选煤厂主厂房结构设计浅析

关键词：主厂房；结构布置；结构计算；常见问题 

　　选煤厂主厂房是整个选煤厂设计的核心工程，它承担着一座煤矿对原煤进行洗选加工和综合处理的生产任务，是煤矿生产系统的终端环节。现在主厂房常见的结构形式有钢筋混凝土框架结构，钢框架结构以及模块式钢结构主厂房。其中尤以后面两种形式比较流行，它们不但总重轻、造型美观、施工周期短，同时也可以降低工程造价。当然传统的钢筋混凝土框架结构主厂房也有着后两者不具备的优势，它耐久性强，不需要定期检修维护，打扫、使用起来更为方便。本文以内蒙古尔林兔主厂房为例，主要介绍主厂房的结构布置、结构计算以及常见的一些问题，为今后大家再遇到类似的工程提供借鉴。 

　　1 工程概况 

　　内蒙古尔林兔主厂房年洗选能力800万t，具有原煤分级、重介浅槽分选及煤泥加压过滤等功能。本工程为现浇钢筋混凝土框排架结构，砖砌体填充砖墙，屋面采用轻钢结构，基础埋深-7m，持力层为④层强风化砂岩，基础采用独立基础。该工程局部总高为40.0m，建筑面积：11523.1m2。建筑体积：68057.4m3。本工程设计安全等级二级，耐火等级为二级，设计使用年限87年。结构全长74m，4～5轴间设置沉降缝，按抗震规范缝宽取140mm。根据《建筑设计防火规范》，该厂房设两部封闭楼梯间，一部疏散钢梯，满足了防火疏散要求。 

　　2 结构布置 

　　主厂房的结构方案是和选煤工艺的设备布置紧密相关的。为了取得经济合理的结构方案，在工艺进行初步设计时，结构人员就应参与设备布置的讨论，结合实际情况针对不同设备提出具体的结构布置方案，把分级筛等动力设备布置在对结构最有利的位置，尽可能从布置上减轻设备振动对结构产生的不利影响。具体布置时可按以下原则进行：①动力设备应沿梁中心布置在梁上，但不能放在悬臂梁上；②振动梁宜布置成单跨梁，以便于计算；③垂直扰力较大的设备宜布置在梁的支座附近；④水平扰力较大的设备宜布置在跨中部位，并使扰力方向与梁的轴线方向一致；⑤振动筛的扰力方向宜与楼盖刚度较大的方向一致；⑥振动筛不宜跨轴线，以免筛下留孔切断框架梁。根据以上原则，初设时，就开始与工艺专业详细交流，把设备尽可能布置在有利的位置，这就为施工图阶段的设计打下了基础。 

　　3 结构计算 

　　3.1 整体计算 

　　本工程采用SATWE空间软件进行计算，由于长度超限设置了沉降缝，本工程采用了离散型模型和整体模型作了对比。对离散模型，风荷载偏大，计算结果偏于保守。也有不便之处，在绘制平面施工图时，不便于整个楼层绘制，只能手工拼图，在绘制梁柱施工图时，无法自动完成楼层或全楼归并，在传递基础设计荷载时，不能同时传递整个上部结构的荷载。整体模型，要把每个结构单元定义成多塔楼，要注意计算阵型要取足够多，使整个结构系统的有效质量系数在90%以上，另外风荷载。采用整体模型，在绘制平面施工图、梁柱施工图，以及传递基础荷载时都比较方便。经过两种模型的比对计算，结果相差不大，最后采用了整体模型计算出图。 

　　3.2 局部计算 

　　局部计算主要指的是梁的振动计算。根据《选煤厂建筑结构设计规范》可知对承受动力荷载的结构，当梁第一频率密集区内最低自振频率计算值大于设备的扰力频率时，可以不进行动内力计算，但应按动力系数法对结构进行静力计算。而提高梁自振频率最有效的方法便是增加梁高。在选煤厂主厂房中，振动设备的频率一般在16Hz左右，将振动梁的自振频率控制在23Hz以上，便可避免共振。在初选梁截面时可以取梁跨度的1/5～1/7，基本都可以满足要求。 

　　4 施工图的绘制 

　　主厂房里面的设备非常多，预埋件，预埋螺栓以及预留孔洞数不胜数，这让初学者会一头雾水，不知道从哪里下手。但是如果要掌握了敲门，绘制起来就不那么复杂了。设计人首先要了解选煤工艺和机制专业的关系，这两个专业其实是密不可分，相互联系的，只有充分了解了工艺，才会让自己事半功倍。绘制建筑图时首先要知道平面图上有哪些设备，然后再以皮带中心线、滚筒中心线等基准线来定位预埋件，在建筑图中最好能绘上梁线，这样在检查时才不容易出错。在绘制结构图时，最好采用模板图，这样就使得建筑图与结构图做到了统一。 

　　5 常见问题分析 

　　5.1 荷载输入常见问题 

　　（1）注意主要设备荷载考虑动力系数输入。主梁计算计入，柱子与基础不要计入。 

　　（2）重型设备区域内楼面均布活荷载在计算中应扣除，在设备等效均布活荷载小于4的小型设备区域，可按楼面活荷载计算，不再计入设备荷载。 

　　（3）吊环、检修荷载在柱、基础计算中可不计入。梁计算中，检修场地荷载按实际取值，柱与基础可按相应厂房的楼面活荷载取值。 

　　（4）提升孔周围的梁，应按本层最大起重量作用在梁上产生的弯矩、剪力影响线的最大值进行计算。 

　　（5）注意栈桥风荷载的输入，皮带机头水平拉力不能忽视。 

　　5.2 其余常见问题 

　　（1）特别要注意安装梁的限高、溜槽对梁的限高，这些往往都在现场安装时才会被发现，现场修改起来好多地方就要改造了，增加了很多不必要的工作。 

　　（2）地面上浓缩桶的基础不能忽视，由于浓缩桶的荷载非常大，所以其基础下面地基承载力和变形都要满足，否则会影响正常使用。 

　　（3）0.000层梁标高建议降到地下最好-1m以下，由于该层有很多电缆沟和水沟穿过，碰到底层框架梁的话处理起来会比较麻烦。 

　　（4）与主厂房相连的栈桥接口一定要和相关的设计人员做好配合，洞口预留不对，牛腿标高设置不妥都会给安装造成影响，所以一定要很谨慎对待。 

　　（5）要预留好设备检修洞孔，在合理的设置框架梁。 

　　（6）为了减弱或消除振动产生的不良影响，主厂房结构设计应首先考虑增大结构构件的刚度特别是楼板的刚度。楼板钢筋宜尽量通长布置，对于设备振动较大处的楼板，正负钢筋均应拉通设置，这样可以增大楼板整体的刚度，减小因振动导致楼板出现裂缝的几率。 

　　6 结 语 

　　主厂房设计是一项很复杂的工作，因为它需要设计人和选煤、机制专业积极配合，任何一环配合不好都会出现问题。尤其主厂房必须在工艺进行初步设计时，结构人员就应参与设备布置的讨论。只有将结构与工艺相结合，现场的安装、调试才会很顺利，才能做到安全可靠、经济合理。 

　　参考文献 

　　[1]中华人民共和国国家标准《选煤厂建筑结构设计规范》GB50583-2010北京：中国计划出版社，2010 

　　[2]高红珍.选煤厂主厂房结构设计中的振动荷载问题[J].煤炭工程，2003，（5）.