・５８・ 第３７卷第ｌ６期 ２ ０ １ １年６月 ＳＨＡＮＸＩ ＡＲＣＨＩＴＥＣＴＵＲＥ 山 西 建 筑 Ｖｏ１．３７ Ｎｏ．１６ Ｊａｎ． ２０１１ 文章编号：１００９—６８２５（２０１ １）１６．００５８—０３ 大跨度超长非对称储煤棚网壳结构分析 王克政 摘要：某电厂全封闭大型储煤棚采用了三心圆柱面网壳结构与端部网架结构的组合形式，通过用ＭＳＴ空间网格结构 分析与设计软件对该结构进行计算分析，对结构的受力特点、动力特性等有了充分的了解，为以后进一步的优化设计提 供了重要的依据和保证，同时，也为今后类似工程提供一些有用的工程经验。 关键词：储煤棚，三心圆柱面网壳结构，受力特点 中图分类号：ＴＵ３９３ 文献标识码：Ａ １ 概况 力，使材料性能得到了比较充分的发挥。采用网格结构的储煤棚 ／ｍ ～６０ ｋｇ／ｍ ，比以往采用门式剐架或拱 近年来，空间网格结构在储煤棚的建设中被广泛应用，网架 的平均用钢量为３０ ｋｇｋｇ／ｍ ～１２５ ｋｇ／ｍ 降低了５０％以上。所以 和网壳是常用的空间结构形式。从受力性能上看，空间网格结构 结构的平均用钢量８０ 空间网格结构形式的技术水平较高，其经济效益是十 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 综合考虑，跨 体系合二为一，从而有效的改变了受力状态。杆件主要承受轴向 分明显的。某电厂全封闭储煤棚采用双层三心圆柱面网壳结构，观测研究表明：周期小于１ Ｓ的微动成分，具有白天的强度大 以及表层的多重反射理论来解释，在某些情况下则需用瑞利波来 于夜间、周末时微动强度下降的特点，因此可以认为它主要是由 解释。实际资料分析表明，影响场地微动特征的因素较多，从而 人类的活动所引起，即短周期微动的源是位于场地内的地表振 导致场地微动波场可能以面波成分为主，也可能以体波成分为 源 Ｊ。它可以高效的激发表面波，由此可以认为短周期微动中表 主，或者两者兼而有之，两者相差不大，只强调一种形式，都难免 面波比实体波更占优势。微动的长周期分量主要是由波浪扰动 有认识上的偏颇。 和低气压等引起的，微动源一般是位于场地之外。当微动源为实 ２结语 体波入射时，可在场地内同时引起实体波和表面波，而当表面波 本文对地脉动的机理进行论述分析，认为对场地地脉动有影 入射时，场地的反应为转换的表面波。长周期微动中包含了丰富 响的是体波和（或）面波，而体波和（或）面波对场地地脉动影响与 的表面波成分。事实上，场地地基介质会对微动的弹性波构成有 场地和周围环境条件有关。场地动力特性测试时应根据波型特 所影响。当地基较坚硬时，地表振源激发的表面波将减少，同时， 征及场地地基的软、硬和场地覆盖层厚度或地基与基岩阻抗比大 场地外的实体波入射时转换成面波的效率也低，与软地基相比， 小来确定对场地动力特性起主要作用的波束。当地基较坚硬时， 硬地基上微动包含的面波成分要少。可见，认为微动水平分量仅 对场地动力特性起主要贡献的是体波。当场地周围环境干扰源 是ＳＨ波或勒夫波的贡献而忽略瑞利波、Ｐ波及ＳＶ波的贡献是不 较多，地基越软或地基与基岩阻抗比较大，对场地动力特性起主 合适的。当地表的微动震源越多、越强，地基越软或地基与基岩 要贡献的一般是面波。在给场地届定动力特性测试时要特别注 阻抗比越大时，则微动中包含的面波比例就越大。