净反力pmax计算）

3.6基础抗冲切验算

抗冲切验算公式Fl<=0.7*βhp*ft*Aq（冲切力Fl根据最大净反力pmax计算）

3.7基础受弯计算

弯矩计算公式M=1/6*la2*（2b+b'）*pmax[la=计算截面处底板悬挑长度]

3.8桁架基础的抗滑移计算

根据现场情况，在混凝土挡煤墙基础和建筑外围墙基础施工时，需对已完成的主体结构混凝土基础上的回填土开挖并进行地基处理，在上部钢结构水平推力的作用下，存在基础产生滑移的风险，因此，需对主体结构基础进行抗滑移验算，水平推力Fv=3000KN，竖向力（Fz+Gk）=16026KN

基础抗滑移验算公式：μ*≥1.3Fv，其中，μ—混凝土基础底面与地基土摩擦系数，本工程取0.3；Fz—主体结构产生的竖向压力；Fv—主体结构产生的水平推力；Gk—主体结构基础及回填土重量。根上述公式进行基础抗滑移验算，μ*（Fz+Gk）=4808>1.3Fv=3900满足要求。

3.9基础沉降差计算

根据《建筑地基基础设计规范》表5.3.4，中、低压缩性土地基变形允许值为0.002l，主结构基础一最大允许沉降差为0.002x30000=60mm，山墙结构基础最大允许沉降差为0.002x20000=40mm，主结构与山墙交界处最大允许沉降差为0.002x26250=53mm。

基础A的沉降量-基础B的沉降量=19.116-8.254=10.862mm<60mm，满足要求

4大面积堆载对基础沉降的影响

4.1附加荷载的计算

根据地基基础设计规范第7.5条大面积地面荷载及附录N大面积地面荷载作用下地基附加沉降量计算，得出大面积填土荷载图见图3。

图2大面积堆载示意图

煤堆的容重r=8kN/m3

PK=rx0.8x（0.3x2.42+0.29x4.91+0.22x9.07+0.15x12.83+0.1x13.5+0.08x13.5+0.06x13.5+0.04x11.

2+0.03x7.27+0.02x3.36+0.01x0.7）=64kN/㎡

根据GB50007-2011式5.3.5计算，沉降量=11.702mm

附加沉降量满足《地基基础设计规范》表7.5.5的要求。

结束语

干煤棚基础的设计，一方面要按照常规的程序设计，另一方面又要紧密地结合钢结构与土建的施工顺序，考虑到每一中工况，确保基础和上部结构的安全。

参考文献

[1]建筑第一基础设计规范