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1、工业案例：吉化106厂干煤棚网壳结构的设计与施工长春钢结构公司 王华斌 孙琳琳摘要：主要介绍了吉化106电厂干煤棚大跨网壳的结构选型，结构设计，并对一，二期网壳在后期的对接从设计和施工的角度进行综合考虑，同时根据现场的实际情况对施工方法进行了分析，为今后类似工程提供经验积累。关键词：干煤棚网壳 结构选型 施工方法1、 工程概况吉化公司106厂是吉化公司的动力中心，该厂提供了吉化公司各生产厂的大部分电能，是吉化集团公司的重要的能源基地。为了应对燃煤资源的紧张，提高燃煤的燃烧性能，达到节能增效的目的，106厂特新建干煤棚，来保证燃煤的干燥度，使其燃烧时能更充分，获得更好的经济效益。干煤棚内设置一台
2、斗轮机，斗轮机臂长25米，仰角为16°，斗轮机轨道位于煤厂中间。根据工艺及现场条件要求，网壳的设计跨度为68米，高度为32米，棚顶采用单层压型彩钢板。工程分两期进行施工，一期施工纵向长度为30米，二期长度为60米。2、 结构选型根据工艺的要求以及现场条件的限制因数，干煤棚的设计跨度取为68米，而且在距干煤棚边6米处的净高要求达到18米。通常对于这类大跨结构的应用中，采用较多的有大跨门式刚架结构以及双层柱面网壳结构，通过多种方案的比较，干煤棚采用落地双层圆柱面网壳结构形式，干煤棚网壳的横断面为三心圆柱面，中间大圆半径为40.3米，两边小圆半径为19.8米，整个断面由于受到净高要求而形成
3、向外突出形，横断面如图1所示，这样可以使结构在满足受力要求情况下，结构表面面积最小，以减少屋面板的用量，降低工程造价。图1 干煤棚横断面图干煤棚网壳采用了造型简单，受力明确的正放四角锥网格形式，相对斜放四角锥来说，正放四角锥网格传力均匀，各支座间反力相差不大，而斜放四角锥支座反力向向四角集中，对比数据如下。表1 两种结构形式的结果对比当支座反力向四角集中时，局部受力杆件明显增大，杆件截面达到Ø273X10，相应的球节点都有增大，整个网壳重量增大了，因此结构选用正放四角锥是比较合理的。3、 结构分析和设计荷载类型及组合干煤棚承受的荷载主要有静载、活荷载，由于干煤棚四面敞开式结构，受温度
4、的影响非常大，因此这里还考虑了温度作用。本工程所在地的地震基本烈度为度，还需要考虑地震作用，另外还有就是风荷载的作用了，具体的个荷载参数取值如下： 静荷载网壳上仅支撑单层彩钢板，下弦无任何悬挂荷载，故上弦静载取0.35KN/m2，方向为垂直地面向下，网壳的自重由计算程序自动到入。 活荷载不上人屋面活荷载为0.5KN/m2，屋面雪荷载为0.45 KN/m2，根据荷载规范规定，活荷载按二者中最大值考虑，故活荷载为0.5 KN/m2，并考虑不均匀分布的组合情况。 温度作用本工程所在地室外温度变化为零上度至零下度，考虑施工时的温度为零上度左右，设计中考虑温差为度到度。 风荷载当地基本风压值为0.5KN
5、/m2，风荷载体型系数参考类似工程的试验结果，见表2。表2 风荷载体型系数 地震荷载当地地震基本烈度为7度。根据上面的荷载种类，进行了下列荷载组合的考虑： 静活 静半跨活 静风（0度） 静风（30度） 静风（90度） 静地震 静温度 静活风 静活温度 静活地震结构分析与结果工程采用浙江大学空间结构设计软件Mst2005进行内力分析与设计，程序自动对预先设定的杆件截面进行满应力优化计算，最后得出结果。网壳厚度为2米，网格尺寸为.0mX3.0m，杆件规格从Ø60到Ø180，详细杆件截面见图2，网壳采用焊接球节点，球节点大小见图，其中Ø300X14和Ø350X
