干煤棚网壳结构极限承载能力分析及其合理设计
某热电厂干煤棚网壳结构设计与施工
某热电厂干煤棚网壳结构设计与施工摘要：本工程为螺栓球节点三心圆柱面网壳结构。
网壳平面尺寸为120m×100m，跨度为120m，网壳上弦矢高为41.6m，网壳厚3.8m。
本文主要介绍了网壳的结构选型、结构设计、网壳累积滑移法施工。
关键词：三心圆柱面网壳结构选型结构设计网壳累积滑移法滑移节点构造前言：工程概况该煤棚采用落地式三心圆双层网壳结构，设计形式为正放四角锥螺栓球网壳，两端开口。
长100m，跨度为120m，上弦矢高为41.6m，厚3.8m，钢管材质选用Q235B，螺栓球选用45号钢锻造，屋面为0.6mm厚镀铝锌压型钢板。
经过几种方案比较，并参考同类工程经验，最终设计滑移方案进行施工。
1 结构选型根据本工程干煤棚工艺要求，该干煤棚净跨度为120m，这就使得该干煤棚网壳外型选择很重要。
经多方案比较，结构外型选用柱面网壳，柱面的横截面形状采用三心圆柱面结构形式，大圆半径为95.2m，小圆半径为36.8m，横截面剖面图如图1所示，这样可以使结构在满足受力要求的情况下，结构表面积最小，以减少屋面板用量，达到节省工程总造价的目的。
由于干煤棚工艺要求纵向两端开口，对于跨度较大的两端开口的三心圆柱面网壳，为了满足结构整体刚度要求，一般采用四角锥柱面网壳[1][2]，而四角锥柱面网壳网格的布置有三种形式，斜放四角锥柱面网壳；正交斜置四角锥柱面网壳；正交正放四角锥柱面网壳。
本工程采用正交正放四角锥柱面网壳时，结构传力相对均匀、明确，而当采用斜放四角锥柱面网壳及正交斜置四角锥柱面网壳时，结构传力将相对向两端四个角部集中，结构的二端将产生较大的支座反力，由此，相应网壳结构的端部应采取加强措施，这样会对网壳支座和结构基础的处理带来困难。
本工程最终采用正交正放四角锥柱面网壳。
2 结构分析与设计2.1 荷载类型[3]结构设计中考虑了结构自重、恒载、活载、风荷载、水平地震作用、温度作用、不均匀沉降作用。
结构自重由计算程序自动计算；恒载计入屋面板及屋面次构件重，取均布面荷载0.2kN/㎡；屋面活荷载取0.5kN/㎡温度取 30°C的温度作用。
干煤棚网架资料
干煤棚网架技资料工程名称：四川福溪电厂2×600MW输煤系统干煤棚网架工程一、主要技术参数：（一）、平面尺寸：跨度96.0米，长度120.0米，网壳水平投影总面积：11520平方米，拱高31.2米。
（二）、网壳结构形式：正方四角锥筒壳，上弦下弦双排支撑。
（三）、荷载：1、网壳荷载：（1）、上弦恒载（标准值）：0.20kN/m²（不含网壳自重）（2）、上弦活载（标准值）：0.35kN/m²；2、基本风载：0.33kN/m²，地面粗糙度类别为B类；风振系数按1.4考虑。
3、基本雪压：0.00 kN/m²4、工程抗震设防烈度为7度，设计基本地震加速度0.10g5、检修廊道荷载：2Km/m；6、设计温度差值：±25°；（四）、主要材料：1、网壳用钢管：高频焊管，选用国家标准《碳素结构钢》（GB700-2006）中的Q235B 钢；2、螺栓球：选用《优质碳素结构钢》（GB699-1999）中的45号钢；3、高强螺栓、销子：≤M24选用《合金结构钢技术条件》（GB3077-1999）中的20Mn TiB 钢或40Cr钢；＞M24以上采用40Cr钢；4、锥头与封板：选用Q235B钢；5、套筒：Q235B（≤M33），45号钢（＞M33）钢锻件；6、檩条：材质Q235B7、屋面板：0.6mm厚820型镀铝锌彩钢板（五）、涂装：1、钢结构在制作前，表面彻底除锈，除锈等级为Sa2.5；2、防腐：网架结构涂层未环氧富锌底漆50μm；改性环氧面漆两遍80μm，底漆总厚度不小于180μm；3、防火：网架防火等级为二级，建筑物耐火极限为1.0h；防火范围为垂直高度网架底部以上5米，防火范围内网架只刷底漆；二、施工工艺：（一）、施工总体顺序构件制作构件运输构件分类网架安装网架涂装檩条安装屋面板安装（二）、工程施工方法流程技术措施及工艺2.2.1网架加工制作本公司从原材料采购到零部件加工、生产直至安装，均严格按照ISO9001-2000质量管理体系实施全过程监控。
