鄭州熱電廠筒倉鋼錐殼倉頂設(shè)計

1、    鄭州熱電廠筒倉鋼錐殼倉頂設(shè)計    曹世平 彭奕亮 王慶紅摘要：本文結(jié)合鄭新三期工程圓形煤筒倉鋼錐殼倉頂設(shè)計，對倉頂結(jié)構(gòu)方案的選擇，鋼錐殼計算簡圖的確定等作了詳細(xì)的闡述。對大型火力發(fā)電廠筒倉倉頂鋼錐殼設(shè)計有重要的參考價值。關(guān)鍵詞：筒倉、倉頂結(jié)構(gòu)型式、鋼錐殼、計算模型、設(shè)計與施工tm61. 引言圓形煤筒倉倉頂為皮帶層，皮帶層上部及兩側(cè)一般為鋼結(jié)構(gòu)輕型封閉。火力發(fā)電廠大直徑煤筒倉倉頂均為鋼筋混凝土錐殼結(jié)構(gòu)，即倉壁自一定高度起至倉頂之間為一正放圓錐臺外形的殼體結(jié)構(gòu)。錐殼壁厚比筒壁處厚度大，相應(yīng)地自重也很大，這不僅會導(dǎo)致基礎(chǔ)樁數(shù)增多，基礎(chǔ)配筋增大，而且因

2、頭重的特點(diǎn)還會引起地震效應(yīng)增大，使得筒壁配筋增大；另一方面，從施工來看，為澆筑鋼筋混凝土錐殼頂蓋，要借助筒壁強(qiáng)度，在筒倉內(nèi)部從零米到筒頂搭設(shè)四十米高的滿堂腳手架，搭設(shè)和拆除的施工難度都很大。同時錐殼可以拆模后，方能開始拆除腳手架，拆至倉內(nèi)下部犁煤器傘形錐體以下，才有可能支模澆筑該錐體，整個施工周期很長。倉頂采用鋼錐殼，錐殼外圍封閉采用薄鋼板，頂板采用壓型鋼板底?，F(xiàn)澆板，自重大幅度減輕，還可以從零米開始采用頂升滑模法施工，避免搭設(shè)滿堂腳手架，從而很好地解決鋼筋混凝土錐殼施工帶來的這些問題。. 工程概況鄭新三期x200mw擴(kuò)建工程，在距原有5個儲煤筒倉40米處新建個筒倉。筒倉外徑米，筒體高度.米，

3、每個筒倉儲煤量.2萬噸，新老筒倉間設(shè)皮帶通道連接棧橋。因工期要求緊，同時施工場地極其狹窄，筒倉外側(cè)即為施工與生產(chǎn)共用通行道路，業(yè)主與施工單位共同要求設(shè)計方修改傳統(tǒng)設(shè)計方案，同時還要求盡可能地減少投資。我們與施工方經(jīng)過協(xié)商討論，將設(shè)計與施工方案相結(jié)合，確定了倉頂鋼錐殼的結(jié)構(gòu)設(shè)計方案。.鋼錐殼結(jié)構(gòu)方案的選擇主體結(jié)構(gòu)的選擇鋼筋混凝土錐殼結(jié)構(gòu)形式的突出優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)剛度大，能夠承擔(dān)較大不均勻荷載作用，且變形很小，計算方法也很明確、簡單，所以設(shè)計者一直都習(xí)慣沿用這種方式。本期#7，8，9筒倉頂層縱橫方向分別對稱，布置較為規(guī)則。#6筒倉倉頂一側(cè)因架設(shè)2個40米跨棧橋，導(dǎo)致沿縱向荷載嚴(yán)重不對稱。在水平地震作用下

4、，倉頂出現(xiàn)較大扭矩。這就要求頂部錐殼結(jié)構(gòu)首先具有較大的豎向及水平剛度。結(jié)合下部圓形筒壁，結(jié)構(gòu)形式定為沿圓錐臺設(shè)16邊形斜柱支撐體系，斜柱間設(shè)交叉撐。經(jīng)分析比較，如果上部結(jié)構(gòu)及荷載完全對稱，間距度設(shè)一道交叉撐最經(jīng)濟(jì)合理。但本工程#6筒倉上部結(jié)構(gòu)及荷載不對稱，所以每對斜柱間都布置了交叉撐，這種形式具有良好的豎向、水平及扭轉(zhuǎn)剛度。樓蓋結(jié)構(gòu)的選擇筒倉頂層平面樓蓋結(jié)構(gòu)的主承力體系為一道環(huán)梁、四道通長縱向鋼梁及較為均勻分布的樓層鋼橫梁組成的交叉梁系。倉頂?shù)臉前暹x用有兩種方案：一種是鋼蓋板方案。其優(yōu)點(diǎn)是自重小，缺點(diǎn)是斜柱與環(huán)梁交接處，環(huán)梁承擔(dān)徑向壓力，有平面外彎矩及變形。另外棧橋皮帶運(yùn)行時，樓面振動及噪聲較

5、大，同時很難解決運(yùn)行每班水沖洗的防水要求；一種是壓型鋼板底?，F(xiàn)澆混凝土樓板方案。其優(yōu)點(diǎn)是水平力通過抗剪栓釘傳遞給樓板，梁不存在平面外彎矩及局部變形問題，缺點(diǎn)是自重較大。兩種方案各有優(yōu)劣，只有通過建模計算比較確定。4. 筒倉鋼錐殼結(jié)構(gòu)分析4鋼錐殼結(jié)構(gòu)建模鋼錐殼結(jié)構(gòu)運(yùn)用了staad pro 程序建模計算。梁、柱采用桿單元，樓板采用板單元。柱選用規(guī)格為hw400x400x13x21寬翼緣h型鋼，環(huán)梁選用規(guī)格為wh800x400x14x22焊接h型鋼，內(nèi)部交叉梁選用規(guī)格為h(8001000)x400x14x22的焊接h型鋼。斜柱底部、頂部及交叉梁與環(huán)梁均為鉸接連接，這就形成了一個完整的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)體系。模

