CN100591877C

CN100591877C - 超大跨度双层网架穹顶施工工艺

Info

Publication number: CN100591877C
Application number: CN200810244134A
Authority: CN
Inventors: 朱新颖; 张建文; 牛尚州; 刘煜; 吴立文
Original assignee: XUZHOU ZHONGMEI STEEL CONSTRUCTION CO Ltd
Current assignee: HUZHOU ZM-BESTA HEAVY STEEL STRUCTURE CO., LTD.
Priority date: 2008-12-23
Filing date: 2008-12-23
Publication date: 2010-02-24
Anticipated expiration: 2028-12-23
Also published as: CN101440644A; WO2010072060A1

Abstract

一种超大跨度双层网架穹顶施工工艺，其特征是它通过利用计算机风洞模拟软件计算网格的风载代替整个球壳的风洞试验，从而计算出精确的用钢量，再根据每平米用钢量计算杆件尺寸和节点，在施工工程中采用逐圈施工封闭和小扒杆吊具进行小拼单元的起吊，解决了施工难题，克服了满堂红式施工所带来的工程管理难度大，成本高的问题。本发明大大降低了用钢量，可缩短施工周期50%以上，工程费用也得到了大幅度降低。

Description

超大跨度双层网架穹顶施工工艺

技术领域

本发明涉及一种建筑施工方法，尤其是一种能大幅度降低每平方米用钢量的直径在100米以上的双层网架结构穹顶的设计制造方法，具体地说是一种超大跨度双层网架穹顶施工工艺。

背景技术

近年来，随着我国经济的快速发展，煤炭、电力、水泥、化工等行业的煤炭和其他原材料的需求越来越大，其存储设施也因此得到大规模建设。这些存储设施主要是各种储料仓、干煤棚，它们起到了环保和遮风挡雨的作用。随着煤矿、电厂，水泥厂的规模越来越大，储煤棚的跨度和长度也在不断增加，对其设计技术的要求也越来越高.

空间网壳结构是空间结构中当今世界各国应用最广泛的一种，发展非常快，广泛应用于各种民用、工业建筑中，在民用建筑中主要应用在体育馆、飞机场航站楼、飞机库、会议中心等需要大跨度的公用建筑。在工业建筑中主要应用在各种储料仓，棚子、各种大跨度的厂房、仓库屋盖。

空间网壳结构是一种具有三维空间形体，且在荷载作用下具有三维受力特性的结构，相对平面结构而言，空间结构有以下的特点：受力合理、重量轻、造价低，结构多样，可作超大跨度。是煤炭，电力，水泥行业各种大跨度储料棚最合适的承重结构形式。

网壳结构作为一种曲面网格结构，有单层网壳和双层网壳之分，它的优点和特点主要有以下几点：

网壳结构具备杆系结构和壳结构的主要特点。从受力性能上讲，空间网壳结构采用大致相同的网格组成空间交汇的杆件体系，承重结构与支撑结构合为一体，有效的改变了平面桁架的受力状态，杆件主要受轴向力，使钢材性能得到最有利发挥。据测算，当跨度大于60米时采用空间网壳结构的储料棚用钢量一般在30～60kg/m²，而采用门式钢架或钢桁架用钢量在60～120kg/m²。用钢量节省一半左右。当跨度超过100米时，实腹门式钢架已往完全不具备实际应用可能，钢桁架结构的用钢量超过120kg/m²。

据统计，在中国，近年快速发展的工业对各种原料产生了大量需求，每年直径百米以上圆形储料棚超过50座，单体表面积超过20000平米的长形储料棚要超过100座。尤其是近几年煤炭价格的大幅度提升，业主对建立储煤仓既可减少对煤炭的损失又有利于保护堆取料机而产生的效益也有了较强的共识，所以，无论新老矿区均在大量调研、寻找解决既节约成本又提高利润又满足国家环保要求的结构形式，而且要求跨度越来越大、高度越来越高，而超大直径网架结构储煤仓穹顶已成为首选的结构之一，上述情况已广泛的影响到电力的干煤棚、水泥、钢铁系统的原料堆放库等。国内无论是煤炭、水泥等行业新建项目储仓穹顶已被列为必须的环保项目之一，并要求同其主要结构同时设计、施工，共同投入使用。而且从目前的结构条件看还没有其他结构形式可替代它，无论是相贯线桁架、索膜结构均无法替代。但受传统设计施工理念的影响，对于直径在100米以上的超大跨度网架穹顶的用钢量一般在120kg/m²左右，这不仅直接影响到制造成本，而且在如此大的自重情况下会影响到网架穹顶的施工安全。

