礦山特種結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 鑿井井架

3鑿井井架鑿井井架也稱掘進(jìn)井架，是一種臨時(shí)井架，主要用來(lái)支承天輪平臺(tái)并承受立井施工時(shí)提升矸石、運(yùn)送人員和物料的荷載，以及懸吊鑿井設(shè)備的荷載。當(dāng)井筒施工完成后，一般要經(jīng)過改絞，將鑿井井架換成生產(chǎn)井架，以滿足礦井生產(chǎn)提升的需要，因此它是煤礦建井工程中最重要的施工結(jié)構(gòu)物之一。3.1鋼鑿井井架的型式與構(gòu)造鑿井井架按所用的材料來(lái)分，主要有木制的和鋼制的兩種。木井架由于防火性能和承載能力較差已經(jīng)被淘汰，因此目前工程中主要采用鋼制鑿井井架，鋼鑿井井架的型式以亭式為主，如圖3.1所示。3.1.1鋼鑿井井架的型式1-天輪房2-天輪平臺(tái)3-主體架4-卸矸臺(tái)5-扶梯6-基礎(chǔ)

鑿井井架結(jié)構(gòu)型式首先必須滿足鑿井施工工藝的技術(shù)要求，此外還應(yīng)滿足以下幾個(gè)方面的要求：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，桿件數(shù)量少；重量輕，用料?。患庸ぶ圃烊菀?；運(yùn)輸、安裝和拆卸方便；受力性能好；整體穩(wěn)定性好等。亭式鋼鑿井井架由于良好的生產(chǎn)、施工及力學(xué)性能，在實(shí)際工程中應(yīng)用最為廣泛。3.1.2鋼鑿井井架的構(gòu)造

1、天輪房天輪房位于井架的頂部，它主要用來(lái)安裝和檢修天輪，以及保護(hù)天輪平臺(tái)，防止雨雪侵襲，因此天輪房上通常還覆以層面部分。在結(jié)構(gòu)上天輪房主要由4根角柱、上部橫梁、交叉連桿及兩條鋼軌起重梁組成，其安裝簡(jiǎn)圖如圖3.2所示。

1-角柱2-橫梁

3-斜撐4-交叉連桿

5-鋼軌起重

圖3.2天輪梁安裝天輪房結(jié)構(gòu)凈高一般取D/2+2m（D為主提升天輪直徑），其平面尺寸與天輪平臺(tái)相同。天輪房各構(gòu)件一般采用型鋼，當(dāng)沒有適合的型鋼時(shí)也可以根據(jù)設(shè)計(jì)采用焊接截面。角柱通常采用由兩個(gè)角鋼組成的十字形截面（圖3.3a）；上部橫梁采用兩個(gè)槽鋼組成的工字形截面（圖3.3c）；水平交叉連桿可采用單角鋼或兩個(gè)角鋼組成的T字形截面；斜撐由于受力較小通常采用單角鋼（圖3.3b）。

圖3.3天輪房構(gòu)件截面形式2.主體架主體架主要用來(lái)承受天輪平臺(tái)的荷載，并將其傳遞給基礎(chǔ)。主體架是一個(gè)由4片梯形桁架組成的空間結(jié)構(gòu)，上部用螺栓與天輪平臺(tái)的中梁及邊梁連接，下部則立于井架基礎(chǔ)上，其安裝簡(jiǎn)圖如圖3.4所示。

