全封闭干煤棚双层柱面网壳体系与选型
全封闭煤棚结构形式与选取原则
２０２０年４月下第４９卷㊀第８期施㊀工㊀技㊀术ＣＯＮＳＴＲＵＣＴＩＯＮＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ８１㊀ＤＯＩ:１０ ７６７２/ｓｇｊｓ２０２００８００８１全封闭煤棚结构形式与选取原则∗乔支昆１ꎬ朱滢政２ꎬ李竞远２ꎬ尹新伟１ꎬ陈㊀婷１(１.大唐环境产业集团股份有限公司ꎬ北京㊀１０００９７ꎻ２.清华大学土木工程系ꎬ北京㊀１０００８４)[摘要]整理煤棚结构自要求进行全封闭建设以来常见的结构形式ꎮ结合具有代表性的工程实体ꎬ比较不同结构形式的优缺点和力学性能ꎬ并依据目前煤棚结构在结构形式选取时参考的主要指标ꎬ如构造性㊁经济性㊁适用性㊁可行性㊁功能性等ꎬ总结全封闭煤棚的选取原则ꎮ[关键词]钢结构ꎻ煤棚ꎻ网架ꎻ网壳ꎻ充气膜结构[中图分类号]ＴＵ３９３ ３[文献标识码]Ａ[文章编号]１００２￣８４９８(２０２０)０８￣００８１￣０６ＳｔｒｕｃｔｕｒａｌＦｏｒｍｓａｎｄＳｅｌｅｃｔｉｏｎＰｒｉｎｃｉｐｌｅｏｆＦｕｌｌｙＥｎｃｌｏｓｅｄＣｏａｌＳｔｏｒａｇｅＳｈｅｄＱＩＡＯＺｈｉｋｕｎ１ꎬＺＨＵＹｉｎｇｚｈｅｎｇ２ꎬＬＩＪｉｎｇｙｕａｎ２ꎬＹＩＮＸｉｎｗｅｉ１ꎬＣＨＥＮＴｉｎｇ１(１.ＤａｔａｎｇＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔＩｎｄｕｓｔｒｙＧｒｏｕｐＣｏ.ꎬＬｔｄ.ꎬＢｅｉｊｉｎｇ㊀１０００９７ꎬＣｈｉｎａꎻ２.ＤｅｐａｒｔｍｅｎｔｏｆＣｉｖｉｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇꎬＴｓｉｎｇｈｕａＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙꎬＢｅｉｊｉｎｇ㊀１０００８４ꎬＣｈｉｎａ)Ａｂｓｔｒａｃｔ:Ｔｈｉｓｐａｐｅｒｓｏｒｔｓｏｕｔｔｈｅｃｏｍｍｏｎｆｏｒｍｓｏｆｃｏａｌｓｔｏｒａｇｅｓｈｅｄｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓｉｎｃｅｔｈｅｆｕｌｌｙｃｌｏｓｅｄｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｗａｓｒｅｑｕｉｒｅｄ.Ｃｏｍｂｉｎｅｄｗｉｔｈｒｅｐｒｅｓｅｎｔａｔｉｖｅｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇｐｒｏｊｅｃｔｓꎬｔｈｅａｄｖａｎｔａｇｅｓꎬｄｉｓａｄｖａｎｔａｇｅｓａｎｄｍｅｃｈａｎｉｃａｌｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆｄｉｆｆｅｒｅｎｔｓｔｒｕｃｔｕｒａｌｆｏｒｍｓａｒｅｃｏｍｐａｒｅｄ.Ａｎｄｓｅｌｅｃｔｉｏｎｐｒｉｎｃｉｐｌｅｓａｒｅｄｉｓｃｕｓｓｅｄａｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏｔｈｅｍａｉｎｉｎｄｅｘｅｓꎬｓｕｃｈａｓｓｔｒｕｃｔｕｒａｌꎬｅｃｏｎｏｍｉｃꎬｐｒａｃｔｉｃａｌａｎｄｆｕｎｃｔｉｏｎａｌꎬｗｈｅｎｓｅｌｅｃｔｉｎｇｔｈｅｓｔｒｕｃｔｕｒａｌｆｏｒｍｆｏｒａｓｐｅｃｉｆｉｃｃｏａｌｓｔｏｒａｇｅｓｈｅｄ.Ｋｅｙｗｏｒｄｓ:ｓｔｅｅｌｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓꎻｃｏａｌｓｔｏｒａｇｅｓｈｅｄꎻｇｒｉｄｓꎻｒｅｔｉｃｕｌａｔｅｄｓｈｅｌｌꎻａｅｒａｔｅｄｍｅｍｂｒａｎｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅ∗大唐环境产业集团股份有限公司课题:煤场封闭结构安全监测系统研发[作者简介]乔支昆ꎬ高级工程师ꎬＥ￣ｍａｉｌ:ｑｉａｏｚｋ＠ｄｔｅｇ.ｃｏｍ.ｃｎ[收稿日期]２０１９￣１２￣１２０㊀引言为落实国家政策要求[１]ꎬ全面贯彻生态文明建设ꎬ需加强煤炭资源绿色开发和清洁利用ꎬ原有露天式堆放煤场难以满足要求ꎬ因此对发电厂提出全封闭建设要求ꎮ煤棚的全封闭要求能有效削减煤尘排放量ꎬ改善大气环境质量ꎬ控制扬尘和雾霾问题ꎮ建设全封闭煤棚不仅关系到煤炭资源的合理运用ꎬ更关乎经济㊁环境等领域的建设和发展ꎬ具有重要意义ꎮ世界上第一座发电厂是１８７５年于巴黎北火车站建立的电厂ꎬ当时作为发电能源的煤炭大多都是露天堆放ꎬ相对较好的储藏形式则是以小木棚进行遮蔽ꎬ这也是干煤棚的雏形ꎮ１８８２年ꎬ英国人Ｒ.Ｗ.Ｌｉｔｔｌｅ在上海创立了第一座火力发电厂ꎬ干煤棚结构随之在国内产生ꎬ之后的１００年间ꎬ干煤棚结构以露天和半露天形式为主ꎬ直到２０世纪８０年代全封闭煤棚才开始逐步投入使用ꎮ全封闭煤棚结构至今已有近４０年历史ꎬ从结构早期的平面钢拱和平面桁架ꎬ到柱面或球面网壳等空间结构ꎬ再到近年来兴起的气膜煤棚等柔性结构ꎬ已投入使用的结构形式多达十余种ꎮ本文通过分析这些常用结构形式ꎬ根据彼此的异同进行形式分类ꎬ并结合工程实际情况ꎬ考虑多种因素ꎬ给出一个可供参考的结构形式选取原则ꎮ１㊀全封闭煤棚结构主要形式及特点１ １㊀刚性结构体系１ １ １㊀平面结构在２０世纪８０年代前ꎬ我国干煤棚结构大多采用平面拱结构形式ꎬ根据干煤棚尺寸和受力情况ꎬ常见的有折线拱㊁二铰拱和三铰拱等ꎬ如图１所示ꎮ石洞口二厂项目煤棚选用折线拱结构形式ꎬ谏壁电厂项目采用二铰拱结构形式ꎬ贾汪电厂[２]项目采用三铰拱结构形式ꎮ然而ꎬ平面拱结构用钢量通常较大ꎬ一般>１００ｋｇ/ｍ２ꎬ出于经济性考量ꎬ工程师们逐渐把目光投向空间结构形式ꎮ８２㊀施工技术第４９卷图１㊀常见平面拱形式１ １ ２㊀网架结构空间网格结构的起源可追溯至亚历山大 贝尔ꎬ其在１９０７年设计各种不同结构形式风筝ꎬ经过多次试验ꎬ最终建立 四面体风筝 ꎬ该结构以正四面体为核心单位ꎬ并通过共用节点方式进行支承和连接ꎮ第二次世界大战后ꎬ因为工业化生产的大力推进和技术发展ꎬ空间网格结构作为一种新兴结构形式开始得到多方面关注和研究ꎮ１９６４年建立的上海师范学院球类房屋盖[３]是我国第一幢空间网格建筑物ꎬ自２０世纪７０年代以来ꎬ空间网格结构越来越多地投入工程使用ꎬ文献[４]正式对网格结构进行介绍和定义ꎬ并归纳其３个特征:由相似尺寸和形式的预制构件组成ꎬ通过节点按照一定规律进行连接ꎬ具备空间三维受力特性ꎮ文献[５]将网格结构根据外形特征进行分类ꎬ平板状称为网架ꎬ曲面状称为网壳ꎮ空间网格结构技术在蓬勃发展的同时ꎬ其适用范围也在不断扩大ꎬ就全封闭煤棚结构而言ꎬ由于其自身用途的特殊性ꎬ不能完全地生搬硬套网格结构的典型构造和形式ꎬ而是需根据每个工程项目工艺要求㊁地质条件㊁荷载条件等具体情况及施工和后期维护的需求进行结构形式设计ꎮ网架结构是一种通过节点连接的杆系结构ꎬ是在国内发展最为迅速并最早得到普及的空间网格结构形式ꎬ常见网架形式有平面桁架网架和四角锥网架ꎬ如图２所示ꎮ据统计[３]ꎬ截至１９９９年底ꎬ国内已投入使用的空间网格结构约１００００幢ꎬ其中网架结构约占９６％ꎬ多达９６００余幢ꎮ刘锡良[６]总结网架结构能得到广泛应用的原因可归纳为２个方面:①结构自身具有显著的优越性ꎬ结构形式灵活ꎬ能适应不同跨度和工程要求ꎻ②政策支持ꎬ这与空间结构委员会开展的大量工作㊁网架相关规范和资料的编著及网架设计公司的大量涌现密不可分ꎮ网架结构刚度大ꎬ整体性能突出ꎬ受力分布合理ꎬ安装施工方便ꎮ基于以上优势ꎬ网架结构在全封闭煤棚工程建设中很快得到实际应用ꎬ而且设计用钢量低ꎬ具有很好的经济效益ꎮ１９９５年投入使用的湛江电厂一期项目[７]采用网架结构ꎬ该项目由华南理工大学和广东省水利电力勘测设计研究院联合设计ꎬ位于湛江市东北部调图２㊀常见网架结构形式顺岛ꎮ因地处围海填砂形成的人工海滩上ꎬ且位于台风多发区ꎬ支座难以抵抗风荷载作用产生的拱脚推力ꎬ因此废除原有半圆拱结构形式ꎬ选用四柱支承式平板网架结构ꎮ网架立柱间距７９ ８ｍꎬ下部弦杆标高２７ ６００ｍꎬ正方形网格尺寸为４ ２ｍꎬ能完全满足半径约３８ｍ的料斗机取料工作ꎬ网架用钢量约为７０ ３ｋｇ/ｍ２ꎬ与容量相似的平面结构形式干煤棚相比节约近一半用钢量ꎮ四角锥网架正放抽空[８]的形式既能发挥网架结构整体受力优势ꎬ满足建筑物功能要求ꎬ又很大限度地降低结构用钢量ꎮ网架结构构件之间的连接常采用螺栓球节点㊁焊接球节点和直接相贯节点ꎮ螺栓球节点由诸多成品部件组成ꎬ具有现场装配化程度高㊁安装方便等特点ꎮ但由于不可避免的构件制作误差或现场安装偏差影响ꎬ往往会形成装配内力ꎬ这也是近年来螺栓球网架结构频发安全事故的主要原因之一ꎮ焊接球节点和直接相贯节点的现场焊接工作量大ꎬ对安装定位精度控制要求高ꎮ构件连接在焊接过程中的冷却收缩效应也会在结构中形成较高的残余应力ꎮ建议采取措施ꎬ如改善焊接工艺或焊接顺序ꎬ尽量降低残留在结构中的焊接残余应力ꎮ１ １ ３㊀网壳结构空间网格结构中的曲面形式即为网壳结构ꎬ其既有杆系结构的特征ꎬ同时又具有壳体结构的优势ꎮ我国第一幢网壳结构是１９５６年天津体育馆屋盖[９]ꎬ采用联方网格形式的圆柱面网壳结构ꎬ并使用拉杆作为辅助结构ꎮ据统计ꎬ截至２０００年底ꎬ我国已投入使用的各种网壳结构有５００多幢ꎮ壳体结构使传力机制更完善ꎬ受力分布更均匀ꎬ曲面形式造型优美ꎬ更能满足新时代审美要求ꎮ自２０世纪８０年代后半期以来ꎬ理论和技术层面的完善及建筑物功能和造型多样化的要求促使网壳结构进入一个飞速发展时期[１０]ꎮ干煤棚结构常见网壳结构形式是柱面网壳和球面网壳ꎮ柱面网壳适用于矩形平面场地ꎬ其典型形式如图３所示ꎮ安徽淮南的顾桥电厂采用柱面网壳结构[１１]ꎬ工艺要求该结构跨度需达１０６ｍꎬ净高不２０２０Ｎｏ.８乔支昆等:全封闭煤棚结构形式与选取原则８３㊀得低于３５ｍꎬ因其跨度大㊁净高低的特点ꎬ最终选择采用三心圆钢拱柱面网壳结构ꎬ基本网格采用正放四角锥形式ꎬ通过螺栓球节点连接ꎮ此外ꎬ河南鸭河口电厂[１２]㊁重庆双槐电厂[１３]等也采用了柱面网壳结构形式ꎮ图３㊀典型柱面网壳结构李海旺等[１４]曾对三心圆钢拱结构进行动力弹塑性分析ꎬ明确其结构刚度的薄弱部位位于两段圆弧的切点处ꎬ因此在截面设计时ꎬ在满足跨度和净高要求的同时ꎬ也要注意调整圆弧尺寸ꎬ增强结构受力分配的合理性ꎬ减少内力突变的危险截面数量ꎮ球面网壳适用于圆形或正方形平面场地ꎬ其典型形式如图４所示ꎮ西安灞桥电厂[１５]干煤棚工程采用球面网壳结构ꎬ由浙江大学空间结构研究中心负责结构设计ꎮ其网壳跨度达１０１ ６ｍꎬ高度达３４ ２ｍꎬ网格采用四角锥结构ꎬ在部分进行过缩格处理的位置为三角锥结构ꎬ并通过螺栓球节点连接ꎬ用钢量约为３９ｋｇ/ｍ２ꎮ图４㊀典型球面网壳结构球面网壳结构在设计阶段需注意对边界条件的考虑[１６]ꎬ用于干煤棚建设的球面网壳通常会在其下部设混凝土挡墙ꎬ既为上部网壳结构提供支撑ꎬ又能抵抗煤堆积产生的侧向压力ꎬ同时避免地面环境对钢结构网壳的腐蚀ꎮ因此ꎬ球面网壳在选取支承形式和支座类型时需综合考虑混凝土结构和钢结构双重影响ꎮ灞桥电厂干煤棚采用下弦支承方式ꎬ选取刚性连接支座ꎬ既能协调上部网壳结构内力和变形ꎬ也能满足下部混凝土挡墙抵抗堆煤产生的侧向位移要求ꎬ从而使两部分结构产生的变形协调ꎮ网壳结构整体稳定计算和设计是结构设计师关注的重点ꎮ除常规计算构件强度和稳定性外ꎬ考虑到网壳结构在全(满)跨荷载作用下易发生整体失稳ꎬ故需采用几何非线性分析或双非线性分析方法计算其整体稳定承载力ꎮ网壳结构整体稳定性计算要选择最不利几何缺陷分布形式及其适当幅值ꎮ柱面和球面网壳结构整体稳定性计算方法较成熟ꎬ对于其他自由曲面组成的非常规网壳结构ꎬ其整体稳定性计算方法还需进一步完善ꎮ１ ２㊀刚柔结构体系平板网架及曲面网壳结构等均属于传统意义上的刚性结构ꎬ具有共同的局限性ꎮ为适应更复杂的工程或建筑要求ꎬ需将不同结构形式进行组合ꎬ这种结构通常被称为杂交结构[１７]ꎮ在全封闭干煤棚工程项目中ꎬ常见杂交结构为刚性结构(如网壳㊁网架㊁钢拱等)和柔性结构(如拉索㊁膜结构等)的结合ꎬ常见的有索￣拱结构㊁张弦结构等ꎮ这些新结构形式往往兼具刚性结构和柔性结构优点ꎬ在此归类为刚柔结构ꎮ１ ２ １㊀索￣拱结构在刚性结构中ꎬ钢拱结构在全(满)跨荷载作用下具有刚度大㊁稳定性好的特点ꎬ常用于大跨结构中ꎮ但由于钢拱结构在全(满)跨荷载作用下的弹性屈曲模态呈平面内反对称变形分布ꎬ因而对反对称几何初始缺陷极为敏感ꎮ另外ꎬ钢拱结构在半跨荷载或偏跨荷载作用下也具有刚度变弱㊁承载力降低的特点ꎬ而作为柔性结构的拉索能通过合理布置提高钢拱的刚度及承载力ꎬ也使钢拱不再对反对称几何初始缺陷敏感ꎮ这种钢拱和拉索组合形成的结构被称作索￣拱结构ꎮ剧锦三等[１８]对索￣拱结构的稳定性展开研究ꎬ并着重分析索对整体结构极限荷载产生的影响ꎻ在此基础上ꎬ王宏等[１９]对索￣拱结构自振频率及在风荷载㊁地震荷载下的动力反应进行分析ꎻ郭彦林等[２０]则研究一种新型索￣拱结构形式的弹性稳定性能ꎬ这种新型索￣拱结构依据全跨荷载作用下拱的弯矩分布来布置撑杆和拉索ꎬ以达到提高钢拱刚度和承载力的目的ꎬ形式如图５所示ꎮ图５㊀一种新型预应力索￣拱结构长春热电厂煤棚采用一种比较典型的索￣拱结构[２１]ꎬ形式如图６所示ꎬ上部为钢拱结构ꎬ下部设置预应力拉索ꎬ通过刚柔结构组合ꎬ提高结构整体刚度ꎬ平衡钢拱在竖向荷载作用下产生的水平力ꎬ使８４㊀施工技术第４９卷拱结构内力分布更均匀ꎬ同时可减小风荷载和地震荷载作用下产生的弯矩与侧向位移ꎮ其索拱桁架横向跨度达１１０ｍꎬ煤棚长度达２２９ｍꎬ净高为３５ ４ｍꎬ整体用钢量约为３０ｋｇ/ｍ２ꎮ通过分析近年来和该项目跨度相近的干煤棚项目ꎬ可发现其中绝大多数均采用了柱面网壳结构形式ꎬ用钢量大多在４０~５０ｋｇ/ｍ２ꎬ通过对比发现索￣拱结构形式能节省约２５％用钢量ꎬ同时由于索结构平衡了钢拱传递的水平推力ꎬ降低了对基础的要求ꎬ能够降低基础造价３０％左右ꎮ图６㊀一种典型索￣拱形式单索盘车辐拱和双索盘车辐拱[２２]应用于煤棚封闭结构也不失为一种好的结构形式ꎮ在拱形钢结构内部设置拉索ꎬ可大大提高钢拱刚度和承载力ꎬ同时ꎬ克服了钢拱对平面内反对称几何初始缺陷的敏感性ꎬ大大提高了结构稳定性ꎮ当对煤棚室内净空有较高要求时ꎬ可通过设置双索盘ꎬ形成双索盘车辐拱ꎬ提高室内空间利用率ꎬ单索盘车辐拱和双索盘车辐拱结构形式如图７所示[２２]ꎮ图７㊀单索盘车辐拱和双索盘车辐拱索拱受力机理较复杂ꎬ在开始使用时ꎬ一度认为拉索对钢拱产生了不利的附加作用ꎬ因而会导致钢拱的承载力降低ꎮ研究发现ꎬ在钢拱受到外荷载作用发生变形时ꎬ拉索沿其变形方向对钢拱产生牵制作用ꎬ从而限制了钢拱变形进而提高刚度和承载力ꎮ１ ２ ２㊀张弦结构现在投入使用的干煤棚中ꎬ９５％以上均为三心圆钢拱柱面网壳结构形式ꎬ但其仍具有整体空间利用率低及支座反力大的局限性ꎮ在河南新乡火电厂[２３]干煤棚工程中ꎬ因场地条件的限制ꎬ常见柱面网壳结构形式不能满足要求ꎬ因而罗尧治[２４]及其团队提出了一种将预应力拉索和柱面网壳相结合的新型杂交结构形式 弦弓式网壳结构ꎬ通过预应力拉索来平衡网壳产生的内力ꎬ通过反拱作用减小支座处的受力和位移ꎮ该工程项目跨度８１ ８ｍ㊁长度１０８ｍꎬ经过多方案比选后ꎬ最终确定整体上采用非落地式柱面网壳ꎬ并通过预应力拉索来平衡支座水平推力ꎬ其形式如图８所示ꎮ图８㊀弦弓式柱面网壳结构预应力拉索与钢拱之间使用撑杆连接ꎬ则可形成拱形张弦梁式煤棚封闭结构ꎬ如图９所示ꎮ此时ꎬ下弦预应力拉索不仅可中和拱脚水平推力ꎬ还可通过撑杆限制钢拱平面内变形ꎬ提高钢拱刚度和承载力ꎮ图９㊀拱形张弦梁式煤棚封闭结构１ ３㊀柔性结构体系在已有空间结构形式逐步完善的同时ꎬ工程师们也在寻求新的发展方向ꎬ在计算机和建筑材料的不断革新中ꎬ膜结构的应用逐步从研究领域走向工程实践ꎮ常见的膜结构主要分为充气膜和张力膜２种类型[２５]ꎬ充气膜通过气膜内外的压力差进行预应力施加ꎬ从而抵抗外部荷载ꎬ我国第一个充气膜结构是２０世纪９０年代建成的房山游泳馆[２６]ꎻ张力膜结构将骨架作为支承结构在其上张拉膜材ꎬ进而施加预应力ꎬ这两种形式在受力机理上完全不同ꎬ并且各具优势和劣势ꎮ膜结构作为柔性结构ꎬ具有优秀的经济性和环保性ꎬ对场地要求低ꎬ施工周期短ꎬ是一种极具潜力的新型结构形式ꎮ全柔性结构的另一种索网结构形式[２７]更具有受力合理和现场装配化要求等特点ꎬ这种能缓和风荷载的自平衡索网结构(见图１０)通过设置可绕拱脚连线转动的端部钢拱和通过配重施加预应力的拉索ꎬ使结构能在风荷载作用下产生较大位形变化ꎬ改变风荷载的方向及幅值ꎬ促使内力重分布ꎬ从而减小风荷载影响ꎮ同时ꎬ由于拉索预应力完全通过配重施加ꎬ无需专用的张拉设备ꎬ施工效率较高ꎮ１ ３ １㊀充气膜结构充气膜结构通过内外气压差平衡外部荷载ꎬ其无柱无梁的特性和大跨度建筑的空间要求相吻合ꎬ２０２０Ｎｏ.８乔支昆等:全封闭煤棚结构形式与选取原则８５㊀图１０㊀能缓和风荷载的自平衡索网结构因此越来越多的体育场馆㊁厂房等均采用了充气膜结构ꎮ但充气膜结构的承载力会受到柔性材料本身制约ꎬ风雪荷载等能对材料本身产生影响的外部荷载易导致柔性膜材发生断裂或性能丧失ꎬ从而降低结构承载力ꎮ在干煤棚项目中ꎬ由于控制荷载往往是风雪荷载ꎬ因此虽然有很多设计方案中提出充气膜结构的设想ꎬ但均因为不能很好地抵抗荷载而未被采用ꎮ我国第一个真正意义上的充气膜封闭煤棚是位于内蒙古乌拉特中旗工业园区的神华巴彦淖尔选煤厂项目[２８]ꎬ该项目一期工程由２个条形煤场组成ꎬ其中２号煤棚横向跨度达１００ｍꎬ纵向深度约４００ｍꎬ净高为３６ｍꎬ建成后是国内第一座㊁世界上容量最大的充气膜煤棚工程ꎮ该项目结合国外已有经验ꎬ创新性地提出斜向网格式钢缆传力系统[２９]ꎬ通过斜向正交索网固定充气膜ꎬ既可承担一部分荷载并引导内力均匀传至基础底座ꎬ又可通过控制气膜水平和上升变形阈值ꎬ加强其纵向和横向刚度[３０]ꎮ通过该系统ꎬ解决了充气膜结构承载性能的不足ꎬ提高其稳定性ꎬ使气膜结构煤棚真正能应用到工程实际中ꎮ１ ３ ２㊀张拉式索膜结构随着对充气膜结构的深入研究ꎬ工程师们也发现了其功能上的局限性ꎬ如用电量大㊁气压不稳定㊁动荷载承载力不足等ꎬ因此工程师们一方面在原有结构上进行改进ꎬ另一方面也将目光更多地投向张力膜结构形式ꎮ１９６７年ꎬ在加拿大蒙特利尔展览会上出现的新型结构成功地结合了索网结构和膜结构的特征ꎬ标志着张拉式索膜结构的诞生ꎬ其为张力膜领域最具有普适性的结构形式之一[３１]ꎮ索膜结构采用预应力拉索作为支承结构ꎬ然后将膜材在支承结构间进行张拉ꎬ从而共同承受荷载ꎬ其主要构成中的拉索和膜材均为柔性材料ꎬ通过预张拉产生刚度ꎬ进而构成自平衡体系[３２]ꎮ２㊀结构形式选取原则综合上述对干煤棚结构形式的分类和介绍ꎬ可看出干煤棚结构形式的选择受到多方面因素的影响ꎮ通过总结归纳ꎬ试从构造性㊁经济性㊁适用性㊁可行性㊁功能性对不同结构形式进行对比分析ꎬ进而对干煤棚结构形式的选取提出建议ꎮ２ １㊀满足构造性能结构形式比选的前提是力学性能满足构造的需求ꎬ在此基础上再考虑经济性㊁周边环境等因素的影响ꎮ对于干煤棚结构来说ꎬ不同结构形式具有不同的受力机理和传力机制ꎬ针对不同规格和要求的煤棚ꎬ其结构形式首先必须满足承载力及变形要求ꎬ同时也要结合其作业方式进行合理的构造布置ꎬ满足项目的整体规划要求ꎮ现阶段采用空间网格结构的煤棚相较于平面结构具有更好的空间性能ꎬ受力更合理ꎮ此外ꎬ在结构选型时还应考虑到建筑外观造型ꎬ能和整个项目相适应ꎬ避免不和谐因素ꎮ２ ２㊀考量经济指标对于干煤棚结构ꎬ经济效益的直观体现是用钢量ꎬ最早投入使用的平面拱结构形式的用钢量往往在１００~２００ｋｇ/ｍ２ꎬ现阶段常见的柱面网壳或球面网壳形式的用钢量往往在３０~６０ｋｇ/ｍ２ꎬ近年来兴起的气膜式干煤棚则采用新型材料气膜代替传统钢构件ꎬ大幅度提高经济效益ꎮ除恒定的经济指标用钢量外ꎬ干煤棚结构作为特殊用途类建筑ꎬ还需考虑前期投入和后期维护费用ꎬ因此需综合考虑设计用钢量㊁现场施工及后期监测维护ꎬ甚至包括应急情况处置等各项经济指标ꎬ对各种结构形式进行比对进而提高经济效益ꎮ２ ３㊀考虑适用环境建筑物结构形式会受到外部环境制约ꎬ因此在结构选型时需考虑结构形式是否适用于工程项目的外界条件ꎮ具体到干煤棚项目ꎬ需考虑２个部分:①区域空间㊀因大多数全封闭煤棚项目均在原有露天或半露天煤棚基础上进行改造ꎬ因此占地面积会对结构选型形成限制ꎬ如网壳结构会因场地形状的限制而选择球面网壳形式ꎻ②外部荷载㊀因干煤棚多属于大跨结构ꎬ其控制荷载往往是风雪等与地域相关的荷载条件ꎬ同时温度荷载有时也起控制作用ꎬ因此需综合考虑项目所在地的具体荷载情况来开展选型工作ꎮ２ ４㊀项目可行性分析对于全封闭煤棚项目ꎬ其特殊的使用方式使其相较于其他建筑项目更需进行多层次可行性分析ꎮ干煤棚项目的可行性分析主要是现场施工和作业要求方面:现场施工方案选取ꎬ施工人员㊁设备配置㊁施工工期的时间成本均影响现场施工ꎬ因此ꎬ在结构选型时需要结合结构施工方案要求ꎻ作业要求８６㊀施工技术第４９卷则主要是为保证其内部输料栈桥及取料机安装和正常工作ꎬ而在选取设计方案时考虑尺寸和形式上的限制ꎮ２ ５㊀功能特性需求煤棚结构功能主要是煤炭储藏和运送ꎬ为更好地实现这一功能ꎬ煤棚结构往往会配备通风除尘㊁温度预警㊁数据监测系统ꎬ因此在结构设计时需考虑这些系统的配备和安装问题ꎬ预留出足够空间ꎮ同时ꎬ在结构选型时宜针对煤炭易燃㊁煤棚通风不流畅问题进行分析ꎬ从结构形式上采取措施ꎬ予以优化ꎮ３㊀结语本文总结了全封闭煤棚常用结构形式ꎬ归纳为刚性结构体系㊁刚柔结构体系和柔性结构体系ꎮ就每种具体结构形式从受力性能㊁经济性能㊁适用条件等方面展开讨论ꎬ可对全封闭煤棚结构形式的选取提供参考ꎮ参考文献:[１]㊀国家发展和改革委员会ꎬ国家能源局.