综上所述，建设超大直径储料仓，尤其是超大直径穹顶储料仓是一种发展趋势，市场前景广泛，但如何在确保安全的前提下将目前120kg/m²的用钢量降到合理的水平是降低造价，提高市场竞争力的关键。

发明内容

本发明的目的是针对目前超大直径双层网架穹顶建设制造过程中存在的用钢量大、原材料成本高、施工工艺复杂的问题，发明一种用钢量低、施工方便、安全可靠的超大跨度双层网架穹顶施工工艺。

本发明的技术方案是：

一种超大跨度双层网架穹顶施工工艺，其特征是它包括以下步骤：首先，根据存储量和拟安装的设备确定穹顶的建筑尺寸，包括高度和直径；其次，根据建筑尺寸，按3-5米的边长计算出整个穹顶的网格数，进而计算出节点数；

第三，将待建穹顶当地的气象参数加上计算所得的整个穹顶的网格数及节点数输入有限元分析元件中的风洞测试部分，得到每个网格的风载分布数值；

第四，将上步计算所得的每个网格的风载分布数值加上恒荷载、雪载和地震作用荷载输入有限元设计软件中得到整个穹顶各节占及其构件的最大受力荷载；

第五，根据各构件所受的最大荷载从构件库中选择出满足条件的杆件尺寸；

第六，根据选择的杆件尺寸重新计算得到施工图；

第七，根据施工图，首先完成混凝土基础的砌筑，然后采用以下措施完成整个穹顶的施工：

1、采用沿直径逐圈封闭，由下至上逐层安装的施工方案，采用地面小拼单元，形成2～3个三角形后高空安装，以减少高空作业；

2、进行小拼单元的吊装；

3、在被建穹顶周围设置安全索桩，利用拉索抵消风力的影响，安全索的数量及位置应随结构安装高度升高而改变，在建造高度达到整个设计高度的3/4时还应在迎风面增拉安全索；

4、在网架檩托板上加焊“L”铁，并预先在地面安装“L”铁的焊接、打孔，使得檩条在高空直接用螺栓联结以加快施工速度；

5、采用大尺寸面板进行面板安装，面板的长度为8m～12m，并将所述面板吊装至安装工作面。

所述的小拼单元由两个螺栓球和八根杆件组成。

逐圈封闭中的首圈安装时应对支座标高和闭合后圆度进行控制，支座标高采用不同厚度的钢板调整，圆度采用井字架加千斤顶调整；经反复调整安装误差达到规范要求后，支座初步焊接固定；逐圈闭合后应及时复核以保证穹顶整体刚度和减少误差积累，网架第二、第三圈安装完成后，应及时对整体安装的圆度和闭合误差进行检查和调整，各项指标满足要求后支座最后焊接固定，以后应逐圈安装逐圈闭合，每三圈对结构圆度进行一次检查和调整，此时采用设地锚用钢丝绳张拉进行调整。

本发明的有益效果：

1、采用了计算机模拟风洞技术，求解风荷载形成系数，确定了不利荷载组合数据，建立了计算模型。代替了试验室风洞试验，减少了时间，节约了成本，数据更为准确，此技术开创了先河。

2、在没有成熟设计方法的情况下，采用有限元计算程序和多种网架专用设计软件相结构，相互对比验证；在确保计算结构安全的条件下降低了含钢量(20万吨含钢量仅为24kg/m²、低于10万吨、5万吨)

3、本发明为确保结构安全，增加了施工过程，在3/4高度未封闭状态下的最不利结构形式下受最大不利风荷载的模拟验算。为结构施工安全和施工方案的可行性获得了依据，校核了计算数据。

4、本发明采用沿直径分圈封闭，由下至上逐层安装的施工方案，采用地面小拼单元，形成2～3个三角形后高空安装，减少了高空作业。用垂直运输机吊运到安装工作面，高空散装的安装方案，取消了满堂红脚手架，减少了施工费用及缩短了工期。

