随着对环境保护的日益重视，我国北方许多电厂都面临着关闭原有露天煤场的任务。本文以西北地区最大的干煤棚——甘肃兰州大唐西固干煤棚钢网架工程为例，详细介绍了在既有场地上增建干煤棚的设计思路及注意事项，以期为同类工程的设计提供借鉴，并希望得到同行专家更多的分析和建议，使该结构的设计更加优化和完善。
1 项目概况
西固干煤棚钢网架工程是大唐西固热电2x330MW扩建工程燃料供给系统的重要工程，由于建设在现有场地上，在满足工艺要求的前提下，需要综合考虑与周边既有建筑、道路及新建工程的衔接统一，给平面、立面布置的设计带来很大难度；加之大跨度干煤棚受力状态复杂，影响因素较多钢结构温度应力计算公式，设计的每个环节都必须进行较深入的分析比较，确保安全性、合理性。
2. 布局和选择
考虑南侧铁路运输、北侧公路、新建13#皮带、5#转运站、原6#地下运煤公路及南北侧3个原地下煤坑的平面位置，为保证基础不与其他基础相碰撞，将场地划分为三个区域：区域一，跨度110m外弦，长121.5m，边线位于13#皮带内侧；区域二，跨度103.4m内弦，长45m，边线位于5#转运站内侧；区域三，跨度122m外弦，长105.5m，边线位于两个地下煤坑外侧，区域一左侧和区域三右侧均采用山墙封闭。
由于需要考虑灯具的安装及使用过程中的维护，需在格栅内设置7条纵向、2条横向600mm宽的马道。
由于在现有的平面尺寸条件下，即使是最大的圆柱半圆柱网壳也无法满足斗轮的间隙要求，因此，选用三心圆柱，在满足斗轮间隙要求的前提下，可以降低网壳高度，在有限的范围内降低迎风面高度。根据三心圆相切的理论，考虑到网壳各截面构件尺寸相同，根据第1条（中南院论文）的拟合公式，编制了VB程序，对不同截面相同跨度的三心圆曲线进行拟合，然后进行计算比较，通过对满足工艺极限的多个三心圆截面组成的网壳进行计算比较，选取最经济的型号，高度为40.138m，厚度为3.5m。
为了尽可能保证外观的统一性，并兼顾基础的设计位置，2区外观与1区相同，仅将基础向内移动，形成内弦支撑。
第三区由于跨度增大，已满足工艺要求，为降低矢高，仍采用三心圆柱网架，由于跨度增大，厚度增加至3.8m，以提高结构刚度。
由于煤堆会产生烟尘及大量有害气体，根据合肥煤炭设计院的研究成果，在结构设计上我们采用了屋面加网架天窗的解决方案，以促进空气对流及有害气体的排出，最大限度的减少有害气体对煤棚内工作人员的身体伤害及对钢结构的腐蚀。
三区网架结构均为屋面三层三心圆柱网架：网架纵向长度4.5m，第三区局部长度4m；网架截面尺寸均为4m，第一区网架高度40.138m，第二区网架高度41.138m，第三区网架高度45.908m。天窗厚度为3m。平面剖面见图1。
3 结构分析与设计
3.1 载荷计算.
（1）恒定载荷
考虑檩条及屋面板荷载为0.2kN/m2，马道自重为0.15kN/m2。
（2）活荷载
屋面活荷载为0.5kN/m2，马道活荷载为1kN/m2。注：半跨活荷载只考虑屋面活荷载，不考虑马道荷载。
（3）灰分含量
根据西北电力设计院提供的资金，该电厂灰负荷为0。
（4）雪荷载
50年一遇的基本雪压为0.15kN/m2，由于不同时考虑雪荷载和活荷载，本例仅考虑活荷载。
（5）风荷载
50年一遇基本风压为0.3kN/m2，由于风荷载对大跨度轻型结构影响较大，本例调整基本风压为0.35kN/m2，为100年一遇基本风压。根据封闭拱形屋盖荷载规范表7.3.1-4规定，风荷载形状系数如图2所示。
风压高度变异系数见表7.2.1-B。
风振系数参考第2条的结论，取2.0。
（6）温差效应
温差为施工期气温与当地全年月平均最低、最高气温之差钢结构温度应力计算公式，本项目施工期为2009年7月至10月，考虑正温差20℃，负温差-40℃。
（7）地震影响
对于8级区域，设计地震组为第二组。
主要荷载组合：
（1）1.2恒定载荷+1.4活载荷+正负温差。
（2）1_2恒载+1.4活载+1.4*0.6左（右）风+正负温差。
（3）1.2恒载+1.4*0.7活载+1.4左（右）风+正负温差。
（4）1.0恒定载荷+1.4左（右）风+正负温差。
（5）1.2恒载+1.4左半跨（右半跨）活载+1.4*0.6左（右）风+正负温差。
（6）1.0恒载+1.4山墙左（右）风+正负温差。
（7）1.2恒载+0.5活载+0.2左（右）风向+1.3水平地震作用+0.5垂直地震作用。
本工程屋面网壳结构设计采用中国建筑科学研究院建筑结构研究所开发的MSGS 8.0.4 beta软件，支撑采用全铰接。为提高安全储备，最小采用D75x3.75杆件，强度控制值为215*0.9=193N/mm2。考虑到网架在不同荷载组合下上下弦杆受力状态的复杂性，即拉杆变为压杆，本工程拉压杆的长细比控制为180。
计算发现，支座处纵向杆件截面较大，这是由温度应力引起的，为释放温度应力，在支座处每隔一个纵向杆件删除一根连接杆，删除后桁架支座附近内力分布更加合理。
本项目的主要分析结果如下：
1区杆件最大压力为1189kN，最大拉力为870kN，最大烧损程度为189.3mm。
2区杆件最大压力为1017kN，最大拉力为1211kN，最高温度为193.7mm。
三个区域杆件最大压力为1113 kN，最大拉力为924 kN，最大烧损程度为178.1 mm。
4. 会计
本项目三部分均采用MIDAS软件进行计算，满足设计要求。
5. 结论
（1）在既有煤场上建设大跨度网架结构时，必须综合考虑各种客观条件，确定平面布置形式。
(2)由于大跨度桁架所需钢材量较大，因此需要对各种方案进行比较，选取最经济、合理的方案。
（3）全面、详细地考虑荷载和荷载组合，分析最不利的组合，得出安全的结论。
参考
[1]王小松、范振中.黄石西塞山电厂干煤棚网壳结构设计[J].国家电网公司中南电力设计院.
[2] 何艳丽、董诗林、龚静海，“大跨度空间网格结构M振系数研究”（空间结构，2001年7月2期）。
[3] 肖志斌,闫晖,邱涛.发电厂干煤棚的设计与施工[J].
[4]罗耀智.大跨度储煤结构设计与施工.
