李 鑫，耿貴軍，申明遠(yuǎn)

（廊坊中建機(jī)械有限公司，河北 廊坊 065000）

HZS210TA4BZ型混凝土攪拌站屬中大型攪拌站，其生產(chǎn)率為190～210m3/h，是目前國內(nèi)應(yīng)用十分廣泛的站型之一。攪拌站主體部分為裝配式鋼結(jié)構(gòu)，由上、中排架，下部門形鋼架結(jié)構(gòu)，配料層、攪拌層平臺(tái)等組成。其突出特點(diǎn)是粉料存儲(chǔ)罐布置在攪拌站主體的上部，結(jié)構(gòu)緊湊，節(jié)約了建設(shè)用地。

圖1 主站結(jié)構(gòu)三維圖

攪拌站主樓大致可分為4層（見圖1），從上而下分別為：粉料存儲(chǔ)倉，主要由倉頂收塵器、倉體、手動(dòng)蝶閥、排架、料位計(jì)和破拱裝置組成；配料層平臺(tái)，上分別設(shè)有膠帶輸送機(jī)的頭架及支架、骨料暫存料斗、水泥秤、粉煤灰秤、水秤及1～2臺(tái)液體外加劑秤，按配例稱量好的骨料、粉料、水及液體外加劑經(jīng)卸料裝置送入混凝土攪拌機(jī)內(nèi)；攪拌層平臺(tái)，上裝有1臺(tái)3500L強(qiáng)制式攪拌機(jī)，骨料、粉料、水、外加劑稱量完畢后，由卸料裝置分別進(jìn)入混凝土攪拌機(jī)內(nèi)進(jìn)行攪拌。攪拌層平臺(tái)下有1個(gè)混凝土出料斗，攪拌好的混凝土可以直接外運(yùn)。

1 工程概況

1.1 結(jié)構(gòu)概況

攪拌站主站支架軸線距離尺寸：15384mm（長）×15384mm（寬）×12000mm（高）；主站支架層高：一層平臺(tái)距地平面高4270mm，攪拌層高3640mm，計(jì)量層高3890mm；粉料筒倉直徑：5350mm，筒體下錐體鋼板厚8mm，直段厚5～6mm（見圖2）。

圖2 工程主體結(jié)構(gòu)立面圖

1.2 主站結(jié)構(gòu)主要材料

支架上部支腿：采用鋼管φ325mm×10mm；下部框架柱：采用方管：口400mm×400mm×12mm；框架梁：采用工字鋼I40a（400×142×10.5）、I20a（200×100×7）；槽鋼［20a（200×73×7）、［12（120×53×5.5）；結(jié)構(gòu)斜撐：采用槽鋼：［12（120×53× 5.5）；無縫管φ219×6；鋼材材質(zhì)Q235A。各層結(jié)構(gòu)材料分布見圖3。

2 計(jì)算依據(jù)

（1）本項(xiàng)目計(jì)算依據(jù)。

廊坊中建機(jī)械有限公司設(shè)計(jì)的HZS210TA4BZ型混凝土攪拌站主站結(jié)構(gòu)圖紙r1版。

（2）相關(guān)技術(shù)說明。

只考慮物料重和結(jié)構(gòu)自重，暫不用考慮風(fēng)載。

圖3 各層結(jié)構(gòu)材料分布

（3）主要計(jì)算內(nèi)容。

結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和剛度的薄弱處；框架頂部工字鋼I400和219鋼管斜撐的螺栓連接強(qiáng)度，并比較219鋼管斜撐兩種連接方式的優(yōu)劣（一個(gè)視圖采用節(jié)點(diǎn)板連接，一個(gè)視圖采用法蘭對接），依據(jù)經(jīng)濟(jì)因素提出結(jié)構(gòu)優(yōu)化與補(bǔ)強(qiáng)建議。

3 主站結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)分析

3.1 上部結(jié)構(gòu)全部承裝水泥（9×300t）

采用SAP2000進(jìn)行鋼結(jié)構(gòu)框架內(nèi)力分析，計(jì)算中不考慮風(fēng)荷載作用，不考慮地震作用，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)壽命為20年。

（1）計(jì)算模型。

上部筒倉通過立柱與鋼框架連接，依據(jù)連接結(jié)構(gòu)，上部結(jié)構(gòu)自重作用分解為集中力作用在鋼框架的連接點(diǎn)上，如圖4所示。