煤炭工业发展 十三五 规划(发改能源 ２０１６ ２７１４号)[Ｚ].２０１６. [２]㊀徐汉平.大跨度三铰拱拱桁架钢结构制作㊁安装工艺探讨[Ｃ]//第二届江苏省电机工程青年科技论坛论文集ꎬ２００５. [３]㊀董石麟.我国大跨度空间钢结构的发展与展望[Ｊ].空间结构ꎬ２０００(２):３￣１３.[４]㊀空间网架结构[Ｊ].建筑技术通讯(建筑工程)ꎬ１９７２(７):２８￣２９.[５]㊀沈祖炎ꎬ陈扬骥.网架与网壳[Ｍ].上海:同济大学出版社ꎬ１９９７.[６]㊀刘锡良.我国平板网架结构的发展现状[Ｊ].钢结构ꎬ１９９４(１):１３￣２０.[７]㊀王仕统ꎬ杨叔庸ꎬ王晓明ꎬ等.湛江电厂干煤棚四柱支承网架结构[Ｊ].空间结构ꎬ１９９６(２):４３￣４７.[８]㊀徐承强ꎬ曲晓宁.正放抽空四角锥网架设计[Ｊ].建筑结构ꎬ２０１１ꎬ４１(Ｓ２):６９￣７０.[９]㊀董石麟ꎬ姚谏.钢网壳结构在我国的发展与应用[Ｊ].钢结构ꎬ１９９４(１):２１￣３１.[１０]㊀沈世钊.大跨空间结构的发展 回顾与展望[Ｊ].土木工程学报ꎬ１９９８(３):５￣１４.[１１]㊀康怡ꎬ周广娟ꎬ李康林ꎬ等.顾桥电厂大跨度干煤棚网壳设计与施工[Ｊ].钢结构ꎬ２０１２ꎬ２７(Ｓ１):１０４￣１０６.[１２]㊀罗尧治.１０８米跨度干煤棚三心圆柱面网壳研究与设计[Ｃ]//第二届全国现代结构工程学术研讨会论文集ꎬ２００２. [１３]㊀景其增ꎬ王振雄.重庆合川双槐电厂干煤棚网壳结构设计[Ｊ].建材技术与应用ꎬ２０１４(１):４９￣５２.[１４]㊀李海旺ꎬ王红霞ꎬ张宗升.三心圆钢管拱桁架的动力弹塑性分析[Ｊ].工业建筑ꎬ２０１１ꎬ４１(Ｓ１):３２０￣３２４ꎬ３１９.[１５]㊀许贤.西安灞桥球面网壳干煤棚设计[Ｃ]//第八届全国现代结构工程学术研讨会论文集ꎬ２００８.[１６]㊀聂义田ꎬ李亚敏.边界条件对网壳结构稳定性的影响分析[Ｊ].山西建筑ꎬ２０１４ꎬ４０(３):６８￣６９.[１７]㊀严慧. 杂交 结构体系的应用和发展[Ｊ].工业建筑ꎬ１９９４(６):１０￣１６ꎬ３０.[１８]㊀剧锦三ꎬ郭彦林.索￣拱结构的平面内稳定性研究[Ｊ].建筑结构学报ꎬ２００１(２):８４￣８７.[１９]㊀王宏ꎬ郭彦林ꎬ崔晓强.索 拱杂交结构动力反应分析[Ｊ].工程力学ꎬ２００３(１):１４４￣１４８.[２０]㊀郭彦林ꎬ胡淑辉.一种新型预应力索￣拱结构的弹性稳定性能研究[Ｊ].空间结构ꎬ２００５(３):３３￣３８.[２１]㊀赵曦辉ꎬ吴碧野.索拱桁架在大跨度干煤棚结构中的应用[Ｊ].建筑结构ꎬ２０１６ꎬ４６(Ｓ１):５１９￣５２２.[２２]㊀谢伟烈.索拱平面内稳定承载力性能及设计方法研究[Ｄ].北京:清华大学ꎬ２０１９.[２３]㊀罗尧治ꎬ姜涛.弦弓式预应力网壳结构的工程应用[Ｊ].工业建筑ꎬ２００６(６):９２￣９５.[２４]㊀罗尧治.预应力张弦网壳结构[Ｃ]//第四届全国现代结构工程学术研讨会论文集ꎬ２００４.[２５]㊀王启文.膜结构研究综述[Ｃ]//第五届全国结构工程学术会议论文集(第三卷)ꎬ１９９６.[２６]㊀贾碧原ꎬ宗兰ꎬ陈德根.国内外充气膜结构发展研究综述[Ｊ].江苏建材ꎬ２０１８(３):１９￣２２.[２７]㊀郭彦林ꎬ章友浩ꎬ朱靖申.一种能缓和风荷载的自平衡索网结构:ＺＬ２０１７２１１９８９２２ ３[Ｐ].２０１８￣０５￣２９.[２８]㊀袁伯文ꎬ王兴兴ꎬ汪春笋ꎬ等.全封闭气膜式储煤棚在神华巴彦淖尔能源有限责任公司选煤厂的应用[Ｊ].选煤技术ꎬ２０１４(４):８２￣８４ꎬ９６.[２９]㊀肖龙.气承式充气膜煤棚的优点和应用前景[Ｃ]//中国煤炭学会煤矿建筑工程专业委员会２０１２年优秀论文汇编ꎬ２０１２. [３０]㊀李芳.气膜式储煤棚工业化应用的研究[Ｊ].华电技术ꎬ２０１５ꎬ３７(１１):６７￣６９ꎬ７９.[３１]㊀朱慧荣.索膜结构的理论分析及应用[Ｃ]//第十七届全国现代结构工程学术研讨会论文集ꎬ２０１７.[３２]㊀冯虹ꎬ钱素萍ꎬ袁勇.索膜结构分析理论研究综述与展望[Ｊ].同济大学学报(自然科学版)ꎬ２００２(９):１０３３￣１０３７.。
某热电厂干煤棚网壳结构设计与施工
某热电厂干煤棚网壳结构设计与施工摘要：本工程为螺栓球节点三心圆柱面网壳结构。
网壳平面尺寸为120m×100m，跨度为120m，网壳上弦矢高为41.6m，网壳厚3.8m。
本文主要介绍了网壳的结构选型、结构设计、网壳累积滑移法施工。
关键词：三心圆柱面网壳结构选型结构设计网壳累积滑移法滑移节点构造前言：工程概况该煤棚采用落地式三心圆双层网壳结构，设计形式为正放四角锥螺栓球网壳，两端开口。
长100m，跨度为120m，上弦矢高为41.6m，厚3.8m，钢管材质选用Q235B，螺栓球选用45号钢锻造，屋面为0.6mm厚镀铝锌压型钢板。
经过几种方案比较，并参考同类工程经验，最终设计滑移方案进行施工。
1 结构选型根据本工程干煤棚工艺要求，该干煤棚净跨度为120m，这就使得该干煤棚网壳外型选择很重要。
经多方案比较，结构外型选用柱面网壳，柱面的横截面形状采用三心圆柱面结构形式，大圆半径为95.2m，小圆半径为36.8m，横截面剖面图如图1所示，这样可以使结构在满足受力要求的情况下，结构表面积最小，以减少屋面板用量，达到节省工程总造价的目的。
由于干煤棚工艺要求纵向两端开口，对于跨度较大的两端开口的三心圆柱面网壳，为了满足结构整体刚度要求，一般采用四角锥柱面网壳[1][2]，而四角锥柱面网壳网格的布置有三种形式，斜放四角锥柱面网壳；正交斜置四角锥柱面网壳；正交正放四角锥柱面网壳。
本工程采用正交正放四角锥柱面网壳时，结构传力相对均匀、明确，而当采用斜放四角锥柱面网壳及正交斜置四角锥柱面网壳时，结构传力将相对向两端四个角部集中，结构的二端将产生较大的支座反力，由此，相应网壳结构的端部应采取加强措施，这样会对网壳支座和结构基础的处理带来困难。
本工程最终采用正交正放四角锥柱面网壳。
2 结构分析与设计2.1 荷载类型[3]结构设计中考虑了结构自重、恒载、活载、风荷载、水平地震作用、温度作用、不均匀沉降作用。
结构自重由计算程序自动计算；恒载计入屋面板及屋面次构件重，取均布面荷载0.2kN/㎡；屋面活荷载取0.5kN/㎡温度取 30°C的温度作用。
几种常见的环保型储煤场的形式及特点
几种常见的环保型储煤场的形式及特点作者：殷江平邓如勇来源：《科技信息·上旬刊》2017年第03期摘要：随着全民环保意识的增强和国家对环境保护的高度重视，各燃煤发电企业基于环境保护和兼顾配煤掺烧需求，新建及改扩建储煤场逐步向封闭型环保储煤场发展。
本文介绍了目前几种常见的环保型储煤场的形式及特点。
关键词：封闭式条形煤场；圆形煤场；筒仓；气膜穹顶仓1、概述随着技术进步、全民环保意识的增强和国家环保政策的不断严格，储煤场的形式也在不断发展，多种形式的储煤场应运而生。
下面介绍几种近几年在我国使用较多的储煤形式[1]，并分析其特点。
2、几种常见的环保型储煤场的形式及特点2.1封闭式条形煤场封闭式条形煤场也称为干煤棚，在露天条形煤场上空增加拱形上盖，防止煤炭受雨淋和减少刮风时粉尘污染。
干煤棚的结构形式主要有平面钢架、平面桁架、平面拱以及柱面网壳结构，柱面网壳结构由于其技术经济指标优势，已成为干煤棚的主要结构形式。