干煤棚网壳结构极限承载能力分析及其合理设计
表 ! 各种破坏形式计算结果
工 !#
况
!max / Mpa
"1 / "2 / 破坏 计算荷 mm mm 情况 载工况
1 2" 0 175
148 72 ! = 3 " 工况二
2 4" " 23（5 已有 21 根杆件屈服） 160 77 ! = 5 " 工况二
3 5" 2 " 23（5 已有 9 根杆件屈服） 158 77 ! = 6 " 工况二
Abstract ：This paper performs the uitimate bearing capacity anaiysis on a reticuiated sheii of dry coai shed that has some iocai damages to check the uitimate bearing capacity of the damaged reticuiated sheii with short-term ioad，and gets the uitimate faiiure form that can stiii hoid the short-term ioad. The resuit indicates that safety factor of the reticuiated sheii structure is rather high and that the reticuiated sheii structure is a kind of rationai space structure. Furthermore some advices to improve the design of the reticuiated sheii structure are put forward and can be heipfui to designer. Keywords ：dry coai shed reticuiated sheii uitimate bearing capacity uitimate faiiure form
干煤棚设计分析
网架支座跨向的水平约束应按弹性计算，如果对算得的弹性刚度没有把握，可以通过比较网架的支座水平位移和柱的柱顶位移来平衡，取值应比柱子刚度稍小点，验算柱子时支座反力的水平力要适当放大。
原来见过采用混凝土柱的煤棚结构，其柱子采用H形截面，而且柱顶是单支座的，双支座相比单支座，柱子的弯矩要小一些，支座反力中的水平力是一正一负，施加到柱上应取合力，在你的图中，大约250KN，应该可以接受。
支座可以考虑加埋板，并设抗剪键，埋板可以在两个支座中通长设或设两块然后采用型钢连接，你现在的支座不能承受水平力，可以考虑在外侧支座外增加垂直支座，同时网架计算时应考虑内侧支座水平位移释放的情况，这时两个支座间的杆件要大一些。
经测算你的模型用钢量才26Kg/m2，这种支座处理，相当于将柱子的反弯点调到了柱中部，对网架计算有利，实际要考虑打折扣，网架要适当留有余量；同时网架施工中应注意严格控制跨向两支座间的距离，防止因安装带入较大的初始缺陷。
附支座侧向支点的示意图。
像这样大跨度以及高度的三心圆柱面干煤棚网架，风荷载主要考虑体型系数以及风振系数；严格上说是应该做风洞实验的，如果能找到类似结构的风荷载参数，那也可以作为一种参考。
