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摘要：内蒙古鄂尔多斯市亿鼎合成氨尿素工程造粒塔，内径22m ，塔高95m，采用钢性平台滑模施工工艺进行塔体施工。
关键词：施工；计算
中图分类号：G613文献标识码： A
一、序言
滑模施工到顶以后，将滑模的钢平台与提升系统脱离，下降至造粒塔上部的喷淋室底部的高度，与塔壁固定且进行必要的加固后，作为现浇造粒塔上部喷淋室及造粒塔屋面的作业平台。
此期间，平台作为滑模施工的工作面，主要承受施工活荷载。在平台中央，由于设置了一台随升井架，因此由随升井架的运转产生了一定的集中荷载。
此时钢平台固定在塔壁预设的埋件上，且在塔壁上设置了拉住平台内钢圈的加固措施，使平台有更强的承载能力。
辐射状设置主桁架为主要承重结构，中心内钢圈范围设置井字梁，相邻辐射桁架的上下弦节点之间使用直的单梁连接形成整体，且在两桁架之间的上弦平面，还设置有单梁，以减少木铺板的跨度。平台在圆周的四个方向设置水平支撑。
在趋于安全的前提下，为简化计算，建立平台的力学模型中，将不考虑单梁的受力，把平台的负荷按照下图分配到独立的单榀桁架，进行分析和核算。由于负载的对称性，以下的计算中，将只对桁架的全长的一半进行分析。
二、滑膜期桁架结构计算
1、桁架杆件轴心力计算
吊重W1取25KN（1M3混凝土的重量），吊笼自重W2取5KN，吊笼柔性轨道张紧力W3取5KN，钢绳自重W4实际为4.4KN，井架自重W5设计结果为4.6KN，起重主卷扬的动力系数K取值1.35，则中心井架的集中荷载最大数值应为：
24P＝｛（W1+W2）*K+W3｝*2+W4+W5
＝｛（25+5）*1.35+5｝*2+4.4+4.6
＝100KN
在刚度极大的内钢圈的均力作用下。可以认为24个桁架点都承受这个荷载，所以每榀桁架节点所承受的集中荷载：
P＝24P/24＝100/24＝4.167KN
查平台设计选取的杆件的的力学性能见下表：
查平台桁架的杆件轴心受压稳定系数如下表：
因为桁架两边的受力一致，图中只用桁架的1/2建立力学模型进行计算。
平台的计算挠度
f＝2.76cm＜L/400＝2150/400＝5.375cm，
（式中L为平台的跨度）
则：平台桁架刚度验算合格。
支座反力
R＝ΣFi+P＝5.02+11.9+12+9+6+8.04＝52KN
2、桁架上弦弯矩计算
为了简化计算，本计算书将计算上弦抗弯能力的力学模型，视为每个节间铰接来处理，且均布荷载按照跨间最大的荷载计算，这比将上弦建立成连续梁形式且按照实际均布荷载分布情况的计算结果偏于安全。且在计算上弦的弯矩中，计算线荷载时，不考虑柔性较大的单梁的作用。
式中的q取上弦弯矩的区间的最大值，且不减去钢平台自重的均布荷载（偏于安全）。
按照平台荷载的分布规律，桁架上弦压力最大的跨中区域（⑮号杆件区域)的弯曲应力最小，而上弦压力最小的跨端头（⑫号杆件区域)的弯矩荷载最大，所以核算时将弯矩最大区域和压力最大区域都分别验算。
三、现浇期桁架受力计算
1、桁架杆件轴心力计算
现浇期，桁架除承受滑模期的自重和活荷载以外，还需要承受现浇脚手架、部分模板即混凝土荷载。但是现浇期平台的内钢圈通过拉杆连接了塔壁，使得承载能力有所增强。现浇期新增的荷载，正好也对称于平台的圆心，所以序言所述的荷载分配原则同样适合于现浇期桁架计算的过程。这里仍然用其中一榀桁架分析平台的受力状况。