干煤棚内煤场设备一般为斗轮堆取料机，对于同一煤堆来说，干煤棚储存方式为先进后出原则，存放易自燃的煤种时，煤场管理难度较大。
干煤棚占地面积大，煤场利用率不高。
由于煤场的腐蚀环境影响，干煤棚桁架钢结构年久易锈蚀，后期维护工程量大、成本高。
全封闭干煤棚虽然与外界完全隔绝，无粉尘外溢情况，但煤场内堆取料设备需要人员操作，人员工作环境差，设备维护难度大，燃煤自燃防火难度大。
2.2圆形筒仓圆形筒仓不同于传统的储煤场[4]，它一般由若干个排列在一起的圆柱形筒仓组合使用，属于全封闭储仓。
目前国内圆形筒仓直径通常为8～30米，最大可达45米，高度一般为直径的1.5倍，目前超大型筒仓容量已达5万吨。
在我国，筒仓在燃煤电厂的应用经历了30多年的发展，随着大容量电厂对储煤容量要求和环保经济性要求，大型化或超大型化是储煤筒仓的发展趋势。
圆形筒仓主要由钢筋混凝土空心筒体、顶部进料设备和底部出料设备组成。
系统带式输送机来煤通过筒仓顶部带式输送机及卸料设备直接输送至各个筒仓储存，可根据不同的煤种分仓储存。
干煤棚柱面网壳结构的设计
3 结构计算模型的选择和比较
双层网壳结构是曲面型的网格结构 , 兼 有杆系结构和薄壳结构的固有特性 , 受力合 理 , 可跨越较大空间 , 是一种性能优越的空 间结构。网壳结构强度分析的方法一般是 采用基于离散化假定的杆系有限元法, 且一 般静力分析均在线弹性范围内进行 , 而不考 虑其材料和几何非线性。双层网壳结构的 力学模型的选择主要取决于杆件端部各自 由度方式上的约束程度, 即杆件与节点的具
[ 1]
。
St ructural Eng ineers 2001; ( 3) 干煤棚柱面网壳结构常用的几何外形 如图 1 所示。在结构几何外形选择时, 一般 是根据实际工程中的主要外荷及其作用的 效应 ( 长期或短期) 以及其他影响因素, 综合 考虑来确定。当结构的几何外形为圆柱面 ( 如图 1( b) ) , 且接近于合理拱轴线时 , 对正 放类网壳结构在均匀分布的屋面恒荷载作 用下 , 结构跨度方向的杆件内力分布比较均 匀, 弯曲对结构的影响较小; 但如果不满足
4Байду номын сангаас
设计方法研究 根据具体情况经过计算而定; 当干煤棚结构 支承于梁时 , 情况同框架柱相似, 需计算支 承刚度。
图3
另一方面, 对于不同形式的支座节点构 造
[ 5]
, 应做恰当 的节点 计算模 型假定。当
结构采用平 板支座时 , 因支 座球焊于 加劲 板 , 加劲板又焊于支座底板, 而支座底板与 预埋件之间紧密相连 , 所以支座节点的转动 变形受到约束, 节点的受力接近于 6 个自由 度刚接节点 , 理想的假定应为刚接点或半刚 接节点 ; 当结构采用板式橡胶支座时, 依靠 橡胶的剪切变形 , 支座节点可有一定的转动 量 , 接近于铰接节点 , 计算时可以假定为 3 个自由度节点; 当结构采用球铰支座或弧形 支座时 , 支座节点允许单个方向或多个方向 的自由转动 , 支座节点或可假定为 5 个自由 度、 4 个自由度或 3 个自由度的理想铰接节 点。
全封闭干煤棚双层柱面网壳体系与选型
形式更符合工程的实际需要 。
２ ３ 支 撑 方式 ．
柱面网壳通常有 ３ 种支撑方式 ： 上弦节点支撑 、
下 弦节 点支 撑 和上 下弦 节点 共 同支撑 （ 图 ４ 。上 见 ） 弦节 点 支撑 与 下 弦节 点 支 撑 相 比 ， 弦 支 撑 内力 变 上
一
（ ）非支座节点处理前 ａ
一
（ ）非 支座 节点处 理后 １
图 ５ 支 座 构 造 处 理
化均匀 ， 节约材料。双排支撑 的技术经济效果与上 弦支撑效果类似 ， 但对支座 即使是少量的位移也很 敏感 ， 支座及 附近杆件 螺栓易产 生附加 弯剪应力。 因此 ， 该工程选择上弦节点支撑 的方式 。
３ 结 语
存方式有了很大的进步 ， 同时也对存储结构提出 了
更 高 的要 求 。 干 煤 棚 的建 筑 功 能是 大 型 的储 煤 库 房 ， 结 构 其 形 式 主要采 用双 层柱 面 网壳 。本文 以 山西 吕梁 山方
图 ２ 挡 煤 墙 剖 面 布 置 图
山选煤厂干煤棚为例 ， 就该类结构 的选型进行 了阐
有： ①基础间距合 理 ， 避开原有地下 回煤暗道 、 地下
＼；
栈桥 、 栈桥基础等结构 ， 有利 于施工 ， 当减少 了土 适 方及混凝土工程量 ； ②支座附近杆件 内力更加均匀 ， 且由于杆件数量的减少节约 了钢材 ； ③有利于网壳 何 尺 寸 图
干煤棚网壳施工方案
干煤棚网壳施工探讨1 引言结构形式为双层网壳,网壳跨度103m，净高38m,属超大型网壳结构.干煤棚是火电厂中存储煤的一种大型棚库，为了满足储存和斗轮机作业空间，要求跨度大、净空高，没有成熟经验可供参考;同时由于施工现场场地狭小，现场运输量大,脚手架类型的选择和搭设方案是最大的难点所在。
本工程施工以大型脚手架为依托搭建滑移施工平台,采用高空散装法分段安装，在完成网壳安装、防腐施工、屋面板安装之后，将脚手架滑移到下一个分段继续施工，直到完成全部施工任务。
2 工程概况本网壳结构设计跨度103m，长度120m，矢高38。
639m，网壳展开平面尺寸144.00m×120.00m。
支撑基础分为A列和B列，共30跨（即共分31轴线）.结构型式为双层网壳，节点类型为螺栓球节点及局部焊接球节点，支承形式为对边柱支承。
该网壳结构螺栓球和焊接球全部图1：干煤棚外观采用45号钢制作，螺栓球直径为φ200～300mm，焊接球球径为φ400~800mm；上、下弦杆和腹杆选用Q235钢管制作，钢管直径为φ89～219mm、壁厚4。
0～10。
0mm。
网壳结构防腐要求:底漆WZ—1水性无机富锌漆三道3*35µm，中间漆HB53-42环氧封闭漆一道30µm,面漆为AB200改性聚碳酸脂长效面漆三道3＊35µm，其中现场施工为两道面漆。
网壳结构面层采用单层压型彩钢板封闭，彩钢板厚度为0。
53mm,波高30mm，表面镀铝锌防腐。
3 施工方案本工程施工采用高空散装法安装，以大型脚手架为依托搭建滑移施工平台,施工人员在滑移施工平台上完成安装作业。
在安装方向上按照轴线分为4个分段，在完成网壳安装、防腐施工、屋面板安装之后,将脚手架滑移到下一个分段继续施工,直到完成全部施工任务。
根据脚手架宽度和网壳总长度,本工程脚手架从搭设到拆除需要滑移3次.3．1脚手架施工方案、构造措施：滑移门式脚手架施工是保证主结构顺利施工、安全施工的关键，因此脚手架的平面布置、构造措施、脚手架的搭设、脚手架滑移及使用维护等各方面都必须精心设计、严格控制，脚手架及底盘应进行受力验算.3．1．1脚手架的平面布置在靠近A、B列基础6米范围内,采用满堂钢管扣件式脚手架（因不具备探讨价值,本文略去该部分内容）。
120m×210m大型柱面网壳的设计与施工
１２０ｍ×２１０ｍ大型柱面网壳的设计与施工
２０１
（ａ）上弦内力图
（ｂ）下弦内力图 图４竖向荷载作用下结构内力变形图
（ｃ）结构变形图
（ａ）上弦内力图
（ｂ）下弦内力图 图５风荷载作用下结构内力变形图
（ｃ）结构变形图