干煤棚网架，很多时候是落地的，如果按照常规的弹性刚度方法来设置支座弹性刚度值，那么支座反力往往很大，实际上规程上的计算弹性刚度的公式只适用于独立柱，而其他情况，它只是模糊的说了按照等效刚度来代替；实际工程中的条件是千变万化的，只有整体分析才能得出最符合实际的结果，而现在的网架设计往往是网架和下部结构分开计算的，这种设计往往就是误差的根源之一；再者，由于网架设计中常常是满应力优化，大多数杆件的应力往往接近限度的，所以在设计的时候是应在在设计值或者应力比上做一定的安全折减。
对落地的干煤棚网架，过大的支座反力已经不是通常的平板支座能承受的，或者说平板支座已经不合理了，目前大家片面广泛应用平板支座，而对其计算方式以及极限承载力也没有足够的认识，通过适当的位移释放以及选用合适的支座才是合适的方法。
重庆合川双槐电厂干煤棚网壳结构设计
网壳 比选用传统 的平板网架结构形式更合理、 经济。
此外 ， 曲 面形对结 构 的受 力 性 能ห้องสมุดไป่ตู้和经 济 性 （ 耗钢量 ）
都 有较 大影 响 。该工 程原 可 以采用 圆柱面 或三 心 圆
柱 面 网壳形 式 ， 但是， 就 二 者 比较 而 言 ， 三心 圆柱 面
网壳可以在很大程度上提高建 筑空间利用率 ， 若采 用三心圆柱面网壳 ， 则结构顶 部标高为 ２ ４ ． ８ ０ ｍ就 可 以满足作业空间的要求 。若采用 圆柱面 网壳 ， 当 结构顶部标高为 ２ ４ ． ８ ０ ｍ时 ， 结构下弦位 于工艺界 线 以内， 影响斗轮机作业 ， 若使其满足作业空间的要 求， 其结构顶部标高必须提高 ３ ０ ％以上。所 以， 该工 程采用三心圆柱网壳 （ 大小圆半径 分别为 ７ ７ ． ３ ０ ｍ
行 多方 案 比较 ， 对 大跨 网壳 支 座 设计 及 施 工 方 法 进
构整体刚度的要求 ， 一般采用 四角锥柱面网壳 ， 其布 置有 ３ 种形式 ： 斜放四角锥柱面网壳 、 正交斜置 四角 锥柱面网壳 、 正放四角锥柱面 网壳。这 ３种形式的 四角锥柱面网壳在大跨度干煤棚网壳结构中均有应 用 。 由于该 工程 考 虑 到施 工 和 受 力 性 能 等 因素 ， 干
煤棚 纵 向长 度相 对 于 横 向跨 度 偏 小 ， 为 了增 加 结 构 的整体纵 向刚度 ， 将结构连成整体 ， 使 其 共 同 工作 ， 网壳 基本 单元 采用 了受力 均匀 且空 间 刚度较 大 的正 放 四角锥 形 式 ， 如 果 采 用 斜 放 四 角锥 柱 面 网壳 或 正
文章编号 ： １ ０ ０ ９—９ ４ ４ １ （ ２ ０ １ ４） ０ １— ０ ０ ４ ９— ０ ３
108米跨度干煤棚三心圆柱面网壳研究与设计说明
都控制一批杆件的最大内力。
所以，只考虑一种风荷载方向进行设计的方法不够全面。
(b)75°和60°?45°和30°(d)15°图7 不同风向角的风荷载作用下上弦平面杆件内力分布展开图(b)75°和60°?45°和30°(d)15°图8 不同风向角的风荷载作用下上弦平面节点位移展开图的问题及改进技术措施的问题于大面积的堆载，容易造成网壳支座的沉降和向外滑移，由此产生附加内力，对支座附近的节点和杆件有一定的影响。
煤中含有大量的腐蚀性物质，钢材与这些腐蚀介质发生电化学反应，产生锈蚀（图9）。
煤堆压住网壳节点和杆件的现象，造成杆件的附加内力，而且会加重构件的锈蚀程度（图10）。
，但是在支座附近会产生较大的附加弯矩和附加内力，螺栓在受拉的同时，还可能承受比较可观的弯矩和剪力。
在以往的工程事故中，螺栓的破坏形式主十分重要的，荷载都通过这些构件传递到支座上。
同时，支座附近容易因为煤压、锈蚀、支座沉降等原因产生损伤。
所以，可以认为支座附近为结构敏感区壳的影响，宜采用单排支承。
建议设置挡煤墙，使煤堆和网壳隔离。
图11 高强螺栓剪断破坏采用热浸锌防腐措施，浸镀厚度≥50µm。