5、本发明采用可调式小扒杆吊具解决了安装节点不在一个平面上、小拼元运到安装点必须通过调整角度的难题，。

6、本发明首次指出了高空散装过程中，结构在自重、风荷载作用的条件下，还没封闭不能形成空间结构体系，在3/4高度(即50米以上)最为不利，而且风在8级以上时常出现，在这种不利结构形态下，不利风载下采用了迎风面结构拉安全索的方式，经验算确立安全索数量及位置，并随结构安装高度升高而改变，获得了满意的效果。

7、本发明解决了原檩条安装均采用空中焊接的方式联结，其焊接质量不容易保证；使用焊机、把子线、电源线非常之大，效率慢，不仅直接影响工期，而且非常不安全的问题。通过在网架檩托板加焊“L”铁片，地面焊接，打孔，檩条高空直接用螺栓联结，加快了施工速度，节约了工期，保证了质量、安全。

8、本发明为减少接缝采用了每8m～12m为一安装长度，一般采用人工拉板至安装工作面上，但在50米以上高度，风又非常大的情况下，采取了自调式扒杆吊运，揽风绳控制结合人工拉动等方式，安全可靠。

9、本发明可以将穹顶的跨度、高度、储量发展到一个新的领域，供业主有了更大空间的选择。并为向更大跨度的研发奠定了基础。

10、利用本发明可为业主降低成本，增大使用空间。例如：10万吨含钢量为29.6kg/m²，造价：1061万元而20万吨降为含钢量24kg/m²，造价792万元，造价不仅不高反而降低，节约了成本，并为社会推广奠定了基础，公司施工利润也很不错。

11、本发明为大跨度储料仓的结构安全、可靠，保证施工工期、保证质量、保证安全起到了奠基作用。

12、本发明将原来的整体球壳风洞试验改为网格节点的风载模拟试验，大大增加了试验的准确性，同时由整体结构建模计算改为按节点建模计算，所得结构更能准确反映节点受力情况，因此准确性更高。此外还根据从上到下各层荷载的变化改变网格尺寸，因此本发明的设计计算方法更加科学合理，所计算出的每平米用钢量既保证了结构强度需要，又最大限度地节省了用钢量，采用本发明的方法设计制造的20万吨储量的大跨度穹顶的用钢量仅与传统技术设计制造的10万吨储量的穹顶用钢量相当，仅用钢量成本就可节约30％以上。

13、本发明通过大量的实验得出了环境条件满足国家标准前提下，不同直径的大跨度穹顶在不同风压下单位面积的最佳用钢量，如下表所示。

14、本发明创造性地利用网格风洞模拟试验的累加再加上有限元分析来代替传统的建模风洞实验，可缩短建设工期50％以上，大大降低工程建设重要组成部分的建筑设计成本，从而降低工程造价，利用本发明技术制造的20万吨储料场的制造成本仅相当于传统技术建造的5吨储料场的成本。节能减排效果也十分明显。

附图说明

图1是本发明实施例中风洞试验体型系数结果图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。

如图1所示。

一种超大跨度双层网架穹顶施工工艺，它包括以下步骤：首先，根据存储量和拟安装的设备确定穹顶的建筑尺寸，包括高度和直径；其次，根据建筑尺寸，按3-5米的边长计算出整个穹顶的网格数，进而计算出节点数；

第三，将待建穹顶当地的气象参数加上计算所得的整个穹顶的网格数及节点数输入有限元分析元件(如北京云光设计咨询事务所发行的SFCAD、上海同济大学同磊土木工程技术有限公司发行的3D3S韩国迈达斯技术有限公司的Mudas gen，上海交通大学结构工程研究所的TWCAD等)中的风洞测试部分，得到每个网格的风载分布数值；

第四，将上步计算所得的每个网格的风载分布数值加上恒载荷载、雪载和地震作用荷载输入有限元设计软件中得到整个穹顶各节占及其构件的最大受力荷载；

具体实施时，可将相同的参数输入不同的软件中进行验算，即重复第一至第五步1-3次，以计算出所得的杆件尺寸最大者作为设计依据；

第六，根据选择的杆件尺寸重新计算得到施工图；

1、采用沿直径逐圈封闭，由下至上逐层安装的施工方案，采用地面小拼单元，形成2～3个三角形后高空安装，以减少高空作业；逐圈封闭中的首圈安装时应对支座标高和闭合后圆度进行控制，支座标高采用不同厚度的钢板调整，圆度采用井字架加千斤顶调整；经反复调整安装误差达到规范要求后，支座初步焊接固定；逐圈闭合后应及时复核以保证穹顶整体刚度和减少误差积累，网架第二、第三圈安装完成后，应及时对整体安装的圆度和闭合误差进行检查和调整，各项指标满足要求后支座最后焊接固定，以后应逐圈安装逐圈闭合，每三圈对结构圆度进行一次检查和调整，此时采用设地锚用钢丝绳张拉进行调整。