在波形特征方 意。根据场地和周围环境条件和波型特征选用合适的方法给出 面，如果振动波的周期较长，振动幅度变化稍大，振动波形多为规 与场地条件相适合的卓越周期，为工程应用奠定基础。 则的正弦波时，可以认为地微动主要由瑞利波组成。否则，可能 主要是由体波组成。 本文得到了郭明珠博士的大力帮助与指导，在此表示衷心感谢。 参考文献： 场地微动信号是观测场地四周各个振源产生的一系列地震 ［１］郭明珠，谢礼文．利用地脉动进行场地反应分析研究综述 波的集合，其时域波形表现为各种各样频率成分的波动叠加。体 ［Ｊ］．世界地震工程，１９９９，１５（３）：２１－２８． 波理论和面波理论都能对微动做出一定程度的解释，因而微动的 ［２］ 郭明珠，任风华．工程场地地动力特性分析的地脉动法［Ｊ］． 本质或许可能是多次反射的振动群和各种面波的集合，两种理论 世界地震工程，２００５，２１（４）：１９－２０． 从不同角度出发，在某种程度上都能对微动的性质作出合理的解 ［３］ Ｎａｋａｍｕｒａ．Ａ ｍｅｔｈｏｄ ｆｏｒ ｄｙｎａｍｉｃ ｃｈａｒａｃｔｅｒｓ ｅｎｔｉｍａｆｉｏｎ ｏｆ ｓｕｂ・ 释。根据不同的理论都能计算出某一地基的卓越周期。金井清 ｓｕｒｆａｃｅ ｕｓｉｎｇ ｍｌｅｒｏｔｒｅｍｏｒ ｏｎ ｔｈｅ ｇｒｏｕｎｄ ｓｕｒｌ’ａｃ［Ｊ］．ＱＲ ｏｆ 教授通过地表和表层底部观测的微动谱比和周期与根据多重反 射理论所作的数值计算结果比较，认为二者的一致性可用勒夫波 ＲＴＲＩ．１９８９（３０）：２５．３３． Ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｎ ｍｉｃｒｏｓｅｉｓｍ ｍｅｃｈａｎｉｓｍ ｉｎ ｐｒｏｊｅｃｔ ｆｉｅｌｄ ＣＡＩ Ｈｏｎｇ－ｌｅｉ ＣＨＥＮ Ｌｉｎ－ｒｏｎｇ、 Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ａｎａｌｙｚｅｓ ｔｈｅ ｍｉｃｒｏｓｅｉｓｍ ｆｏｒｍｉｎｇ ｍｅｃｈａｎｉｓｍ，ａｎｄ ｐｏｉｎｔｓ ｏｕｔ ｔｈａｔ ｂｏｄｙ ｗａｖｅｓ ａｎｄ ｓｕｒｆａｃｅ ｗａｖｅｓ ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ｔｈｅ ｆｉｅｌｄ ｍｉｃｒｏ‘ ｓｅｉｓ１１１ ａｎｄ ｔｈｅｉｒ ｉｍ［・ａｃｔｓ ｏｎ ｆｉｅｌｄ ｍｉｃｒｏｓｅｉｓｍ ａｒｅ ｒｅｌａｔｉｎｇ ｔｏ ｓｕｒｒｏｕｎｄｉｎｇ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ，ａｎｄ ｍｅｎｔｉｏｎｓ ｍａｔｔｅｒｓ ｎｅｅｄｉｎｇ ａｔｔｅｎｔｉｏｎ ｉｎ ｆｉｅｌｄ ｄｙｎａｍｉｃ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｔｅｓｔ．Ｔｈｕｓ．