一般情况下可以保证防腐能力达到15年以上。
将支座向上三排网格的腹杆和跨向弦杆应力控制在比较低的水平（可取材料设计强度的0.8倍），同时应适当调高与这些杆件相连高强螺栓的强度等级。
风向角、风力及堆煤情况的变化，风荷载具有随机不确定的特点，导致结构受力情况复杂。
所以进行风洞实验确定体型系数是非常必要的。
80，一般拉杆容许长细比为400，支座附近处为300。
考虑到荷载工况多，结构受力复杂，反弯点的位置不确定，杆件会出现拉压变化，设计时采用的容许。
大跨度干煤棚网壳结构分析与设计
中国科技期刊数据库 工业C2015年18期 121大跨度干煤棚网壳结构分析与设计黄镜成中煤科工集团武汉设计研究院有限公司， 湖北 武汉 430064摘要：本文运用有限元软件MIDAS GEN 基于干煤棚实际工程建立三维模型，重点研究了根据工艺、经济条件、受力合理等因素对结构选型方案的影响，根据干煤棚的使用状况，进行了干煤棚结构在恒载荷、活载荷、雪载荷、风载荷、温度变化等工况下受力及变形情况分析，进而总结得到此类结构在各种工况下的变形规律和特征，得到了不同支承形式下结构支座反力及杆件内力，并对结构优化设计进行了综合考虑，为类似工程的设计与施工积累了经验与参考。
关键词：干煤棚；网壳；分析；设计 中图分类号：TU33 文献标识码：A 文章编号：1671-5810(2015)18-0121-011 前言为了保证火力发电厂发电生产的正常运营，火电厂需要储备相当数量的燃料，因此，用于储存煤炭的干煤棚成为电厂重要的建筑结构[1]。
2 工程概况某发电厂作为当地工业园区重要的基础设施配套项目之一，工程的建设规模为两台300MW 燃煤汽轮发电机组。
发电厂干煤棚内设置斗轮取料机一台，伸臂长35m ，仰角16°，煤场堆煤高度12m 。
根据工艺要求，干煤棚内部净跨度94m ，净矢高不小于36.5m 。
干煤棚纵向长度92m 。
3 结构选型网壳结构的选型要考虑跨度大小、平面尺寸、支承情况、荷载作用方式等因素，有如下几点要求[2]：（1）单层网壳一般适用于小跨度，而对于大于80米的大跨度空间最好选用双层网壳。
（2）网壳周边需要有较大刚度的构件支承，对于纵长型大跨度网壳，需沿两纵边设置支承。
图1 结构截面图4 结构分析与设计 4.1 荷载工况干煤棚承受的主要荷载有静载、活荷载[3-4]，同时由于干煤棚存在大面积堆载，设计时还应考虑支座强迫位移。
该工程地震基本烈度为7度。
综上所述，本干煤棚考虑的荷载参数如下：（1）静荷载上弦0.25kN/m2，下弦0.15 kN/m2，由计算程序自动施加到各节点上。
建筑论文：大跨度干煤棚三心圆柱面网壳结构性能建筑研究
建筑论文：大跨度干煤棚三心圆柱面网壳结构性能建筑研究本文是一篇建筑论文研究，本文以某113m 跨度干煤棚工程为研究对象，采用SAP2000 有限元结构分析软件，对三心圆柱面双层网壳结构进行静力分析、稳定性分析及动力分析，对比不同矢跨比对该结构的受力性能影响，选取了经济合理的小范围矢跨比值，并通过对结构布置加强带进行优化设计，主要得出以下几点结论：（1）三心圆柱面双层网壳结构在静力作用下，结构整体呈下凹趋势，顶部区域的节点竖向位移最大，轴力较大的杆件多集中在网壳肋部区域及支座附近，结构内力分布不均匀。
在跨度一定的条件下，杆件轴力随着矢跨比的增加而逐渐减小，节点位移变化亦是如此，矢跨比越大，结构的整体承载能力及结构整体刚度越好。
（2）结构几何非线性的安全稳定系数与特征值屈曲分析结果相比，降低了7.91%，应对结构进行非线性稳定分析，以得到更为准确的临界荷载值。
在跨度一定的条件下，矢跨比相对较小的三心圆柱面双层网壳结构稳定承载力更好，稳定安全系数及安全储备较大，结构更为安全可靠。
