直径Φ20m生料库库顶房设计选型及施工

直径Φ20m生料库库顶房设计选型及施工

程健

安徽中意钢结构工程有限公司 安徽 合肥230071

摘要：介绍了直径Φ20m生料库库顶房的设计选型和施工，通过分析两种建模方式，采用空间仓筒网壳结构和实腹式H型钢分别进行建模，利用3D3S软件进行计算模拟，为分析成本造价和施工方案提供理论依据，对降低施工成本和控制安装风险有很好的借鉴作用。

关键词：生料库；钢网壳；钢结构

1项目概况

某水泥厂库壁中心直径为Φ20m，库顶混凝土平台标高60m，库顶房檐口净空为9m高，

荷载取值为恒：0.2KN/㎡、活：0.5KN/㎡、灰：0.5KN/㎡、基本雪压：0.30KN/㎡、基本风压：0.30KN/㎡，风荷载放大系数按照工程结构通用规范进行取值，抗震设防烈度为6°，设计基本地震加速度为0.05g，分组为第一组，场地类别Ⅱ类,温差为±20℃，结构的合拢温度在（15℃~20℃）。

2生料库库顶房的设计选型

2.1网壳库顶房设计

库顶房环向分格20个，支座按照固定铰支座进行设置，圆周均布设置10个，网壳剖面图如图2所示。

2.1.1静力分析结果

网壳的最小截面规格为60x3.5，最大截面为140x4,杆件的应力云图如图3所示，模型的最大竖向位移为11.478mm㎡。

图2 网壳库顶房剖面图                        图3网壳库顶房应力云图

2.1.2动力分析结果

对网架进行模态分析，提取结构的前30阶振型，保证2个水平方向的质量参与系数均大于90％。前两阶振型以水平平动为主，第四阶扭转振型。

图4 第一阶（T=0.24239）   图5 第二阶（T=0.24239）    图6 第四阶（T=0.12538）

2.2实腹式H型钢库顶房设计

库顶房沿环向等分为10榀，环向布置支撑和系杆。如下图7所示。

2.2.1静力分析结果

钢柱和钢梁采用H300x300x6x12，屋面环形支撑分别为HW175x175、¢89*4,屋面环型梁斜撑杆均为¢89*4.墙面撑杆为¢140*4，墙面斜撑为Ø30，杆件最大应力比为0.660，如下图8所示。最大竖向位移为9.7mm㎡。

图7钢构库顶房三维模型图                图8钢构库顶房应力云图

2.2.2动力分析结果

对网架进行模态分析，提取结构的前30阶振型，保证2个水平方向的质量参与系数均大于90％。前两阶振型以水平平动为主，扭转振型在第十三阶。

图9 第一阶（T=0.19316）      图10 第二阶（T=0.17573）     图11 第十三阶（T=0.12609）

3生料库库顶房的施工

3.1网壳库顶房施工

3.1.1支座预埋件复测

使用测量仪器对支座预埋件进行测量，并按照轴线做好记录。根据实测的数据结果和钢结构工程施工质量验收标准进行对比，满足支座中心偏移≤L/3000且≯30mm，相邻支座高差≤L/400且≯15mm，所有的支座最大高差≤30mm[6]。

3.1.2起步圈的安装

在库顶混凝土平台上先按照一圈球节点的数量设置十个外弦支撑胎架，按照施工步骤，先在地面上将螺栓球和杆件组成小的拼装单元，一般为一个支座距离为一个拼装单元，然后用吊车或者塔吊运送库顶平台处进行安装。在库顶按照支座和胎架的顺序进行，对分块单元进行安装，直到起步圈进行合拢。