ｉｔ ｈａｓ ｌａｉｄ ａ ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ ｆｏｒ ｍｉｃｒｏｓｅｉｓｓｒ ｂｅｔｔｅｒ ｓｅｒｖｉｎｇ ｐｒｏｊｅｃｔ ｉｆｅｌｄ ｄｙｎａｍｉｃ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｔｅｓｔ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｍｉｅｒｏｓｅｉｓｍ，ｆｉｅｌｄ ｄｙｎａｍｉｃ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｔｅｓｔ，ｂｏｄｙ ｗａｖｅｓ，ｓｕｒｆａｃｅ ｗａｖｅｓ 收稿日期：２０１１・０２－０９ 作者简介：王克政（１９７８一），男，工程师，山西省电力勘测设计院，山西太原０３０００１ 第３２ ０ ７卷篡１１ １ ６年 月 ６智 王克政：工兀 ：大跨度超长非对称储煤棚网壳结构分析八 ５腹胆队 卜＾ 例、０瑁坏 加 。几 口 。 －５９・ 度９１ ｍ，长２２８．５ ｍ，总覆盖面积为２０ ７９４ ｍ ，高度３３．８ ｍ（从支 约束考虑。座处算起），网壳纵向两端山墙采用网架结构，网架与网壳节点相 ４计算结果与分析 连，围护材料采用彩色压型钢板。储煤棚的长度和跨度是根据火 力发电厂装机容量来确定的，随着电厂规模的不断扩大，储煤棚 的长度和跨度也不断增加。可以看出，此储煤棚结构的特点是跨 度大、长度长、覆盖面积大、高度高。 ４．１ 杆件内力分布特点 从计算结果看，杆件内力分布很不均匀，网壳中内力较大的 杆件分布在沿拱跨方向，拱跨方向的弦杆和支座附近的腹杆是主 要受力杆件，结构纵向母线方向的弦杆和跨中腹杆受力较小。 ４ｏｏ ２０ｏ …．． ． ２ 网壳结构选型与计算模型 由于该网壳长度较长，按全长整体建模计算，受温度应力和 温度变形的影响，网壳纵向水平力及变形较大，因此将网壳从中 间分为左右两个的部分，中间设１．０ ｍ的伸缩缝。左右两部 分长度均为１１３．７５ ＩＴＩ，结构计算时只需计算左半部分或右半部 分，对于其中某一部分，网壳一端为山墙网架结构而另一端开敞， 属于非对称网壳结构。网壳网格采用正放四角锥形式，此种网格 布置比较均匀，杆件品种少，节点构造简单，刚度大，也是煤棚网 ｒ上霭秆 疆秆 ０ ．．…．。 尊一２００ 圭＿４ｏｏ ６０ｏ ８０ｏ ／ 、－． 一图２竖向荷载下跨度方向杆件轴力 图２为该网壳在竖向荷载作用下，某一拱跨方向上杆件轴力 壳常用的网格形式。网格尺寸３．５ ｍ×３．５ ｍ，厚度３ ｍ。网壳左 的分布情况。从图２中可以看出，上弦杆件在跨中区域承受压 半部分（①轴～⑥轴）外形如图１所示。 力，在两侧承受拉力；而下弦杆正好相反，下弦杆在跨中区域承受 拉力，在两侧承受压力。另外，从图２中还发现，由于该网壳采用 下弦支承，在支座附近的下弦杆件的轴力值要远大于对应部位上 弦杆件的轴力值，因此在设计中应加强支座附近杆件的强度。 ４．２温度作用下的支座反力 ｚ 如图３所示为温度作用下网壳支座纵向水平反力的变化情 况。分析图３可知，支座反力从网壳纵向中部开始向两端逐渐增 大，两端反力方向相反，并且变化呈线性规律。 ５０ ４０ ３Ｏ ２Ｏ ｌＯ Ｏ １Ｏ ２０ ３０ 图１网壳外形图（左半部分） ３ 网壳荷载取用原则及支座约束情况 ３．１ 荷载与作用的取用原则 恒荷载：包括结构自重和附于结构上的各种永久荷载（如屋 面檩条压型钢板、马道、灯具等的自重）。其中，网壳结构自重可 由计算机程序自动计算，附于结构上的永久荷载可按实际情况换 算成节点荷载加在结构上弦层或下弦层上。 