第1 章绪论1.1 研究背景和意义20 世纪初，随着工业革命的爆发，建筑科学技术也有了较快的发展，煤炭作为工业动力的主要来源之一，地位举足轻重，储煤结构自然也受到了人们的关注。
煤炭最初是露天储存的，这种储煤方式极易受到环境的影响，风会把一些比较细小的煤颗粒吹走，下雨、降雪会使裸露在外的煤炭潮湿，这种露天储煤方式不仅会影响煤的质量，污染环境，还会造成煤的损失，据不完全统计，这种损失约占露天储煤总量的5%，所以露天储煤远不如封闭式储煤科学，现在大规模的煤炭储存已经很少采用露天储煤的方式了[1]。
在过去，由于生产力水平比较低，所以封闭的储煤结构最早是以砖结构、木结构、石木混合结构为主，随着电力事业的发展，科学水平的提高，储煤结构在材料和结构形式上都有了很大的进步，逐渐从二维平面结构发展到三维空间结构。
空间结构所承受的荷载及由此产生的内力和位移是三维的，采用合理的曲面结构形式，可更有效抵御外荷载作用，使结构性能和材料强度能很好的发挥出来，同时，空间结构可以提供材料堆积时自然状态的空间，因此，很适合煤炭、石料、沙子等固体材料的储存[2]。
干煤棚柱面网壳结构的设计
3 结构计算模型的选择和比较
双层网壳结构是曲面型的网格结构 , 兼 有杆系结构和薄壳结构的固有特性 , 受力合 理 , 可跨越较大空间 , 是一种性能优越的空 间结构。网壳结构强度分析的方法一般是 采用基于离散化假定的杆系有限元法, 且一 般静力分析均在线弹性范围内进行 , 而不考 虑其材料和几何非线性。双层网壳结构的 力学模型的选择主要取决于杆件端部各自 由度方式上的约束程度, 即杆件与节点的具
[ 1]
。
St ructural Eng ineers 2001; ( 3) 干煤棚柱面网壳结构常用的几何外形 如图 1 所示。在结构几何外形选择时, 一般 是根据实际工程中的主要外荷及其作用的 效应 ( 长期或短期) 以及其他影响因素, 综合 考虑来确定。当结构的几何外形为圆柱面 ( 如图 1( b) ) , 且接近于合理拱轴线时 , 对正 放类网壳结构在均匀分布的屋面恒荷载作 用下 , 结构跨度方向的杆件内力分布比较均 匀, 弯曲对结构的影响较小; 但如果不满足
4Байду номын сангаас
设计方法研究 根据具体情况经过计算而定; 当干煤棚结构 支承于梁时 , 情况同框架柱相似, 需计算支 承刚度。
图3
另一方面, 对于不同形式的支座节点构 造
[ 5]
, 应做恰当 的节点 计算模 型假定。当
结构采用平 板支座时 , 因支 座球焊于 加劲 板 , 加劲板又焊于支座底板, 而支座底板与 预埋件之间紧密相连 , 所以支座节点的转动 变形受到约束, 节点的受力接近于 6 个自由 度刚接节点 , 理想的假定应为刚接点或半刚 接节点 ; 当结构采用板式橡胶支座时, 依靠 橡胶的剪切变形 , 支座节点可有一定的转动 量 , 接近于铰接节点 , 计算时可以假定为 3 个自由度节点; 当结构采用球铰支座或弧形 支座时 , 支座节点允许单个方向或多个方向 的自由转动 , 支座节点或可假定为 5 个自由 度、 4 个自由度或 3 个自由度的理想铰接节 点。
90m×120m干煤棚钢网壳滑移结构设计验算
空 心钢球 的材质为 ｅ ５ 有 ： ３ ，
Ｎｆ ０ ５ ×７ ｆ ｐ ．５ ｃ × ×ｔ ×ｄ×
＝０ ５ ×３ １ ×１ １ ０×５ ０ １ ＝４ ８ ４ Ｎ Ｆ＝５ ０ 。 ．５ ．４ ． ×２ ０ ×２ ５ ０ ． ≥ ６
２０４ １０６ ２０４ １０６
维普资讯
３雾 背 孝
张 平 ：ｍ１ 煤 钢 壳 移 构 计 算 永 等９ ×０ 干 棚 网 滑 结 设 验 ０ ２ ｍ
１支 座反力节点板结构图见图 ５ ） 。
・３ ６・
图 ３ 牵 引力节点耳板结构图
２４ 牵引力节点板 受力计算 ．
１ 牵引力节点二板结构 图见 图 ３ ） 。 ２
