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输煤栈桥结构计算分析报告一、工程概况该工程为华能金陵电厂二期工程C-05输煤栈桥结构，包括下部的塔架和上部的输煤栈桥，总高度将近50m，其中塔架部分高将近44m，塔架底部尺寸为20m×15m的四边形，输煤栈桥平面尺寸为5.2m×4m，跨度最大处将近48m。整个结构为一空间桁架结构。二、钢结构方案概述由于整个结构为严重不对称结构，而且高度较高，因此下部铁塔的杆件采用钢管，钢管的迎风系数小，截面回转半径大且各向同性，杆件受压稳定性好、省材。对于上部的栈桥结构，考虑到跨度比较大，而且要与栈桥楼面的主次梁相连接，因此栈桥桁架上弦、下弦和楼面主次梁均采用H型钢；由于外部环境因素的影响，栈桥桁架腹杆和屋面支撑均采用T型钢，这样能够避免腐蚀的影响。为了得出比较好的设计方案，因此对铁塔部分采用了两种不同的结构形式进行比较，下面分别称为方案一（图1）和方案二（图10）。图1方案一图21-1剖面图图32-2剖面图图43-3剖面图图54-4剖面图图65-5剖面图图76-6剖面图图87-7剖面图图10方案2图118-8剖面图图129-9剖面图图1310-10剖面图图1411-11剖面图图1512-12剖面图三、主要计算过程和结果1.结构计算所依据的规范（1）《建筑抗震设计规范》（GB50011-2001）（2）《建筑结构荷载规范》（GB50009-2001（2006版））（3）《钢结构设计规范》（GB50017-2003）（4）《高耸结构设计规范》（GB50135-2006）2.结构模型结构计算所采用的有限元程序为SAP2000，该程序有强大的分析和设计功能，内设有中国《钢结构设计规范》（GB50017-2003），可直接验算钢构件的截面是否满足中国规范的要求。在结构有限元模型的建立过程中，塔柱与基础采用铰接，在塔柱顶部共设置8个（前后各4个）支点和上部桁架相连，这8个支点中，除最右端的2个支点全部铰接，其余6个支点均释放掉沿桁架跨度方向的自由度，使其能够在温度荷载下自由伸缩。桁架最右端与煤厂立柱的连接也采用铰接，但要释放掉沿跨度方向的自由度，避免支座处水平力对立柱的不利影响。塔架部分的主塔柱和桁架部分的上下弦杆、主次梁均采用空间梁单元，其余杆件则均采用两端释放转动约束的杆单元。杆件的截面形式如前面所述，结构空间三维有限元计算模型如图16（方案一）和图17（方案二）所示，结构有限元模型立面视图如图18（方案一）和图19（方案二）所示。图16方案一结构有限元模型三维视图图17方案二结构有限元模型三维视图图18方案一结构有限元模型立面视图图19方案二结构有限元模型立面视图3.荷载取值和荷载组合根据《建筑结构荷载规范》，该结构主要应考虑以下荷载和作用：1.永久荷载结构自重——按钢材重度为78.5kN/m3计算；栈桥楼面恒载——4.5kN/m2；栈桥两边侧墙恒载——4.0kN/m2；栈桥两边附加恒载——2.5kN/m2；栈桥屋面恒载——1.0kN/m2；2.可变荷载⑴栈桥楼面工艺活荷载——8.0kN/m2；⑵栈桥楼面工艺活荷载——8.0kN/m2；⑶栈桥屋面雪荷载——0.65kN/m2；⑷风荷载风压计算标准值根据公式（1）进行计算，地面粗糙类别为B类，0wwzszk（1）wk——基本风压，取0.45kN/m2；μz——风压高度变化系数，根据《建筑结构荷载规范》中表7.2.1得到；μs——风荷载体形系数，根据《建筑结构荷载规范》中表7.3.1中第34项计算；βz——高度Z处的风振系数，按《高耸结构设计规范》4.2.9计算。⑸地震作用地震烈度：7度；基本地震加速度：0.1g；设计地震分组：第一组；建筑场地土类别：Ⅲ类。根据《高耸结构设计规范》4.4.2的规定，应同时考虑两个主轴方向的水平地震作用和竖向地震作用，由于刚度和质量分布不均匀，还应该考虑双向水平地震作用下的扭转影响。⑹温度作用考虑±25°的温度作用。3．结构荷载组合结构计算中所取的荷载和其编号如下，承载力极限状态计算所取的荷载组合见表1所示，正常实用极限状态计算所取的荷载组合见表2所示。D——恒载L——活荷载Wx——X方向的风荷载；Wy——Y方向的风荷载Ex——X方向的地震作用；Ey——Y方向的地震作用Ez——Z方向的地震作用T——温度作用表1承载力极限状态计算中所取的荷载组合DLWxWyExEyEzTDL1.21.4000000DLWxT1.21.40.8400001.0DLWyT1.21.400.840001.0DLWxT1.20.981.400001.0DLWyT1.20.9801.40001.0DLWx1.350.980.8400000DLWy1.350.9800.840000DLWxT1.350.980.8400001.0DLWyT1.350.9800.840001.0DLExWx1.21.20.2801.3000DLEyWy1.21.200.2801.300DLExWy1.21.200.281.3000DLEyWx1.21.20.28001.300DLExEzWx1.21.20.2801.300.50DLEyEzWy1.21.200.2801.30.50DLExEzWy1.21.200.281.300.50DLEyEzWx1.21.20.28001.30.50DLEzWx1.21.20.280001.30DLEzWy1.21.200.28001.30表2正常使用极限状态计算中所取的荷载组合DLWxWyExEyEzDL1.01.000000DLWx1.01.00.60000DLWy1.01.000.6000DLWx1.00.71.00000DLWy1.00.701.0000DLExWx1.00.70.201.000DLEyWy1.00.700.201.00DLExWy1.00.700.21.000DLEyWx1.00.70.2001.00DLEzWx1.00.70.20001.0DLEzWy1.00.700.2001.04.