活荷载：主要包括屋面均布活荷载、雪荷载及积灰荷载，其中 雪荷载与屋面均布活荷载不必同时考虑，取两者中的较大值。此 外，火力发电厂的生产环境比较好，不需考虑结构的积灰荷载。 故最终确定活荷载按屋面均布活荷载取值，标准值为０．５ ｋＮ／ｍ 。 风荷载：储煤结构的跨度和高度都比较大，风荷载是其重要 荷载之一，设计时常常起控制作用。该地区５０年一遇的基本风 压为０．４ ｋＰａ，建筑地面粗糙度类型为Ｂ类。由于该煤棚采用的 案 ．＋轴 ｌ Ｉ ｊＩ…■ ／ …ｌ 一 ’Ｉ Ｉ Ｉ Ｉ Ａ。 ．…一 ｒ －－１００ 堇 ５ｏ ０ －是全封闭形式，因此风荷载体型系数可按《建筑结构荷载规范》的 规定取值。风振系数由计算机程序计算得出。 地震作用：本地区地震动峰值加速度０．２ｇ（对应地震烈度为 ８度），建筑场地类别为Ⅱ类，抗震设计分组第一组，地震动反应谱 剖 ５０ 一ｌｏ０ 图４温度作用下支座跨向水平反力 特征周期０．３５ ｓ。根据规范要求设防烈度为８度须进行网壳结构 温度效应与结构的长度密切相关，长度越长，则温度效应越 的水平与竖向抗震计算。计算方法采用振型分解反应谱法，并取 大。支座约束越强则温度效应越大。总之，支座设计时可采用约 其前２Ｏ阶振型计算。 束刚度较小的支座形式，如橡胶弹性支座以释放一部分温度应力。 温度作用：该地区属温带性气候，四季分明，夏季炎热多 ４．３结构模态分析 雨，冬季寒冷干燥。历年极端最高气温４１．９℃，历年极端最低气 表１列出了该网壳结构的前２０阶的自振频率。可见，由于结 温一２５．６℃。 构的跨度较大，结构的基频较小，仅为０．８９５ １ Ｈｚ。从第１阶～第 ２Ｏ阶频率相差４．３８０ ５ Ｈｚ，且变化不是很均匀，阶越较大。 分析结构的前２０阶振型可以看出，网壳出现了不同程度的水 ３．２支座约束情况 因为网壳端部设有山墙网架，所以采用了三边支承形式。网 壳纵向支承采用单排支承，支承设在网壳下弦。网壳支承在钢筋 平振动、竖向振动以及扭转振动。第１阶和第２阶振型为比较明 混凝土柱上，结构计算时考虑柱子的实际刚度影响，支座按弹性 显的水平振型，第４阶振型出现竖向振型，但竖向振动的还不是很 ・６０・ 第３７卷第１６期 ２ ０ １ １年６月 山 西 建 筑 ＳＨＡＮＸＩ ＡＲＣＨＩＴＥＣＴＵＲＥ Ｖｏ１．３７ Ｎｏ．１６ Ｊｕｎ． ２０１１ 文章编号：１００９－６８２５（２０１ １）１６一ＯＯ６Ｏ．０３ 汉中地区钢管混凝土构件的应用探讨 衡青息 摘要：从钢管混凝土构件的力学性能入手，探讨了钢管混凝土的工作性能和钢管混凝土的适用条件，阐述了钢管核心 混凝土的特点，分析了汉中地区钢管混凝土构件的发展现状及今后民用工程的建设需求，对在汉中地区选用钢管混凝土 的可行性研究具有指导意义。 关键词：钢管混凝土，力学性能，经济效益 中图分类号：ＴＵ３９２．３ 文献标识码：Ａ 钢管混凝土是在钢管中填充混凝土而成的构件，这种构件与 １．１ 钢管混凝土柱工作性能 其他建筑构件相比具有良好的材料性能和巨大的社会经济效应。 钢管混凝土在受到荷载以后，其工作性能分三个阶段： 钢管混凝土按钢管截面的形式可分为方钢管混凝土柱、圆形钢管 １）弹性阶段：这一阶段应力和应变的关系基本为直线，钢管 混凝土柱和多边形混凝土柱，本文主要以工程中常用的圆形截面 应力达比例极限后，钢管和核心混凝土间产生相互作用的紧箍 钢管混凝土和方形截面钢管混凝土结构为例，分析了汉中地区的 力。