序論：好文章的創(chuàng)作是一個(gè)不斷探索和完善的過程，我們?yōu)槟扑]一篇輕鋼結(jié)構(gòu)在煤礦地面建筑中的運(yùn)用范例，希望它們能助您一臂之力，提升您的閱讀品質(zhì)，帶來更深刻的閱讀感受。

輕鋼結(jié)構(gòu)是采用軋制或焊接鋼材為主要承重結(jié)構(gòu)，以薄壁型鋼做檁條，以輕質(zhì)墻體為圍護(hù)結(jié)構(gòu)的新型結(jié)構(gòu)體系。具有建筑空間布置靈活、抗震性能好、協(xié)調(diào)變形能力強(qiáng)、結(jié)構(gòu)安全度高、便于工廠化加工、施工周期短等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于煤礦地面建筑。而鋼材、跨度、柱距、檐口高度以及有無吊車等，這些因素對(duì)輕結(jié)構(gòu)的使用、安全和造價(jià)都有很大影響。下面就輕鋼結(jié)構(gòu)在煤礦地面建筑的合理設(shè)計(jì)進(jìn)行簡(jiǎn)要探討。

1煤礦地面建筑的特點(diǎn)

煤礦地面建筑生產(chǎn)區(qū)的大多數(shù)建筑物都具有層數(shù)底、跨度大、吊車噸位較小（20t以下）等特點(diǎn)，如做成傳統(tǒng)的混凝土結(jié)構(gòu)會(huì)存在結(jié)構(gòu)布置復(fù)雜、構(gòu)件截面尺寸較大、施工困難大、工期長(zhǎng)、投資高等缺點(diǎn)。如采用輕鋼結(jié)構(gòu)，完全可以避免以上缺點(diǎn)。煤礦地面建筑可以采用輕鋼結(jié)構(gòu)的建筑單體有：主副井井口房、主副井提升機(jī)房、輸煤棧橋、轉(zhuǎn)卸載點(diǎn)、儲(chǔ)煤棚、通風(fēng)機(jī)房、空壓機(jī)房、制氮機(jī)房、綜采機(jī)修車間、材料庫(kù)、水處理車間等。這些建筑中除輸煤棧橋采用鋼桁架外，其余均可以采用門式剛架結(jié)構(gòu)。

2建筑鋼材的選用

鋼材的選取時(shí)，起強(qiáng)度控制作用的鋼梁、鋼柱應(yīng)選用高強(qiáng)度Q345型鋼材，其余撓度和構(gòu)造等控制的構(gòu)件如檁條、支撐、系桿等采用Q235型鋼。這樣可以充分發(fā)揮高強(qiáng)鋼材的性能，有效的節(jié)約鋼材15%~25%。

3剛架跨度的確定

剛架跨度的確定要從工藝尺寸、吊車參數(shù)、井架寬度、安全疏散尺寸等因素綜合考慮，其次經(jīng)過計(jì)算比較，門式剛架較經(jīng)濟(jì)的用鋼量跨度約在21~24m之間。當(dāng)跨度超過30m后，用鋼量的增幅率將明顯增大，門式剛架合理的最大跨度不宜大于36m。所以在方案設(shè)計(jì)時(shí)，在滿足使用功能的情況下，同樣面積的鋼結(jié)構(gòu)建筑通過調(diào)跨度尺寸來進(jìn)行優(yōu)化，如工藝專業(yè)要求的材料庫(kù)，建筑面積為945m2，應(yīng)布置成跨度21m，長(zhǎng)度45m而不布置成跨度30m，長(zhǎng)度31.5m，這樣可以使跨度最經(jīng)濟(jì)，從而可以降低工程造價(jià)。

