钢筋混凝土井塔壁板稳定性分析.pdf

第4 7 卷 第9 期 煤炭工程 C O A L E N G I N E E R I N G Vo 1 4 7，No 9 d o i ： 1 0 1 1 7 99 c e 2 01 5 0 9O O 8 钢筋混凝土井塔壁板稳定性分析 任 爱 国 ( 中煤邯郸设计工程有限责任公司，河北 邯郸0 5 6 0 3 1 ) 摘要 ：针对高大井塔要求层高较 高的特点 ，探讨 了筒体式钢筋混凝土井塔壁板稳定的重要 性和主要影响因素，研 究了轴压 比与稳定性之 间的关 系，通过对 “ 一字形 ” 、 “ T形” 壁板稳 定 性分析 ，给 出了在不同厚度和层高下的稳定轴压 比允许值 ，提 出了各种情况下的合理壁板厚度 ， 并通过合理设置壁柱 可以减少楼层数量实现大层 高和减小壁板厚度 ，对减轻 井塔的地震作用、节 约投资有着积极的意义。 关键词：并塔 ；壁板 ；壁柱；稳定性分析 ；轴压比 中图分类号 ：T D 2 2 8 ；T U 3 7 5 文献标识码 ：A文章编号 ：1 6 7 1 0 9 5 9 ( 2 0 1 5 ) 0 9 - 0 0 2 3 -03 S t a bi l i t y Ana l y s i s o f Re i n f o r c e d Co nc r e t e Ho i s t To we r S i d i ng REN Aig u o ( Ha n d a n C o a l D e s i g n E n g i n e e r i n g C o mp a n y L i mi t e d ，H a n d a n 0 5 6 0 3 1 ，C h i n a ) A b s t r a c t ：A s t h e t a l l h o i s t t o w e r r e q u i r e s b i g s t o r e y h e i g h t ，t h e p a p e r d i s c u s s e s t h e s i g n i f i c a n c e a n d ma j o r i n f l u e n c e f a c t o r s o f s i d i n g s t a b i l i t y of c y l i n d e r r e i n f o r c e d c o n c r e t e h o i s t t o w e r ，a n d s t u d i e s t h e r e l a t i o n s h i p b e t w e e n a x i a l c o mp r e s s i o n r a t i o a n d s t a b i l i t y ， t h r o u g h t h e s t a b i l i t y a n a l y s i s o f“ 一 s h a p e a n d “ T” s h a p e s i d i n g，o f f e rs t h e p e r mi s s i b l e v a l u e o f s t ab l e a x i al c o mp r e s s i o n r a t i o u n d e r d i f f e r e n t s i d i n g t h i c k n e s s a n d s t o r e y h e i g h t ； thr o u g h r e a s o n a b l e d e s i g n o f p i l a s t e r ， t h e n u mb e r o f fl o o r s c a n b e r e d u c e d t o a c h i e v e b i g s t o r e y h e i g h t a n d s ma l l s i d i n g t h i c k n e s s ，S O a s t o all e v i a t e t h e s e i s mi c a c t i o n o f h o i s t t o we r ， a n d s a v e i n v e s t me n t Ke ywo r ds： h o i s t t o we r；s i di n g；pi l a s t e r；s t ab i l i t y a n a l y s i s； a x i al c o mp r e s s i o n r a t i o 1 钢筋混凝土井塔及壁板稳定性概述 在煤矿立井提升系统 中，井塔提升方式 由于其防寒保 温性能好、使用方便、便于管理维修等优点，在寒冷、严 寒地区得到广泛应用。