6、14为带肋球，整个网壳综合用钢量为49.4Kg/m2。图2 优化后杆件截面图 球节点规格最大的杆件压力为757KN，最大拉力为655KN，最大应力181N/mm2。节点的最大竖向位移为165mm，最大跨向位移为331mm，最大纵向位移为27mm。节点细部设计鉴于网壳的跨度较大，杆件内力大，而高强螺栓受力限制，在内力大的部分节点中无法使用螺栓球，故统一采用了焊接球节点。这虽然增加了网壳现场施工难度，但是使网壳的刚度和安全度都有所提高。网壳的跨度方向尺寸是长度方向的两倍以上，因此整个网壳的侧向刚度非常弱，在起主要控制作用的风荷载参与的组合下，纵向和侧向位移明显偏大，尤其是两端部，因此在设计中，适当
7、的加强了两端封边部分，将最外侧的杆件都提高了一到两个等级。结构防锈、防腐处理是干煤棚网壳设计中的一个重要内容，国内已有处理不好的结构最终倒塌的例子，因此针对这些问题，设计中从节点形式到防腐措施等都作了一个很好处理。干煤棚内煤沿中心斗轮机轨道两侧堆放，通常都很靠近网壳的支座，那样对支座的腐蚀作用将是很严重的，因此在设计中将网壳的支座抬高了两米，这样煤就离支座有了一定的距离，能很好的防止它对支座的腐蚀作用了。对于支座节点的设计，采用了有很强变形能力的橡胶支座，能较好的减弱地震的作用和温度应力的作用，对于网壳推力大的情况，设计中采用了双向支座结构，最大限度的减小剪力的作用，使支座的锚栓采用M27的螺
8、栓就足够了，详细节点见下图。图 支座节点详图另外，针对干煤棚网壳防腐要求高的特点，网壳结构采用了酸洗磷化处理，再涂刷氯磺化聚乙烯防腐底漆两道(膜厚60)，氯磺化聚乙烯防腐面漆二道(膜厚60),确保结构达到设计使用年限。4、 网壳的制作安装圆柱面干煤棚根据其结构特点和施工单位的技术条件，一般有“散装法”，“拼装架滑移法”，“网架逐条积累整体滑移法”等施工方法，但由于本工程的场地条件限制，网壳只能在原地拼装，所以滑移法是无法实现的，综合考虑后本工程施工中采用了散装和分条拼装后吊装相结合的方法。首先将网壳沿纵向分成三条拼装，每条长度为10m，每一条沿跨度方向分成三段，如图5所示。首先完成部分的安装工
9、作，在操作平台上将部分组对完毕后，将段进行吊装，完成支座的安装，另一端搭设临时支撑，并安照设计要求调整好另一端的高度。然后在按同样的顺序安装下一条10m宽段，并将两段间连接起来，将三条段全部对接完毕后，开始组装部分，部分在平台上组装后，整体吊装，在空中完成和两部分的对接工作，然后在拼装下一条段,完成两段后将两个段对接，如此再进行下一条的安装直到安装完毕。总的安装过程就是这样的，需要注意的是在吊装段的时侯，要控制好段的变形，如果吊点选择不好，造成段空中变形过大，那么在、对接的时侯就无法调整，使对接工作失败。因此在设图5 网壳分块图置段的吊点时，采用五个吊点，其中有一个吊点主要是用来调整段的变形的
10、，吊点设置如图6示，选择外侧吊点时，要求在起吊后段变形为稍稍向外张开，待吊到对接位置后，通过调整调节吊点绳子的长度来调节段向外张开的角度，来控制段的形状以使它满足对接的要求。中间段吊装时，吊车站位只能是在网壳跨向外侧，因此吊车的幅度要求特别大，通常吊车都无法满足，最终选用了一台250t的吊车吊装，整个空中对接时间为一个台班。图6 吊点设置图 本工程由中油吉林化建长春钢结构公司进行施工，整个工程的安装时间为一个月。5、 结语吉化106厂干煤棚采用本文提出的网壳结构形式能满足实际工程的使用要求。在大跨度的网壳设计中，网格尺寸的划分和厚度的选择对网壳的受力以及经济指标都有很大的影响，因此在设计中要多进行方案的对比，选择最优的网格尺寸。大跨网壳的设计中，风荷载是起着控制作用的荷载，在对网壳的分荷载体型系数的选取时，应根据风洞试验的结果或者是相类似工程试验结果。干煤棚的设计应充分考虑防腐的要求，从结构的选型到节点的处理，都要尽可能
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