多绳提升井塔结构设计荷载取值研究.doc

1、多绳提升井塔结构设计荷载取值研究摘 要：井塔是一个矿井地面提升系统的重要组成部分，为保证井塔的设计安全，文章结合准东二号矿井副井井塔实际施工条件，总结了多绳提升井塔结构设计荷载种类、取值方法，以及不同荷载组合方法。该矿井塔按设计建成后，性能良好，保证了整个矿井的顺利运转，此研究成果对类似设计的开展具有一定的参考价值。 关键字：多绳提升井塔；结构设计；荷载种类；荷载取值 中图分类号：S611 文献标识码： A 井塔是矿井地面提升系统的重要组成部分，主要负责运输人员、材料、设备等等，保证井塔结构设计安全，对整个矿井的运行有着十分重要的意义。设计过程中，合理的荷载选取是确保结构安全的关键因素之一，但

2、是，由于井塔内部设备种类及布置复杂，井塔高度大，结构形式复杂，造成荷载种类繁多，荷载组合呈现多样性，井塔设计过程中，经常出现荷载遗漏、选取不合理等现象。因此，如何确保荷载选取的合理性，具有非常重要的研究意义。 1 工程概况 准东二号矿井位于奇台县城北 140 千米处，行政区划属奇台县管辖。本区属大陆干旱荒漠气候，昼夜温差较大。区内经常有 78 级大风伴有强大的沙尘暴天气。最大冻土深度为 1.50 米。本场区抗震设防烈度为 7度，设计基本地震加速度值为 0.10g，设计分组第二组。 副井井塔轴线尺寸 24m24m，总建筑面积 4420m2，建筑体积30955m3；建筑层数、地上七层（局部八层）

3、，建筑高度 51.900m ；结构形式为框架剪力墙结构，设计使用年限为 50 年，耐火等级为二级。井塔34.800m 层（提升机大厅层）平面图见图 1。 图 1 井塔 34.800m 层（提升机大厅层）平面图 2 荷载选取 2.1 设备及其参数取值 （1）大罐提升设备：JKM-4.56 塔式多绳提升机一台，配2600kW，38.2r/min 交流电动机。提升速度 9.0m/s。 （2）提升数据：钢丝绳 50 ZBB 628+FC 1770 ZZ/SS 各 3 根，单重 10.31m/s,，总长 580m，总重 36t。 （3）扁尾绳 P8419-21634-1370，qk=21.2kg/m ，

4、2 根；P8419-20633-1370，qk=19.5kg/m，1 根。总长 565m，总重 35t。 （4）每根绳最小钢丝破断拉力总和 1960kN， 钢丝绳与主轮间的围包角：188.534； 提升钢丝绳最大静张力：Smax=1500kN； 提升钢丝绳最大静张力差：440kN； 提升钢丝绳最小静张力：Smin=1500-440=1060 kN； 提升罐笼自重(包括首尾绳悬挂装置及配重重量)：54t ； 罐笼最大载重：45t； 导向轮重量 24t，提升机重量 130t，电机重量 74t，电机定子重量29t；电机转子重量 36t。 2.2 荷载计算 1）屋面荷载： 屋面自重：包括屋面做法、预制

5、槽板、钢桁架合计：Gk5.48kN/m2 活荷载：Qk0.75kN/m2（雪荷载） 钢桁架作滑模平台用，桁架计算荷载：自重 3.0kN/m2；活载 2.0 kN/m2 2）楼面自重荷载： (1)120mm 厚水泥楼面自重 Gk250.121.04 kN/m2 (2)150mm 厚水泥楼面自重 Gk5 kN/m2 (3)200mm 厚水泥楼面自重 Gk6 kN/m2 (4)200mm 厚地砖楼面（防水地砖楼面）：自重 Gk8 kN/m2 (5)200mm 厚防静电楼面自重 Gk7 kN/m2 (6) 200mm 厚石材楼面自重 Gk7 kN/m2 3）楼面活载： (1)提升机大厅：提升机安装、检

6、修区：25.0 kN/m2 ，准永久值系数：0.85；其余区域：6.0 kN/m2 ，准永久值系数：0.8。 2.0 kN/m2 ，准永久值系数：0.85（当按断绳荷载计算提升机大厅的提升机支承梁时，对无设备区域的楼面，其中提升机包括主轴装置、减速机、电动机）(2)导向轮层及有设备的楼层：6.0 kN/m2 ， 准永久值系数：0.8； 30.0 kN/m2 ，准永久值系数：0.5（导向轮层吊装、安装区域） (3)其它楼层：4.0 kN/ m2 ，准永久值系数：0.5 (4)楼梯、走廊、门厅：2.5 kN/ m2 ，准永久值系数：0.3 (5)当计算壁板、框架和基础时，各楼层活载均按 4.0kN

7、/ m2 取值，而不再分层折减。 4）地面活荷载：10.0 kN/ m2 ，准永久值系数：0.85；吊装孔、箕斗存放位置：20.0 kN/ m2 ； 5）风压：W0=0.6kN/ m2，准永久值系数：0.0 6）雪压： W0=0.75kN/ m2，准永久值系数：0.2 7）墙体：外墙：400 厚轻质砼砌块，抹灰刷涂料内墙：q=120.40+200.0232=5.8kN/ m2 内墙：200 厚轻质砼砌块，抹灰刷涂料内墙：q=120.20+200.0232=3.3kN/ m2 玻璃幕墙：1.0kN/ m2 8）楼层梁活荷载及偶然荷载： 罐笼荷载计算： 提升侧全部钢丝绳拉断力 T=19601.17

