长城窝堡矿井副井井塔设计

长城窝堡矿井副井井塔设计
作者：樊利伟
来源：《城市建设理论研究》2013年第03期
摘要：本文通过对长城窝堡矿井副井井塔的分析，对副井井塔在结构选型、平面布置、竖向布置及结构计算中需要注意的事项进行了探讨。

关键词：副井井塔；建筑布置；结构计算；基础设计
中图分类号：S611 文献标识码：A 文章编号：
引言
井塔是矿井地面工业建筑中的主要生产性构筑物之一 ,它处在连接矿井上下通道的关键生产环节上，以其占有显著地位而引人注目。

因此，对副井井塔的设计必须予以高度的重视。

应精心设计，周密考虑，合理选用结构形式和建筑材料，做到合理布局，安全适用，技术先进，经济合理，美观大方。

1 工程概况
本工程为铁法煤业（集团）有限责任公司长城窝堡矿井副井井塔, 井塔平面为矩形，其平面尺寸18.0x18.5 m, 提升机大厅平面尺寸也是18.0x18.5m,提升机大厅标高49.0m，井塔全高63.5m。

建筑主体结构型式为钢筋混凝土外箱内框结构，屋面为井字梁屋盖结构。

提升机型号JKM-4.5×4(Ⅲ)型，提升容器为一宽一窄双层罐笼。

井筒内径7.0m，冻结法施工，冻结深度80.0m。

本地区地震设防烈度：6度，设计基本地震加速度：0.05g。

基本风压： 0 . 55 kN /m2, 基本雪压：0.40 kN /m2,地面粗糙类别 B类。

2 副井井塔的结构型式
井塔塔身的结构选型受平面布局、塔身高度、工艺布置、矿井通风方式、自然气候条件、地震烈度、地质水文条件、使用年限、材料供应、施工技术及施工工期等诸多方面因素的影响。

所以在井塔结构设计中必须综合诸方面的因素加以分析, 选用与具体实际相适应的结构和塔身形式。

目前, 国内外的井塔平面形式有圆形、矩形、多边形等。

按建筑材料及施工方式分有砌体结构、整体浇筑钢筋混凝土结构、钢筋混凝土装配式、钢结构等形式；按承重方式分有框架、桁架、圆筒形、箱形及箱框形 (外箱内框 )等形式。

目前在国内，绝大部分已建成的副井井塔都是采用钢筋混凝土结构（箱形、箱框形、圆筒形、框架等），并用滑升模板施工。

本次井塔设计采用的是钢筋混凝土外箱内框的结构形式，与其它结构井塔相比，有以下特点：
(1) 钢筋混凝土箱框形结构承载能力强，刚度大，有良好延性和抗震能力，结构的安全度较高，一般情况下对地基不均匀沉降的适应性比较强。

(2) 与钢结构井塔相比可节约大量的钢材，造价低，维护费用低廉而耐久性好。

(3) 与钢筋混凝土框架结构井塔相比，刚度大而经济指标相差无几，混凝土、钢材用量、造价基本接近；箱型壁板既是承重结构又是围护结构，设计与节点构造相对简单。

(4) 有利于滑模施工，可连续浇筑混凝土，模板可重复利用，施工速度快，工期可大大缩短，经济合理。

3 副井井塔的平面布置
与副井井塔平面、竖向布置有关的专业主要是机械（罐道系统、进出车的操车设备）、矿电（多绳提升机、电机，电控）、矿井专业（井筒），它们决定着井塔中间的柱位置及建筑外部尺寸，在满足工艺要求的前提下，应尽可能缩小井塔外部尺寸，减少投资。

