鋼鐵企業(yè)料場封閉建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計及工程實例

鋼鐵企業(yè)料場封閉建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計及工程實例北京首鋼國際工程技術(shù)有限公司張淵一.前言露天堆場造成揚塵污染現(xiàn)已成為原料生產(chǎn)、運輸、貯存過程中無組織排放的主要污染源。揚塵污染不但造成大量的物料流失和巨大的經(jīng)濟損失，而且會對環(huán)境產(chǎn)生巨大影響。以往最簡單的辦法就是“覆蓋法”，即采用大面積的塑料網(wǎng)布將料場原料進行覆蓋，再配合防風(fēng)抑塵網(wǎng)進行隔離。這種辦法成本相對較低，操作起來難度較小，但是在環(huán)境保護要求日趨嚴格的今天，已達不到最新的環(huán)保標(biāo)準，且其受天氣條件影響較大，不能100%的抑制揚塵，而且原料容易受到雨水浸蝕，影響使用質(zhì)量。封閉式料場則可以實現(xiàn)原料的全封閉式儲存和輸送，能夠徹底杜絕料場揚塵現(xiàn)象，既能有效減少對周邊環(huán)境的污染，同時具有單位面積貯量大、物料損失小且易于物料分類堆存的特點，比傳統(tǒng)的防風(fēng)抑塵網(wǎng)更具推廣優(yōu)勢。料場封閉的意義根據(jù)相關(guān)研究，通過優(yōu)化料場結(jié)構(gòu)及堆存方式，封閉式料場在相同儲料能力的條件下，占地面積僅相當(dāng)于原露料場的1/3~1/2,可以大大提高場地利用率。料場封閉后還可以減少向大氣中無組織排放的物料，根據(jù)相關(guān)企業(yè)的經(jīng)驗，封閉料場可比露天料場減少的排放量為物料的千分之2到4,因此料場封閉后，每年向大氣中排放的物料量可大大減少，同時也可將這部分物料作為寶貴的資源進行利用。此外，料場封閉后，避免物料受雨淋，有效控制物料中的水分，減少物料隨雨水的流失。以焦化為例，每降低1%的水分可以縮短結(jié)焦時間為0.5%?1.0%，據(jù)此可以增加每天的出焦孔數(shù)，增加焦炭產(chǎn)量，同時由于入爐煤水分的降低，可以降低煉焦耗熱量，每降低1%的水分可以節(jié)省41.8?83.6MJ/t煤的能源。封閉料場的建筑設(shè)計近些年來，隨著小高爐，小燒結(jié)機的淘汰，帶來鋼鐵廠料場越來越大，同時其廠料場的跨度也越來越大。因此現(xiàn)代鋼鐵料場具有儲量多，空間大的特點。為了滿足存儲和作業(yè)空間，料場封閉結(jié)構(gòu)主要結(jié)構(gòu)形式為大跨的網(wǎng)架、網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)。其建筑設(shè)計具有以下特點：1.封閉料場的屋面封閉料場結(jié)構(gòu)屋面板一般宜選用具有輕質(zhì)、高強、耐久，及防水等性能的輕型屋面板，但對保溫、隔聲等性能并不做要求，同時要求材料構(gòu)造簡單，施工方便，并能工業(yè)化生產(chǎn)。目前使用最多的是壓型鋼板。一般為熱鍍鋅鋼板或彩色鍍鋅鋼板，經(jīng)過輥壓冷彎成各種波形，具有輕質(zhì)、高強、美觀、耐用、施工簡便、抗震、防火等特點。壓型鋼板根據(jù)波高可分為高波板（波高＞70mm）和低波板（波高W70mm）。根據(jù)板型連接方式不同可以分為搭接、咬邊和卡扣連接。目前壓型鋼板的加工和安裝已經(jīng)標(biāo)準化、工程化、裝配化，其中最大允許檁距可根據(jù)板型、支撐條件、荷載及芯板厚度，由產(chǎn)品規(guī)格中選用。2.封閉料場采光采光可分為人工采光和自然采光。人工采光一般在料場內(nèi)設(shè)置燈具；自然采光可以采用屋面采光帶，即屋面上鋪設(shè)可以透光的采光板進行采光。一般料場自然環(huán)境較差，灰塵大，因此采光帶一般容易積灰，進而影響采光效果，因此在選擇采光帶時應(yīng)注意采光帶的自潔性，如有需要可設(shè)置馬道，以便于定期清理。3封閉料場通風(fēng)建筑通風(fēng)分為自然通風(fēng)和機械通風(fēng)。由于一般的封閉料場內(nèi)沒有大的熱源，聊場內(nèi)操作人員也較少，因此對通風(fēng)沒有太高的要求，適當(dāng)設(shè)置進風(fēng)口就能滿足廠房內(nèi)通風(fēng)換氣的要求。所以目前料場常用的方法是采用自然通風(fēng)，一般不封山墻或者半封山墻，還有是將料場兩側(cè)通長開敞。4.封閉料場排水一般的建筑排水方式分為無組織排水和有組織排水。獨立的封閉料場一般采用無組織排水。