2、利用可调式小扒杆吊具(可采用申请人已在先申请的实用新型专利加以实现，专利申请号为：200820186176)，进行小拼单元的吊装；每个小拼单元由两个螺栓球和八根杆件组成；

5、采用大尺寸面板(如彩钢板等)进行面板安装，面板的长度为8m～12m，并采用人工拉板和可调式小扒杆吊具并用的方法将面板吊装至安装工作面。

施工过程中应重点控制的内容有：

1、安装精度的控制。网架安装的精度要求非常严格，如果安装误差过大会直接影响安装速度，同时，在结构内部形成很大应力，影响结构安全。控制安装精度，防止误差积累我们重点做好两个环节：第一，首圈安装包括支座标高控制和闭合后圆度控制，支座标高采用不同厚度的钢板调整，圆度采用井字架加千斤顶调整。经反复调整安装误差达到规范要求后，支座初步焊接固定。第二，逐圈闭合，及时复核为保证穹顶整体刚度和减少误差积累，网架第二、第三圈安装完成后，应及时对整体安装的圆度和闭合误差进行检查和调整，各项指标满足要求后支座最后焊接固定，以后应逐圈安装逐圈闭合，每三圈对结构圆度进行一次检查和调整，调整方法是设地锚用钢丝绳张拉。

2、采用小型吊具。当安装高度超过30米后，使用汽车吊会大幅度增加安装费用，降低安装进度；当高度超过50米后汽车吊已不能满足高度要求，只能研制小型附着式吊具。由于网架随高度增加倾斜角度不同和上下弦的差别，需要研制六种不同形式，满足不同部位安装要求的小型吊具。采用申请人在先申请的实用新型专利的小型吊具具有轻巧、灵活、定位准确、安装效率高的优点，大大提高了安装的精度和速度。

3、大风条件下对结构安全的保证。在穹顶安装到3/4(或45m以上)高度以上时如正值五级以上的大风天气，这时网架处于最不利受力状态，为保证结构安全，可在穹顶四周的砂地上制作多组(如20组或以上)组合地锚，用钢丝绳进行张拉，实践证明效果良好，不但有效抵抗了风荷载，也控制了结构的整体变形，保证穹顶的顺利闭合。

4、有风条件下的面板(可为彩色钢板)安装。为减少接头数量，增大抗风能力，美化整体效果，本发明全部采用8-12米长大板，由于施工现场无风或微风天气非常少，安装时单板在风力作用下极易飘起来，造成安全事故。为解决这一难题，可采用以下安装技术，即先下层，后上层、先迎风面，后背风面、增设防风绳等，以保证工程在一般风力条件下的正常安装，为建设单位按期投产创造条件。

下面以结合一个实施储煤场网壳结构的设计计算对本发明的节材原理作进一步的说明。

球面网壳具有最优良的承载性能，可作超大跨度。储煤场网壳结构选型首先要满足使用功能，即满足堆取料机、斗轮机、龙门吊、带式输送机等储煤设备对空间的要求。对于环形堆取料机可采用球型网壳结构，长型堆取料机(斗轮机)、龙门吊、带式输送机可采用圆柱型网壳结构，在此前提下应综合考虑跨度、刚度要求、平面形状、支撑条件、制作安装和技术经济指标等因素决定具体参数。

双层网壳结构可采用铰接节点，单层网壳结构应采用刚接节点。

为使网壳结构受力合理，有较好的刚度，网壳的平面尺寸、矢高、双层网壳的厚度应有一定限制。对于双层柱面网壳，它的长宽比应大于1，矢跨比应在1/2-1/6范围，网壳厚度宜取跨度1/20到1/50范围。对于双层球面网壳矢跨比应不大于1/2，网壳厚度宜取跨度的1/30到1/60范围。例如直径100米的双层球面网壳，其矢高不应大于50米，厚度在3.3米到1.75米皆可，一般荷载状态厚度取到2米到2.5米时比较经济的，跨度133米霍林河储煤场网壳采用球面网壳，网壳厚度仅2米。