3.1 提升机大厅的布置
提升机大厅的布置是整个井塔平面布置中的重点，涉及到提升机、电机、电控等大型设备。

在给大型设备留出一定的检修空间和人行通道的原则下，设备的预留螺栓孔位置一定不能与四个内框架柱位置相冲突，否则难以施工、安装。

各设备基础的高度不同也应仔细设计，校对，确保与各相关专业资料一致。

3.2 井口平面层的布置
井塔底层为井口平面层，也是副井井口房的一部分。

采用一宽一窄双罐笼提升。

设有操车设备，在进车侧为推车机，在出车侧为阻车器。

在本层布置时一定应考虑四个内框架柱避开井壁。

3.3 人行走廊夹层布置
从灯房浴室进出副井井塔的走廊宽度一般不应小于3.000m，以保证上下井人员顺利通行。

本井塔是双层罐笼同时进出，因此在井塔内要增设夹层平面，与上下罐笼的钢平台相接，在塔壁相应位置处开设走廊入口。

3.4 其它各层平面布置
提升机大厅层下面是导向轮层，要考虑导向轮的运行和安装。

为方便工作人员，本层还会布置卫生间。

井塔其它各楼层内大部分为电气设备及电缆孔洞预留。

各层平面布置中还应考虑
安装孔、电梯井、楼梯间的布置。

在二层布置时应特别注意的是应留出换罐笼的孔洞，局部不设框架梁。

4 副井井塔竖向布置
井塔竖向布置首先要确定的是井塔高度。

井塔的底层防撞梁层、导向轮层、提升机大厅的高度应分别由机械专业、矿电专业提供详细的数据资料，在满足上述工艺设计要求的前提下，其余各层标高可根据经验确定，尽量做到均匀合理。

5 副井井塔的结构计算
井塔的结构计算按高层钢筋混凝土框架剪力墙结构计算。

对塔身总体计算和提升机大梁、防撞梁及提升机大厅、导向轮层的梁、板计算应分别采用不同的荷载组合。

根据不同荷载工况组合的计算结果相结合，得出井塔合理、安全、经济的配筋。

5.1井塔塔身总体计算时考虑正常提升荷载、永久荷载、风荷载、地震荷载。

本工程抗震设防烈度是6度，因此地震作用也可不参与计算。

但抗震措施应按七度考虑。

楼面均布活荷载的标准值取4.0KN/m2[1]。

5.2计算提升机大梁和其支承的框架梁时，荷载应取单侧（4根）钢丝绳破断力的1.5倍，本层楼面设计时，安装、检修区活载标准值取20KN/m2[1]，此时相邻楼面均布活荷载的标准值取2.0KN/m2 。

5.3计算防撞梁时，荷载应取一侧罐笼向上撞击防撞梁的力，该荷载为4倍钢丝绳最大静张力。

5.4 计算导向轮层梁板时，楼面均布活荷载的标准值取
6.0KN/ m2[1]。

5.5 本工程套架自成系统与井塔脱离，所以井塔设计时不必考虑罐道缓冲系统及防壁器等荷载。

6 副井井塔的基础设计
副井井塔的基础方案应根据井塔结构特征、地震烈度、工程地质及水文地质情况、荷载大小等，通过综合的方案比较，予以确定。

目前在国内,一般采用钢筋混凝土箱形基础、筏式基础和桩基础，利用井筒的倒锥台基础适用于小型井塔。

根据《铁法煤业（集团）有限责任公司长城窝堡矿井工业场地岩土工程勘察报告》本工程地基承载力较低且地下水位较高，故本次设计采用的是桩筏基础，桩型采用钢筋混凝土钻孔灌注桩，桩径为∅800，桩端持力层为泥岩。

单桩竖向承载力特征值≥2050KN，总桩数84根。

7 设计副井井塔的几点体会
(1) 在副井井塔的设计过程中，工艺工程师与结构工程师的配合至关重要，一部优秀设计往往是各专业密切配合的结果。

(2) 一个合格的建筑结构工程师应当在充分了解工艺中各种设备性能的基础上，把结构尽量布置得简单明了，传力明确，在安全的前提下做到经济合理，尽可能的为“业主”降低成本，为施工创造方便条件。

(3) 井塔在矿井工业场地内是标志性建筑物之一，故立面造型的设计也应予以重视。

参考文献:
[1] GB 50215 -2005,煤炭工业矿井设计规范 [S]1
[2] JGJ 94 -2008,建筑桩基技术规范[S]
[3] 冯荣杰，多绳提升机井塔设计，煤炭工工业出版社。