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摘要：本工程为螺栓球节点三心圆柱面网壳结构。网壳平面尺寸为120m×100m，跨度为120m，网壳上弦矢高为41.6m，网壳厚3.8m。本文主要介绍了网壳的结构选型、结构设计、网壳累积滑移法施工。
关键词：三心圆柱面网壳 结构选型 结构设计 网壳累积滑移法 滑移节点构造
前言：工程概况
该煤棚采用落地式三心圆双层网壳结构，设计形式为正放四角锥螺栓球网壳，两端开口。长100m，跨度为120m，上弦矢高为41.6m，厚3.8m，钢管材质选用Q235B，螺栓球选用45号钢锻造，屋面为0.6mm厚镀铝锌压型钢板。经过几种方案比较，并参考同类工程经验，最终设计滑移方案进行施工。
1 结构选型
根据本工程干煤棚工艺要求，该干煤棚净跨度为120m，这就使得该干煤棚网壳外型选择很重要。经多方案比较，结构外型选用柱面网壳，柱面的横截面形状采用三心圆柱面结构形式，大圆半径为95.2m，小圆半径为36.8m，横截面剖面图如图1所示，这样可以使结构在满足受力要求的情况下，结构表面积最小，以减少屋面板用量，达到节省工程总造价的目的。
由于干煤棚工艺要求纵向两端开口，对于跨度较大的两端开口的三心圆柱面网壳，为了满足结构整体刚度要求，一般采用四角锥柱面网壳[1][2]，而四角锥柱面网壳网格的布置有三种形式，斜放四角锥柱面网壳；正交斜置四角锥柱面网壳；正交正放四角锥柱面网壳。本工程采用正交正放四角锥柱面网壳时，结构传力相对均匀、明确，而当采用斜放四角锥柱面网壳及正交斜置四角锥柱面网壳时，结构传力将相对向两端四个角部集中，结构的二端将产生较大的支座反力，由此，相应网壳结构的端部应采取加强措施，这样会对网壳支座和结构基础的处理带来困难。本工程最终采用正交正放四角锥柱面网壳。
2 结构分析与设计
2.1 荷载类型[3]
结构设计中考虑了结构自重、恒载、活载、风荷载、水平地震作用、温度作用、不均匀沉降作用。结构自重由计算程序自动计算；恒载计入屋面板及屋面次构件重，取均布面荷载0.2kN/㎡；屋面活荷载取0.5kN/㎡ 温度取 30°C的温度作用。风荷载标准值按下式计算：Wk =βzμzμsW0式中为高度z处的风振系数，为风荷载体型系数，为风压高度变化系数，为基本风压。根据工程资料，基本风压 0.4kN/㎡，风荷载体型系数根据类似工程风洞试验结果，取值如表一。
2.2 结构分析与设计
本网壳工程设计计算采用浙江大学空间结构研究中心研制开发的空间网格结构计算机辅助设计系统（MST2008）。为达到最佳技术经济指标，对网壳高度进行优化分析，最后选定网壳高度为3.8m。对网壳支承条件最后采用单排对边支座。
2.3 网壳计算结果
根据上述结构选型与结构分析，本工程网壳设计有关基本数据如下：网格尺寸4.0mx4.0m，网壳厚度3.8m，网壳杆件规格：Φ75.5x3.75～Φ180x12.0等9种管径；外径≤140mm时，采用高频电焊管或无缝钢管，外径>140mm时，采用高频电焊管或无缝钢管。网壳采用螺栓球节点，节点球节点规格: BS150～BS300等6种规格。
3 网壳安装方案
3.1 安装方案的选择
由于本工程属扩建工程，是在原有堆煤场的基础上加盖一个煤棚，使煤在储运过程中粉尘不会飞扬，有利于环保。同时，甲方要求在网壳安装时不能影响电厂的正常发电。因此，采用传统的搭设满堂脚手架进行网壳安装的施工方法势必影响电厂发电工作。适合于网壳干煤棚的安装方案[4]有满堂脚手架的高空散装法、折叠展开式安装法、分条分块安装法、滑架法、累积滑移法[5]等。其中唯有累积滑移法占据堆煤场地最小，技术先进，施工现场文明、经济、安全。由于本工程跨度达到127m，这在国内同类结构中，属于最大跨度的工程。因此，在网壳安装之前，对网壳施工的方案进行了详细的论证；对网壳各施工阶段在滑移过程中对网壳杆件受力与位移变化的影响进行了详细的分析与计算，并编制了施工组织设计，以确保网壳在施工过程中安全滑移到位。
3.2 滑移单位及顺序
根据电厂发电要求及网壳结构特点，首先在网壳的一端搭设宽度为五个网格即4.0×5=20m拼状支架，滑移单元取两个网格即8.0m宽为一个滑移单元。共分成10个滑移单元；滑移方向由西向东即1轴～26轴，分10次滑移到位，最后余下的网壳在拼装平台上高空就位拼装完毕，不需要滑移。为了使每个滑移单元在拼装支架上拼装五个网格，滑移两个网格。一个网格留在拼装支架上，第二个单元拼装时则拼装两个网格，滑移两个网格，以后按此类推。