主要计算结果（1）结构整体变形情况由于该结构的主要荷载是风荷载和地震荷载，该荷载工况在所有的荷载组合中起了绝对的控制作用。方案一：在以风荷载为主的标准组合作用下，最大水平位移为75mm，位于上部桁架结构的最右端，最大水平位移与结构高度的比值75/48694=1/649＜1/75；在以地震荷载为主的标准组合作用下，最大水平位移为68mm，位于上部桁架结构的最右端，最大水平位移与结构高度的比值68/48694=1716＜1/100，均满足《高耸结构设计规范》3.0.10的规定。在永久和可变荷载标准值作用下，上部桁架结构跨中最大挠度为118mm，最大挠度与结构跨度的比值118/47512=1/403＜1/400；在可变荷载标准值作用下跨中最大挠度为57mm，最大挠度与结构跨度的比值57/47512=1/834＜1/500，均满足《钢结构设计规范》附A.1.1的规定。方案二：在以风荷载为主的标准组合作用下，最大水平位移为75mm，位于上部桁架结构的最右端，最大水平位移与结构高度的比值75/48694=1/649＜1/75；在以地震荷载为主的标准组合作用下，最大水平位移为68mm，位于上部桁架结构的最右端，最大水平位移与结构高度的比值68/48694=1/716＜1/100，均满足《高耸结构设计规范》3.0.10的规定。在永久和可变荷载标准值作用下，上部桁架结构跨中最大挠度为118mm，最大挠度与结构跨度的比值118/47512=1/403＜1/400；在可变荷载标准值作用下跨中最大挠度为58mm，最大挠度与结构跨度的比值58/47512=1/819＜1/500，均满足《钢结构设计规范》附A.1.1的规定。（2）结构内力的传递情况由于整个结构构件主要承受轴力，取塔柱所承受最大轴向荷载的组合进行分析。根据计算，在恒载+活载+风荷载+温度荷载（1.2D+1.4L-0.84Wy-1.0T）组合下，两个方案的轴力图分别如图20（方案一）和图21（方案二）所示。由图我们还可以看出轴力的传递路径，两个方案的轴力基本上是沿着主塔柱进行传递的。图20方案一在DLWyT荷载组合下的轴力示意图图21方案二在DLWyT荷载组合下的轴力示意图（3）塔柱的内力分布情况及截面选择图22方案一在DLWyT荷载组合下塔柱杆件轴力示意图图23方案一塔柱杆件编号表3方案一塔柱杆件内力及截面类型杆件编号截面轴压力（KN）截面类型（Q345）杆件编号截面轴压力（KN）截面类型（Q345）12953.547Ф325×16122408.828Ф273×1622583.512Ф325×16132053.318Ф273×1632194.938Ф299×16141728.660Ф273×1641992.567Ф299×16151496.995Ф273×165617.410Ф219×14161372.972Ф245×166448.928Ф219×14171266.702Ф245×16785.217Ф219×14182120.873Ф245×1682045.928Ф273×1619840.939Ф203×1091922.685Ф273×1620638.507Ф203×10101764.630Ф273×1621430.765Ф203×10111632.968Ф273×16图24方案二在DLWyT荷载组合下塔柱杆件轴力示意图图25方案二塔柱杆件编号表4方案二塔柱杆件内力及截面类型杆件编号截面轴压力（KN）截面类型（Q345）杆件编号截面轴压力（KN）截面类型（Q345）12895.155Ф325×16101581.429Ф299×1622397.862Ф325×16111906.393Ф245×1532115.937Ф325×16121444.695Ф245×1442217.112Ф325×16131227.614Ф245×145161.285Ф203×14141305.009Ф245×146138.433Ф203×1415818.054Ф219×14720.268Ф203×1416797.622Ф219×1481824.952Ф299×1617710.980Ф219×1491794.298Ф299×1618502.749Ф194×14（4）上部栈桥桁架的主要杆件截面选择上部栈桥桁架结构主要杆件编号如图26所示，截面类型如表5所示。图26上下弦杆编号表5上下弦杆内力及截面类型杆件编号截面类型（Q345）杆件编号截面类型（Q345）1HW400×400×13×214HW400×400×13×212HW400×400×13×21楼面主梁HW400×400×13×213HW400×400×13×21楼面次梁HW300×300×10×15（5）结构支座反力结构支座编号如图27所示，支座反力列表如表6所示，表中列出了支座三个方向的反力。图27结构支座编号图表6DLWyT荷载下两个方案的支座反力比较方案一方案二支座编号X向反力（KN）Y向反力（KN）Z向反力（KN）X向反力（KN）Y向反力（KN）Z向反力（KN）10.27749.992379.73143.79767.432139.32216.48-433.911620.12117.10-474.621463.163-17.24889.572910.24-172.351047.413118.0640.49-625.202210.10-88.54-758.352342.9450-1313.211460.960-1313.771462.02601327.801430.4101326.941434.12（6）结构主要构件的截面验算在计算程序中计算得到各个杆件的内力，根据《钢结构设计规范》（GB50017-2003）的规定，由程序对所有的钢构件按下面的公式进行承载力极限状态的验算。承受轴向拉力作用的杆件，其承载力按下式验算：/NAf承受轴向压力作用的杆件，其承载力按下式验算：/()NAf其中，为压杆稳定系数。双向压弯构件，其稳定验算公式为：/11(10.8/)tyymx