某煤炭发运站封闭网壳结构计算分析

李彩霞

摘 要：近几年以来，钢网壳结构因其自身特点被广泛的应用于煤炭发运站改造工程中。本文采用3D3S设计软件对某煤炭发运站封闭钢网壳结构进行了计算分析。分析内容包括结构在静力荷载下的内力、变形、结构的动力特性等，得出一些有益结论，可为类似工程提供借鉴。

关键词：钢网壳结构;3D3S设计软件;动力特性;内力;位移;荷载

一、工程概况

该发运站设有2条装车线，1条机回线，1条安全线，有效长目前为1050系列，有效长分别为1070m（1道）、1029m（Ⅱ道）、1068m（3道），50m（安全线），可同时接发两列5000吨小列;全线电气化铁路，线间距6.5m，P50轨，新Ⅱ型轨枕。用线为尽端式装车站，装卸站台布置形式三线两台，站台位于1道、3道外侧，站台尺寸842×40×0.5m。根据甲现有装煤站台情况，预期规划工程为1、Ⅱ、3号线以及两侧各40米范围内的装煤站台封闭工程。根据现场实际调查，实地测绘测量，及现有场地排水系统相互位置关系，确定发运站台封闭工程的平面尺寸为：轴线长850米，跨度95米。

二、结构选型

发运站全封闭式储煤场采用空间钢网壳结构，该形式具有以下优点：

1）整体性好，刚度大，抗震能力强。2）高次超静定结构，安全储备能力高 。3）自身重量轻钢材用量节约可降低下部基础造价。4）工业化生产效率高。

三、结构分析

（一）结构布置

该煤场沿纵向均分为5个温度区段【1】每个区段长为169.2米变形缝间距为1米。取中间典型区段为单元进行分析。结构沿跨度方向采用三心圆网壳形式，网壳结构高度不小于结构净跨的三分之一【2】，本方案网壳结构部分高度暂定为31.5m，下部采用钢筋混凝土短柱支撑高度为3米。纵向网格尺寸为3.6m横向网格尺寸为3.5m网格厚度为3.6m【2】。结构采用上弦支撑方式沿结构纵向（长度方向）每隔10.8米设置支座。在建模计算中通过输入下部混凝土相关参数得出网壳结构支座刚度，将该刚度以弹性支座形式施加在网壳支座处。

（二）设计参数

设计使用年限为50年安全等级为二级结构重要性系数取1.0【3】，抗震设防烈度为7度第三组设计基本地震加速度值为0.10g【4】场地类别为Ⅱ类，考虑水平与竖向地震作用，恒荷载取0.3KN/m2，活荷载取0.5KN/m2【5】，风荷载取值0.4KN/m2【5】，雪荷载取值0.3KN/m2【5】，温度荷载：+20℃（升温温差），-15℃（降温温差），合拢温度10±3°C。

（三）截面设计

采用空间计算分析模型，假定节点为铰接，杆件只承受轴向力;外荷载可按静力等效原则将节点所辖区域的荷载集中作用在该节点上;计算所采用软件为3D3S14.1版。钢屋盖所选钢材均为Q235B。通过计算杆件截面主要规格有：Φ60×3.50、Φ75.5×3.75、Φ88.5×4.0、Φ114×4.0、Φ140×4.0、Φ140×8.0、Φ140×10.0、Φ159×8.0、Φ159×10.0、Φ159×12.0、Φ180×12.0、Φ180×14.0。

（四）静力性能分析

1）结构内力计算

结构内力计算一般原则：材料按弹性受力状态考虑未进入弹塑性状态和塑形状态不考虑材料的非线性性质。基本假定可归纳如下：节点为铰接、杆件只承受轴向力、按小挠度理论计算、按弹性方法分析、网壳杆件主要承受轴向拉力和轴向压力，杆件应满足强度和稳定的要求同时满足相关构造要求【1】。

经计算活荷载对结构受力起控制作用，结构构件在恒荷载、活荷载、雪荷载组合作用下下的内力最大。杆件最大轴力为467KN， 最小轴力为-899.5KN，最大应力比为0.87

2）结构的变形计算

根据文献【2】规定双层网壳结构的容许挠度值为屋盖短向跨度的1/250。本网壳结构在恒荷载与活荷载标准值作用下的最大挠度值为146mm，为本网架短向跨度的1/650，滿足文献【2】规定要求。

（五）结构的动力特性

结构动力分析时采用空间计算模型，其中质量源为：1.0恒荷载+0.5雪荷载【4】。计算中阻尼比取0.03，模型计算中分析了前25阶振型3个方向的质量参与系数均大于0.9满足抗震规范的要求【4】。从阵型图中可以看出：前两阶振型为沿跨度跟长度方向的平动;三、四阶振型为平面内的扭转振型;五、六阶振型为竖向震动;七、八阶振型为沿竖向的扭转振型;九阶及以上振型为空间混合振型。典型振型见下图：

四、结语

通过对该网壳结构受力计算分析得出如下结论：

（一）通过对该结构进行动力分析得出，该结构整体布局较为合理，结构的刚度分布均匀比较合理。在分析的前25阶振型中不存在局部振型，该结构具有良好的动力性能。

（二）在对该网壳的静力分析中发现，恒荷载、活荷载与雪荷载同时作用时结构的内力、位移变形均较大。最大位移发生在结构的跨中，最大轴力出现在上弦支座处。在今后的设计、施工中应给与重视。

（三）支座条件对于网壳结构与下部结构之间的传力起着至关重要的作用，在计算分析中支座的约束假定应尽可能接近实际受力情况。

参考文献：

[1]GB 50017—2017  钢结构设计标准.  中国建筑工业出版社，2017

[2]JGJ7—2010 空间网格结构技术规程.  中国建筑工业出版社，2010

[3]GB 50068—2018  建筑结构可靠度设计统一标准.  中国建筑工业出版社，2018

[4]GB 50011-2010（2016年版）    建筑抗震设计规范   中国建筑工业出版社，2016

[5]GB 5009—2012  建筑结构荷载规范.  中国建筑工业出版社，2012