3.1.3拼装单元的吊装起步圈网架安装完成后，开始采用小拼装单元进行高空散装，逐个顺序进行连接，直到网壳全部完成。

3.1.4网架安装完成后先拆除设备进料洞口的辅助安装杆件，检查网架支座的双螺母是够拧紧，准确无误后将垫片和过渡板围焊，最后将过渡板和预埋件进行满焊。

技术难点：生料磨系统送来的生料由提升机经空气输送斜槽输送到生料库库内，墙面的空气输送斜槽廊道洞口大小一般4m*4m（高）含两边的人行通道，以保证满足工艺尺寸的要求。由于中部开洞造成网壳开洞处不能闭圈，洞口位置杆件安装过程中缺少环向约束，造成洞口处的网壳杆件安装时闭合比较困难。以往项目上会使用倒链强制杆件闭合，但是在过程中局部杆件发现有轻微的弯曲和变形。为了避免产生这样现象，设计时需要考虑洞口处进行增加附加杆件进行封闭，待安装结束后进行现场拆除，使杆件内力和螺栓球节点位移较小，安装比较容易，符合设计假定的要求。因此网壳设计完成后进行补洞口杆件，杆件规格和螺栓的大小要重新进行杆件内力分析，采取固定杆件截面进行超应力分析，如出现超应力应及时调整杆件大小。

3.2实腹式H型钢库顶房施工

3.2.1支座预埋件复测

使用测量仪器对支座预埋件进行测量，并按照轴线做好记录。根据实测的数据结果和钢结构工程施工质量验收标准进行对比，柱脚底板中心线对定位轴线的偏移△≤5mm，柱子的定位轴线△≤1mm，支撑面的标高≤±3.0mm，水平度≤L/1000[6]。

3.2.2钢结构的吊装

（1）钢柱吊装

对预埋件测量的同时将钢柱的定位点在预埋件标记出来，将过渡板在预埋件上进行点焊。吊装前复测钢柱的长度及垂直度，如不满足要求应进行校正。钢柱共有十根，第一次吊装前应将

先两根钢柱整体排放在吊装场地，把支撑和系杆及檩条分别安装上去，形成一榀稳定的钢架。两两一组共分为五组（如图12），用塔吊将两根钢柱吊起，落到库顶混凝土的过渡板上，在钢柱顶部上设置缆风绳，用于调整钢柱的垂直度。由于平台标高为60米，高出风很大且风的方向不定，为防止钢柱受气流影响产生的晃动，在垂直校正之后利用沿径向方向附件设备埋件，用钢管分别与设备埋件和钢柱三分之二的高度焊接起来形成径向强轴方向稳定的结构。剩余四组依次进行吊装，完成之后安装剩余的支撑和系杆、柱顶环梁。

（2）柱顶钢梁的吊装

钢梁与钢柱用高强螺栓进行连接，梁与梁用圆环中心筒进行连接，安装是先安装一根钢梁，然后在对称沿直径方向在安装一根钢梁，钢梁与钢梁用圆环中心筒连接起来（如图13）。由于钢梁的坡度大，会产生一定的扰度，后来的钢梁钢柱螺栓孔存在错孔不好安装时可将钢梁少许抬升。剩余钢梁每次吊起一根钢梁，以圆周顺序安装。全部钢梁安装之后在把钢梁直接的撑杆和斜杆进行安装。

图12 钢柱吊装图              图13 圆环中心筒示意图

（3）剩余构件的安装

整体钢结构安装好之后在把墙面剩余的墙梁进行按照以及屋面的檩条。待全部复核无误后，对过渡板和预埋件进行焊接，并把支撑钢柱的钢管支撑拆除。

技术难点：钢柱长约为9m，库顶钢梁的坡度很大，库顶混凝土平台标高为60m，高度风大，吊装前一定要注意天气变化，尽量选择在天气晴朗无风时候进行安装，钢柱吊装定位一定要沿库中心方向充分利用设备埋件设置刚性支撑。钢结构安装一定要在当天进行完成。吊装前要编写吊装方案，吊装步骤一定要按照审批后的方案去实施。

4结语

本文通过3D3S软件建模网壳和实腹式H型钢结构两种表现形式，通过静力分析带得出两种结构的每平方投影单重，通过动力分析分别得出结构平动和扭转振型及振型周期。分别叙述两种选型的施工方式以及施工难点。合理选择结构模型对降低施工成本，减轻安装过程中事故发生的概率尤其重要，可供类似项目进行参考。

参考文献：

[1]GB5009-2012,建筑结构荷载规范[S].

[2]GB50017-2017,钢结构设计标准[S].

[3]JGJ7-2010,空间网格结构技术规程[S].

[4]GB50011-2010,建筑抗震设计规范(2016年版)[S].

[5]GB50205-2020,钢结构工程施工质量验收标准[S].

[6]GB55001-2021,工程结构通用规范[S].