钢铁企业料场封闭建筑结构设计及工程实例

钢铁企业料场封闭建筑结构设计及工程实例

北京首钢国际工程技术有限公司 张渊 一.前言

露天堆场造成扬尘污染现已成为原料生产、运输、贮存过程中无组织排放的主要污染源。扬尘污染不但造成大量的物料流失和巨大的经济损失，而且会对环境产生巨大影响。以往最简单的办法就是“覆盖法”，即采用大面积的塑料网布将料场原料进行覆盖，再配合防风抑尘网进行隔离。这种办法成本相对较低，操作起来难度较小，但是在环境保护要求日趋严格的今天，已达不到最新的环保标准，且其受天气条件影响较大，不能100％的抑制扬尘，而且原料容易受到雨水浸蚀，影响使用质量。封闭式料场则可以实现原料的全封闭式储存和输送，能够彻底杜绝料场扬尘现象，既能有效减少对周边环境的污染，同时具有单位面积贮量大、物料损失小且易于物料分类堆存的特点，比传统的防风抑尘网更具推广优势。

二.料场封闭的意义

根据相关研究，通过优化料场结构及堆存方式，封闭式料场在相同储料能力的条件下，占地面积仅相当于原露料场的1/3~1/2，可以大大提高场地利用率。料场封闭后还可以减少向大气中无组织排放的物料，根据相关企业的经验，封闭料场可比露天料场减少的排放量为物料的千分之2到4，因此料场封闭后，每年向大气中排放的物料量可大大减少，同时也可将这部分物料作为宝贵的资源进行利用。此外，料场封闭后，避免物料受雨淋，有效控制物料中的水分，减少物料随雨水的流失。以焦化为例，每降低1%的水分可以缩短结焦时间为0.5%～1.0%，据此可以增加每天的出焦孔数，增加焦炭产量，同时由于入炉煤水分的降低，可以降低炼焦耗热量，每降低1%的水分可以节省41.8～83.6MJ/t煤的能源。

三.封闭料场的建筑设计

近些年来，随着小高炉，小烧结机的淘汰，带来钢铁厂料场越来越大，同时其厂料场的跨度也越来越大。因此现代钢铁料场具有储量多，空间大的特点。为了满足存储和作业空间，料场封闭结构主要结构形式为大跨的网架、网壳结构。其建筑设计具有以下特点： 1.封闭料场的屋面

封闭料场结构屋面板一般宜选用具有轻质、高强、耐久，及防水等性能的轻型屋面板，但对保温、隔声等性能并不做要求，同时要求材料构造简单，施工方便，并能工业化生产。目前使用最多的是压型钢板。一般为热镀锌钢板或彩色镀锌钢板，经过辊压冷弯成各种波形，具有轻质、高强、美观、耐用、施工简便、抗震、防火等特点。压型钢板根据波高可分为高波板（波高＞70mm）和低波板（波高≤70mm）。根据板型连接方式不同可以分为搭接、咬边和卡扣连接。目前压型钢板的加工和安装已经标准化、工程化、装配化，其中最大允许檩距可根据板型、支撑条件、荷载及芯板厚度，由产品规格中选用。

2.封闭料场采光

采光可分为人工采光和自然采光。人工采光一般在料场内设置灯具；自然采光可以采用屋面采光带，即屋面上铺设可以透光的采光板进行采光。一般料场自然环境较差，灰尘大，因此采光带一般容易积灰，进而影响采光效果，因此在选择采光带时应注意采光带的自洁性，如有需要可设置马道，以便于定期清理。

3封闭料场通风

建筑通风分为自然通风和机械通风。由于一般的封闭料场内没有大的热源，聊场内操作人员也较少，因此对通风没有太高的要求，适当设置进风口就能满足厂房内通风换气的要求。所以目前料场常用的方法是采用自然通风，一般不封山墙或者半封山墙，还有是将料场两侧

通长开敞。

4.封闭料场排水

一般的建筑排水方式分为无组织排水和有组织排水。独立的封闭料场一般采用无组织排水。如做双连跨网壳，一般采用有组织排水，这时排水通过内天沟汇集后，经过排水管排到室内排水沟，并通过室内排水沟排出室外并进入室外的雨排水系统。

四.封闭料场的结构设计

料场封闭的主要结构形式有：（1）门式刚架结构；（2）网架结构；（3）双层三心圆网壳结构；（4）张拉整体结构。

其中门式刚架结构是一种平面受力体系，它采用横梁与柱协同工作，使横梁和跨中弯矩和挠度大幅下降，因而使其跨越大空间的能力较简支梁大大增加。但由于其属于平面受力体系，如将其应用于大跨度煤棚，则其用钢量较大，不经济。

近些年来，空间网格结构在干煤棚的建设中被广泛应用，网架和网壳是常用的空间结构形式。从受力性能上，空间网格结构采用大致相同的网格组成空间交汇的杆件体系，承重结构与支撑体系合二为一，从而有效地改变了桁架结构的受力状态。杆件主要承受轴向力，使得材料特性能得到充分的发挥。采用空间网格结构的干煤棚的平均用钢量为30~60kg/m2，比以往采用门式刚架或拱结构的平均用钢量降低了50%以上。此外，空间网架及网壳结构，其空间刚度大，制作安装简便，节点连接采用螺栓球节点，避免大量的现场焊接工作量，其零配件工厂加工，使产品工厂化，确保工程质量，运输和安装方便，可以根据现场实际情况采用散装、分条拼装等安装方法。以上这些优点都是其得以大面推广的原因。

此外有些料场由于场地限制，网壳不能落地，导致传导到柱顶的水平推力大，这时一般采用张拉整体结构。张拉整体结构是由一组互相独立的受压杆与一套连续的受拉索构成的空间结构，它的几何形状和刚度与体系内部的预应力大小直接有关。预应力拉索和撑杆的设置，使网壳拱的作用与拉索形成一种自平衡的结构体系，有效减小了网壳结构在柱顶拱脚的水平推力，并降低了结构的矢高。因此对于不落地的屋盖结构，该体系具有明显的优势，可以大大减小柱截面的大小。

五.典型工程实例

结合自身在钢铁企业原料场工程设计领域的技术优势和经验积累，北京首钢国际工程技术有限公司积累了大跨度料场封闭设计的丰富经验，能够提供网架、三心圆网壳、预应力钢网格及预应力管桁架等大跨度料场封闭技术服务，在满足工艺要求下，设计成品具有能充分利用场地空间、经济指标优越、结构外立面美观、结构安装施工快捷等显著特点。公司先后完成了如迁钢原料系统喷吹煤料场干煤棚、山西长治市瑞达工业园区焦化干煤棚、京唐灰石料场封闭等工程。

5.1 双层三心圆网壳结构 工程实例一：图1，图2为迁钢原料系统喷吹煤料场干煤棚，采用双层三心圆网壳结构。结构沿两纵边支撑，单侧山墙封闭，结构跨度72m，纵向长度376.5m。网壳高39.8m，网壳厚度3.4m，网格尺寸4.0mX4.0m。网壳采用下弦支撑。干煤棚网壳杆件规格：φ60×3.5、φ75.5×3.75、φ88.5×3.75、φ114×3.75、φ140×4、φ159×6、φ159×8、φ219×8、φ219×12,杆件均为Q234-B钢。

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