張金龍

摘 要：本文介紹了目前常用的幾種封閉煤場結(jié)構(gòu)形式，總結(jié)不同結(jié)構(gòu)形式的受力特性、結(jié)構(gòu)對堆取煤設(shè)備的適應(yīng)性、使用的煤場形狀及跨度以及結(jié)構(gòu)的優(yōu)缺點(diǎn)，明確結(jié)構(gòu)形式的應(yīng)用范圍，以期為封閉煤場方案設(shè)計提供參考。

關(guān)鍵詞：門式剛架;桁架結(jié)構(gòu);氣膜結(jié)構(gòu);預(yù)應(yīng)力張弦桁架結(jié)構(gòu)

中圖分類號：TU318 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1003-5168（2021）23-0117-03

Abstract： This paper introduces several commonly used structural forms of closed coal yard， summarizes the mechanical characteristics of different structural forms， the adaptability of the structure to coal stacking and taking equipment， the shape and span of the coal yard used， the advantages and disadvantages of the structure， and defines the application scope of the structural form， which can be used as a reference for the scheme design of closed coal yard.

Keywords： portal frame;truss structure;gas film structure;prestressed truss string structure

改革開放以來，隨著我國電力事業(yè)的發(fā)展，封閉或半封閉的儲煤結(jié)構(gòu)得到了廣泛應(yīng)用。近年來，環(huán)保部門陸續(xù)出臺相關(guān)規(guī)定，明確提出大型煤堆、料堆要實(shí)現(xiàn)封閉管理。國內(nèi)新建電廠基本均要求建設(shè)封閉煤場，而老電廠的煤場多為露天或周圍設(shè)防風(fēng)抑塵網(wǎng)遮擋，無法滿足國家及地方環(huán)保政策的要求，因此國內(nèi)存在較多老電廠煤場需要進(jìn)行封閉改造。煤場在采取封閉措施后，基本避免了傳統(tǒng)露天煤場容易產(chǎn)生的揚(yáng)塵問題，有效降低了煤場對周邊環(huán)境的影響，也避免了由于雨水沖刷而產(chǎn)生大量煤污水排入雨水系統(tǒng)而對地表水造成污染的情況。另外，煤場實(shí)施封閉改造后也能有效減少煤的風(fēng)吹損失，降低了經(jīng)濟(jì)損失。

煤場封閉結(jié)構(gòu)按形式主要分為門式剛架結(jié)構(gòu)、管桁架結(jié)構(gòu)、網(wǎng)架與網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)、筒倉結(jié)構(gòu)、氣膜結(jié)構(gòu)和預(yù)應(yīng)力張弦桁架結(jié)構(gòu)等[1]。

1 門式剛架結(jié)構(gòu)

門式剛架結(jié)構(gòu)的構(gòu)件包括梁柱剛接組成的門式剛架、柱間支撐、剛性系桿、抗風(fēng)山墻柱及圍護(hù)結(jié)構(gòu)，如圖1所示。屋面及墻面圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用檁條和彩鋼板，主要特點(diǎn)有受力簡單、傳力路徑明確、構(gòu)件制作快捷、便于工廠化加工、施工周期短、工程造價低以及易維護(hù)等。

門式剛架結(jié)構(gòu)單跨跨度一般不大于36 m，多為低矮型建筑，一般用于中小跨度煤場封閉，可采用連續(xù)多跨剛架增大儲煤空間。受制于結(jié)構(gòu)空間尺寸，儲煤能力一般較小，存取煤主要依賴推煤機(jī)和自卸汽車，無法實(shí)現(xiàn)自動堆取。

2 管桁架結(jié)構(gòu)

管桁架結(jié)構(gòu)主要由兩個方向的主桁架和副桁架、桁架間支撐和圍護(hù)結(jié)構(gòu)組成，如圖2所示。屋面及墻面圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用檁條和彩鋼板。桁架桿件主要承受軸向壓力或拉力，能充分利用材料的強(qiáng)度。節(jié)點(diǎn)處采用鋼管與鋼管直接焊接的相貫節(jié)點(diǎn)，主要特點(diǎn)有結(jié)構(gòu)對煤場平面形狀適應(yīng)性較好、構(gòu)件工廠化加工制作、現(xiàn)場施工組裝、節(jié)約建設(shè)周期、結(jié)構(gòu)堅固耐用以及易維護(hù)等。但由于管桁架均為焊接相貫節(jié)點(diǎn)，現(xiàn)場安裝焊接工作量較大，對施工質(zhì)量控制要求較高。該結(jié)構(gòu)適用于中小跨度煤場封閉，能夠適應(yīng)各種煤場形狀。它既能適應(yīng)推煤機(jī)和自卸汽車的存取煤方式，也能適應(yīng)斗輪機(jī)等自動存取煤設(shè)備。管桁架一般用于中小跨度的用鋼量較小，跨度增大后則用鋼量顯著增大。