２）弹塑性阶段：钢管应力进入弹塑性阶段，钢材的弹性模量 钢管混凝土构件的发展现状及汉中今后民用工程的建设需求。 不断减小，而核心混凝土的模量逐渐增大，产生了钢管和混凝土 间轴心压力分配比例的不断变化。混凝土所受压应力增大，泊松 １ 钢管混凝土的力学性能 钢管和 钢管与混凝土组合成钢管混凝土构件，不仅充分发挥了钢材 比超过钢管的泊松比，二者间产生了相互作用的紧箍力，和混凝土这两种建筑材料的优点，相互弥补了对方的弱点，而且 混凝土都处于三向应力状态。３）强化阶段：由于钢管进入了塑性 增加的荷载将由核心混凝土承担，混凝土的横向变形迅速 还显示了新的优异的工作性能：抗压强度高、塑性性能好、抗震性 阶段，增大，径向推挤钢管，促使钢管的环向应力增大。钢管处于异号应 能优异，堪称是一种优质、高强、经济合理的构件…。 明显，其他各阶振型没有明显的单方向响应的振型，而是表现为 以竖向振动为主的振型，且形式变化多样。这些特点说明结构的水 水平、竖向和扭转振动的耦合。从第ｌＯ阶振型开始，网壳才出现 平刚度比竖向刚度小，可据此分析采取相应的抗震构造措施。 表１结构前２０阶自振频率 振型 叛率 振型 １ Ｏ．８９５ １ ｌ１ ２ １．５２７ ７ １２ ３ １．７８３ １ １３ ４ １．８４３ ７ １４ ５ ２．０３３ ７ １５ ６ ２．５Ｏ４ ４ １６ ７ ２．７Ｏ７ ４ １７ ８ ３．１９５ ９ ｌ８ ９ ３．３２８ ８ ｌ９ Ｈｚ １０ ３．４８５ ４ ２０ 藏率 ３．６２７ ９ ３．７２４ ６ ４．１４５ ９ ４．４２６ ９ ４．７０８ ９ ４．７１７ ９ ４．９２８ ３ ５．０４１ ３ ５．ｎ６ ４ ５．２７５ ６ 此外，如前所述建模计算时建立的是半个网壳的模型，对于 以后进一步的优化设计提供了重要的依据和保证，同时，也为今 此半部分模型，网壳一端为山墙网架结构而另一端为开敞的非对 后类似工程提供一些工程经验与参考。 称形式，结构刚度分布不均匀，这一点在振型图上有明显的体现， 随着环保要求及电厂对煤棚储量要求的不断提高，采用网壳 在各阶振型中网壳开敞端与山墙端相比其振动都非常严重，这说 结构的全封闭大型储煤棚将会被越来越广泛的应用。 明开敞端剐度较小，因此在结构设计中为了尽可能的减小这种结 参考文献： 构刚度分布的不均匀性，建议采取有效的方法来增加开敞端的刚度。 ［１］ＪＧＪ ６１－２００３，网壳结构技术规程［ｓ］． ５结语 ［２］ＧＢ ５０００９－２００１，建筑结构荷载规范（２００６年版）［ｓ］． ３］ＧＢ ５００１１－２０１０，建筑抗震设计规范［ｓ］。 本工程采用的网壳结构跨度大、长度长，并且刚度分布不对 ［４］ 罗尧治．大跨度储煤结构设计与施工［Ｍ］．北京：中国电力 称，因此受力性能与一般网壳有所不同。