４施工分析
４．１施工方案 网壳结构施工采用单元累积滑移法，在网壳结构的西侧１，－－，３轴位置搭设２０米宽满堂脚手架作为 网壳结构小单元拼装的拼装平台，以３个网格为一滑移单元。每次滑移１２．６ｍ，安装３个网格后继续滑 移，如此循环，直至完成所有网格的安装。由于三心圆柱面网壳的水平推力较大，故在滑移时设置水平滑 轨来抵抗网壳在施工时的水平推力。 ４．２杆件编号 选取每个阶段单元中跨中上弦杆和支座上弦杆和三心圆１／４处下弦杆作为分析研究对象，如图６
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—１３８．Ｏ 一３３９．２ —１ ６６．９ —１３３．Ｏ 一３３９．５ —１ ６９．２ —１３４．０ —３４３．１ —１６９．４ Ｓ１４ Ｘ１４
—１３４．９ ——３４３．９ Ｓ２３ Ｘ２３
ＭＳｌ７
Ｓ１７
Ｘ１ ７
Ｍ￥２０
￥２０
Ｘ２０
ＭＳ２３
一８８．８
—８１．２
——２３８．６
—８１．８
—１２２．４
—２３７
表２ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ移施工中最大内力与静荷载工矿下计算值比较（ｋＮ） 杆件编号
大跨度超长非对称储煤棚网壳结构分析
大 跨度 超 长 非对 称 储煤 棚 网壳 结构 分析
王 克 政
摘 要： 某电厂全封 闭大型储煤棚采用 了三心圆柱 面网壳结构 与端部 网架结构的组合 形式 ， 通过 用 ＭＳ Ｔ空间网格 结构
分析与设计软件对该结构进行 计算分析 ， 对结构的受力特点、 动力特性等有 了充分的 了解 ， 为以后进 一步的优化设计提
源 Ｊ 。它可 以高效的激发表面波 ， 由此 可以认为短周期微 动中表 主 ， 或者两者兼而有 之 ， 两者相 差不 大 ， 只强调一 种形式 ， 都难 免 面波比实体波更 占优 势。微 动 的长周期分 量主要 是 由波 浪扰 动 有认 识上的偏颇 。 和低气压等引起 的， 微动源一 般是位于场地之外 。当微动源 为实 ２ 结语 体波入射 时 ， 可在场地 内 同时引起实 体波 和表 面波 ， 当表 面波 而 本文对地 脉动 的机理进行论述分 析 ， 认为对 场地地脉 动有影 入射 时 ， 场地的反应 为转换 的表 面波。长周期微 动中包含 了丰 富 响的是体 波和（ 面波 ， 或） 而体波和 （ 面波对场地地 脉动影响与 或）
大型煤场全封闭改造选型分析
大型煤场全封闭改造选型分析摘要：为了改善火力发电厂露天煤场造成煤炭资源损失，且在风力作用下扬尘对环境严重污染，目前国内火电厂大型煤场全封闭改造越来越普遍。
露天煤场的改造主要有两种型式：钢网架结构和气膜结构，结合衡丰发电有限责任公司煤场的全封闭改造工程项目对这两种封闭改造方案进行详细分析，将两种方案的经济性和综合方案进行对比，提出该煤场改造的最佳方案。
结果表明：气膜结构具有节能环保，结构简单等诸多优点，所以此工程采用气膜结构进行封闭改造。
关键词：大型煤场；改造方案；钢网架结构；气膜结构引言火力发电厂的储煤场型式可分为开放式和封闭式，随着人们对环保意识的逐渐增强，粉尘的排放控制日益受到重视，煤场扬尘对环境污染严重[1]，大型煤堆、料堆要实现封闭储存，开放式煤场将逐渐退出历史舞台，封闭式煤场的改造已经迫在眉睫[2]。
煤场的全封闭改造型式有很多种[3]，目前约90%煤场封闭为钢网架结构，技术条件成熟。
气膜结构在体育场馆应用广泛，2012年神华巴彦淖尔公司建成当时世界最大规模的气膜式储煤场，该煤场长度400m，跨度110m。
根据煤场设计特点，河北衡丰发电有限责任公司煤场封闭改造工程，封闭方案主要从现阶段我国常用的煤场封闭形式钢网架结构，以及气膜结构两个方案进行分析比较。
1钢网架煤场的方案封闭煤场采用自然进风、自然排风的通风方式。
室外空气由沿封闭煤棚长度方向侧壁的单层防雨百叶窗进风，经采光型屋顶排气楼排出。
光型屋顶排气楼兼做自然排烟和排除甲烷气体的装置。
用于自然进风的单层防雨百叶窗，靠室内一侧均配套风口过滤器，以避免粉尘外逸。
1.1钢网架封闭三心圆空间网架结构采用螺栓球节点正放四角锥三心圆柱面网壳结构，支座支承在基础短柱顶部，采用下弦支承方式。
屋面采用单层压型钢板封闭，两端山墙亦为全封闭，封闭时按工艺要求留有通道。
屋面排水沿网架横向向两侧排水。
采光、通风及照明根据工艺专业进行布置。
三心圆空间网架结构为传统大跨度煤棚设计方式，我国现有干煤棚90%以上采用钢网架加彩钢板形式，钢网架空间受力性能好，维护便捷，非常适合大跨度、吊载重的工业建筑，已广泛应用于电力、煤炭、航空、汽车等领域。
干煤棚网壳施工方案
干煤棚网壳施工方案
一、项目背景
现如今，煤炭在我国能源结构中扮演着重要角色，为保障煤炭供应稳定，提高煤炭存储与保护效率，干煤棚网壳的施工方案显得尤为关键。
二、施工方案概述
1. 方案目标
确保煤炭在干煤棚存储期间受到最佳的保护，降低煤炭损耗和污染风险。
2. 施工流程
•准备工作
–确定施工区域，清理现场。
–准备所需材料和工具。
•基础施工
–测量设计施工地点，进行底盘和基桩的施工。
•结构搭建
–按照设计要求搭建干煤棚的主体结构。
•网壳搭建
–按照设计要求搭建网壳结构，确保稳固性和通风透气性。
•封顶
–进行干煤棚封顶施工。
•完工验收
–进行干煤棚完工验收并进行相关记录。
3. 安全保障
•严格遵守相关安全操作规程。
•配备必要的安全防护措施。
三、施工注意事项
1. 材料选择
选择符合标准的建筑材料，确保干煤棚结构牢固耐用。
2. 工期控制
合理安排施工进度，确保施工质量和工期。
3. 环境保护
施工过程中做好环境保护工作，减少施工对周边环境的影响。
四、结语
干煤棚网壳施工方案的制定对于煤炭储存保护至关重要。
通过严格按照方案要求进行施工，能够有效提高煤炭存储效率，减少损耗和风险，满足我国煤炭供应需求的持续稳定。
双层柱面网壳整体模型的建立及
J］ ． 工业建筑， 1998 ， 28 ( 11 ) : 2629． 土结构新技术［ ［ 3］ 赵树红， 李全旺， 叶列平， 等． 碳纤维加固 混凝 土 柱 受 剪 性 能 J］ ． 工业建筑， 2000 ， 30 ( 2 ) : 1619． 试验研究［ ［ 4］ GB 500112001 ， S］ ． 建筑抗震设计规范［ ［ 5］ GB 500102002 ， S］ ． 混凝土结构设计规范［ ［ 6］ 吴善能， J］ ． 虞哓红． 考虑二次受力碳纤维布加固设计 方法［ 2001 ( 7 ) : 4647． 住宅科技， ［ 7］ JGJ 10196 ， S］ ． 建筑抗震试验方法规程［ ［ 8］ 陆洲导， 宋彦涛， 王 李 果． 碳纤 维 加固 混凝 土 框 架 节 点 的 抗 J］ ． 结构工程师， 2004 ( 3 ) : 6869． 震试验研究［ ［ 9］ 刘建起， 王敬莎， 丁乃庆， 等． 碳纤维加固 预 应 力梁 抗 弯承 载 J ］ ． 2010 ( 4 ) : 3435． 力试验研究［ 土木工程学报，
0
引言
双层柱面网壳结构因其优越的受力形式和丰富的建筑表现