3 筒倉結(jié)構(gòu)

筒倉結(jié)構(gòu)可分為鋼筋混凝土筒倉和鋼筒倉，水平橫截面一般為圓形。鋼筋混凝土筒倉為薄殼結(jié)構(gòu)，鋼筒倉由鋼板加環(huán)向和豎向加勁肋組成，下方坐落在環(huán)形或筏板基礎(chǔ)上。筒倉直徑為10～21 m，目前最大直徑已達(dá)40 m，儲量較大，一般建設(shè)多個以達(dá)到電廠的儲煤需求。筒倉結(jié)構(gòu)能夠?qū)崿F(xiàn)皮帶取料，裝煤時可據(jù)筒倉個數(shù)和布置方式，采用直接入倉、卸料車入倉、配煤皮帶入倉等方式。卸煤時可通過倉下設(shè)置的活化給料機(jī)或環(huán)式給料機(jī)，通過皮帶輸送機(jī)拉出或在倉下設(shè)置地磅直接裝車。筒倉占地面積相比其他儲煤方式較小，自動化程度高，可實(shí)現(xiàn)無人值守，節(jié)約人員成本，生產(chǎn)過程產(chǎn)生的煤塵不外溢，維護(hù)費(fèi)用低。但筒倉前期投資高，施工工期長，倉底出料口易發(fā)生棚拱、堵倉事故，不易處理，對地基基礎(chǔ)要求比較嚴(yán)格，費(fèi)用浮動較大。

4 網(wǎng)架與網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)

網(wǎng)架與網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)是現(xiàn)今應(yīng)用廣泛的一種煤場封閉結(jié)構(gòu)形式，根據(jù)體型可分為平面網(wǎng)架、柱面網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)和球面網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)。網(wǎng)架與網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)屬于多次超靜定結(jié)構(gòu)，主要由桿件和節(jié)點(diǎn)組成，基本單元為三角錐和四角錐單元，通過基本單元的重復(fù)和組合，形成各種網(wǎng)架和網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)。常用的有三角錐、正交正放四角錐、正交正放抽空四角錐以及斜放四角錐等。圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用檁條和彩鋼板。桿件為軸心受力構(gòu)件，材料強(qiáng)度能夠充分利用。節(jié)點(diǎn)主要有十字交叉鋼板節(jié)點(diǎn)、焊接空心球節(jié)點(diǎn)、螺栓球節(jié)點(diǎn)、直接匯交節(jié)點(diǎn)和焊接鋼管節(jié)點(diǎn)。目前，國內(nèi)最常用的節(jié)點(diǎn)形式是焊接空心球和螺栓球節(jié)點(diǎn)[2]。

網(wǎng)架與網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)具有以下特點(diǎn)：

整體性好，空間剛度大，抗震性能好;加工制作工廠化，桿件和節(jié)點(diǎn)定型化、商品化生產(chǎn)，投資較低;可以利用原有場地及堆取料設(shè)備，靈活劃分為多個單元，可同時儲存多個煤種;傳力途徑簡潔，空間剛度大，抗震性能好;可實(shí)現(xiàn)自動化堆取煤，工期短，施工迅速;節(jié)點(diǎn)多，維護(hù)量大，費(fèi)用高，占地面積大;滿應(yīng)力設(shè)計，安全余度小，高空作業(yè)時間長，安全風(fēng)險較大;水平推力大，柱距小，基礎(chǔ)工程量大，造價高。

平面網(wǎng)架一般用于小跨度煤場封閉，下端采用獨(dú)立柱支撐，高度需根據(jù)使用空間確定。網(wǎng)殼用于中大跨度煤場封閉，柱面網(wǎng)殼下端一般為獨(dú)立柱，高度一般較低，球面網(wǎng)殼下端采用環(huán)形支撐方式，四周擋煤墻高度為10～25 m。網(wǎng)架與網(wǎng)殼跨度為70～130 m，一般用鋼量為40～70 kg/m2，經(jīng)濟(jì)跨度為70～90 m。堆煤方式可以采用棚頂棧橋落煤和堆煤，裝載機(jī)裝車運(yùn)輸，也可以采用棚內(nèi)堆取料機(jī)等設(shè)備進(jìn)行堆取煤。條形煤場一般采用沿直線軌道行進(jìn)的斗輪機(jī)或龍門架進(jìn)行堆取煤。圓形煤場一般采用回轉(zhuǎn)式斗輪機(jī)進(jìn)行堆取煤。