4剛架柱距的選取

剛架柱距的選取首先要滿足工藝設(shè)備、功能等要求，如井口房的柱距應(yīng)根據(jù)暖風(fēng)道、安全通道、安全出口、井架基礎(chǔ)等因素綜合確定。儲(chǔ)煤棚的柱距應(yīng)根據(jù)運(yùn)煤棧橋的位置、運(yùn)煤車輛的尺寸等因素確定。其次要考慮工程造價(jià)，選取最優(yōu)柱距。在工程中柱距的大小決定次結(jié)構(gòu)構(gòu)件的數(shù)量，將直接影響加工、安裝工程量。剛架柱距宜為6~9m，且在此范圍，隨著柱距的增大，剛架的用鋼量是逐漸下降的，但當(dāng)大于9m時(shí)，檁條、吊車梁、墻梁、支撐等構(gòu)件的用鋼量會(huì)隨著柱距的加大而增加。所有在設(shè)計(jì)時(shí)，在滿足功能要求時(shí)盡量采用合理較大柱距，減少構(gòu)件數(shù)量。

5檐口高度的確定

不論柱距、跨度及鋼號(hào)如何，檐口高度的增加，均會(huì)引起總用鋼量的增加。在常用跨度及柱距條件下，檐高由6m增為8m時(shí)，總用鋼量的增幅約為12%~16%。在風(fēng)荷載較大地區(qū)，此影響程度會(huì)更加大。所以在設(shè)計(jì)工程中與相關(guān)工藝專業(yè)提前溝通，在滿足使用的條件下，盡量控制檐口的高度，可以有效控制工程造價(jià)。

6建筑內(nèi)吊車的設(shè)置

同樣尺寸的門式剛架，設(shè)置吊車和不設(shè)吊車的總用鋼量（包括剛架與吊車梁等主次結(jié)構(gòu)）有很大差別。一般在井井口房、綜采機(jī)修間、空壓機(jī)房、制氮機(jī)房、材料庫(kù)內(nèi)需設(shè)置吊車，其余建筑內(nèi)可以不設(shè)，所以在具體設(shè)計(jì)時(shí)，要積極和工藝專業(yè)溝通并查閱相關(guān)規(guī)范，對(duì)規(guī)范明確規(guī)定不要求設(shè)置吊車的建筑，盡量不要設(shè)置。

7鋼梁、柱的設(shè)計(jì)

鋼梁、鋼柱可采用等截面或變截面，當(dāng)建筑內(nèi)設(shè)置吊車時(shí)鋼柱宜設(shè)置成等截面，鋼梁的高度一般可取跨度的1/45~1/30，當(dāng)跨度大于24m或荷載大于0.5kN/m2時(shí)，取大值，否則取小值。最理想的鋼梁鋼柱截面是隨著彎矩做合理調(diào)整。

8抗風(fēng)柱的設(shè)計(jì)

抗風(fēng)柱是門式剛架中傳遞縱向風(fēng)荷載的重要構(gòu)件。眾所周知，門式剛架中屋面支撐與柱間支撐等共同組成空間不變體系，能增強(qiáng)平面內(nèi)外穩(wěn)定性，傳遞水平風(fēng)荷載。屋面支撐若在抗風(fēng)柱處不斷開，則水平風(fēng)荷載會(huì)傳力到屋面梁，于是加重了鋼梁的負(fù)擔(dān)，此時(shí)要驗(yàn)算鋼梁的穩(wěn)定性。抗風(fēng)柱若做成懸臂梁，則墻面與柱邊的變形不一致，對(duì)墻不利，所以抗風(fēng)柱與梁應(yīng)用彈簧板連接，不僅能更好地傳遞水平力，而且豎向荷載不會(huì)傳遞到抗風(fēng)柱?？癸L(fēng)柱基礎(chǔ)若做成剛接，基礎(chǔ)會(huì)比較大，做成鉸接更合理。抗風(fēng)柱位置的設(shè)置也要根據(jù)建筑的功能做合理的調(diào)整，如主、副井井口房抗風(fēng)柱位置的設(shè)計(jì)尤其復(fù)雜。不僅要從結(jié)構(gòu)本身的合理性考慮，還要根據(jù)暖風(fēng)道、安全通道、管子通道、輸煤棧橋等因素綜合確定。