通过以上对该网壳的结 ［构计算分析，对结构的受力特点、动力特性等有了充分的了解，为 出版社，２００７：１－２９７． Ｏｎ ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ｌａｒｇｅ—－ｓｐａｎ ａｎｄ ｓｕｐｅｒ・・ｌｏｎｇ ａｓｙｍｍｅｔｒｉｃ ｃｏａｌ ｓｔｏｒａｇｅ ｓｈｅｄ ｒｅｔｉｃｕｌａｔｅｄ ｓｈｅｌｌ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ＷＡＮＧ Ｋｅ－ｚｈｅｎｇ Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ｐａｐｅｒ ａｄｏｐ￣ｔｈｅ ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ ｆｏｒｍ ｗｉｔｈ ｈｔｅ ｔｈｙｍｅ—ｃｅｎｔｅｒｅｄ ｃｉｒｃｕｌａｒ ｃｙｌｉｎｄｒｉｃａｌ ｌａｔｔｉｃｅ ｓｈｅｕ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ａｎｄ ｔｈｅ ｅｎｄ鲥ｄ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｏｆ ｔｈｅ ｆｌｌｌｌｙ．ｃｌｏｓｅｄ ｌａｒｇｅ—ｓｃａｌｅ ｃｏｌａ ｓｔｏｒａｇｅ ｓｈｅｄ ｏｆ ｓｏｍｅ ｐｏｗｅｒ ｐｌａｎｔ，ｕｎｄｅｒｔａｋｅｓ ｈｅ ｔｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ ａｎａｌｙｓｉｓ ０ｆ ｔｈｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｂｙ ｕｓｉｎｇ ＭＳＴ ｓｐａｃｅ ｇｒｉｄ ｓｔｒｕｃ‘ ｔｕｒｅ ａｎｄ ｔｈｅ ｄｅｓｉｇｎ ｓｏｆｔｗａｒｅ．ｈａｓ ｔｈｅ ｆｕｌｌ ｕｎｄｅｒｓｔａｎｄｉｎｇ ｏｆ ｈｅ ｓｔｒｔｅｓｓｅｄ ｆｅａｔｕｒｅｓ ａｎｄ ｔｈｅ ｄｙｎａｍｉｃ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ ｔｈｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ，ｓｏ ａｓ ｔｏ ｐｒｏｖｉｄｅ ｈｔｅｉｍｐｏｒｔａｎｔ ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ ａｎｄｔｈｅｉｎｓｕｒａｎｃｅｆｏｒｔｈｅｆｕｒｔｈｅｒ ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ ｄｅｓｉｎ，ａｎｄｔｇｏ ｐｒｏｖｉｄｅｔｈｅ ｕｓｅｆｕｌ ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ｅｘｐｅｉｒｅｎｃｅｆｏｒ ｓｉｍｉｌａｒｐｒｏｊｅｃｔｓ ｉｎ ｆｕｔｕｒｅ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｃｏａｌ ｓｔｏｒａｇｅ ｓｈｅｄ，ｔｈｒｅｅ—ｃｅｎｔｅｒｅｄ ｃｉｒｃｕｌａｒ ｃｙｌｉｎｄｒｉｃａｌ ｌａｔｔｉｃｅ ｓｈｅｌｌ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ，ｓｔｒｅｓｓｅｄ ｆｅａｔｕｒｅ 收稿日期：２０１１－０２—１８ 作者简介：衡青忠（１９６３．），男，工程师，陕西省汉中市建筑工程总公司，陕西汉中７２３０００