圖3.4主體架安裝簡(jiǎn)圖主體架沿高度的節(jié)間劃分，主要決定于主體架本身和卸矸臺(tái)的高度，此外還應(yīng)盡量沿高度大致相等。這樣可使角柱在各節(jié)間的自由長(zhǎng)度相等，以便合理選擇角柱截面。主體架的角柱和腹桿，通常采用無(wú)縫鋼管，因?yàn)橹黧w架的主要構(gòu)件都是按軸心受壓計(jì)算的，而無(wú)縫鋼管恰好在各個(gè)方向都具有相等的穩(wěn)定性，能夠充分的發(fā)揮鋼材的力學(xué)性能。為保證井架具有較好的空間穩(wěn)定性，在主體架內(nèi)部受力較大的第一層水平高度處，設(shè)置水平連桿，從而形成一個(gè)網(wǎng)格狀結(jié)構(gòu)（見圖3.4中剖面II-II）。水平連桿還可用來(lái)支承卸矸臺(tái)。為了縮短連桿的跨度和傳遞卸矸臺(tái)的荷載，還采用四根斜向拉桿將水平連桿懸吊在主體架的上部第二層的四個(gè)角節(jié)點(diǎn)上。3.卸矸臺(tái)卸矸臺(tái)是用來(lái)翻卸矸石的工作平臺(tái)，通常布置在主體架的下部第一層水平連桿上。根據(jù)受力大小它的主梁和次梁可采用工字鋼或槽鋼。梁上設(shè)置方木，用U形螺栓卡緊，然后鋪設(shè)木板，如圖3.5所示。1、2-卸矸臺(tái)橫梁；3-溜漕梁；4-卸矸門軸承支梁；5-溜矸槽；6-溜矸槽閘門；4-卸矸門；8-卸矸平臺(tái)；9-吊桶；10-翻籠；11-翻籠回轉(zhuǎn)軸承支架；12-滑輪；13-卸矸門電動(dòng)啟閉裝置；

14-溜矸槽獨(dú)立支架圖3.5卸矸臺(tái)4.扶梯扶梯時(shí)主體架內(nèi)上下各平臺(tái)之間的聯(lián)系部分，通常由3個(gè)梯段組成，其中第一段梯子平臺(tái)設(shè)在卸矸上。梯梁采用扁鋼，踏步采用圓鋼，扶手和欄桿采用扁鋼或角鋼，梯子平臺(tái)采用槽鋼和網(wǎng)紋鋼板。5.基礎(chǔ)鑿井井架由于結(jié)構(gòu)型式比較簡(jiǎn)單，荷載較小，因此在4個(gè)柱腳處各設(shè)一個(gè)獨(dú)立基礎(chǔ)。獨(dú)立基礎(chǔ)施工比較簡(jiǎn)單，但承載力和整體性較差，各基礎(chǔ)間缺乏聯(lián)系，容易使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生不均勻沉降。獨(dú)立基礎(chǔ)一般設(shè)在柱下，常用斷面形式有踏步形、錐形、杯形，鑿井井架基礎(chǔ)采用截錐形，分別支承主體架的。基礎(chǔ)混凝土的強(qiáng)度等級(jí)不應(yīng)低于C20。由于柱腳與地面有一定的傾斜角度，因此基礎(chǔ)頂面應(yīng)是傾斜的，并與角柱中心線垂直，而基礎(chǔ)底面是水平的，如圖3.6所示。

圖3.6井架基礎(chǔ)3.1.3鋼鑿井井架的尺寸

鑿井井架的主要尺寸是指井架高度、井架頂部和底部的平面尺寸。確定這些尺寸的原則是：使用方便；結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單；井架穩(wěn)定；造價(jià)低廉等。井架高度是指井口水平至天輪平臺(tái)的垂直距離（圖3.7），其值H可用下式計(jì)算：h1——自井口水平至卸矸臺(tái)高度；h2——吊桶翻轉(zhuǎn)所需高度；h3——吊桶、鉤頭、連接裝置和滑架的總高度；h4——提升過卷高度；D——主提升天輪的直徑。圖3.7井架高度計(jì)算圖井架頂部的平面尺寸，即為天輪平臺(tái)的平面尺寸，取決于懸吊鑿井設(shè)備的天輪數(shù)目及其布置方式。井架底部的平面尺寸，即為天輪平臺(tái)的平面尺寸，取決于懸吊鑿井設(shè)備的天輪數(shù)目及其布置方式，應(yīng)滿足下列要求：（1）主體架角柱基礎(chǔ)應(yīng)離開井壁一定距離，使井壁不致受到井架基礎(chǔ)荷載引起的巨大側(cè)壓力作用。當(dāng)采用凍結(jié)法鑿井時(shí)，應(yīng)使井架基礎(chǔ)能夠避開凍結(jié)管溝槽；（2）井架在井口周圍所形成的空間，應(yīng)能滿足施工人員正常工作和運(yùn)輸?shù)男枨?。同時(shí)井架必須有足夠的凈空間，使大型鑿井設(shè)備進(jìn)出方便；（3）保證井架具有足夠的抗傾覆穩(wěn)定性。

