焦化节能改造备煤车间网架工程设计、安装过程解析

焦化节能改造备煤车间网架工程设计、安装过程解析

王龙

四川汇源钢建科技股份有限公司

摘 要：本文就博威新宇化工有限公司焦化节能改造备煤车间工程的设计过程进行解析，为今后类似工程提供参考。

关键词：网壳结构

1. 工程基本情况

工程名称：内江博威新宇化工有限公司焦化节能改造备煤车间网架工程

工程地点：四川省内江市威远县连界镇

博威新宇化工有限公司焦化节能改造备煤车间为川威集团钒钛资源综合利用项目配套工程之一，为国内罕见的超大跨度的备煤车间。工程建筑面积17250平方米，为筒壳双层网架工程。网架长150米，跨度115米，网壳顶矢高48.9米。 网壳两侧支撑在标高5.000米的钢筋混凝土柱顶，整个网架采用上弦支座形式，同侧支座间距为7.5米。工程总用钢量为800吨。

2. 设计思路及技术运用

1. 根据堆取料机运行轨迹，在CAD上放样网壳的轮廓线（需保证堆取料机至网壳安全距离不小于2米）。

2. 确认网壳的风荷载体系系数

由于《建筑结构荷载规范》中只提供了圆柱面的封闭状态的横向风作用的体形系数，而该工程是采用两边开口的三心圆柱面外形，这种形体的体形系数在现有规范中还没有涉及。事实上，两端开口的储煤结构对风荷载相当敏感，设计时必须考虑多方向的风荷载组合。当需要考虑风向和周边建筑对结构风压分布的影响时，可通过风洞试验来确定结构的风荷载体形系数。

本工程是参照浙江大学罗尧治教授的《大跨度储煤结构——设计与施工》，把跨度方向分成5个区间，长度方向分成3个区间。同时，考虑0度、30度、90度风向时体形系数。

风荷载表面分区示意图

3. 网壳模型建立

本工程网壳结构采用微机SFCAD2005软件进行杆件内力分析和截面满应力自动设计。

（1）荷载输入：

1. 1. 屋面恒荷载考虑屋面板荷载、支托荷载及检修马道荷载

   2. 活荷载取检修荷载和积灰荷载较大值

   3. 风荷载取值是按照上面分区进行输入

   4. 温度荷载：该项目是考虑使用时最高温度比安装时最高温度高40⁰和使用时最低温度比安装时最低温度低10 ⁰ 进行输入

荷载组合： V 荷载组合 1: 1.2*静载*1.0+1.4*活载*1.0

V 荷载组合 2: 1.0*静载*1.0+1.4*风载1*1.0

V 荷载组合 3: 1.0*静载*1.0+1.4*风载2*1.0

V 荷载组合 4: 1.2*静载*1.0+1.4*活载*1.0+1.4*温度1*1.0

V 荷载组合 5: 1.2*静载*1.0+1.4*活载*1.0+1.4*温度2*1.0

（2）支座处的弹性刚度计算

① 橡胶支座弹性刚度：

根据大致计算结果Rxmax=20KN，Rymax=500KN，Rzmax=1200KN所以根据表6-10选板式橡胶支座的规格为：axb=400mmx500mm；Tri=11mm；Tr=49mm；Trs=64mm

K11=GxA/H=(0.98~1.47)N/mm2x0.4mx0.5m/0.064m=3.06~4.59 KN/mm

② 短肢柱弹性刚度：

短肢柱大小为：1mx0.4mx0.4m，混凝土等级为C25

K12＝3EI/H3＝3x2.8x104N/mm2x1x103mmx0.43m3/12x0.4 3 m3=7x103KN/mm

所以K1=K11+K12=7003.06~7004.59 KN/mm

③ 下部基础弹性刚度：

下部基础短柱大小为：1mx1.2mx7m，混凝土等级为C25

K2＝3EI/H3＝3x2.8x104N/mm2x1x103mmx1.23m3/12x7 3 m3=35.26KN/mm

综上所述：

X向弹性刚度：Kx=K11 =4.6KN/mm

Y向弹性刚度：Ky=K1XK2/K1+K2 =35.26KN/mm

Z向弹性刚度：Kz=EA/L=2.8x104 x1000 x1200/7000=4.8x106KN/mm

板式橡胶支座的验算：

1、支座应力:R/axb=1200000/400x500=6.0N/mm2＜10 N/mm2

由表6-8查得：

1.96 N/mm2＜6 N/mm2＜7.84 N/mm2

所以符合构造要求。

2、Tr=Sh/tga=24.3/0.7=34.71mm＜0.2a=80mm

实际Tr＝60mm＜0.2a=80mm

所以符合稳定要求。

其计算结果如下：

位移：Zmax=171.2(mm); Ymax=337.8 (mm); Xmax=36.6 (mm)

最大支座反力：F

_Z =1100KN Fy=600KN Fx=161KN

最大杆件截面：249x12

最大螺栓球：220mm

4. 网壳支座连接形式选择

由于该网壳Y向荷载比较大，常规的平板支座的高强螺栓抗剪能力不能满足该荷载大小。为保证结构安全性，采用椅背式支座形式，支座下采用氯丁橡胶垫。具体支座大样如下：

3. 安装解析

1、工程特点：

（1）工期紧：

本工程根据计划，从合同签订到交工验收共90日历天，含基础承台和挡墙的施工时间，所以必须合理安排各阶段的工作时间及相互交接时间，且明确各工序的最迟交接时间，以保证工程如期竣工。

（2）构件品种多：

本工程因各种网架构件均需工厂加工制作，然后运输至工地，各种构配件必须有组织、有计划按图纸要求分类编号，小构件须分类打包做到有条不紊。

（3）跨度大、高度高：

工程跨度为115米，属于超大跨筒壳正方四角锥螺栓球网架，网架最大高度48.9米。

4. 结论

由于空间网格结构具有良好的受力性能、工厂化机械加工和现场拼装性能，在经济性、施工周期、安全性充分体现了其优越性，所有大跨度空间网格结构已逐渐成为大型储煤结构的主要形式。然而，该结构工艺要求高、结构跨度大、设计和施工有较大难度，因而时有此类工程事故。为保证结构的合理性及安全性，在结构形式选择、荷载输入(特别是风荷载)及支座上，需谨慎选择与运用。

参考文献：

1、《空间网格结构技术规程》 JGJ7-2010

2、《钢结构设计规范》 GB50017-2003

3、《钢网架螺栓球节点》 JG10-1999

4、罗尧治，赵阳等.新型空间结构分析、设计与施工