井塔的主要结构形式有钢结构井塔、 钢筋混凝土井塔。目前 ，国内的井塔多数采用钢筋混凝土 结构，钢筋混凝土井塔中可分为框架式和筒体式，根据相 关规范要求，地震设防区高度大于 5 0 m的井塔应采用钢筋 混凝土简体结构 ，筒体式井塔常用的有带壁柱和无壁柱两 种形式 ，无壁柱式主要用于平面尺寸较小 、高度较低的井 塔 ，随着井塔尺寸的加大，带壁柱式井塔越来越多。井塔 平面布置基本以矩形为主，有利于工艺设备布置和方便 施工 。 随着我国煤炭资源的开发向深部转移 ，以及矿井生产 规模的不断提高，提升能力的增大，井塔高度不断加高、 平面尺寸不断加大；受提升设备、煤仓等影响，井塔底层 和顶层的层高要求也越来越大。例如内蒙古葫芦素矿井主 井井筒深度为6 7 0 m，生产能力为 1 3 0 Mt a ，主井井塔平面 尺寸为2 4 0 m 2 8 5 m，高度 1 0 0 4 m，底层高 1 8 5 m顶层 高 1 8 7 5 m。 根据对井塔的整体分析，筒体结构井塔的竖向荷载由 井塔内柱和壁板 、壁柱共同承担，水平作用主要由井塔壁 板承担，由于井塔 的层高较高，壁板厚度相对层高偏薄 ， 在荷载作用下，平面外失稳是壁板丧失承载力的主要因素， 作为主要受力构件 之一 的壁板 ，在大层 高下 的稳定 性对 整 个井塔的安全起着关键性的作用，因而在井塔设计 中必须 保证壁板的稳定” J 。 矩形筒体井塔受开窗及立面影响，壁板可布置成 “ 一字 形” 截面 和带壁柱的 “ T形 ( L形 ) ”截面 ，如图 1 所示 。 根据结构稳定理论，对于 “ 一字形”壁板影响其稳定 性的主要因素是轴压比、壁板厚度和层高；对于带壁柱的 “ T形( L形 ) ”壁 板影 响其稳定性 的主要因素是轴 压 比、壁 收稿 日期 ：2 0 1 5 0 7 0 2 作者简介：任爱国( 1 9 6 1) ，男，河北临漳人，教授级高级工程师，现任中煤邯郸设计工程有限责任公 司副总工程 师 ，从 事煤 炭工程咨询 、研究和技术管理工作 ，Em a i l ：r a s 6 5 9 0 1 6 3 c o m。 引用格式：任爱国钢筋混凝土井塔壁板稳定性分析 J 煤炭工程 ，2 0 1 5 ，4 7 ( 9 ) ：2 3 2 5 2 3 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 煤炭工程 2 0 1 5年第9 期 【 a ) 一 字形 ( b ) T 形 图1 壁板截面形式示意图 板厚度、壁板一侧长度、层高以及壁柱截面尺寸。 2 井塔壁板稳定性分析 2 1 “ 一字形”壁板稳定分析 轴压比与稳定性之间存在着密切的关系，这里把由稳 定性控制的轴压比称之为稳定轴压比。 参照 高层建筑混凝土结构技术规程 ( J G J 3 2 O 1 0 ) ， 壁板稳定应满足式( 1 ) 要求 ： E t g 赢 ) 对于 “ 一字形”壁板稳定轴压比： C= 历 N = ( 2 ) 式中，C为壁板稳定轴压比允许值；N为作用于壁板 顶组合的等效竖向荷载设计值，k N；A为壁板全截面面积， m ； 为混凝土轴心抗压强度设计值，MP a ； 为壁板截面 厚度，m m；E 为混凝土的弹性模量，MP a ；q为作用于壁 板顶组合的等效竖向均布线荷载设计值，k N；f 0为壁板计 算长度，m；h为壁板所在楼层的层高，m。 根据式( 2 ) 可 以得 到 “ 一 字形 ” 壁板 厚度 与层 高对 壁 板稳定的影响( C 3 0混凝土) ，见表 1 。 表 1 “ 一字形” 壁板稳定轴 压比允许值 “ 一 字形 ”壁板 由于平面外 刚度较 小 ，达到稳 定性 要 求的需要截面厚度较大，从而增加 了结构体系的质量和地 震作用 ，对抗震不利且经济性不合理，应尽量少用，条件 允许时宜设置壁柱 ，以保证壁板平面外稳定 2 2 “ T形”截 面壁板稳定分析 对于 “ T形”截面的壁板稳定计算有 ： C = 历 N = 夯 = E c t2 ( 3 ) 式中，6 ， 为壁板一侧长度，m m； 为壁板计算长度系 数 ，计算值小 于 0 2 5时取 0 2 5 。 