目前我國(guó)煤礦建井采用的鑿井井架主要是鋼管井架，共有九個(gè)型號(hào)，其中I、II、III、IIIG、IV、IVG型井架的形式見圖3.1，新IV型和V型井架的形式如圖3.8所示。除V型井架有一種采用Q345鋼外，其他井架均為Q235鋼。它們的主要尺寸和重量見表3.1，適用條件和計(jì)算依據(jù)見表3.2。

圖3.8新IV、V型鑿井井架

新Ⅳ型和V型鑿井井架是大直徑深井立井施工機(jī)械化配套的新型設(shè)備，是目前應(yīng)用較為廣泛的井架形式，具有以下一些特點(diǎn)：（1）底層兩根斜向大腹桿相交于卸矸平臺(tái)上方節(jié)間中央，腹桿布置比較合理，底層空間開敞，井口操作方便，有利于大型設(shè)備進(jìn)出和翻矸溜槽設(shè)置。（2）井架結(jié)構(gòu)四邊等穩(wěn)定性，因此井架抗扭抗振性能好。井架支腳上設(shè)有橫向聯(lián)桿，在卸矸臺(tái)上方節(jié)間四角隅處亦設(shè)置有橫向聯(lián)桿，增強(qiáng)了井架的整體剛度。（3）井架幾何尺寸參數(shù)選取合理，有利于天輪平臺(tái)布置，大型鑿井設(shè)備進(jìn)出和汽車運(yùn)矸，同時(shí)避免井架基礎(chǔ)占據(jù)凍結(jié)管溝槽位置。（4）井架承載能力大，懸吊設(shè)備多，能滿足多種復(fù)雜作業(yè)的需要（5）井架通用性和適應(yīng)性強(qiáng)，設(shè)計(jì)時(shí)考慮了提絞吊掛設(shè)備的不利布置與井架受力的不利因素。3.2鋼鑿井井架荷載及荷載組合

3.2.1荷載的分類作用于井架結(jié)構(gòu)上的荷載，可分為永久荷載、可變荷載和偶然荷載三類。永久荷載指長(zhǎng)期作用在井架上的不變荷載，包括結(jié)構(gòu)自重、附屬設(shè)備重和地基變形等。結(jié)構(gòu)自重主要包含天輪房、天輪平臺(tái)、主體架和扶梯重量等。附屬設(shè)備重包含整套天輪重量、卸矸臺(tái)重量以及井架圍壁重量等。根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《工程結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計(jì)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》GB50153的規(guī)定，地基變形認(rèn)定為永久作用。

