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摘要：通过对挡煤墙结构的受力和内力分析，对挡煤墙结构的设计配筋方案实施优化，降低施工成本
关键词：挡煤墙结构；受力和内力分析；设计方案优化
近几年，大型项目施工总承包合同往往采用固定总价承包合同，施工招标在初步设计后期或施工图设计前期，投标单位按工程量清单报价。有些合同条款并没有遵循国家关于招投标及工程计价方面的有关规定，通常以“包括但不限于”、“合同价格已覆盖施工图所有工程造价，工程结算不因施工图工程量与清单工程不符而调整，也不因施工图与初步设计不相符而作调整”等条款，承包单位承担着极大的价格风险。施工企业为减少风险、降低施工成本的有效方法就是在施工图设计阶段与设计单位进行深入沟通，优化施工图设计，或在施工阶段通过图纸会审、工程联系单、设计变更申请单等方式优化设计方案，减少工程量，降低施工成本。下面列举一个施工案例供参考，探析挡煤墙结构设计分析及方案优化。
1.设计概况：
某大型燃煤火电厂(2×1000MW)工程干煤棚扶壁式挡煤墙结构地基为管桩-碎石砂复合地基。挡煤墙及其底板按一类环境、三级裂缝控制设计。其体型尺寸及配筋如图（1）所示。
2.挡煤墙及其底板在正常工作状态下的受力和内力分析计算
2.1挡煤墙及其底板受力分析
2.1.1挡煤墙根部的被动土压力强度：干煤棚内堆放的电煤有无烟煤、烟煤和煤矸石，按容重最重的煤矸石进行受力分析。堆煤高度为10米，取γ=18kN/m3 ，内摩擦角ψ取20度，Pp=γhtan2(45°+ψ/2)=367 kN/m2；挡煤墙单位长度的被动土压力为EP=367/2×10=1835 kN/m，被动土压力作用点离墙底的距离为H/3=3.3米。
2.1.2内侧底板及煤矸石重力：q1=1.5×25+10×18=218kN/m2。
2.1.3外侧底板及回填土重力：q2=1.5×25+0.7×18=50kN/m2。
2.1.4砼结构挡煤墙自身重力：G1=0.55×10×25=138 kN/m。
2.1.5扶壁柱（@2500）单位长度重力：G2=0.7×5/2×10×25/2.5=175kN/m，离挡煤墙中心L=2.8米。
2.1.6挡煤墙及其底板在正常工作状态下，挡煤墙及其底板受力简图如图（2）所示。
2.2挡煤墙底板内外侧边缘地基反力计算
2.2.1按静力平衡原理进行受力计算：
ΣFY=0 q4×12+(q3-q4)/2×12-q1×6.7-q2×5.3- G1- G2=0
ΣMB=0 q1×6.7×8.65+ q2×5.3×2.7+G1×5.3+ G2×8.1- q4×12×6-(q3-q4)/2×12×12/3- Ep10×3.3=0
2.2.2解以上两个联合公式得：q3=296 kN/m2 q4=44 kN/m2
2.2.3挡煤墙及其底板弯矩简图如图（3）所示。
3.挡煤墙底板设计方案优化
从图（3）可看出，挡煤墙底板内端、外端均受正弯矩作用，内侧板面主筋和外侧板底主筋受拉，必须按受力配筋；挡煤墙内侧底板板底和外侧底板板面受压，内侧底板板底主筋和内侧板底受压区砼共同承受压应力，外侧底板板面主筋和外侧板面受压区砼也共同承受压应力，内侧底板板底、外侧底板板面可按构造配筋。另外，我们还可看出，弯矩在底板与挡煤墙交接处最大，弯矩向板端逐渐减少。内外侧板底配筋不应一样，板面配筋也不应一样。
从图（1）看，挡煤墙底板内外侧板面配置了相同的主筋B32@100，板底配置了相同的主筋B28@100。外侧板面B32@100、内侧板底B28@100钢筋不能充分发挥作用，造成浪费；底板面层主筋两端弯头仅起架立作用。根据“挡煤墙及其底板在正常工作状态下的受力和内力分析”，我们认为应该将板底、板面内外侧主筋分段配置，并取消面层钢筋的头。具体优化如下：
3.1挡煤墙底板配筋优化