8、70.856=11760kN 见矿山井架设计规范 (1)提升机工作荷载：N1.5(Smax2) =1.5(15002) =4500kN P1k=45000.4009（0.5991）=1804（2696）kN (2)提升机断绳荷载：P1.5T1.51176017640kN 注意偶然荷载不乘分项系数 P1=176400.45（0.55）/1.4=5670（6930）kN (3)电机工作荷载：N1.3Q/2MA/l1=1.3740/2650/4.46626（336）kN 其中 Q-电动机设备自重 MA -电动机额定扭矩 l2 -电动机支座距离 （4）电机断绳荷载：定子部分1.3Q/22.5MA/l1

9、=1.3740/22.5650/4.46845(117)kN 注意偶然荷载不乘分项系数 845(117)/1.4603(83) (5)导向轮工作荷载： Px=Psin=4500sin8.534=670kN Py=P(1-cos)= 4500(1-cos8.534)=50kN 对导向轮支承梁的弯矩 MD=Px（h1+h3/2）=670/2(2.751.5/2)1180 kN.m 对提升机支承梁的弯矩 MM=Px（h2+h4/2）=670/2(1.24/2)1070 kN.m 导向轮断绳荷载 Px=Psin=17640sin8.534=2618kN Py=P(1-cos)= 17640(1-cos

10、8.534)=195kN (Px1=2618/2=1310kN) 对导向轮支承梁的弯矩 MD=Px（h1+h3/2）=1310(2.751.5/2)4590 kN.m 对提升机支承梁的弯矩 MM=Px（h2+h4/2）=1310(1.24/2)4190 kN.m (6)罐道系统荷载： 罐道梁水平荷载 QHk=Q 提升 2=4500/12 =375 kN 罐道梁垂直荷载 QHk=QHk/4=375/4=94 kN（向上） 内套架重按 1t/m 计算 防撞梁荷载（向上）：A3k=4.0 Smax =41500=6000kN（向上） 注意偶然荷载不乘分项系数 断绳后托罐荷载（向下）：A5k=5.0

11、Smax =51500=7500kN 3 整体结构计算 3.1 技术参数选取 结构构件重要性系数：1.1；抗震设防烈度：7 度，设计基本地震加速度 0.1g，设计地震第二组；建筑抗震设防类别属乙类，抗震等级均提高一级，框架结构为二级，剪力墙为一级；梁弯距调幅系数：0.85；地震周期折减系数：0.9。斜交抗侧力构件方向附加地震数：1，相应角度90。考虑扭转耦联、偶然偏心，单偏压计算。建筑场地属 I 类。 3.2 荷载系数选取 断绳荷载：分项系数为 1.0。断绳荷载组合中不考虑地震荷载。断绳荷载传力范围有限，设计中，直接支承梁及框架主梁按 100，直接支承柱按 70，其它层梁柱均不予考虑 托罐荷载

12、：分项系数为 1.0。与导向轮、提升机、电动机工作荷载组合，不考虑地震荷载 3.3 SATWE 计算结果分析 （1）结构整体稳定验算结果： X 向刚重比 EJd/GH*2=25.13 Y 向刚重比 EJd/GH*2=27.90 该结构刚重比 EJd/GH*2 大于 1.4,能够通过高规(5.4.4)的整体稳定验算 该结构刚重比 EJd/GH*2 大于 2.7,可以不考虑重力二阶效应 （2）Tt/T1=0.1607/0.8984=0.179 1.60%，抗震规范(4.3.12)条，满足； X 方向的有效质量系数：90.86%90%，满足高规(5.1.13)； Y 向水平地震作用下，1 层剪重比

13、2.81% 1.60%，抗震规范(4.3.12)条，满足； Y 方向的有效质量系数：93.97% 90%，满足。 (4)Y 方向最大值层间位移角：1/41781/800，满足。 楼层的最大位移比 1.25，都不高于高规限值 1.5，不属于刚度和质量明显不规则的结构，不需要选择双向地震作用。 (5)查看 WMASS.OUT 文件，楼层与上一层的承载力之比，第 11 层 X向最小 0.620.65， 高规3.5.3，明显属于竖向不规则结构，应将第11 层设为薄弱层。 井塔上部结构确定后，再基于 PKPM 中 JCCAD 设计软件，确定基础布置形式，最终形成准东二号矿井副井井塔设计方案。准东二号矿井

14、根据此设计方案，顺利完成了井塔建设。 4 结论 1）总结了多绳提升井塔结构设计荷载种类、取值方法，以及不同荷载组合方法。 2）设计过程中，荷载选取合理，井塔建成后，性能良好，保证了整个矿井的顺利运转。 参考文献 1 陈岱林，赵兵，刘民易. PKPM 结构 CAD 软件问题解惑及工程应用实例解析M.北京，中国建筑工业出版社，2008. 2 冯荣杰，许立功，赵仁，陆孟雄. 多绳提升机井塔设计M.北京，煤炭工业出版社，1984. 3 蒋声述，刘慧云，吴兵锐，济宁三号矿井主井井塔设计J.煤炭工程，2001，2831 4 张广宇，母杜柴登副井井塔设计J.煤炭工程，2012，3435 5 陈文明，老公营子煤矿副井井塔土建设计J.内蒙古煤炭经济，2012，4445 6 陈幼田，多绳提升井塔的设计研究J.冶金建筑，1980，2125 作者简介 作者简介：穆志刚（1982-） ，男，安徽宿州人，工程师，2004 年毕业于中国矿业大学，土木工程专业，现在煤炭工业济南设计研究院有限公司从事结构设计。