此力学模型属于超静定结构，在趋于安全的前提下，为了简化计算，作出如下假设：
1、图中辐射柱间的混凝土连梁的集中荷载（正好出于两节点正中）等分与相邻两节间：
2、将喷淋室楼面的均布荷载近似等分于q5和q6的节点上3
3、q5节点的荷载按照1/3传给塔壁，2/3传给拉杆计算。
吊重W1取10KN（不再运送混凝土），吊笼自重W2取5KN，吊笼柔性轨道张紧力W3取5KN，钢绳自重W4实际为4.4KN，井架自重W5设计结果为4.6KN，起重主卷扬的动力系数K取值1.35，则中心井架的集中荷载最大数值应为：
24P＝｛（W1+W2）*K+W3｝*2+W4+W5
＝｛（10+5）*1.35+5｝*2+4.4+4.6
＝59.5KN
这里仍然认为，在刚度极大的内钢圈的均力作用下。24个桁架点都承受这个荷载，所以每榀桁架节点所承受的集中荷载：
P＝24P/24＝59.5/24＝2.48KN
平台设计选取的杆件的的力学性能与滑模期相同，见下表：
鉴于塔壁和平台中心钢圈的连接拉杆将使用φ15mm的钢绳加上花篮螺栓预紧，其长度达到14.6m，钢绳的弹性模量很低且弹性范围较大，所以计算表中的桁架挠度计算，是假设平台中心的拉杆只承受计算的支座反力，不提供垂直方向上的约束而得出的结果，此结果理论上会小于实际的结果，可供参考。
以上结果表明，平台的计算挠度
f＝2.37cm＜L/400＝2150/400＝5.375cm，
（式中L为平台的跨度）
则：平台桁架刚度验算合格
2、桁架上弦弯矩计算
为了简化计算，同样将计算上弦抗弯能力的力学模型，视为简支梁。根据桁架荷载图，喷淋室辐射柱间的连梁在桁架上弦上的集中荷载给上弦造成的弯矩和平台均布荷载在此区段（⑬号杆件区域)造成的弯矩叠加，理应是最大的弯矩处，因此需要核算这个区段上弦的弯曲应力。
此上弦节间的抗弯力学模型如下图：
式中的q取上弦弯矩的区间的最大值，且不减去钢平台自重的均布荷载（偏于安全）。
按照平台荷载的分布规律，桁架上弦压力最大的跨中区域（⑮号杆件区域)的弯曲应力最小，而上弦压力最小的跨端头（⑫号杆件区域)的弯矩荷载最大，所以核算时将弯矩最大区域和压力最大区域都分别验算。
四、焊缝计算
查《钢结构设计手册》焊缝的抗拉和抗压允许设计应力与钢材的允许设计应力相同，均为215n/mm2。按照上图的设计，有效的焊缝金属厚度不小于矩形管的壁厚，连接强度能保证与方钢管等强，所以验算省略。
为了避免施焊期间可能存在的缺陷影响焊缝的可靠性，桁架节点的连接焊缝设计中，在受力相对比较大的上下弦跨中与内钢圈连接的位置、腹杆在桁架端头的位置，均设计有辅助的连接板，以增加焊接连接节点的安全度。
五、中心钢圈计算
根据以上计算的结果，滑模期间内钢圈的内力大于现浇期间，因此此计算均采用滑模期间的内力数据。
平台中心钢圈的受力分析图如下图：
图中Fi为平台辐射梁作用在内钢圈上的作用力，N为内钢圈上的内力，设内钢圈的轴线直径是D，两个Fi作用点之间的距离为L。
已知：D＝4000mm、L＝522mm、Fi＝98KN，2[16a组成的口截面的积面积A＝43.8cm2，则：
N＝Fi*D/L/2＝98*4000/522/2＝375KN
σ＝N/A＝375/43.8＝8.57KN/cm2
＝85.7N/mm2＜[σ]＝215N/mm2
内钢圈强度合格
六、拉杆计算