3.1.1挡煤墙底板板面配筋优化
根据挡煤墙及底板弯矩图可知，内侧板面受拉，外侧板面受压，板面主筋应分段配。内侧根部板面按原设计配筋B32@100，但内侧板面端部弯矩为零，在离底板根部1/2处弯矩约为M=Mmax/2,从保守的角度配筋，也就是说内侧板面主筋1/2伸至底板边缘，1/2伸至根部中间位置即可，锚固长度La=afyd/ft=0.14×300×d/1.43=29d=29×32=930 mm（二级带肋钢筋a=0.14,fy=300MPa,砼C=30，ft=1.43）； 主筋长度分别为L1=6250+1000－40=7140mm，L2=6250×1/2+930－40=4020mm; 即内侧板面配配置B32@200 、L=7140/4020 mm即可满足设计的受力要求。底板外侧板面按《混凝土结构设计规范》（GB50010-2015）8.5.2“卧置于地基上的砼板，板中受拉钢筋的最小配筋率可适当降低，但不应小于0.15%”的规定，配置钢筋面积1500×1000×0.15%=2250 mm2即可，配B25@200，Ag=2454 mm2，即可满足设计及规范要求。
3.1.2挡煤墙底板板底配筋优化
外侧底板底筋亦应分段配置，外侧底板底筋按内侧底板面筋受力原理，根部底筋按原设计配B28@100，但外侧底板端部弯矩为零，在离底板根部1/2处弯矩约为M=Mmax/2,与外侧板面同理，内侧板面主筋1/2伸至底板边缘，1/2伸至根部中间位置即可，锚固长度La=29d=29×28=810mm，钢筋长度L3=5050+81－40=5820mm,L4=5050×1/2+810－40=3300mm;底板内侧板底同板面按规范最少配筋率，配置B25@200，Ag=2454 mm2，满足设计及规范要求。底板配筋示意图如图（4）所示。
3.2板面主筋两端90ｏ弯头优化
挡煤墙底板面层主筋两端90ｏ弯头仅在施工过程中起架立作用，可简单的架立方式将面层钢筋架立；挡煤墙底板形成后面层主筋两端90弯头不参与工作，可取消，代之以简易架立钢筋即可。
4.经济和社会效益
以一百米挡煤墙长度为单位实施优化前后的钢筋用量对比分析，可以计算出以下经济和社会效益。
4.1原设计方案钢筋用量：面筋（含90°弯头长度2×1420）B32=93t, 底筋B28=58t,合计151t。
4.2设计方案优化后钢筋用量：底板内侧面筋B32=35t, 外侧面筋B25=11t,小计46t；底板内侧底筋B25=13t, 外侧底筋B28=22t,小计35t ；设计方案优化后底板的总用筋量合计81t。
4.3优化前后对比分析：节省钢筋151t－81t=70t，降低施工成本。
参考文献
[1] 中华人民共和国国家标准，混凝土结构设计规范：GB50010-2015，中国建筑科学研究院主编 ,中华人民共和国住房和城乡建设部。北京：中国建筑工业出版社 2016.7.1。
[2] 中华人民共和国行业标准，预应力混凝土结构设计规范：JGJ/T369-2016，同济大学、上海建工七建集团有限公司主编，中华人民共和国住房和城乡建设部。北京：中国建筑工业出版社 2016.9.1。
[3] 中华人民共和国国家标准，混凝土结构工程施工质量验收规范：GB50204-2015，中国建筑科学研究院主编 ,中华人民共和国住房和城乡建设部、中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局。北京：中国建筑工业出版社 2015.9.1。
[4] 某大型燃煤火电厂工程施工图设计方案等技术文件。
论文作者:黄建军
论文发表刊物:《电力设备》2017年第27期
论文发表时间:2018/1/26
标签：底板论文; 板面论文; 弯矩论文; 钢筋论文; 受力论文; 施工图论文; 面层论文; 《电力设备》2017年第27期论文;