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大唐西固110m、122m 跨干煤棚钢网架设计
作者：裴雪君 沈媛媛 朱文兵
来源：《水泥科技》杂志
随着对环保要求的重视和提高，我国北方诸多电厂都面临封闭原有露天煤场的任务，本文以西北地区目前最大规模的甘肃兰州大唐西固干煤棚钢网架工程为例，详细介绍了在现有场地上建设干煤棚的设计思路和注意事项，以求对同类工程的设计起到借鉴作用，并希望由此抛砖引玉得到更多同行专家的分析和建议，以使此种结构的设计更趋优化和完善。
1 工程概况
西固干煤棚钢网架工程是大唐西固热电联产上大压小改扩建2x330MW工程中燃料供应系统的重要项目。由于是在现有场地上建设，须在满足工艺要求的前提下综合考虑周边已有建筑、道路和新建子项的相接与统一，给设计的平面、立面布置带来较大的难度;加上大跨度干煤棚受力状态复杂、影响因素众多，在设计的各个环节均须进行较深刻的分析比较,以做到安全合理。
2 布置和选型
考虑南侧铁路运输、北侧道路、新建的13#皮带、5#转运站、原有6#地下输煤道和南北原有三个地煤坑的平面位置，做到基础不与其余相碰,我们将场地分为三个区:一区，110m跨外弦，121. 5m长,边 线位于13#皮带内侧；二区，103.4m跨内弦，45m 长，边线位于5#转运站内侧；三区122m跨外弦，105.5m长，边线位于两个地煤坑外侧，一区左侧和三区右侧均以山墙封闭。
由于需考虑安装灯具和使用中检修等，需在网 架内设置纵向7道，横向2道的600mm宽的马道。
由于即使最大的圆柱面半圆形柱面网壳无法在现有平面尺寸的条件下满足斗轮机净空要求，因此选用三心圆柱面，它在满足斗轮机运行净空要求的前提下可有限降低网架矢高减小迎风面高度,按照三心圆两两相切和理论和兼顾网架所有剖面杆件尺寸相同,根据文1 (中南院论文）拟合公式，我们编制了VB程序，可拟合出相同跨度和的不同三心圆曲线，然后计算比较,通过满足工艺界限的多个三心圆剖面形成的网架进行计算比较，选择最经济模型,矢高40.138m,厚度3.5m。
为尽量保证外形的统一又考虑基础的设计位置，二区外形与一区相同,仅将基础向内侧移动成内弦支承。
三区由于跨度增大，已经满足工艺要求,为了降低矢高仍采用三心圆柱面网架形式，由于跨度增大，为提高结构刚度，将厚度增加至3.8m。
由于煤堆会带来烟尘和大量有害气体,根据同合肥煤炭设计院的调研结果，我们在结构设计中采用屋顶加网架天窗的方案，促进空气对流及有害气体的排出，最大程度减小有害气体对煤棚内作业人员的身体伤害和对钢结构的腐蚀。
三个区的网架结构形式均为三心圆柱面网架上屋顶局部为三层的形式：网格纵向长度为4.5m,三区局部为4m;网格剖面尺寸为4m，一区网架矢高为 40.138 m，二区网架矢高为41.138 m，三区网架矢高 45.908m。天窗厚度均为3m。平面剖面详见图1。
3 结构分析和设计
3.1荷栽计算 .
(1) 恒荷载
考虑檩条及屋面板荷载0. 2kN/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lkN/m2。 注:半跨活荷载只考虑了屋面活荷载，未考虑马道荷载。
(3) 灰荷载
根据西北电力设计院的提资，电厂灰荷载为0。
(4) 雪荷载
50年一遇基本雪压0. 15kN/m2。由于雪荷载和活荷载不同时考虑，本例中应只考虑活荷载。
(5) 风荷载
50年一遇基本风压0.3kN/m2。由于风荷载对大跨度轻型结构起重要作用，本例中调整后的基本风压取值取100年一遇的基本风压值0.35kN/m2。风荷载体型系数，根据荷载规范表7. 3.1 -4中对封闭式拱形屋面的规定，取值如图2所示。
风压高度变化系数参照表7.2.1-B。
风振系数参考文2的结论，取2.0。
(6) 温差作用
温差作用是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。本项目施工日期为2009年7月-10月，考虑正温差20°C,负温差– 40。C0
(7) 地震作用
8度设防地区，设计地震分组第二组。
主要荷载组合：
(1) 1.2恒载+ 1.4活载+正负温差。
(2) 1_2恒载+ 1.4活载+ 1.4*0.6左（右）风 +正负温差。
(3) 1.2恒载+ 1.4*0.7活载+ 1.4左（右）风 +正负温差。
(4) 1.0恒载+ 1.4左（右）风+正负温差。
(5) 1.2恒载+ 1.4左半跨（右半跨）活载+1.4*0.6左（右）风+正负温差。
(6) 1.0恒载+ 1.4山墙左（右）风+正负温差。
(7) 1.2恒载+0.5活载+0.2左（右）风+1.3水平地震作用+0.5竖向地震作用。
本工程屋面网壳结构设计采用中国建筑科学研究院建筑结构研究所开发的MSGS 8.0.4 beta版软件分析设计，支座采用全铰接。为了提高安全储备，最小采用了 D75x3.75的杆件，强度控制值215*0.9=193N/mm2。考虑在不同荷载组合作用下，网架的上下弦杆受力状态的复杂性，即拉杆变压杆，本工程的拉压杆长细比均控制为180。
计算发现支座处纵向杆截面较大,这是温度应力引起的,为释放温度应力，将支座纵向杆件每隔一个删除一个连接杆，删除后的网架支座附近内力更趋合理。
本工程的主要分析结果如下：
一区杆件最大压力1189 kN，最大拉力870 kN， 最大烧度189.3 mm。
二区杆件最大压力1017 kN，最大拉力1211kN， 最大烧度193.7 mm。
三区杆件最大压力1113 kN，最大拉力924 kN, 最大烧度178.1 mm。
4. 核算
本项目三个部分均以MIDAS软件核算，满足设计要求。
5. 结语
(1) 在现有煤场上建设大跨度网架结构，须综合考虑各种客观条件,确定平面布置。
(2) 由于大跨度网架的用钢量大，须比较各种方案，优选最经济合理方案。
(3) 考虑荷载及荷载组合,要全面细致,分析最不利组合。方可得出安全的结罘。
参考文献
[1]《黄石西塞山电厂干煤棚网壳结构设计》国家电力公司中南电力设计院王笑松、范振中。
[2] 《大跨空间网格结构M振系数探讨》何艳丽 董石麟 龚景海（空间结构2001年6月第7卷第二期）。
[3] 《某发电厂干煤棚设计与施工》肖志斌 严慧 裘涛。
[4] 《大跨度储煤结构–设计与施工》罗尧治。
来源：《水泥科技》杂志、转自：，作者：裴雪君 沈媛媛 朱文兵，如有侵权请联系删除。
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