网壳结构一般有较大的水平推力。

对于柱面网壳结构，其水平推力的大小与竖向荷载的大小成正比，可达100-400千牛，基础必须有足够的抵抗措施，一般采用斜桩或斜基础。

球面网壳的水平推力可以通过两种方法抵抗，一种是网壳自身杆件箍住，另一种是下部结构整体圈梁用足够钢筋箍住，这样的话给基础的水平推力可以很小，仅数十千牛而已。网壳结构的最大位移计算值不应超过端详跨度的1/400。挠度不大于1/250。

储煤场网壳结构的荷载、作用

网壳结构主要荷载是永久荷载，可变荷载(活载，雪载，风载，积灰)和作用(温度作用，地震作用)

永久荷载，一般包括网壳结构自重，屋面围护结构自重，悬挂设备管荷载(管道、喷淋系统)，马道荷载。

在各种储料仓结构中网壳自重一般为0.2-0.4KN/m²，屋面围护结构包括柃条，彩钢屋面板一般为0.15-0.2KN/m²。所以没有设备及马道荷载的情况下，一般恒载可以取到0.35-0.6KN/m²。

活荷载，对储料仓来说可变荷载主要有四种：屋面活载、积灰荷载、雪载、风载。

屋面活荷载应按《建筑结构荷载规范》(GB5009-2001)的规定取值。其中不上人的屋面活载在一般取到0.5KN/m²。如果是国外项目，取值应根据所采用规范要求采用，在印度、美国规范里一般取到0.57KN/m²。

积灰荷载在建材、冶金业是必须考虑的，这一点各国均相同，一般为0.5KN/m²或1.0KN/m²(视储料和周边灰源情况而定)。电厂或煤炭行业储煤场生产环境较好，可不考虑机会荷载。积灰荷载应与雪荷载或屋面活荷载中较大值同时考虑。

雪荷载是储煤场网壳结构重要的荷载之一，对大跨度结构来说是敏感荷载。在各国均发生过网壳结构在大雪(不均匀雪载)情况下倒塌的事故。有雪的地区必须考虑雪荷载，应考虑屋面均匀分布和不均匀分布、半跨均匀分布三种情况。影响雪荷载在屋面分布的因素主要有风因素、屋面坡度因素、屋面形状也有较大影响。在网壳结构里不均匀雪载通常起控制作用。在我国规范里，雪载在参与组合时不与或荷载同时考虑，而需要与积灰荷载同时组合。其基本雪压值可在规范中查询。

风荷载也是网壳结构重要的荷载之一，对大跨度结构来说，常常是起控制作用的荷载。在规范里，对于作用在储煤场网壳结构上的风力可简化为等效静力荷载，其方向垂直于建筑物表面，标准值可按下式计算：

Wk＝βμZ μS WO (5-1)

式中WO——基本风压；μS——风荷载体形系数；μZ——风荷载高度变化系数；

β——风荷载风振系数。

其中WO＝0.5ρ*v*v (5-2)

式中WO——基本风压；ρ——空气密度：1.25kg/m³；v——10米高度10分钟平均风速；

在国内以上各系数均可查阅荷载规范确定。

各个国家规范计算出的的风荷载值出入很大，造成这种状况的主要原因主要有以下几方面。

基本风速

基本风速取值差距较大造成的基本风压较大差距，由于各国在确定基本风速(即在特定时间范围内的最大平均风速)时采用不同的时间间隔(简称时距)，由于风本身处于脉动状态(其卓越周期1min左右)，当然时距越大，平均风速越小，各种时距风速的对应关系下表：

风速时距 1h 10min 5min 2min 1min 0.5min 20sec 10sec 5sec 瞬时
风速时距 1h 10min 5min 2min 1min 0.5min 20sec 10sec 5sec 瞬时	统计比值 0.94 1 1.07 1.16 1.20 1.26 1.28 1.35 1.39 1.50

其中世界各国标准绝大多数取10min或3sec风速，取10min风速的有中国、日本、前苏联地区各国家、ISO国际标准化协会等，取3sec风速的有美国、印度、英国及英联邦国家等。当然重现期的不同也会使风速取值有不同，大部分国家在进行一般结构设计时均取50年重现期。日本取100年。

基本风速修正参数，包括风压高度系数、地形分类。

中国规范将地貌分为四类：A，B，C，D相当于美国的D，C，B，A，印度规范较细，分了四类，每类下有三级，其1A，2A，3C，4C，与中国上四类地貌相当，但在不同地貌相应的高度系数取值上差距较大，见下表：