使其在建筑领域越来越受人们的重视， 而且在实际工程中 形式， 也得到了大量应用。国内相关高校对其进行了大量研究， 获得了 促进了这种结构形式在工程中的应用 。 对一 一系列的科研成果， 个网壳结构的研究， 主要有以下三个方面： 静力分析， 稳定性分 析， 动力分析。 本文是在实际工程背景下， 借助 SAP2000 对双层柱面网壳模 载力基本能恢复到受损前混凝土柱的承载力水平 。 采用碳纤维 布横向加固受损钢筋混凝土可以有效约束核心区混凝土， 但与对 比柱相比， 碳纤维布对承载力的贡献不大， 在低周反复水平荷载 作用下， 承载力主要取决于受拉纵筋， 受压区混凝土的 贡 献 其 ［9 ］ 次 。3 ） 轴压比增大一倍， 加固试件 工程选自青岛市海上嘉年华门厅屋顶的双层柱面网壳结
2×100m双跨网壳结构设计
能源环保丨2019年第2期2x100m双跨网壳结构设计唐建设，胡朝晖，罗福盛(中冶赛迪工程技术股份•有限公司，重庆400013)摘要：某沿海料场长595m、宽200m,为满足减少物料损失、提高物料品质、保护工艺设备等要求需进行封闭。
本文从结构体系上提出采用2x100双跨柱面网壳结构方案，介绍了该结构布置、荷载取值、风荷载参数，对中间支承结构进行了优化布置和详细的设计过程阐述。
本文还对网壳结构进行了多模型分析对比计算，采取了一些有效的结构技术措施改善结构受力，实现螺栓球连接，取得了较好的效果。
本文所得结论可供同类工程设计参考。
关键词：双跨网壳结构；风洞试验；中间框排架；结构设计1•工程概况该工程场地位于湛江市东海岛，用于对4条并列分别宽38m,长585m的物料进行封闭。
场地地质情况复杂，横跨不同地质地貌，东南部为玄武岩台地地貌，场地西北部为海漫滩-海积平原地貌，分布大面积深厚软土，软土的力学性能差，含水量平均值W0=66.9%,孔隙比平均值e达1.820,地基承载力仅为35—40kPa。
《建筑结构荷载规范》(GB50009-2001)没有提供当地基本风压，根据《广东省湛江东海岛气象环境分析报告》，基本风压为0.94kPa,场地类别A类。
同时，工程场地气候潮湿、雨季长，雷暴天气多，工程有效施工时间紧，设计还需为施工安装提供更有利条件。
2•结构选型和布置2.1结构选型从功能角度考量，采用单跨结构跨越物料进行封闭，结构跨度需要达到190m以上。
从场地地质情况和基本风压来分析，单跨结构柱脚反力大，基础造价极高。
采用2座单跨结构分别封闭2个料条，单座结构跨度104m,较容易实现，但土地利用率不高。
工程实践表明，100m左右干煤棚一25CiSDi银铁技朮/制铁|：程/能源环保//产號研究/般采用三心圆柱面网壳结构对物料进行封闭［1'21，经济性能较好，但在落地侧附近空间利用率不高；从总体设计布置考量，中间需要布置8m-10m消防通道，物料被分散，占地面积增大。
双层柱面网壳整体稳定性分析
［ ］ 陈骥． ３ 钢结构稳定理论 与设计 ［ ． Ｍ］北京 ： 出版社 ，０ ３ 科学 ２０ ．
Ｃ ＨＥＮ Ｊ．Ｓａ ｉｔ ｈ ｏｙａ ｄｄｓ ｎｏ ｔｅ ｓｒｃｕｅ［ ．Ｂ ｉｎ ： ｉｎｅＰ ｅｓ ０ ３ ｉ ｔｂｌｙｔｅｒ ｎ ｅｉ ｆｓｅｌ ｔｕｔｒｓＭ］ ｅ ｉｇ Ｓ ｅ ｃ ｒｓ，２ ０ ． ｉ ｇ ｊ ｃ
第 ３ 卷第 ３期 ３
Ｖ０ Ｉ ３ Ｎｏ ３ ２ １ Ｉ３ ． ０ ２
青 岛 理 工 大 学 学 报
Ｊ ｕ ａ ｆＱｉｇ ａ ｃ ｎ ｌｇｃ ｌ ｉｅ ｓ ｙ ｏ ｒ ｌ ｎ ｄ ｏ Ｔｅ ｈ ｏｏ ｉ ｖ ｒｉ ｎ ｏ ａ Ｕｎ ｔ
双 层 柱 面 网 壳 整 体 稳 定 性 分 析
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图５ 水平荷 载作 用下 临界 荷载 对 比
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Ｋｅ ｒ ｓ ｏ ｂ ｅ ｌｙ ｒｒ ｔｃ ｌｔｄ ｓ ｅｌ ｒｔ ａ ｏ ｄ ｐ ｎ ｒ ｔ ｙ ｗｏ ｄ ：ｄ ｕ ｌ－ａ ｅ ｅ ｉｕ ａ ｅ ｈ ｌ；ｃ ｉ ｃ ｌｌａ ；ｓ ａ ａｉ ｉ ｏ；ｎ ｎ ｉ ｅ ｒ ｎ ｔ ｌｉ ｅ— ｏ ｌ ａ ；ｉ ｉ ａ ｍｐ ｒ ｎ ｉ
关键词： 双层柱面网 临界荷裁； 壳； 矢跨比； 非线性； 初始缺陷
中图分类号 ： ＴＵ３ ３ ２ 文献 标 志 码 ： Ａ 文 章 编 号 ：６ ３ ４ Ｏ （Ｏ ２ ０一 ｏ ３一 Ｏ １ ７— ６２ ２ １ ） ３ ０ １ ４
全封闭式钢结构网架煤棚设计技术探讨
全封闭式钢结构网架煤棚设计技术探讨随着储煤方式的封闭式趋向变化，本文全封闭式钢结构网架储煤构造的设计原则，储煤构造结点设计与构造以及储煤构造设计技术问题进行应用分析论述。
标签：封闭式储煤；钢结构；煤棚网架1 引言封闭式储煤构造大部分采纳砖石构造，木构造和混凝土构造。
储煤构造的分类从受力角度讲，有立体受力体系和空间受力体系两种形式，平面受力体系很简单包括梁柱体系、门式钢架体系等。
我国最常见储煤方式是空间受力体系。
按体型可分为平板型、柱面型、球面型、锥形型等。
按关闭水平分就是露天式、半封闭式、全封闭式。
按资料分就是混凝土构造、钢构造、木构造膜构造、合金构造。
2 储煤构造的设计原则（1）储煤构造合理性以及网架构造支承的布置。
储煤构造的选型应根据修建形式、跨度、支承方式、荷载方式等要求来确定合理懂的储煤，还要应思考网格构造下部支承构造的互相影响，还要保证构造的稳定性和安全性。
网架构造一般是将上弦或下弦结点搁置在梁、桁架等下部构造上，按照不同的搁置方式，可分为边支承、点支承及混合方式。
（2）网壳结构的支承受力。
柱面网壳可使用沿四边支撑、端部横隔或通过沿两边支撑方式。
沿两边支承的支承点要确保抵抗水平位移的束缚的条件，端部支承横隔应有足够的平面刚度支撑。
储煤柱面网壳构造中大多数是沿两边支撑，当端部采用山墙封闭时也会出现三个方面的支承的情况。
柱形网壳的支承不仅可以直接落地，还可以支承在下面构造上。
根據支撑排放位置的不同，可分为单排和双排支撑。
单排支撑是构造上弦支撑和下弦支撑是指上下弦同时支撑。
球面网壳一般采用环向支承形式，其具体又可分为内支承，外部支承和内外同时支承。
（3）荷载与应用原则。
设计储煤构造时应考虑风载、恒载、温度和地震对构造安全的影响。
构造受力在荷载作用下的内力、位移和必要的稳定性计算，并根据实际情况，对温度、地震、支坐及工作安装等作用下的位移和受力来进行计算。
对比较复杂体型或悬挑的储煤构造在没有牢靠的系数时宜做风洞实验，来确定体型和风压分布情况；并根据来自不同的风向考虑不同的荷载分量的作用，宜对多个风方向的风效应分别进行组合。
柱面网壳储煤棚设计探讨
山 西建筑SHANXI ARCHITECTURE第47卷第6期2 0 2 1年3月Vol. 47 No. 6Mar. 2021・ 57 ・文章编号：1009-6827 (2221) 06-0077-02柱面网壳储煤棚设计探讨吴英家(大同煤矿集团设计研究有限责任公司，山西大同037003)摘要：以某矿业公司封闭储煤棚设计为例,介绍了煤棚的结构选型要点，阐述了柱面网壳计算模型边界条件确定时应如何考虑 网壳和下部支承结构的影响、模型计算时荷载取值的注意事项，以及对计算结果的指标控制,得出了一些有意义的结论。