5 氣膜結(jié)構(gòu)

氣膜結(jié)構(gòu)是一種新興的建筑形式。氣膜依靠內(nèi)外氣壓差來支撐，內(nèi)部無須任何框架或梁柱支撐，沒有受彎、受扭和受壓的構(gòu)件。整體結(jié)構(gòu)主要包括：基礎(chǔ)系統(tǒng)、設(shè)備系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、鋼索系統(tǒng)、照明系統(tǒng)以及氣密系統(tǒng)等。膜材是由織物基材（聚酯纖維）和多層涂層復(fù)合而成的薄膜材料，表面經(jīng)過特殊處理，其抗拉強(qiáng)度相當(dāng)于同樣厚度鋼板的抗拉強(qiáng)度，使用壽命達(dá)到25年，同時配備一套智能化的機(jī)電設(shè)備作為在氣膜建筑內(nèi)部提供空氣的正壓支撐結(jié)構(gòu)系統(tǒng)[3]?，F(xiàn)在氣膜煤棚在煤炭系統(tǒng)已有應(yīng)用，跨度可達(dá)到150 m，長度不受限，高度大約是跨度的1/3，因?yàn)橘|(zhì)量輕、基礎(chǔ)小、單位面積造價低，得到了大范圍推廣。

氣膜結(jié)構(gòu)具有以下特點(diǎn)：投資低，且后續(xù)可以搬遷，可以利用原有場地堆取料設(shè)備;需要配置通風(fēng)風(fēng)機(jī)，保證氣膜內(nèi)外壓差，且必須長時間運(yùn)行，對供電有一定要求;有專門進(jìn)出車通道，且為保證棚內(nèi)壓差，有兩道閉鎖門，在汽車運(yùn)煤等進(jìn)出車頻繁時會造成不便。

6 預(yù)應(yīng)力張弦桁架結(jié)構(gòu)

預(yù)應(yīng)力張弦桁架結(jié)構(gòu)屬于鋼結(jié)構(gòu)的前沿技術(shù)，已廣泛應(yīng)用于大型體育場館及機(jī)場項(xiàng)目，可以獲得較大的內(nèi)部使用空間及復(fù)雜的空間造型[4-5]。結(jié)構(gòu)主要由主桁架、預(yù)應(yīng)力索（跨度方向）、副桁架（長度方向）、水平支撐或拉索以及山墻桁架等組成。圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用檁條和彩鋼板。

結(jié)構(gòu)內(nèi)部形成自平衡體系，結(jié)構(gòu)受力合理，安全穩(wěn)定。應(yīng)用于跨度大于100 m的煤棚，跨度越大，節(jié)約鋼材效果越好，可實(shí)現(xiàn)200 m以上的超大跨度煤棚封閉，目前最大應(yīng)用跨度已達(dá)到229 m?；A(chǔ)不均勻沉降對支座附近的節(jié)點(diǎn)和桿件的影響小，有利于鋼結(jié)構(gòu)溫度應(yīng)力的釋放。鋼結(jié)構(gòu)桿件數(shù)量較少，節(jié)約加工周期，節(jié)省加工費(fèi)用。張弦桁架構(gòu)造簡潔，預(yù)應(yīng)力管桁架桁架構(gòu)造簡潔、桿件數(shù)量少。一般采用“地面拼裝、分段吊裝、高空合攏”的鋼桁架安裝工藝?；竞附庸ぷ魅吭诘孛嫱瓿桑侄翁嵘惭b，施工安全性高。節(jié)點(diǎn)焊接工作基本都在地面施工，便于業(yè)主和監(jiān)理對施工質(zhì)量的監(jiān)控。同時，預(yù)應(yīng)力管桁架非常適合滑移法施工，在技改類項(xiàng)目中，施工對煤場運(yùn)行影響最小。結(jié)構(gòu)安全可靠，使用年限長，后期維護(hù)非常方便，維護(hù)成本低。

根據(jù)上述描述對各種結(jié)構(gòu)進(jìn)行總結(jié)，歸納出各種結(jié)構(gòu)的適用范圍，如表1所示。在具體工程設(shè)計時，要根據(jù)場地條件、儲煤量、堆取煤設(shè)備以及投資規(guī)模等因素綜合選取經(jīng)濟(jì)合理的結(jié)構(gòu)形式。

7 結(jié)語

本文總結(jié)了煤場封閉結(jié)構(gòu)的常用形式，對每種結(jié)構(gòu)形式受力特點(diǎn)、適用條件、施工特點(diǎn)以及維護(hù)特點(diǎn)等展開討論，可為煤場封閉結(jié)構(gòu)形式的選取提供參考。

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