长城窝堡矿井副井井塔设计

长城窝堡矿井副井井塔设计

作者：樊利伟

来源：《城市建设理论研究》2013年第03期

摘要：本文通过对长城窝堡矿井副井井塔的分析，对副井井塔在结构选型、平面布置、竖向布置及结构计算中需要注意的事项进行了探讨。

关键词：副井井塔；建筑布置；结构计算；基础设计

中图分类号：S611 文献标识码：A 文章编号：

引言

井塔是矿井地面工业建筑中的主要生产性构筑物之一 ,它处在连接矿井上下通道的关键生产环节上，以其占有显著地位而引人注目。因此，对副井井塔的设计必须予以高度的重视。应精心设计，周密考虑，合理选用结构形式和建筑材料，做到合理布局，安全适用，技术先进，经济合理，美观大方。

1 工程概况

本工程为铁法煤业（集团）有限责任公司长城窝堡矿井副井井塔, 井塔平面为矩形，其平面尺寸18.0x18.5 m, 提升机大厅平面尺寸也是18.0x18.5m,提升机大厅标高49.0m，井塔全高63.5m。建筑主体结构型式为钢筋混凝土外箱内框结构，屋面为井字梁屋盖结构。提升机型号JKM-4.5×4(Ⅲ)型，提升容器为一宽一窄双层罐笼。井筒内径7.0m，冻结法施工，冻结深度80.0m。

本地区地震设防烈度：6度，设计基本地震加速度：0.05g。基本风压： 0 . 55 kN /m2, 基本雪压：0.40 kN /m2,地面粗糙类别 B类。

2 副井井塔的结构型式

井塔塔身的结构选型受平面布局、塔身高度、工艺布置、矿井通风方式、自然气候条件、地震烈度、地质水文条件、使用年限、材料供应、施工技术及施工工期等诸多方面因素的影响。所以在井塔结构设计中必须综合诸方面的因素加以分析, 选用与具体实际相适应的结构和塔身形式。目前, 国内外的井塔平面形式有圆形、矩形、多边形等。按建筑材料及施工方式分有砌体结构、整体浇筑钢筋混凝土结构、钢筋混凝土装配式、钢结构等形式；按承重方式分有框架、桁架、圆筒形、箱形及箱框形 (外箱内框 )等形式。目前在国内，绝大部分已建成的副井井塔都是采用钢筋混凝土结构（箱形、箱框形、圆筒形、框架等），并用滑升模板施工。本次井塔设计采用的是钢筋混凝土外箱内框的结构形式，与其它结构井塔相比，有以下特点：

(1) 钢筋混凝土箱框形结构承载能力强，刚度大，有良好延性和抗震能力，结构的安全度较高，一般情况下对地基不均匀沉降的适应性比较强。

(2) 与钢结构井塔相比可节约大量的钢材，造价低，维护费用低廉而耐久性好。

(3) 与钢筋混凝土框架结构井塔相比，刚度大而经济指标相差无几，混凝土、钢材用量、造价基本接近；箱型壁板既是承重结构又是围护结构，设计与节点构造相对简单。

(4) 有利于滑模施工，可连续浇筑混凝土，模板可重复利用，施工速度快，工期可大大缩短，经济合理。

3 副井井塔的平面布置

与副井井塔平面、竖向布置有关的专业主要是机械（罐道系统、进出车的操车设备）、矿电（多绳提升机、电机，电控）、矿井专业（井筒），它们决定着井塔中间的柱位置及建筑外部尺寸，在满足工艺要求的前提下，应尽可能缩小井塔外部尺寸，减少投资。

3.1 提升机大厅的布置

提升机大厅的布置是整个井塔平面布置中的重点，涉及到提升机、电机、电控等大型设备。在给大型设备留出一定的检修空间和人行通道的原则下，设备的预留螺栓孔位置一定不能与四个内框架柱位置相冲突，否则难以施工、安装。各设备基础的高度不同也应仔细设计，校对，确保与各相关专业资料一致。

3.2 井口平面层的布置

井塔底层为井口平面层，也是副井井口房的一部分。采用一宽一窄双罐笼提升。设有操车设备，在进车侧为推车机，在出车侧为阻车器。在本层布置时一定应考虑四个内框架柱避开井壁。

3.3 人行走廊夹层布置

从灯房浴室进出副井井塔的走廊宽度一般不应小于3.000m，以保证上下井人员顺利通行。本井塔是双层罐笼同时进出，因此在井塔内要增设夹层平面，与上下罐笼的钢平台相接，在塔壁相应位置处开设走廊入口。

3.4 其它各层平面布置

提升机大厅层下面是导向轮层，要考虑导向轮的运行和安装。为方便工作人员，本层还会布置卫生间。井塔其它各楼层内大部分为电气设备及电缆孔洞预留。各层平面布置中还应考虑

安装孔、电梯井、楼梯间的布置。在二层布置时应特别注意的是应留出换罐笼的孔洞，局部不设框架梁。

4 副井井塔竖向布置

井塔竖向布置首先要确定的是井塔高度。井塔的底层防撞梁层、导向轮层、提升机大厅的高度应分别由机械专业、矿电专业提供详细的数据资料，在满足上述工艺设计要求的前提下，其余各层标高可根据经验确定，尽量做到均匀合理。

5 副井井塔的结构计算

井塔的结构计算按高层钢筋混凝土框架剪力墙结构计算。对塔身总体计算和提升机大梁、防撞梁及提升机大厅、导向轮层的梁、板计算应分别采用不同的荷载组合。根据不同荷载工况组合的计算结果相结合，得出井塔合理、安全、经济的配筋。

5.1井塔塔身总体计算时考虑正常提升荷载、永久荷载、风荷载、地震荷载。本工程抗震设防烈度是6度，因此地震作用也可不参与计算。但抗震措施应按七度考虑。楼面均布活荷载的标准值取4.0KN/m2[1]。

5.2计算提升机大梁和其支承的框架梁时，荷载应取单侧（4根）钢丝绳破断力的1.5倍，本层楼面设计时，安装、检修区活载标准值取20KN/m2[1]，此时相邻楼面均布活荷载的标准值取2.0KN/m2 。

5.3计算防撞梁时，荷载应取一侧罐笼向上撞击防撞梁的力，该荷载为4倍钢丝绳最大静张力。

5.4 计算导向轮层梁板时，楼面均布活荷载的标准值取

6.0KN/ m2[1]。

5.5 本工程套架自成系统与井塔脱离，所以井塔设计时不必考虑罐道缓冲系统及防壁器等荷载。

6 副井井塔的基础设计

副井井塔的基础方案应根据井塔结构特征、地震烈度、工程地质及水文地质情况、荷载大小等，通过综合的方案比较，予以确定。目前在国内,一般采用钢筋混凝土箱形基础、筏式基础和桩基础，利用井筒的倒锥台基础适用于小型井塔。

根据《铁法煤业（集团）有限责任公司长城窝堡矿井工业场地岩土工程勘察报告》本工程地基承载力较低且地下水位较高，故本次设计采用的是桩筏基础，桩型采用钢筋混凝土钻孔灌注桩，桩径为∅800，桩端持力层为泥岩。单桩竖向承载力特征值≥2050KN，总桩数84根。