收藕 日期 ：０ ６０ －６ ２ ０ －７０
作者筒介 ： 张永平 （９２ ）男 ， １５． ， 高工 ， 陕西省机械施工公司南京 分公司， 江苏 南京 阎爱荣 （９９ ）女 ， １６一 ， 工程师 ， 陕西省机械施工公司南京分公司 ， 江苏 南京
． 轨道 ， 利用钢 网架基础 作 为滑移 机构 承力基 础 ， 架设 钢 网架 滑移 ２３ 滑移牵引支点受力计算 １ 滑移牵引支点结构图 （ 图 ２ 。 ） 见 ） 系统 。
２ 滑 移反 力悬 挑梁 设计 ２ １ 锚 固钢 筋强度 验 算 ．
１受力分 析见 图 １ ） 。
图 ２ 滑移牵引支点结构图
９ ｘ１０ｎ 干煤 棚 钢 网壳滑 移 结 构 设 计 验 算 ０ｍ ２ ｌ
张永 平 阎爱 荣
摘 要： 通过对某 电厂 ９ ０ｍ×１０ｍ 干煤棚钢 网壳滑移结构 的设计 与验算 ， 出网壳采用 两支 点滑移承载 力会 更稳定 、 ２ 得 施工工艺更合理 ， 同时也为类似 工程的施工提供 了参考。 关键词 ： 网壳滑移 ， 反力悬挑粱 ， 固钢 筋， 锚 节点板 巾圈分类号 ： Ｊ５ ３６ 文献标识码 ： Ａ
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图 2 单杆力学模型
在分析时采用线弹性模型进行整体有限元分析，出现屈 服杆件则予以撤除，并以杆件残余承载力作为节点荷载反向 施加于杆件两端节点，然后再进行整体分析，直至结构变成 机构或刚度矩阵出现奇异，此时就可以认为结构达到极限承 载力［2，3］。
表 ! 各种破坏形式计算结果
工 !#
况
!max / Mpa
"1 / "2 / 破坏 计算荷 mm mm 情况 载工况
1 2" 0 175
148 72 ! = 3 " 工况二
2 4" " 23（5 已有 21 根杆件屈服） 160 77 ! = 5 " 工况二
3 5" 2 " 23（5 已有 9 根杆件屈服） 158 77 ! = 6 " 工况二
关键词：干煤棚 网壳 极限承载力 极限破坏形式
ULTIMATE BEARING CAPACITY ANALYSIS OF RETICULATED SHELL OF DRY COAL SHED AND ITS RATIONAL DESIGN
Yan Hui Chen Wuzhen Xiao Zhibin （Coiiege of Civii Engineering and Architecture，Zhejiang University Hangzhou 310027）
4 5" 3 " 23（5 已有 14 根杆件屈服） 159 78 ! = 6 " 工况二
5 7" 23（5 已有 16 根杆件屈服） 160 78 ! = 8 " 工况二
注："1 为 侧 向 位 移；"2 为 跨 中 点 竖 向 位 移；!max 为 杆 件 最 大 应力。
" 设计改进建议 针对目前干煤棚使用中经常出现煤堆压在支座节点上
的情况，在结构选型时应采用适当的结构体型，以避免出现 煤堆压的不利情况。
1）提高支座节点标高（图 6a）。将支座支承于立柱上，网 壳设计成圆柱面壳形式，如此既可满足工艺界面的要求，同 时圆柱面壳的受力亦比较合理。但立柱柱顶水平反力会较 大，立柱需按挡土墙模式进行设计。
a - 提高支座节点坐标；b - 改用圆柱面壳 图 6 两种设计改进方案
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现代钢结构
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干煤棚网壳结构极限承载能力分析 及其合理设计
严 慧 陈武贞 肖志斌
（浙江大学 建筑工程学院 杭州 310027）
