沿海地区30年龄期螺栓球网架加固技术研究（1）

近年来，城市化进程持续快速发展，导致对大跨度和大空间建筑的需求急剧增加，如图书馆、展览馆和体育馆等。钢结构凭借其高强度、良好的韧性、轻质自重、出色的抗震性能及高度的装配化程度等，受到了广泛的发展和应用。螺栓球网架结构作为钢结构的一种特殊形式，其施工过程要求高度精确，并且面临着复杂多变的受力条件。由于这些复杂性因素，长时间使用的球网架结构通常需要进行结构加固。

位于沿海地区的某电厂，由于气候湿度较高，其拥有30年历史的干煤棚结构经长时间使用后，出现了结构锈蚀问题，需进行结构加固。本研究以这一实际案例为基础，旨在总结螺栓球网架结构加固技术的施工方法。

1 工程概况

某电厂位于沿海地区，常受到台风天气影响。该发电厂总装机容量530万kW，其煤场为条形煤场，堆煤高12m，长254?m，宽208m，初设容纳堆煤总量18万t。

煤场布局采用了并行的条形煤场形式，南北两侧分别设置了输煤转运站和煤泥沉淀池，同时周围环绕着环形消防通道。在煤场内，建立了一座网壳形式的钢结构干煤棚（图1），其长度为88m，跨度达103.5m。该干煤棚的两端利用现有的防风抑尘墙作为封闭设施，以存储和保护煤炭。螺栓球网架煤棚是一种用于存储煤炭和其他散装物料的结构，具有较大的跨度和承载能力。该煤棚采用斜放四角锥形双层筒网壳结构，已经投入使用30年以上，但由于结构老化严重，迫切需要进行维修和加固。

（a）  

（b）

图1 原干煤棚

（a）远景；（b）近景

2 干煤棚加固条件与技术要求

2.1 加固条件

干煤棚为斜放四角锥形双层筒网壳（图2），网架展开平面尺寸为139.2m×88m，柱距为4m，跨度为103.5m。网架杆件尺寸为A75mm×3.75mm、A89mm×4.00mm、A114mm×4.00mm、A140mm× 4.00mm、A159mm×6.00mm、A159mm×7.00mm、A159mm×8.00mm、A219mm×14.00mm、A273mm× 15.00mm，材料采用Q235级钢；节点多为螺栓球节点，底部下弦支座处及部分上弦支座处为焊接球节点，节点球直径为150mm、650mm等，材料采用 GB/T699—1999《优质碳素结构钢》规定的45号钢，即抗拉强度不小于355N/mm ² 的要求；主檩条采用C16a型钢，截面尺寸为160mm×63mm×6.5mm，次檩条为薄壁Z形钢，截面尺寸为140mm×50mm× 20mm×3.0mm，檩条布置节点均采用焊接。网架基础采用桩基础，桩位450mm×450mm混凝土预制方桩，网架支座采用弹簧支座。

图2 干煤棚杆件

由于本次煤棚两侧支座附近构件受损严重，对煤棚安全构成了很大隐患，更换和加固时须采取胎架支撑，防止煤棚网架出现垮塌。

原干煤棚钢结构大修理主要工作：（1）支座全部更换；（2）支座附近杆件加固维修；（3）超应力杆件全部更换或加固处理；（4）局部混凝土基础需加固处理；（5）增加气楼和马道对原煤棚网架的影响进行计算，对超应力构件进行更换。

在加固前，先对网架的风荷载情况进行有限元模拟。网架在维修过程的基本风压取0.35kN/m ² ，屋面不考虑雪荷载及可变荷载，其他条件不变。

在不同的荷载组合下，结构的计算结果如图3所示。杆件最大应力为–173~145N/mm ² ，结构安全。

图3 网架维修过程风荷载

2.2 技术要求

螺栓球网架干煤棚钢结构大修理首先是煤棚钢网架扩建工作，扩建干煤棚结构形式、外形尺寸同原煤棚，扩建至现有防风抑尘墙处，扩建干煤棚两端均利用现有的防风抑尘墙作为封闭设施，包括但不限于干煤棚所有混凝土基础、钢结构网壳制作安装施工，包括二次设计、钢网壳加工、制作、安装（涂装和油漆）檩条、压型钢板屋面安装、采光带安装、照明灯具、避雷安装等。

本次原干煤棚钢结构大修理工作，需完成干煤棚全部建筑结构的二次设计、制作、供货、安装、二次灌浆及相关的技术服务、必要的试验、验收、最终交付和售后服务。

结构设计使用年限按50年。永久荷载：屋面板0.3kN/m ² ；下弦马道1.0kN/m ² 。可变荷载：屋面板0.5kN/m ² ，考虑半跨可变荷载的不利布置；下弦马道2.0kN/m ² 。温度荷载：按结构的使用温度在安装温度的–30~30℃考虑。

钢网架所有构件（包括螺栓球、杆件、高强螺栓、支座等）均应在工厂内制作，并应有出厂合格证及检验记录，钢球及螺栓的螺纹加工由网架厂按国家现行标准加工，但均应满足网架设计及施工阶段受力，变形等要求。钢球应打上工号，所有焊件应有焊工编号。