6、型a即混凝土樓板方案中，交叉梁與環(huán)梁通過密布節(jié)點(diǎn)與混凝土樓板建立起相互聯(lián)系。4.2鋼錐殼結(jié)構(gòu)計算分析4.2.1 樓蓋方案的選擇對主體結(jié)構(gòu)的影響計算的目的，是通過對模型a、模型b的分析比較，重點(diǎn)考察作為承上啟下的環(huán)梁構(gòu)件是否有足夠的剛度，穩(wěn)定性、強(qiáng)度，同時以此為控制條件，來確定樓板的結(jié)構(gòu)選型。通過計算，模型a的環(huán)梁的水平變形各點(diǎn)均小于0.05mm，環(huán)梁的環(huán)向平面外彎矩均小于5knm，軸力小于60kn。水平變形各點(diǎn)最大為x向1.49mm，滿足設(shè)計規(guī)范要求。但模型b水平變位是模型a的30倍。彎矩最大值為116.5 knm。軸力最大值為654kn。模型無論是平面外彎矩，軸力都遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于模型a。通過計算分

7、析，可以得出由于有鋼筋混凝土樓板的參與，對于環(huán)梁而言，無論是軸力、平面外彎矩還是平面外變形，都銳減。計算環(huán)梁時，只需計算強(qiáng)度及豎向變形即可。又因為鋼筋混凝土樓板的組合作用，強(qiáng)度和變形相對單純鋼梁有很大改善。對于斜柱的影響，由于模型a的樓蓋自重要大于模型，模型a的斜柱軸力最大為610kn，模型b的斜柱軸力最大為460kn。由于斜柱為軸心軸力構(gòu)件，模型a的斜柱斷面選型相比模型b大的有限。經(jīng)過綜合比較，最終選擇了壓型鋼板底?，F(xiàn)澆混凝土樓板方案。4.2. 主體結(jié)構(gòu)的計算分析在恒活荷載作用下，環(huán)梁與斜柱交接處豎向變形最大為0.02mm。在地震效應(yīng)作用下，頂層層間x,z最大變形量為4mm，樓層x,z方向變

8、形相對均勻，層間位移角為1/1175。這說明主體結(jié)構(gòu)無論是豎向、水平及扭轉(zhuǎn)剛度均很大，能夠很好的滿足設(shè)計要求。5. 筒倉鋼錐殼結(jié)構(gòu)的經(jīng)濟(jì)性比較鄭新三期工程筒倉側(cè)壁采用滑模施工，鋼錐殼作為滑模架的一部分，梁、柱鋼骨架預(yù)先在地面制作，并在倉壁零米混凝土澆注前吊裝至筒壁滑模模板頂，跟隨筒壁的滑模施工一直升至最終標(biāo)高，省去了大部分構(gòu)件的高空組裝費(fèi)用。四個筒的施工，做了兩組滑模架。施工單位技術(shù)人員利用鋼錐殼骨架，使得施工人員的上、下交通和物資的運(yùn)輸只靠一個簡易起吊架即可。筒倉底部倒放錐殼及傘形錐體的施工，也是通過滑升過程中的鋼錐殼骨架簡單解決的混凝土澆筑問題。除了鋼錐殼的就位，整個施工過程中沒用大型起重

9、設(shè)備。經(jīng)施工單位仔細(xì)核算比較，每座筒倉鋼錐殼用鋼量65噸，較鋼筋混凝土錐殼在材料方面多花費(fèi)約28.4萬；而施工費(fèi)用上，每座筒倉省出38.6萬。綜合比較，每座筒倉要省10.2萬，四個倉總共省下40.8萬，有著良好的經(jīng)濟(jì)效益。. 筒倉鋼錐殼結(jié)構(gòu)的施工工期鋼筋混凝土錐殼結(jié)構(gòu)形式采用滿打腳手架施工，豎壁每天能澆筑混凝土高度0.7米，斜壁每天能澆筑混凝土高度0.4米，主體完成需花65天。鋼筋混凝土錐殼結(jié)構(gòu)形式如果采用滑模施工，滑模架的制作及組裝需要7天，可在基礎(chǔ)施工時完成，筒壁施工時每一天能往上滑3米，12天可完成筒壁主體。主體完工后開始搭設(shè)滿堂腳手架以及鋼筋混凝土頂部錐殼的支模、澆注和養(yǎng)護(hù)、拆模、拆除腳手架，然后才能開展底部倒放錐殼及傘形錐體的施工。鋼錐殼結(jié)構(gòu)形式的筒體采用滑模施工，同樣12天便可完成筒壁主體，即可展開頂板壓型鋼板底模鋪設(shè)和現(xiàn)澆樓面的施工，還可同時施工內(nèi)部倒放錐殼及傘形錐體，比前方案均提前2個月。頂層平臺為鋼錐殼時，施工壓型鋼板底?，F(xiàn)澆混凝土樓板的同時，還可展開皮帶層輕型封閉的鋼結(jié)構(gòu)施工，這一層施工也比前方案工期至少