摘 要：通过对发生局部破坏的干煤棚网壳结构进行极限承载能力分析，采用短期荷载组合对受损网壳 的极限承载能力进行核算，继而得出结构的极限破坏形式。结果表明，网壳结构具有较高的安全储备，是一 种合理的空间结构。同时提出了一些改进壳体结构设计的建议，可供设计人员参考。
破坏的干煤棚，这种局部破坏的状态在结构修复前只是相对 较短的一段时间，因而不采用原设计荷载，仅考虑在这短期 内可能出现的主要荷载：静载与风载（风压只考虑 3 年重现 期的基本风压）。计算的荷载工况组合为：1）1.2 静载；2）1.0 静载 + 1.4 风载。
a - 湖南某干煤棚整体倒塌；b - 下弦纵向杆件全部发生弯曲；c - 腹杆出现缺口 图 1 工程典型破坏案例
2）将壳体由三心圆柱面壳改为圆柱面壳（图 6b）。在保 持矢高不变的情况下，网壳跨度增大，增加的空间有利于在
支座与煤堆间增设通道，设置挡煤墙及排水沟，将煤堆与支 座隔离。而且壳体的几何形态及受力性能可以得到合理的 调整与改善，因 此 结 构 的 用 钢 量 反 而 会 降 低［6］，不 过 支 座 的 水平反力明显增大，同时占地面积大，要求有充裕的空间。
1概述 目前，国内火电厂所使用的干煤棚大都为三心圆柱面双
层网壳。这种结构两端开口、两侧边落地支承，结构外形比 较贴近工艺界面，能较好地适应工艺要求。同时用钢量亦较 低，一般在 40 ~ 60kg/m2 ，经济效益好。但在使用过程中也出 现了一些问题，主要是堆煤失控，超出设计堆煤区范围，甚至 堆到支座部位。支座与杆件长期受到煤堆挤压，易使支座附 近的杆件严重腐蚀；铲运不规范，杆件受到铲运机械的撞击， 严重时出现部分杆件断裂。由于以上种种原因出现杆件破 坏，影响到结构的安全使用。其中比较严重的如 2000 年湖 南某干煤棚在使用 5 年后发生整体倒塌事故［1（］ 图 1a）。事 后调查发现此结构在当年安装时即因违反操作规程施工致 使支座产生滑移，后虽经检修复位，却使一些伸入节点的高 强度螺栓受损而出现裂纹，在使用过程中又将煤长期堆压在 支座节点与杆件上，经挖掘发现不少杆件早已锈蚀而脱离节 点，如此“病态”网壳还能够支撑 5 年已属不易。江西某电厂 干煤棚因堆煤失控致使大量杆件为煤堆所压（图 1b），经挖开 发现两侧落地处有 80 多根杆件出现不同程度的破坏，有的
图 4。 当 ! = 0，" = 2 #（ # 为纵向网格尺寸）时，在计算荷载作
用下，结构并未有杆件出现屈服，杆件最大应力为 175MPa，侧 向位移 148mm，竖向位移 72mm，也就是说结构在这种情况下 仍有承载能力。在此种情况下若增大 "，则结构将屈服破 坏，如当 " = 3 # 时，拱脚竖向上弦杆开始屈服，并随之达到
极限状态，结构破坏。 当 ! = #，" = 4 # 时，在计算荷载作用下，结构已有杆件
出现屈服，侧向位移 160mm，竖向位移 77mm，即结构此时仍 能承载；但当 " = 5 # 时，结构由拱脚杆件开始屈服，而后跨 中压杆屈服，并随之达到极限状态，结构破坏。
当 ! = 2 #，" = 5 # 时，在计算荷载作用下，结构已有杆件 出现屈服，侧向位移 158mm，竖向位移 77mm，即结构此时仍 能承载；但当 " = 6 # 时，结构由拱脚杆件开始屈服，而后跨 中压杆屈服，并随之达到极限状态，结构破坏。
第一作者：严 慧 男 1935 年 10 月出生 教授 收稿日期：2003 - 09 - 20
50 Industriai Construction Voi.34，No.2，2004
工业建筑 2004 年第 34 卷第 2 期
坏，达到极限荷载。 在干煤棚网壳结构的实际使用过程中一般是支座处的
杆件由于各种原因首先破坏，因而为模拟实际中结构构件的 破坏次序，有计划地从支座处撤除杆件，找出结构破坏时的 形态。对于分析中所考虑的荷载，由于分析对象是部分杆件