（2）計(jì)算結(jié)果。

①框架柱（口400×400×12）KZB2：框架柱最大軸力2708kN?？蚣苤鵎ZB3、KZC3、KZB2、KZC2考慮1.2的荷載分項(xiàng)系數(shù)后不滿足壓彎構(gòu)件承載力要求，不考慮荷載分項(xiàng)系數(shù)則滿足要求。

圖4 主站結(jié)構(gòu)計(jì)算模型

②框架梁I40a（400×142×10.5）：頂層工字鋼梁I40a抗彎能力不滿足設(shè)計(jì)要求，最大彎矩494kN·m，梁的最大撓度值43.7mm。

主站結(jié)構(gòu)框架梁I40a設(shè)計(jì)分析結(jié)果：頂部I40a梁不滿足承載力要求，中間4根柱子不滿足承載力要求。結(jié)構(gòu)力學(xué)分析如圖5所示。

③φ219×6圓管支撐：3軸線上桿件最大軸力為943kN，不滿足要求，建議采用鋼管φ245×7。

圖5 主站結(jié)構(gòu)框架柱設(shè)計(jì)分析圖

⑤變形：整體框架結(jié)構(gòu)和頂部框架結(jié)構(gòu)發(fā)生的變形如圖6所示。

圖6 框架結(jié)構(gòu)整體及框架梁變形

3.2 上部結(jié)構(gòu)部分承裝水泥（6×300t）

①框架柱（口400×400×12）：最大軸力為1990kN，滿足承載力要求，最大應(yīng)力比為0.561，考慮荷載分項(xiàng)系數(shù)1.2后為0.561×1.2=0.673<1，滿足要求。

②框架梁I40a（400×142×10.5）：頂層工字鋼梁I40a抗彎能力不滿足設(shè)計(jì)要求，最大彎矩為459kN·m，梁的最大撓度值為30.5mm（見圖7）。

圖7 主站結(jié)構(gòu)框架梁彎矩圖

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3.3 螺栓連接計(jì)算

鋼管支撐與框架梁間采用8.8級高強(qiáng)螺栓8M20連接，在鋼管承裝力滿足要求的前提下驗(yàn)算螺栓連接強(qiáng)度。鋼管支撐內(nèi)力計(jì)算結(jié)果見表1。

表1 鋼管支撐內(nèi)力計(jì)算結(jié)果

圖8 主站結(jié)構(gòu)φ219×6圓管支撐軸力圖

圖9 框架結(jié)構(gòu)整體及框架梁變形

4 結(jié)論

（1）上部結(jié)構(gòu)全部盛滿水泥（9×300t）時(shí)：

①框架柱（口400×400×12）：最大軸力考慮1.2的荷載分項(xiàng)系數(shù)后，不滿足壓彎構(gòu)件承載力要求；不考慮荷載分項(xiàng)系數(shù)，則滿足要求。

②框架梁I40a（400×142×10.5）：抗彎能力不滿足設(shè)計(jì)要求，最大彎矩486kN·m，梁的最大撓度值43.7mm。

③斜撐［12（120×53×5.5）：最大壓力為182kN，受壓桿件不滿足長細(xì)比要求，會(huì)發(fā)生失穩(wěn)破壞。

④鋼管φ219×6：3軸線上桿件最大軸力為943kN，不滿足承載力要求。

（2）上部結(jié)構(gòu)部分盛滿水泥（6×300t）時(shí)：

①框架柱（口400×400×12）：滿足要求，最大軸力為1990kN。

②框架梁I40a（400×142×10.5）：最大彎矩459kN·m，梁的最大撓度值30.5mm，抗彎能力不滿足要求。

③斜撐［12（120×53×5.5）：最大壓力為164kN，受壓桿件不滿足長細(xì)比要求，會(huì)發(fā)生失穩(wěn)破壞。

④鋼管φ219×6：3軸線上桿件最大軸力為933kN，不滿足承載力要求。

圖10 頂層框架結(jié)構(gòu)布置修改建議

截面修改后（見圖10），全部承裝水泥時(shí)最大彎矩為390kN·m，最大位移29.5mm；部分承裝水泥時(shí)最大截面彎矩為374kN·m，最大變形27.3mm。

⑤219鋼管斜撐兩種連接方式從受力性能上分析沒有差別，主要從施工難易程度進(jìn)行選擇。

⑥2、3、4軸線上219鋼管斜撐的螺栓連接強(qiáng)度不滿足要求，建議采用10.9級M20高強(qiáng)螺栓。