对干煤棚三心圆网壳网架设计的认识
对干煤棚三心圆网壳网架设计的认识
2007年,我公司设计并制作了贵州天福合成氨及二甲醚项目干煤棚网架，通过这次设计，我对三心圆网壳有了一个更加深入的认识。
一、 设计资料
贵州天福合成氨及二甲醚项目干煤棚网架平面尺寸：跨度：80.0米，长度：130米；屋面：采用主檩条+次檩条+屋面钢板体系,主檩条采用C140X60X20X3,沿跨度方向与网壳同时安装,次檩条采用C140X60X20X3,压型钢板采用0.6厚820型彩色板材。杆件：采用焊管与无缝钢管相结合，从60×3.5起步,材料为235B钢,弹性模量E=20600MPa,容重ρ=7800kN/m3。杆件左右对称,杆件截面种类有6种。结点：横截面上结点左右对称,采用螺栓球结点从120直径起步,有5种类型。支座：网壳两纵边底部上弦结点直接支撑在基础上,支座结点的三个平动位移均受约束,每侧有19个支座结点。
二、设计过程：
在确定本工程煤棚结构方案时,考虑了如下因素:煤棚的内轮廓尺寸须满足工艺要求即斗轮堆取料机运转空间,并尽量节约空间;煤棚应与两内侧煤堆少接触;结构要有较好的刚度,制作安装方便;经济指标优越;建筑造型丰富。基于以上考虑,该煤棚结构的基本轮廓采用现在流行的三心网壳形式。因尽量使支座处网壳与基础垂直，小圆取半径26.246m，大圆半径取54.90m；为尽量减少干煤棚与附近煤堆接触,采用1.5m高的混凝土基础,计算结果表明, 三心网壳比一般的圆柱面网壳用钢量要降低20%，支座反力中水平推力明显比圆柱面网壳小的多。 在用计算机计算时，我考虑了：静荷载20kg/m2（网架自重由软件自动计算），活荷载50kg/m2，风压41kg/m2（另外考虑了30度风荷载的影响）温度应力+30℃和-30℃；工况取值为：(1) 1.2静；(2) 1.2静 + 1.4活1；(3) 1.0静 + 1.4风1；(4) 1.0静 + 1.4风2；(5) 1.2静 + 1.4风3；(6) 1.2静 + 1.4风4；
(7) 1.2静 + 1.4活1 + 0.8风1；(8) 1.2静 + 1.4活1 + 0.8风2；(9) 1.2静 + 1.4活1 + 0.8风3；(10) 1.2静 + 1.4活1 + 0.8风4；(11) 1.2静 + 1.4温(+32)；(12) 1.2静 + 1.4活1 + 1.4温(+32)；(13) 1.2静 + 1.4温(-14)；
(14) 1.2静 + 1.4活1 + 1.4温(-14) 计算机自动将荷载全部转换为结点荷载,荷载作用在结点上,杆件不承受横向荷载。
经计算分析表明:在竖向荷载作用下,网壳谷线上下弦内力均呈5波段分布,最大内力在支承腿部,脊线上下弦内力呈3波段分布,最大内力发生在跨中。在竖向荷载和风荷载共同作用下,网壳谷线上弦内力呈4波段分布,最大内力仍在支承腿部;脊线上弦内力亦呈4波段分布,最大内力约在1/4、3/4跨中。谷线和脊线内力沿网壳纵向均呈逐渐衰减状。网壳在各荷载工况下,每一支撑腿部对基础而言的最大竖向反力515ｋＮ,最大横向水平推力292ｋＮ,而最大纵向水平力不考虑温度应力时较小约为100KN，而在温度应力的影响下则变的较大,约为487ｋＮ。网壳在各荷载工况下,最大竖向变位为10.3ｃｍ,最大水平变位7.8ｃｍ。该网壳具有足够的刚度。从总体来看,这种网壳结构纵向内力远小于横向内力。此外,对该结构的非线性稳定验算表明,结构不会因失稳而破坏。
三、 设计心得：
1、三心圆柱面网壳多应用于电厂干煤棚等对网壳结构高度要求较为严格的结构，干煤棚内的轮斗机有一定的臂长及仰角，在网壳模型建立时一定要考虑给轮斗机足够的空间；
2、落地圆柱面网壳有较大的水平推力，矢跨比越小，推力越大，但运用在干煤棚中时，由于要满足工艺界限的要求，必须增大矢跨比，所以在一定范围内对于相同跨度的圆柱面与三心圆柱面网壳，后者的水平推力稍大于前者；而对于增大跨度后的圆柱面网壳，由于矢跨比得到降低，致使支座水平推力增大。水平推力的大小，取决于拱脚各杆合力与地面的夹角，可采取下弦拱脚落地以及修正
并加大落地弦拱与地面的夹角来减小水平推力。
3、三心圆柱面从几何形式上来说，它可以减少建筑空间，使结构外形更贴近于工艺界线。如对于相同的工艺界线，圆柱面网壳的顶部标高高于三心圆柱面网壳的顶部标高。除此之外，它还有以下几个显著特点： 1）受力合理。同往常采用圆柱面网壳相比，采用三心圆柱面网壳后，用钢量明显减少。2）结构刚度大。三心圆柱面网壳结构不仅具有空间结构刚度大的优点，而且，采用双层结构可以避免出现稳定问题，仍由强度控制。3）施工方便。虽然结构跨度大，但是一般仍可采用螺栓球节点连接，另外，合理的形体和网格划分可以使杆件种类很少，下部结构处理也比较简单。4）可以减少下部结构的水平推力。