关键词:储煤棚，网壳，模型，边界条件，荷载中图分类号:TU312 文献标识码：A1工程概况本工程为某矿业公司煤场封闭工程。
工程位置位于大 同市云冈区某矿业公司主井工业场地内，煤场西侧紧邻运 煤铁路专线，东侧为口泉河沟。
整个煤场在清煤后的场地比较平整，分为两个矩形：一个可用矩形场地横向宽度 54 m,横向无高差，纵向长度24 m,设计为储煤棚一;第二 个可用矩形场地横向宽度45 m ,横向无高差，纵向长度24 m ,设计为储煤棚二。
场地位于2度区(0.2g ),场地为填 沟形成，表层杂填土 1 m 〜15 m 厚度不等，以下分别为卵 石层及砂岩层。
本文以煤棚一为例进行阐述。
2结构选型因现场有较大的存煤量要求，建设单位要求地面以上 设置15 m 高挡煤墙,然后在挡煤墙上部做钢结构封闭。
另外,挡煤墙上部有原有输煤钢栈桥通过，上部钢结构部分应 预留孔洞，以便原有输煤栈桥通过。
考虑存煤高度较大，本 工程下部采用扶壁式钢筋混凝土挡煤墙，上部钢结构采用圆柱面网壳,这样也与相邻的已经建成的精煤棚(钢结构部 分为22 m 高圆柱面网壳)相延续，设计采用矢高为20 m 的圆柱面网壳，整体看起来比较美观。
同时，圆柱面网壳受力 性能好,节约钢材，经济效益好。
3计算模型的边界条件确定根据《网格规程》⑴第4.1.6条,空间网格结构分析时,应考虑上部空间网格结构与下部支承结构的相互影响。
浅议大跨度全封闭干煤棚基础设计注意事项
浅议大跨度全封闭干煤棚基础设计注意事项引言随着煤炭行业的快速发展，大跨度全封闭干煤棚基础设计成为其中重要的环节。
本文将全面探讨大跨度全封闭干煤棚基础设计的注意事项，以期为工程设计人员提供参考和指导。
一、结构设计要考虑的因素1. 承载能力•煤棚基础要能够承受煤堆的重压，所以必须对地基土壤的承载能力进行充分的考虑。
•基础的尺寸和深度需要根据煤堆的高度和重量进行合理设计。
2. 抗震性能•考虑到煤棚所处的地区可能会受到地震的影响，基础设计必须具备一定的抗震能力。
•可以采用增加基础的承载能力、采用适当的加固措施来提高抗震性能。
3. 稳定性•煤棚基础要保证稳定性，应考虑到地基土壤的沉降和基础结构的变形。
•适当的基础处理可以减小地基沉降，预应力技术可以减小基础结构的变形。
4. 寿命设计•煤棚基础的设计寿命应与整个工程的寿命相匹配。
•需要选择适当的材料和施工工艺，以确保基础的寿命与使用寿命相适应。
二、基础设计的具体要点1. 地基处理1.要充分了解场地的地质情况，进行详细的地质勘察工作。
2.地基处理可以采用常规的填筑、改良或加固措施，根据实际情况选择合适的方法。
2. 基础结构1.基础结构的类型可以根据建筑设计的要求和地质条件来确定，可以选择混凝土浇筑、钢筋混凝土桩等。
2.基础的形式可以采用单层、多层或扁平等，并根据实际情况进行合理设计。
3. 防渗措施1.煤棚基础设计中要考虑到地下水位和土壤渗透性等因素。
2.可以采用沉井、排水沟、防水层等措施来防止地下水渗入。
4. 施工工艺1.施工工艺要符合相关技术规范和标准，保证施工质量。
2.要着重注意质量控制，包括混凝土的浇筑、钢筋的布设、基础的压实等。
三、案例分析1. 工程背景在某煤矿项目中，需要建设一座大跨度全封闭干煤棚。
2. 设计要求•煤棚基础要求具有足够的承载能力，能够承受设计荷载。
•基础要具备一定的抗震性能，能够在地震发生时保持稳定。
•基础寿命要与工程的寿命相匹配。
3. 实施方案•对场地进行详细的地质勘察工作，了解地基的情况。
浅议大跨度全封闭干煤棚基础设计注意事项
浅议大跨度全封闭干煤棚基础设计注意事项大跨度全封闭干煤棚作为一种重要的煤炭储存设施，其基础设计是至关重要的。
在设计大跨度全封闭干煤棚基础时，需要注意以下几个方面：
1. 地质条件：在进行基础设计前，需要对场地的地质条件进行
详细的勘察和分析。
包括地基承载力、地下水位、地形地貌等因素，以便确定基础形式和结构类型。
2. 基础形式：结构类型选择和基础形式应该根据煤棚的结构形式、荷载特征和地质条件等因素综合考虑。
常见的基础形式有浅基础、深基础、垫板式基础、板桩基础等，选择合适的基础形式可以保证工程的稳定性和安全性。
3. 施工工艺：基础施工工艺应该充分考虑基础结构的稳定性，
避免基础沉降和变形等问题。
采用合适的施工工艺可以有效保障基础的施工质量和工期。
4. 防水措施：由于煤棚是用于储存煤炭的设施，必须采取严格
的防水措施，以防止地下水渗入，影响煤的质量和使用寿命。
防水措施包括基础防水层、墙面防水层和屋面防水层等，必须在基础设计时考虑到。
5. 设计荷载：在设计大跨度全封闭干煤棚基础时，必须充分考
虑煤棚的设计荷载。
设计荷载应该根据煤棚的使用情况、储存量等因素进行合理估算，并采用合适的设计方法进行计算。
综上所述，设计大跨度全封闭干煤棚基础需要综合考虑多个因素，
包括地质条件、基础形式、施工工艺、防水措施和设计荷载等。
只有在各方面都做好了充分的准备工作，才能保证工程的稳定性和安全性。
全封闭式钢结构网架煤棚设计技术探讨 张勇
全封闭式钢结构网架煤棚设计技术探讨张勇摘要：当前储煤结构随着时代的发展而不断进行着相应的变化。
全封闭式钢结构网架煤棚的设计，不仅更加贴合于人们的生活实际，同时还更加体现出结构设计和建筑等方面的进步和创新。
通过此结构的研究，为当前环保建设提供了良好的创新和转型思想。
关键词：全封闭式；钢结构；网架；煤棚；设计引言：在现阶段的技术条件支持下，建筑钢结构网架安装的施工工艺相对复杂，工程质量控制的难度较大。
为了最大限度地保证建筑钢结构使用质量的安全与可靠，就需要在遵循“因地制宜”基本原则的基础之上，就各类适应性的建筑钢结构网架安装技术做出规范。
1储煤棚结构设计的基本原则封闭式储煤构造大部分来说主要采用钢筋混凝土及钢结构完成。
从构造形式来看屋盖一般采用网架/桁架/门架/气承膜等，不同结构形式特点不同。
其中网壳因良好的空间性及耐久性为本地区常用的屋面结构形式。
1.1构造合理性以及网架构造支承的布置储煤棚结构的建设应满足当地的施工环境以及建筑结构的基本设计要求。
在此过程中要着重对结构形式、跨度合理及经济性以及支撑方式进行重点考量。
1.1.1外形曲面的选择在结构几何外形选择时，应根据实际工程中的主要载荷及效应综合确定。
常见的形式有三心圆柱面网壳及圆柱面网壳。
正放类网壳结构在均匀分布的屋面恒荷载作用下，杆件内力分布比较均匀；反之弯曲应力可能对结构局部产生较大影响，圆柱面网壳属于典型的正放类网壳。
三心圆柱面网壳与圆柱面网壳相比，一方面可提高空间的利用率，另一方面在风荷载作用下受力性能较好。
在风荷载作用下三心圆柱面网壳呈现门式刚架的受力性状，但在屋面荷载作用下它的受力却较不均匀。
1.1.2合理跨度及经济性料棚结构的单平米造价决定于当地抗震设防烈度、风荷载、维护结构及自身的结构体系。
1.1.3支撑形式煤棚柱面网壳结构的支座节点的自由度数和约束程度，必须与实际结构的支座形式和支承条件相一致，否则整个结构设计的安全性、经济性均得不到保证。