可變荷載指井架在使用過程中可能發(fā)生變動(dòng)的荷載，包括提升工作荷載、鋼繩罐道工作荷載、防墜鋼繩工作荷載、平臺(tái)活荷載、起重架安裝荷載、罐道梁工作荷載和鑿井工作荷載等。偶然荷載是指因偶然事故而作用在井架上的荷載，包括斷繩荷載、防墜器制動(dòng)荷載、過卷荷載、托罐荷載和地震作用等。3.2.2荷載的確定1永久荷載標(biāo)準(zhǔn)值的確定（1）結(jié)構(gòu)自重標(biāo)準(zhǔn)值鋼井架的自重不包括設(shè)備重、鋼梯重和密閉板重。（2）附屬設(shè)備重標(biāo)準(zhǔn)值設(shè)備主要包括天輪、軸承、罐道、起重設(shè)備、卸載裝置、防墜器、四角罐道以及安全門等，不同的工藝設(shè)備也有所不同，此部分重量應(yīng)該由工藝確定。（3）地基變形引起的作用可根據(jù)實(shí)際地基情況考慮。2可變荷載標(biāo)準(zhǔn)值（1）提升工作荷載標(biāo)準(zhǔn)值當(dāng)箕斗或者罐籠上提時(shí)：當(dāng)箕斗下放時(shí)：當(dāng)罐籠下放時(shí)：其中、Smax,Smin分別為提升鋼繩的最大、最小靜張力；a為提升加速度；g為重力加速度；f為運(yùn)行阻力系數(shù)，可取0.1（2）鋼繩罐道工作荷載標(biāo)準(zhǔn)值鋼繩罐道自重及拉緊力的標(biāo)準(zhǔn)值應(yīng)該由工藝確定，其作用在井架固定鋼繩罐道的節(jié)點(diǎn)上。（3）防墜鋼繩工作荷載標(biāo)準(zhǔn)值防墜制動(dòng)鋼繩工作荷載為鋼繩拉緊力與鋼繩自重及固定在井架上的緩沖裝置和緩沖繩自重的總和，應(yīng)由工藝確定。（4）平臺(tái)活荷載標(biāo)準(zhǔn)值天輪平臺(tái)、檢修平臺(tái)荷載標(biāo)準(zhǔn)值當(dāng)工藝無(wú)特殊要求時(shí)，單繩提升可采用3.5kN/m2、多繩提升可采用5.0kN/m2，鋼梯及其他休息平臺(tái)可采用2.0kN/m2。（5）起重架安裝荷載標(biāo)準(zhǔn)值該部分荷載應(yīng)由工藝根據(jù)安裝方式確定。6）罐道梁工作荷載標(biāo)準(zhǔn)值、水平荷載可由式確定：垂直荷載可由式確定：(7)鑿井提升工作荷載標(biāo)準(zhǔn)值鑿井工作荷載參照原西德《礦山井架和井塔設(shè)計(jì)規(guī)范》的規(guī)定，采用事故增大系數(shù)1.5，不再考慮斷繩荷載，可由式3.2確定：式中，1.3為動(dòng)力系數(shù)；η為鑿井事故增大系數(shù)，可取1.5；PQ為容器、載重以及鋼繩等的總重量。（8）風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值風(fēng)荷載分縱向和橫向風(fēng)荷載，縱向指提升方向，橫向指垂直于提升方向，應(yīng)按式3.3計(jì)算：式中，φ為擋風(fēng)系數(shù)，對(duì)不封閉立架及起重架應(yīng)取0.6-0.7；當(dāng)立架封閉時(shí)應(yīng)取1.0;對(duì)于析架式斜撐，橫向作用時(shí)應(yīng)取2.0，縱向作用時(shí)應(yīng)取0.5；箱形斷面斜撐可按實(shí)際斷面.橫向作用時(shí)應(yīng)取2.0，縱向作用時(shí)應(yīng)取1.0；為風(fēng)振系數(shù)，βz根據(jù)現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》GB50009的規(guī)定選??；μs為風(fēng)荷載體型系數(shù)，應(yīng)取1.3；μz為風(fēng)壓高度變化系數(shù)，根據(jù)現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》GB50009的規(guī)定選??；wo為基本風(fēng)壓，根據(jù)現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》GB50009的規(guī)定選取，或按當(dāng)?shù)貧庀筚Y料確定，但不應(yīng)小于0.3kN/m23偶然荷載標(biāo)準(zhǔn)值(1)斷繩荷載標(biāo)準(zhǔn)值斷繩荷載對(duì)于單繩提升時(shí)一根為斷繩荷載，另一根為兩倍工作荷載；對(duì)于多繩提升時(shí)一側(cè)為所有鋼繩的斷繩荷載，另一側(cè)為所有鋼繩的0.33倍斷繩荷載。斷繩荷載采用整根鋼繩的拉斷力，即為0.85倍全部鋼絲拉斷力的總和。（2）防墜器制動(dòng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值防墜制動(dòng)荷載一般僅用于單繩提升井架的設(shè)計(jì)，是指在斷繩時(shí)，容器下墜過程中，防墜器將下落的容器抓住，通過防墜器工作，作用于固定在立架頂部的防墜器支座處。防墜器制動(dòng)荷載可按右式計(jì)算：式中，3.0是動(dòng)力系數(shù)；為提升鋼繩的最大靜張力。（3）防撞梁荷載標(biāo)準(zhǔn)值防撞梁荷載按式3.5進(jìn)行計(jì)算：式中，4.0是動(dòng)力系數(shù)；為提升鋼繩的最大靜張力。（4）緩沖裝置荷載標(biāo)準(zhǔn)值緩沖裝置(此處特指楔形罐道)荷載標(biāo)準(zhǔn)值是按傳統(tǒng)的楔形木罐道設(shè)置所產(chǎn)生的力，不適用于其他新型的防過卷裝置。對(duì)于選用其他過卷裝置時(shí)，應(yīng)有可靠依據(jù)并提供防過卷荷載標(biāo)準(zhǔn)值，該荷載可按下式計(jì)算：式中，2.0是動(dòng)力系數(shù)；（5）托罐荷載標(biāo)準(zhǔn)值托罐荷載標(biāo)準(zhǔn)值可按式3.7計(jì)算：式中，5.0是動(dòng)力系數(shù)，是參照原西德《礦山井架和井塔設(shè)計(jì)規(guī)范》的規(guī)定，取5倍的最大靜張力。（6）地震作用標(biāo)準(zhǔn)值鑿井井架地震作用的計(jì)算根據(jù)《構(gòu)筑物抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50191-2012）的規(guī)定進(jìn)行計(jì)算。3.2.3荷載的組合