B = ， 、 ( ) ( 4 ) “ T形”壁板稳定轴压比允许值见表 2 。 为直观的显示层高和壁板厚度的比值与壁板长高 比及 轴压比之间的关系，表 3列出 “ T形”截面壁板在不同稳 定轴压比 C 、壁板长高比( b h： ) 下的高厚 比限值( h t = ) ( C 3 0混凝土) ，随着轴压比的增大，高厚比允许值减小， 随着壁板长高比增大，高厚比允许值减小。 表 2 “ T形”壁板稳定轴压 比允许值 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 0 1 5年第9 期 煤炭工程 3结论 通过对壁板稳定 分析并 结合 葫芦 素矿井 主井 井 塔的设 计，井塔的竖向荷载相对较小，平面布置具备设置壁柱的 条件，在层高较大的条件下通过调整壁板厚度和壁柱的布 置可以保证壁板稳定；葫芦素矿井主井井塔平面尺寸为 2 4 0 m 2 8 5 m，总高度达 1 0 0 4 m，底层高度 1 8 5 0 m，顶 层高度为 1 8 7 5 m，每侧壁板设置了2个 1 5 0 0 m m x 1 2 0 0 m m 壁柱 ，壁板底层厚 度 为 5 0 0 ram，顶 层厚 度为 3 0 0 ra m，底 层 壁板轴压 比在 0 2 0 3 5之间。通过分析得到 以下结论 ： 1 )钢筋混凝土井塔结构通过合理设置壁柱能够实现大 层高 、薄壁板。合理选择壁板厚度，可减少结构重量 ，减 轻地震作 用 ，节约投资 。 2 )一般井塔，底层高度可控制在 2 2 m以内，顶层一般 不超过 2 0 m，井塔壁板厚度底层可取 4 0 0 6 0 0 ram，顶层为 3 0 0 m m，通过合理设置壁柱，可以保证壁板的稳定。 3 )对于层高大于 1 2 m的井塔，壁板宜设壁柱，在井塔 刚度能够满足要求的条件下 ，可以将开窗影响形成的 “ 一 字形 ”壁板取 消。 4 )壁柱尺寸应能为壁板提供足够的支撑，满足壁板稳 定 及壁柱稳定要求 。 参考文献 ： J G J 3 2 0 l O，高层建 筑混凝 土结构技术规程 s G B 5 0 0 1 1 2 O 1 0 ，建筑抗震设计规范 s G B 5 0 1 9 1 2 0 1 2 ，构筑物抗震设计规范 s GB 5 0 2 2 3 -2 0 0 8 ，建筑工程抗震设防分类标准 s 徐培福复杂高层建筑结构设计 M 北京：中国建筑工 业 出版社 ，2 0 0 5 ， 刘维亚型钢混凝土组合结构构造与计算手册 M 北京： 中国建筑工业 出版社 ， 2 0 0 4 杜鹏 ，王欲秋 济南政务 中心综合楼工程型钢混凝土转换 梁的设计与施工 J 煤炭工程， 2 0 0 7 ( 5 ) ： 2 9 3 1 中国建筑标准设计研究 院全 国民用建筑工程设计技术措施 一 建筑产 品选用技术 M 北京 ：中国计划出版社 ，2 0 0 9 路耀华 中国煤 矿建井 技术 M 徐州 ：中国矿业大 学 出 版社 ， 1 9 9 5 ( 责任编辑张宝优) ( 上接 第 2 2页) 仓之间选 择了 圆管 状带 式输送 机运 输 。这样 就 形成 了从生 产到运输的全程控制 ，减少 了外部 因素 的影 响。 4结语 贵州煤矿 自然条件恶劣，道路等基础设施薄弱 ，给煤 矿工业场地的建设带来了很大的困难，但是只要因地制宜， 利用先进的设备和合理 的工艺就一定能取得贵州山区煤矿 工业场地建设经济效益 和社会效 益的最大化。 参考文献 ： 1 李铎 煤矿地面生产系统设 计 M 北京 ：中国经济 出 版社 ，1 9 8 5 2 贵州格 目底 矿业 有 限公 司玉 舍煤矿 中井初 步设 计 R 贵阳 ：贵州省煤矿设计研究院 ，2 0 0 5 3 G B 5 0 2 1 5 -2 0 0 5，煤炭工业 矿井设计 规范 S 4 张钺新型圆管带式输送 机设计手册 M 北 京 ：化学 工业出版社 ，2 0 0 7 5 张尊敬D T ( A ) 型带式输送机设计手册 M 北京：冶 金工业出版社 ，2 0 0 5 6 杜计平 ，盂宪锐采矿学 M 徐州：中国矿业大学出版 社 2 0 1 4 ( 责任 编辑郭继圣) 2 5 1i 1 i i 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m