3.3 滑轨设置
滑轨设置水平滑轨和垂直滑轨两种（见图3）3.3.1 水平滑轨——滑移时在有A轴及B轴支座底设置水平滑轨，水平滑轨用［28b槽钢平扣，用电焊连接，并将焊缝打磨光滑，表面粗糙度达到1.6，并抹上黄油，充分润滑，两边水平滑轨轴线应保持平行，轴线偏差不大于4mm，整体高差不大于15mm，挠度不大于4mm。为进一步减少滑移时的摩擦力，用Φ60圆钢作成滚轴，并用格栅板固定滚轴相对位置。滑移时改用专用滚轮，滚动摩擦方式牵引，效果良好。
3.3.2 侧向滑轨——主要为了承受网壳在滑移过程中的水平推力，用［28b槽钢倒放，槽钢钢梁焊接在混凝土连系梁上，滑轨之间采用电焊等强连接，焊缝表面用磨光机磨光，涂上黄油充分润滑，并用Φ60圆钢作滚轮。
3.3.3 滑移支承轨道——拼装支架顶部，铺设3条滑移支承轨道，规格为I20b工字型钢，以维持滑移时网壳顶部标高正确，并确保滑移结构安全。
3.4 牵引方法
3.4.1 牵引力计算
（1）滑动摩擦
3.4.2 牵引设备
3.4.3 滑移方法
（1）牵引点设置——牵引点设置在A轴及B轴两端，为使累积滑移时牵引力分布均匀，根据牵引结构长度的增加，先在26轴上设一个牵引点，待滑移单元累积到第五次时，再在19轴增加一个牵引点，最后再在14轴增加一个牵引点，最终有三个牵引点同时牵引网壳结构。
（2）牵引同步控制——在网壳两边滑轨上刻划出相同的尺寸线，网壳滑移时现场设有专人指挥，步调一致；各边有专门人员相互报数，随时校正牵引速度，要求网壳滑移速度不大于0.3m/min，两端不同步值不大于20mm。用全站仪测量各节点坐标，拉力表测量牵引力，用自整角机监测两边滑移时的同步差。
（3）支座置换——支座落位用图7所示装置，在支座两侧焊出两个挑梁（3），两边由两个16t液压千斤顶住，两边轮换分批进行下降；下降步骤如下：
①先在A轴边，同步地将千斤顶提高120mm，将滚轮撤除；②支座下垫80mm垫块；③千斤顶同步下降40mm，再在B轴同样进行①～④步骤的操作；120mm高分三次同步下降完毕
4 滑移过程验算
对网壳在各阶段累积滑移过程中，按网壳离开支架滑移时的最不利情况，（即）对其杆件最大内力和最大挠度进行了验算。验算时假定各阶段网壳一端不支承于拼装支架上。
验算结果，在滑移过程中均没有超应力杆件出现。网壳局部和整体变形均满足设计要求。网壳在滑移过程中对混凝土承台的反力也满足要求。
5 网壳操作平台设计
操作平台采用Φ48×3.5钢管及扣件搭设，立杆纵横向的间距为1.2m，步高1.7m。沿跨度方向设置格构柱和格构梁作为核心结构。沿A轴～B轴和1轴～26轴两个方向均设垂直剪刀撑，并沿高度方向上、下部各设一道水平剪刀撑。剪刀撑与立杆或水平杆交点处用扣件连接牢固，以确保操作平台的整体刚度。
6 总结：
1 在大跨度干煤棚网壳结构的设计中，网格划分及网壳高度对网壳结构的经济性存在较大的影响，在满足工艺要求的情况下，应采用优化设计原理对网壳结构进行优化设计，以获得较佳的技术经济指标。
2 大跨度干煤棚网壳设计中，风荷载是主要荷载，风载体型系数应根据风洞试验或相类似工程试验结果选用。
3 干煤棚采用累积滑移法施工可以不影响电厂的正常发电；
4 网壳结构累积滑移法施工新技术，经过本工程实践证明，本施工法经济效益显著，与传统满堂脚手架相比可节省约五分之四的脚手架费用；
5 网壳结构累积滑移施工法不需要大型起重设备；
6 网壳结构累积滑移施工法安全文明、技术先进、值得推广。
参考文献：
[1] 空间网格结构技术规程（JGJ7-2010）,北京，中国建筑工业出版社，2010
[2]董石麟, 罗尧治, 赵阳. 新型空间结构分析、设计与施工[M]. 人民交通出版社, 2006.
[3]部门中华人民共和国住房和城乡建设部. 建筑结构荷载规范[M]. 中国建筑工业出版社, 2012.
[4]陈涛. 火电厂干煤棚网架安装方案探讨[J]. 中国电力教育, 2008(S3):742-745.
[5]张勇. 屋面大跨度钢桁架累积滑移法施工工艺[J]. 河南建材, 2009(3):127-128.
论文作者:唐伟1,田艳平2
论文发表刊物:《基层建设》2017年4期
论文发表时间:2017/5/17
标签：结构论文; 滑轨论文; 荷载论文; 网格论文; 工程论文; 支座论文; 四角论文; 《基层建设》2017年4期论文;