設(shè)計(jì)鑿井井架結(jié)構(gòu)構(gòu)件時(shí)，井架應(yīng)根據(jù)使用過程中在結(jié)構(gòu)上可能同時(shí)出現(xiàn)的荷載，按承載能力極限狀態(tài)和正常使用極限狀態(tài)，分別進(jìn)行荷載效應(yīng)組合，并取各自的最不利的效應(yīng)組合進(jìn)行設(shè)計(jì)。對(duì)于承載能力極限狀態(tài)，應(yīng)按荷載效應(yīng)基本組合或偶然組合進(jìn)行荷載效應(yīng)組合，并可采用下列設(shè)計(jì)表達(dá)式進(jìn)行設(shè)計(jì)：對(duì)工作荷載基本組合：對(duì)偶然組合:（1）斷繩、防墜制動(dòng)荷載組合:（2）地震作用組合:應(yīng)符合現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《構(gòu)筑物抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50191-2012）的規(guī)定。1承載力極限狀態(tài)組合對(duì)于以提升工作荷載控制的基本組合，荷載效應(yīng)組合設(shè)計(jì)值應(yīng)按式3.8計(jì)算：式中，為永久荷載的分項(xiàng)系數(shù)；為第個(gè)可變荷載的分項(xiàng)系數(shù)，其中為可變荷載的分項(xiàng)系數(shù)；為風(fēng)荷載的分項(xiàng)系數(shù)；為按永久荷載標(biāo)準(zhǔn)值認(rèn)計(jì)算的荷載效應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)值；為按可變荷載標(biāo)準(zhǔn)值計(jì)算的荷載效應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)值，其中為諸可變荷載效應(yīng)中起控制作用者；按風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值計(jì)算的荷載效應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)值；為第個(gè)可變荷載的組合值系數(shù)；為參與組合的可變荷載數(shù)。在基本組合中的設(shè)計(jì)值僅僅適用于荷載和荷載效應(yīng)為線性的情況。2對(duì)于偶然組合，荷載效應(yīng)組合的設(shè)計(jì)值計(jì)算應(yīng)考慮是斷繩、防墜制動(dòng)荷載效應(yīng)起控制作用還是地震作用效應(yīng)起控制作用，當(dāng)無(wú)法確定是應(yīng)分別計(jì)算并取兩者間的較大值。（1）當(dāng)斷繩、防墜制動(dòng)荷載效應(yīng)起控制的組合，應(yīng)按下式計(jì)算：式中，SA1k為按照斷繩荷載標(biāo)準(zhǔn)值A(chǔ)1k計(jì)算的荷載效應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)值；SA2k為按照防墜制動(dòng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值A(chǔ)2k計(jì)算所得的荷載效應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)值，在計(jì)算時(shí)斷繩荷載A1k與防墜制動(dòng)荷載A2k不同時(shí)出現(xiàn)，根據(jù)實(shí)際情況只選取其中一種。（2）當(dāng)?shù)卣鹱饔眯?yīng)控制的組合，應(yīng)按式3.10計(jì)算：式中，γG為永久荷載的分項(xiàng)系數(shù)；γEH、γEV分別為水平和豎向地震作用分項(xiàng)系數(shù)；γW為風(fēng)荷載的分項(xiàng)系數(shù)；SGE為重力荷載效應(yīng)代表值；SEHK為水平地震作用標(biāo)準(zhǔn)值的效應(yīng)值；SEVK為豎向地震作用標(biāo)準(zhǔn)值的效應(yīng)值；SWK按風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值計(jì)算的荷載效應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)值；ψW為風(fēng)荷載組合值系數(shù)，當(dāng)井架總高度小于或等于60m時(shí)可不考慮風(fēng)荷載的影響，其可取0，當(dāng)井架總高度大于60m時(shí)其值可取0.2。對(duì)于承載能力極限狀態(tài)荷載效應(yīng)組合的分項(xiàng)系數(shù)和組合值系數(shù)，可由表3.3確定：對(duì)于承載能力極限狀態(tài)地震作用效應(yīng)組合的分項(xiàng)系數(shù)和組合值系數(shù)，可按表3.4確定。對(duì)于正常使用極限狀態(tài)，應(yīng)根據(jù)不同的設(shè)計(jì)要求，采用荷載標(biāo)準(zhǔn)組合和準(zhǔn)永久組合進(jìn)行計(jì)算，其變形、裂縫的計(jì)算值，不應(yīng)超過相應(yīng)的規(guī)定限值，并可采用下列設(shè)計(jì)表達(dá)式進(jìn)行設(shè)計(jì):式中C為結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件變形、裂縫的規(guī)定限值。(2)標(biāo)準(zhǔn)組合，可按式3.12計(jì)算:式中為第i個(gè)可變荷載的組合值系數(shù)。（2）準(zhǔn)永久組合，可按式3.13計(jì)算：式中，為第i個(gè)可變荷載的準(zhǔn)永久值系數(shù)。對(duì)于正常使用極限狀態(tài)荷載效應(yīng)組合的組合值系數(shù)和準(zhǔn)永久值系數(shù)，可由表3.5確定起重架安裝荷載、罐道梁工作荷載、鑿井提升工作荷載、防撞梁荷載、緩沖裝置荷載和托罐荷載的分項(xiàng)系數(shù)可取1.3。對(duì)設(shè)有兩臺(tái)提升機(jī)的井架，應(yīng)只考慮其中一臺(tái)提升機(jī)斷繩，另一臺(tái)提升機(jī)應(yīng)為正常工作。3.3鋼鑿井井架主體井架的計(jì)算