2 分析方法与思路 干煤棚网壳结构在局部杆件出现破坏之后还能继续承
载，也就是说，在撤除掉某些杆件之后结构仍有承受荷载的 潜力，这是因为网壳结构是高次超静定结构，在某些杆件或 者某些支座约束发生破坏后并不会立即由结构转化为机构， 此时所承受的实际荷载远小于设计荷载，为此我们试图分析 网壳结构在实际荷载作用下撤除多少杆件后会接近整体破
图 设计一般采用线弹性有限元方法进行应力分
析，通过控制杆件的应力水平来保证结构的安全储备。设计
中采用满应力分析，充分利用杆件的应力强度，杆件应力水
平较高，而杆件的应力储备较小。
某干煤棚［4］为等 厚 度 正 放 四 角 锥 三 心 圆 柱 面 双 层 网 壳
（图 3），跨度 87.00m，纵向长 84.00m，高 31.48m，结构横向两
mm
kN
（kg·m - 2 ）
竖向 侧向 竖向 侧向 纵向
支座不均匀 沉降对结构
最大应力 的影响/
正交正放四 17 . 66 角锥网壳
38 14 137 220 10 26 .（7 增大）
正交斜置四 23 . 5 角锥网壳
97 32 470 905 490 （1 增大）
从表 2 可以看出，正交正放四角锥网壳结构受力比较均 匀，空间刚度较好，在支座出现变位时结构反应很敏感，内力 变化很大［8］。而正交斜置四角锥网壳则整体刚度较差，用钢 量大，结构内力分布不均匀，在支座处最明显；支座反力分布 亦非常不均匀，边支座最大，如侧向反力达 905kN，其他一般 在 150 ~ 300kN 之间；同时由于其整体刚度差，对支座变位不 敏感。
高强度螺栓已受损断裂，有的杆件出现严重弯曲，还有一根 腹杆疑为被外力撞击而出现一条缺口（图 1c），严重影响到网 壳的安全使用。但同时我们也看到这些局部杆件发生破坏 的网壳结构一般情况下仍能继续承受荷载，而没有立即出现 整体倒塌破 坏，说 明 网 壳 结 构 的 结 构 安 全 储 备 还 是 比 较 高 的。本文就网壳结构的极限承载能力及其破坏形态进行进 一步的分析研究，并提出一些改进设计的建议，以供干煤棚 工程设计参考。
Abstract ：This paper performs the uitimate bearing capacity anaiysis on a reticuiated sheii of dry coai shed that has some iocai damages to check the uitimate bearing capacity of the damaged reticuiated sheii with short-term ioad，and gets the uitimate faiiure form that can stiii hoid the short-term ioad. The resuit indicates that safety factor of the reticuiated sheii structure is rather high and that the reticuiated sheii structure is a kind of rationai space structure. Furthermore some advices to improve the design of the reticuiated sheii structure are put forward and can be heipfui to designer. Keywords ：dry coai shed reticuiated sheii uitimate bearing capacity uitimate faiiure form