9輸煤棧橋的鋼桁架

在煤礦地面建筑中，輸煤棧橋作為主要的運(yùn)煤通道，大多橫跨礦區(qū)道路、建筑等，需要做成大跨度鋼結(jié)構(gòu)。當(dāng)棧橋的底端高度大于20m時(shí)、跨度大于10m時(shí)做成鋼桁架更合理。鋼桁架棧橋包括普通型鋼棧橋和鋼管空心球節(jié)點(diǎn)棧橋，普通型鋼棧橋采用角鋼、工字鋼，H型鋼焊接而成，節(jié)點(diǎn)較為復(fù)雜，施工較為麻煩，但受力性能很好，不會(huì)因某個(gè)桿件屈服造成整體垮塌；鋼管空心球節(jié)點(diǎn)棧橋采用鋼管和空心球，心對(duì)心對(duì)接焊，節(jié)點(diǎn)較為簡(jiǎn)單，施工較為方便，但有一處桿件屈服破壞，整個(gè)桁架有可能整體垮塌，且費(fèi)用高。所以在設(shè)計(jì)中采用普通型鋼桁架棧橋更安全。

10合理利用建筑的下部結(jié)構(gòu)

水處理車間是為滿足環(huán)保要求，對(duì)礦井水進(jìn)行處理的建筑，該建筑的特點(diǎn)是下部是水池，上部是處理車間。如將上部車間和水池分開做，單獨(dú)為廠房設(shè)置獨(dú)立基礎(chǔ)，不僅使廠房面積加大，同時(shí)由于新增的基礎(chǔ)會(huì)造成很大的浪費(fèi)。如在設(shè)計(jì)時(shí)能充分的利用下部水池結(jié)構(gòu)，將上部車間鋼柱置于池壁頂，這樣上部傳來的荷載由池壁承擔(dān)。經(jīng)結(jié)構(gòu)計(jì)算，抗彎、抗剪、沖切等各項(xiàng)計(jì)算指標(biāo)均滿足要求，此方案完全可行，不僅滿足了功能要求，同時(shí)也節(jié)省了造價(jià)和工期。

11鋼結(jié)構(gòu)的后期維護(hù)

由于鋼結(jié)構(gòu)耐火性差，易銹蝕，防火涂料費(fèi)用較高，目前鋼結(jié)構(gòu)的防火和防銹費(fèi)用占據(jù)工程造價(jià)的10%。設(shè)計(jì)時(shí)可以根據(jù)建筑物的耐火等級(jí)，各構(gòu)件不同的耐火極限要求，合理選用既能滿足除銹功能又能達(dá)到防火要求合二為一的涂層。這樣也可以有效的控制工程的造價(jià)。

12基礎(chǔ)的布置

優(yōu)先選擇天然地基、獨(dú)立基礎(chǔ)，這樣傳力路徑短，比較經(jīng)濟(jì)。如建筑物處于地質(zhì)軟弱又不均勻的場(chǎng)地，采用獨(dú)立基礎(chǔ)不能滿足承載力或沉降的要求時(shí)，可先進(jìn)行地基處理，并采用筏板基礎(chǔ)。當(dāng)荷載大、持力層較深時(shí)，應(yīng)采用樁基礎(chǔ)。但費(fèi)用較高，這時(shí)可以通過加大柱距、減小樁基數(shù)量來降低工程造價(jià)。根據(jù)以上分析，在煤礦地面建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)時(shí)，可以充分考慮采用輕鋼結(jié)構(gòu)。在鋼結(jié)構(gòu)的具體設(shè)計(jì)中，應(yīng)根據(jù)生產(chǎn)工藝的要求，建筑功能的特點(diǎn)，選取適宜的材質(zhì)，合理的跨度、柱距，控制好檐口高度，并結(jié)合影響工程造價(jià)的其他因素，使得鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)即美觀適用又經(jīng)濟(jì)合理。

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作者:蘆珍明 單位:山西安煤礦業(yè)設(shè)計(jì)工程有限公司