3.3.1主體井架的荷載計(jì)算作用在主體井架上的荷載可分為豎向荷載與水平荷載。豎向荷載主要包括作用在天輪平臺(tái)主梁支承處的豎向荷載以及井架自重等荷載，水平荷載主要包括作用在天輪平臺(tái)主梁兩端支承處的水平荷載與風(fēng)荷載。為簡(jiǎn)化計(jì)算，井架的自重計(jì)算時(shí)平均分配的主體架的各個(gè)節(jié)點(diǎn)上，卸矸臺(tái)的荷載通過斜向吊桿傳遞到主體架上部第二層的節(jié)點(diǎn)上。作用在天輪平臺(tái)主梁兩端支承處的水平荷載也就是主梁在支承處的水平反力，但方向相反。在同一根主梁軸線上的水平荷載應(yīng)該取其代數(shù)和。風(fēng)荷載是沿著水平方向作用在井架上，計(jì)算時(shí)可將風(fēng)荷載根據(jù)作用面積集中在桁架節(jié)點(diǎn)處作為集中荷載來(lái)處理。取上片桁架和下片桁架高度的各一半作為受風(fēng)面積，然后與風(fēng)荷載相乘即為節(jié)點(diǎn)處風(fēng)荷載，其計(jì)算簡(jiǎn)圖如圖3.9所示。圖3.9主體桁架節(jié)點(diǎn)風(fēng)荷載計(jì)算示意圖3.3.2主體井架的內(nèi)力計(jì)算根據(jù)圖3.9所示的結(jié)構(gòu)計(jì)算簡(jiǎn)圖，該結(jié)構(gòu)為一次超靜定的桁架，可用力法進(jìn)行計(jì)算。計(jì)算時(shí)首先要去掉一個(gè)多余約束，通常去掉一個(gè)支座處的水平鏈桿，并用多余未知力代替多余約束，從而得到力法的基本體系，如圖3.10所示。根據(jù)力法的基本原理和方法，進(jìn)行內(nèi)力的計(jì)算。

圖3.10主體桁架力法計(jì)算基本體系3.4鋼鑿井井架基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)計(jì)算