从上表可见中、美、印高度系数取值差别很大，我们通过下表作了一个对比：

由上表可见在常用三类地形中，中国规范取值要比美国规范、印度规范高，而且随着高度增加差距越大。

风振系数

储料仓网壳结构一般跨度较大，自振周期大于0.25s，要考虑风振系数，可采用计算机专用软件计算得到，可选择SRSS方法或CQC算法，CQC算法精度较高但时间较长，对二层网壳来说SRSS方法精度上已足够。通常对于直径大于80米的圆形料棚最大风振系数约为1.4-1.6之间，当然每一点是不同的，一般的越像上越高，呈倒锅底状。圆柱体长形料棚在40米-60米跨计算值约1.3-1.4，60米到80米约为1.4-1.6。

体形系数与风洞试验

我国荷载规范给定了大部分建筑形式的体形系数，常见的储煤结构体形系数如封闭的半球型、、双坡型都可以查到，对于国外项目，应参考项目所在的规范体形系数参考使用。对于储煤场空间网壳常用的落地拱型来说，体型系数列有区别，美印规范基本相同，均比中国规范大些，见下表：

但对于一些复杂的、大跨度的、特别重要的结构储煤场大跨结构，规范给的体形系数不能完全涵盖，而且由于规范所提供的体型系数没有具体考虑建筑所处的周围环境、大气边界层、气流三维流动的影响，因而根据规范计算出的结构风荷载在总体上偏保守，在某些局部则不够安全。为做好这种结构的抗风设计，风洞模拟试验是十分必要的。一般来说，风洞试验的目的是模拟建筑物在大气边界层中受风荷载作用，并考虑相邻建筑物和地面粗糙度及风向角的影响，利用刚性模型测压数据求出建筑物表面的风压分布特性，为煤仓球壳结构设计提供风荷载合理确定的依据。

要实现风洞试验首先需要有风洞设备，并且要做出建筑物实体模型，由于风洞设备在我国非常少，仅有哈工大，同济，清华、天大等少数高校核科研单位才有，每次完成均需要较长时间，花费较大代价。2007年经哈工大介绍，我们开始使用计算机模拟风洞得到的结果进行分析，结果显示计算机模拟和实体建模所得结果差距不大，完全可以采用，即降低了风洞使用费用，又节省了时间，据测算采用计算机技术仅需一周即可完成风洞模拟，时间仅为实体建模的1/4。花费可控制在20万以内，只有实体建模的1/3~1/2。常用的此类软件有CFD数值风洞系统、Digital Wind Tunnel(DWT)数值风洞模拟软件、ANSYS二维风洞试验数值模拟软件。这些软件各有特点，有条件的应同时参照使用。

通过对133米跨10万吨储煤场，和20万吨130米跨储煤场，及两个120米的球面储煤场分别作了风洞模拟试验，得出以下结论：

(1)壳体表面的风压场除在前沿一小部分表现为风压力外，其余部分主要表现出风吸力作用，且越接近壳顶风吸力越大，在壳顶帽迎风面两侧达最大值，这是由于气流在顶帽表面发生分离所致；

(2)风压分布总体上具有与风的来流相垂直的特性，且基本呈现平行分布，即在各垂直于来流的截面上风压系数基本接近。

(3)对于球型网壳储煤场，其试验结果与规范给定的体形系数相近，在周围没有大的干扰源的情况下，可使用规范给定体形系数。在有干扰源的情况应作模拟风洞试验。

综上所述：风荷载是储煤场网壳结构设计中的难点和控制性荷载，必须加以重视，使用模拟风洞技术可节省时间和经费，球面网壳再附近没有的干扰源时可采用规范给定体形系数。由于各国规范在风荷载计算差别较大，故在计算时应作一定的转换，必须把不同规范体系下的参数转换成同一体系下的参数才能使用，才不会存在安全问题。即如采用整体结构采用中国规范计算，应将3s风速转换成10min风速，如采用美国规范或印度规范计算，应将成10min风速转换成3s风速。由于各国规范自成体系，某一个参数大一些或小一些，甚至计算结果大一些或小一些，都不能说这个规范不安全或保守，要考虑它的总效应，应改把它放在整个结构计算系统中考虑。

