模块选煤厂主厂房结构方案的探讨

【摘 要】本文主要介绍了模块选煤厂主厂房结构方案布置的特点，列举实例分析对比结构方案的利弊，以及在设计中设计此类工程应注意的问题。

【关键词】模块化；主厂房；结构布置；方案比较；优化

一、引言

选煤厂主厂房是整个选煤厂设计的核心工程，结构布置的方案直接影响建设周期，成本投资，以及后期设备维修等 。以往，传统设计的主厂房结构形式大多为钢筋混凝土框架或钢框架结构，房屋体积大、层数多、施工速度慢，材料用量偏大。本世纪以来，随着市场的需求，我国开始引进国外模块选煤厂主厂房（以下简称模块主厂房）的设计理念，并将这种理念逐步运用于实际工程中，大大提高了建设周期和工作效率。

二、模块主厂房设计特点

1）主要受力构件布置在设备受力大的位置，例如设备支座处：非设备受力区域（人行道或检修道）从柱边悬挑。这样布置受力明确，传力直接，减小了梁的跨度和构件截面，能从一定程度上减少钢材用量。

2）梁柱之间斜撑杆件多，形式多，支撑与框架整体计算，柱计算长度根据《钢结构设计规范》5.3.3条确定，部分柱可按无侧移框架柱考虑，相对纯框架体系构件长细比减小，承载力得到提高，此外这样的布置增强结构整体刚度，在大型振动设备下起到对结构有利的作用。

3）打破传统厂房“层“的束缚，按工艺要求将设备布置在不同的平台，降低厂房高度，减小了厂房体积，降低了泵送高度。

4）个别厂房大跨度的框架梁采用桁架式梁，均为小截面的H型钢组合在一起的桁架，桁架腹杆节点根据上部设备受力点划分，使集中力直接落于桁架的节点，构件轴心受力。桁架梁与柱铰接，不传递弯矩，节省高强螺栓，减小柱截面。

5）楼面采用网隔板，便于设备直接冲洗。

6）主要设备通过天车整体起吊，便于设备检修维护。

二、主厂房两种不同结构方案对比

前面描述了模块主厂房以及类似模块主厂房的设计特点，下面介绍近期设计的某选煤厂主厂房。

1、选煤厂主厂房从主体结构上分为两部分，护和内框架。护部分为门式钢架结构，柱顶标高23.500m，基础为柱下独立基础；内框架为钢框架结构，主要部分3层，局部4层，柱顶标高最高处为16.000m，楼板为钢格板，筏板基础，两个部分从基础到上部结构相对独立。由于厂房内主要设备都在内框架里，护部分没有设备荷载，用途只是厂房的围护和供吊车运行提升和检修设备，没有和设备发生联系。内框架为规则的钢框架结构，长61m，宽20m，两个方向的柱距大多为7m左右，结构布置是在工艺布置的柱网基础上做深化结构布置，方案布置局限性大。现抽取工艺流程压滤机部分为计算单元，在相同设备布置受力的情况下分别以A、B两种结构布置方案来分析比较。

2、A、B两种方案比较

（1）A方案（设计中所采用的计算模型）

计算软件：中国建筑科学研究院编制PKPM系列软件STS，PMCAD，STAWE 2008年版。

钢柱钢梁均采用国标H型钢，梁柱最大强度及稳定应力比控制在1.0以内，各连接节点及钢材强度设计均满足设计指标（《钢结构设计规范》GB 50017-2003）

图一为A方案的钢柱布置位置，根据轴网布置，通过计算得出柱最大应力比达到0.85；梁最大应力比达到0.96。统计此方案布置钢材量为45.4t。（钢柱均为HW350X 350X12X19）

（2）B方案（模仿模块主厂房结构布置的特点，即在主要受力设备下布置钢柱，减小柱距，人行道和检修道做支架，柱间支撑参与结构整体计算，条件是柱的布置须满足工艺要求）

计算软件与计算参数同A方案

图为B方案的钢柱布置位置（钢柱位置为压滤机支座或较大设备受力点），通过计算分析得出柱最大应力比达到0.80；梁最大应力比达到0.95；支撑最大应力比达到0.76。统计此方案布置钢材量为28.3t。

从A方案与B方案的比较得出B方案的梁柱截面小，钢材用量节省。若在B方案的基础上优化设计，就能做到结构方案布置更合理，在优化结构布置前须结合工艺等专业布置柱网、柱间支撑等。由于柱网、柱间支撑密集（且各层柱存在转换），人行检修和设备运转、工艺管道布置等须与结构专业密切结合，这就要求工艺方案阶段须考虑结构的布置合理性，只有这样才可设计出真正意义上的模块主厂房。

四、深化研究和应用

1、工艺流程的前期布置，应该与土建等专业密切结合，让工艺管道、设备、土建专业在方案布置阶段就参与进来，工艺专业也应对土建专业略微有些了解。

2、结构设计深化计算、布置柱间支撑等，应对管道位置走向大体了解，建模时能准确输入支撑位置及形式，这样计算时使支撑参与结构主体计算，对结构起到有利作用，才能减小构件断面尺寸，从而达到节约钢材目的。

3、在设计过程中，应多分析比较，采用多种计算软件（如3D3S、ANSYS、X-STEEL等，而不单纯局限于一种设计软件），选取多种计算模型（比较各种模型的合理性），优化结构布置。只有合理布置设计方案，多学习、多比较、多改进，才能设计更经济、更合理的设计精品。

参考文献：

[1]钢结构设计规范 GB 50017-2003.

[2]刘峰 选煤技术的现状及发展趋势. 《中国煤炭学会第六次全国会员代表大会暨学术论坛论文集》2007年

[3]郝存义 模块选煤厂的引进与发展 《选煤技术》2002.12