如做雙連跨網(wǎng)殼，一般采用有組織排水，這時排水通過內(nèi)天溝匯集后，經(jīng)過排水管排到室內(nèi)排水溝，并通過室內(nèi)排水溝排出室外并進入室外的雨排水系統(tǒng)。封閉料場的結(jié)構(gòu)設(shè)計料場封閉的主要結(jié)構(gòu)形式有：（1）門式剛架結(jié)構(gòu)；（2）網(wǎng)架結(jié)構(gòu)；（3）雙層三心圓網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)；（4）張拉整體結(jié)構(gòu)。其中門式剛架結(jié)構(gòu)是一種平面受力體系，它采用橫梁與柱協(xié)同工作，使橫梁和跨中彎矩和撓度大幅下降，因而使其跨越大空間的能力較簡支梁大大增加。但由于其屬于平面受力體系，如將其應(yīng)用于大跨度煤棚，則其用鋼量較大，不經(jīng)濟。近些年來，空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)在干煤棚的建設(shè)中被廣泛應(yīng)用，網(wǎng)架和網(wǎng)殼是常用的空間結(jié)構(gòu)形式。從受力性能上，空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)采用大致相同的網(wǎng)格組成空間交匯的桿件體系，承重結(jié)構(gòu)與支撐體系合二為一，從而有效地改變了桁架結(jié)構(gòu)的受力狀態(tài)。桿件主要承受軸向力，使得材料特性能得到充分的發(fā)揮。采用空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)的干煤棚的平均用鋼量為30~60kg/m2，比以往采用門式剛架或拱結(jié)構(gòu)的平均用鋼量降低了50%以上。此外，空間網(wǎng)架及網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)，其空間剛度大，制作安裝簡便，節(jié)點連接采用螺栓球節(jié)點，避免大量的現(xiàn)場焊接工作量，其零配件工廠加工，使產(chǎn)品工廠化，確保工程質(zhì)量，運輸和安裝方便，可以根據(jù)現(xiàn)場實際情況采用散裝、分條拼裝等安裝方法。以上這些優(yōu)點都是其得以大面推廣的原因。此外有些料場由于場地限制，網(wǎng)殼不能落地，導(dǎo)致傳導(dǎo)到柱頂?shù)乃酵屏Υ?，這時一般采用張拉整體結(jié)構(gòu)。張拉整體結(jié)構(gòu)是由一組互相獨立的受壓桿與一套連續(xù)的受拉索構(gòu)成的空間結(jié)構(gòu)，它的幾何形狀和剛度與體系內(nèi)部的預(yù)應(yīng)力大小直接有關(guān)。預(yù)應(yīng)力拉索和撐桿的設(shè)置，使網(wǎng)殼拱的作用與拉索形成一種自平衡的結(jié)構(gòu)體系，有效減小了網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)在柱頂拱腳的水平推力，并降低了結(jié)構(gòu)的矢高。因此對于不落地的屋蓋結(jié)構(gòu)，該體系具有明顯的優(yōu)勢，可以大大減小柱截面的大小。典型工程實例結(jié)合自身在鋼鐵企業(yè)原料場工程設(shè)計領(lǐng)域的技術(shù)優(yōu)勢和經(jīng)驗積累，北京首鋼國際工程技術(shù)有限公司積累了大跨度料場封閉設(shè)計的豐富經(jīng)驗，能夠提供網(wǎng)架、三心圓網(wǎng)殼、預(yù)應(yīng)力鋼網(wǎng)格及預(yù)應(yīng)力管桁架等大跨度料場封閉技術(shù)服務(wù)，在滿足工藝要求下，設(shè)計成品具有能充分利用場地空間、經(jīng)濟指標(biāo)優(yōu)越、結(jié)構(gòu)外立面美觀、結(jié)構(gòu)安裝施工快捷等顯著特點。公司先后完成了如遷鋼原料系統(tǒng)噴吹煤料場干煤棚、山西長治市瑞達工業(yè)園區(qū)焦化干煤棚、京唐灰石料場封閉等工程。5.1雙層三心圓網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)工程實例一：圖1，圖2為遷鋼原料系統(tǒng)噴吹煤料場干煤棚，采用雙層三心圓網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)沿兩縱邊支撐，單側(cè)山墻封閉，結(jié)構(gòu)跨度72m，縱向長度376.5m。網(wǎng)殼高39