3.4.1基礎(chǔ)荷載的計(jì)算

井架基礎(chǔ)的荷載主要是由主體架柱腳傳遞來(lái)的，并取四個(gè)基礎(chǔ)中的最大值作為計(jì)算荷載來(lái)進(jìn)行基礎(chǔ)設(shè)計(jì)計(jì)算。計(jì)算荷載考慮基本荷載和風(fēng)荷載組合效應(yīng)，主要包括井架自重、附屬設(shè)備重、所有鋼絲繩的工作荷載以及風(fēng)荷載。計(jì)算時(shí)將荷載分為水平荷載與豎向荷載，如圖3.11所示。圖3.11井架基礎(chǔ)計(jì)算示意圖1基礎(chǔ)頂面荷載計(jì)算：沿方向的水平荷載為：沿方向的水平荷載為：式中，RV1、RV2為相鄰兩片桁架在該基礎(chǔ)上的豎向反力；RH1、RH2為相鄰兩片桁架在該基礎(chǔ)上的水平反力。2基礎(chǔ)底面荷載計(jì)算豎向荷載為：荷載對(duì)軸產(chǎn)生的彎矩為：荷載對(duì)軸產(chǎn)生的彎矩為：式中，G為基礎(chǔ)和其上土的重量，可不考慮此部分重量偏心的影響；e為豎向荷載N0到基礎(chǔ)底面形心的偏心距。3.4.2基礎(chǔ)的驗(yàn)算1地基承載力驗(yàn)算在荷載作用下基礎(chǔ)底面會(huì)產(chǎn)生壓應(yīng)力，壓力的大小與荷載、基礎(chǔ)底面的形狀和尺寸有關(guān)?；A(chǔ)的受力主要包括軸心受力和偏心受力，基底的壓應(yīng)力不能大于地基承載力設(shè)計(jì)值，因此計(jì)算時(shí)應(yīng)該按照軸心荷載作用和偏心荷載作用兩種情況分別進(jìn)行驗(yàn)算。當(dāng)軸心荷載作用時(shí)，基地平均壓力為：當(dāng)偏心荷載作用時(shí)，最大壓應(yīng)力為：式中，A為基礎(chǔ)的地面面積；Mx、My為外荷載對(duì)基礎(chǔ)底面x軸和y軸產(chǎn)生的偏心距；Wx、Wy為基礎(chǔ)底面對(duì)x軸和y軸的抵抗矩。井架基礎(chǔ)底面的壓應(yīng)力必須符合下式要求式中，f為地基承載力設(shè)計(jì)值。當(dāng)偏心彎矩較大時(shí)，有可能在基礎(chǔ)底面上產(chǎn)生拉應(yīng)力，導(dǎo)致基礎(chǔ)底面與地基脫離接觸，這在工程上是不允許。因此，計(jì)算時(shí)不但要計(jì)算基礎(chǔ)底面的最大壓應(yīng)力，還需要計(jì)算最小壓應(yīng)力，并應(yīng)滿足：

即：為減小地基偏心引起的地基不均勻沉降等問題，地基底面的壓應(yīng)力應(yīng)盡量均勻，最大壓應(yīng)力與最小壓應(yīng)力相差不要過大。2基礎(chǔ)頂面混凝土承壓強(qiáng)度計(jì)算根據(jù)圖3.11所示基礎(chǔ)受力情況，垂直于井架基礎(chǔ)頂面的法向荷載為：式中，α為基礎(chǔ)頂面與水平面間的夾角。因此，基礎(chǔ)頂面的承壓強(qiáng)度可按下式計(jì)算：式中，Ac為井架柱腳底板的面積；fc為基礎(chǔ)混凝土的抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值。

從而可以得到基礎(chǔ)頂面的面積為：

由上式可以得到基礎(chǔ)頂面所需的面積，進(jìn)而選擇基礎(chǔ)頂面的尺寸。一般設(shè)計(jì)時(shí)需要留出一定的富裕寬度，通常每邊各留出50-150mm。在基礎(chǔ)頂面荷載也會(huì)產(chǎn)生切向的力，該力可由井架柱腳底板與基礎(chǔ)表面的摩擦力承擔(dān)。如果切向力大于摩擦力時(shí)，可在底板下設(shè)置