温度作用

由于网壳结构是超静定结构，均匀温度场变化下杆件不能自由伸缩，就会产生应力，即称之为温度应力。对于有较大环境温差的大跨度网壳要考虑温度效应，较大跨度是指球型网壳储煤场直径60米以上，柱型网壳储煤场跨度40米以上，温差一般取施工安装完毕时的气温(支座固定)和当地常年最高温度或最低温度的差值。

计算表明，对于柱面网壳来说，温度效应它的长度即温度差成线性正比关系，与纵向约束刚度成指数正比关系。

球面网壳储煤场由于各杆件方向均不相同，温度作用对下部结构作用较不明显，在霍林河20万吨项目中，由于储煤场下部结构采用的18米高混凝土墙与钢结构的球面网壳有着不同的温度膨胀系数，采用常规平板支座将有有较大温度作用，所以我们采用采用橡胶支座，来释放释放温度应力。

地震作用：

在设防烈度7度区，可不进行竖向抗震设计，但应进行水平抗震验算，在8度、9度区应进行水平和竖向抗震验算。

对网壳结构进行地震效应计算时，可采用振型分解法，对体形复杂的或重大的的网壳结构应采用时程分析法补充计算。

在进行抗震分析时已考虑支撑结构对网壳结构的影响。

圆柱面网壳储煤场的地震力一般中间大，两边及纵向1/3处小。水平地震作用随矢跨比的增大而增大。竖向地震作用随矢跨比的增大而略减小。网壳厚度的加大将使刚度增加，地震作用随之增加。

球面网壳储煤场的地震力是环向杆件和斜杆地震作用系数较大，其他位置较小，水平地震作用随矢跨比的增大而增大。竖向地震作用随矢跨比的增大而略减小。网壳厚度的加大将使刚度增加，地震作用随之增加。

储煤场设计中的保护措施

防锈措施

对重大结构应采用重防腐措施，应首先对钢构件彻底除锈，至少达到Sa2.5级，可采用抛丸、酸洗磷化其中酸洗磷化效果最好，但成本较高，采用抛丸处理也能达到要求。其次应选择选择良好的防锈保护层，可采用热镀锌、热喷铝或非金属涂料喷涂，如采用热镀锌、热喷铝厚度不应小于80um.如采用非金属涂料宜选择环氧富锌类、聚氨酯类、氯磺化聚乙烯类，其厚度应不小于125um.我们在20万吨项目采用环氧富锌底漆，聚氨酯面漆效果较好；在中原大化储煤场项目考虑其化工大气条件采用了氯磺化聚乙烯类底面漆；在宁海电厂项目考虑它所在地区是海洋大气条件，采用喷锌加环氧富锌底漆，熨贴中间漆、聚氨酯面漆总厚度达200um以上，设计防锈年限达50年。

防火措施

可采用三种措施：1、防火涂料，使钢构件耐火时间大于2小时；2、采用喷淋系统；3、隔离系统，设计时确保煤堆与结构件距离3米以上，使得煤堆自然时火苗达不到结构件。

防侧压措施

可采用如下措施：1、设立内壁挡煤墙；2、适当加大结构跨度，保持与煤堆有一定安全距离；3、提高支座，避开煤堆。

通过对某10万吨项目和20万吨项目采用计算机模拟风洞计算，缩短了设计时间、节约了设计经费。

以某露天煤业电厂20万吨储煤场穹顶为例，穹顶的主要功能是保护下部料场煤堆和堆取料机不受风雨雪影响。根据工艺要求，其下部设钢筋混凝土筒仓，筒仓高18.5米、内径120米，最大外形直径130米，其作用是增加煤堆高度，抵抗煤堆侧压力，从而有效增加储量。上部采用空间双层球面钢网结构，跨度122.6米、高度47米，表面积约1.9万平米。围护采用檩条+单层彩钢板围护，局部设玻璃纤维增强树脂板采光带。

设计参数：

1、结构类型：钢结构球面双层钢网壳

2、设计尺寸：跨度122.6米，矢高：47米

3、网格类型：正方四角锥

4、网格尺寸：径向3.73米，圆周方向2.0～3.8米

5、节点类型：螺栓球

6、支座布置：周边支座每10度一个，共36个

7、支座类型：板式橡胶支座。

设计荷载：

1、恒载：0.45KN/m²

2、活载：0.5KN/m²

3、附加荷载：0.15KN/m²

4、基本风压：0.65KN/m²

5、基本雪压：0.3KN/m²

6、地震设防烈度：7基本地震加速度：0.10

7、温度效应：+35，-40。

材料：

杆件规格：φ60×3.5，φ75.5×3.75，φ88.5×4，φ114×4，φ140×4，φ159×6(8)，φ180×10，材质Q235(焊管)或20#钢(无缝管)

螺栓球规格：φ100，120，150，180，200，材质：45#钢

锥头、封板材质：Q235

高强螺栓：10.9级或8.8级

控制指标：

1、杆件长细比：压杆＜＝150拉杆＜＝250

2、位移：＜＝1/400

3、应力比：＜＝195N/mm*mm

荷载输入：

设计软件选用SFCAD2000版或MTS2006版，模型可自动建立也可通过柱面筒壳转移生成。其中风荷载体型系数以采用规范值为主，模拟风洞值作参考，图1是风洞试验体型系数结果图

规范给定的体型系数公式是：

μs＝0.5sin²φsin ￠-cos²φ其中φ是法线与中垂线角度，￠是水平角度。

经计算对比，可得出结论：

1、面正压区，规范值与模拟风洞值基本相同。

2、模拟风洞顶帽处被风处较为紊乱，个别处压力值大于规范值，但综合对比还是比规范设计值略小。

3、模拟风洞被风处负压区在法向角度大于30度区域下降较快，明显小于规范值。

4、对于周围没有障碍物或干扰物的单个球面穹顶，完全可以采用规范值。如有干扰源应进行风洞模拟求得体型系数。

风荷载风振系数可以通过SRSS计算得到位移一致风振系数为：1.557，内力一致风振系数为：1.330。

组合计算

组合如下：

(1)1.20静

(2)1.20静+1.40活1

(3)1.20静+1.40活2

(4)~(11)1.00静+1.40风1~8

(12)~(19)1.20静+1.40活1+0.84风1~8

(20)~(27)1.20静+1.40活2+0.84风1~8

(28)1.20静+1.40温(+35)

(29)1.20静+1.40活1+1.40温(+35)

(30)1.20静+1.40活2+1.40温(+35)

(31)1.20静+1.40温(-40)

(32)1.20静+1.40活1+1.40温(-40)

(33)1.20静+1.40活2+1.40温(-40)

(34)1.20静+1.30震力

(35)1.20静+0.60活1+1.30震力

(36)1.20静+0.60活2+1.30震力

(37)1.20静+1.40活1+0.98活2

本发明未涉及部分均与现有技术相同或可采用现有技术加以实现。

Claims

1、一种超大跨度双层网架穹顶施工工艺，其特征是它包括以下步骤：首先，根据存储量和拟安装的设备确定穹顶的建筑尺寸，包括高度和直径；其次，根据建筑尺寸，按3-5米的边长计算出整个穹顶的网格数，进而计算出节点数；

第三，将待建穹顶当地的气象参数加上计算所得的整个穹顶的网格数及节点数输入有限元分析软件中的风洞测试部分，得到每个网格的风载分布数值；

第六，根据选择的杆件尺寸重新计算得到施工图；

第七，根据施工图，首先完成混凝土基础的灌筑，然后采用以下措施完成整个穹顶的施工：

2、利用可调式小扒杆吊具，进行小拼单元的吊装；

5、采用大尺寸面板进行面板安装，面板的长度为8m～12m，并采用人工拉板和可调式小扒杆吊具并用的方法将面板吊装至安装工作面。

2、根据权利要求1所述的一种超大跨度双层网架穹顶施工工艺，其特征是所述的小拼单元由两个螺栓球和八根杆件组成。

3、根据权利要求1所述的一种超大跨度双层网架穹顶施工工艺，其特征是逐圈封闭中的首圈安装时应对支座标高和闭合后圆度进行控制，支座标高采用不同厚度的钢板调整，圆度采用井字架加千斤顶调整；经反复调整安装误差达到规范要求后，支座初步焊接固定；逐圈闭合后应及时复核以保证穹顶整体刚度和减少误差积累，网架第二、第三圈安装完成后，应及时对整体安装的圆度和闭合误差进行检查和调整，各项指标满足要求后支座最后焊接固定，以后应逐圈安装逐圈闭合，每三圈对结构圆度进行一次检查和调整，此时采用设地锚用钢丝绳张拉进行调整。