为增强现浇期间平台的承载能力，平台固定于塔壁之后，将从塔壁上部的预设铁件上，设置拉杆与平台的内钢圈连接，见如下示意图：
造粒塔筒壁与平台内钢圈之间的拉杆，采用6*37+1—15mm的
丝绳，查起重手册，该钢丝绳的破断力为119.5KN，作为拉紧用的钢绳的允许安全系数为[u]＝3。因每榀桁架对应的位置有2根拉杆，则拉杆的安全系数：
u＝119.5*2/R2＝119.5*2/60.2＝3.97＞[u]＝3
15mm的钢绳作拉杆合格。
七、桁架与塔壁的连接计算
连接铁件与塔壁焊接处的焊缝受力如下图：
图中，2t＝R1，所以t＝R1/2＝60.17/2＝30.09KN，有效焊缝长度L＝（200-20）*2＝360mm，焊高fh＝6mm
查GB50017-2003《钢结构设计规范》，贴脚焊缝允许的设计应力为[f]＝160N/mm2，焊缝实际应力：
f＝t/（L*fh*0.7）＝30.09/（360*6*0.7）＝0.0199KN/mm2
＝19.9N/mm2＜[f]＝160N/mm2
连接铁板与塔壁的焊缝合格。
连接板与提升腿的焊缝如下图所示，焊高均为6mm，垂直长度L1＝（200-20）＝180mm，水平长度两条，均为L2＝（70-20）＝50mm。
长焊缝的有效面积S1＝180*6*0.7＝756mm2
斷焊缝的有效面积每条S2＝50*6*0.7＝210mm2
按照矩形截面抵抗矩标准公式W＝h2*b和惯性矩标准公式Ⅰ＝S*r2，焊缝对其自身横轴的抵抗矩应为：
W＝L12*(0.7*6)/6+(S2)*1002*2/100
＝180*180*(0.7*6)/6+(210))*100*100*2/100
＝64680mm3
焊缝所承受的弯矩M＝t*20＝30.09*20＝601.8KN.cm
则焊缝的抗弯应力
fw＝M/W＝601.8/64680＝9.3KN/cm2
＝93N/mm2
该焊缝的抗剪应力
ft＝t/（S1+2*S2）＝30.09*1000/（756+2*210）＝25.59N/mm2
焊缝的合应力
f＝√（ft2+fw2）＝√（25.59*25.59+93*93）
＝96.45N/mm2＜[f]＝160N/mm2
连接板与提升腿之间的焊缝合格
八、平台提升计算
钢平台由滑模的提升系统提升至造粒塔顶后，将采用钢绳滑轮组方式将平台从塔顶降低到现浇喷淋室结构的高度上，其示意如图：
图中，吊住平台的钢绳沿造粒塔圆周均匀布置，吊住辐射桁架的端头，滑轮组共四组，每组6根钢绳，共24根受力钢绳。钢绳采用6*37+1-15mm的规格，查钢绳破断力Po＝119.5KN，查机动卷扬的钢绳安全系数[u]＝6，需要提升的平台重量W共计314KN，则钢绳的安全系数
u＝Po/W*24＝119.5/314*24＝9.13＞[u]＝6
钢绳合格
关键词：施工；计算
中图分类号：G613文献标识码： A
一、序言
滑模施工到顶以后，将滑模的钢平台与提升系统脱离，下降至造粒塔上部的喷淋室底部的高度，与塔壁固定且进行必要的加固后，作为现浇造粒塔上部喷淋室及造粒塔屋面的作业平台。
此期间，平台作为滑模施工的工作面，主要承受施工活荷载。在平台中央，由于设置了一台随升井架，因此由随升井架的运转产生了一定的集中荷载。
此时钢平台固定在塔壁预设的埋件上，且在塔壁上设置了拉住平台内钢圈的加固措施，使平台有更强的承载能力。
辐射状设置主桁架为主要承重结构，中心内钢圈范围设置井字梁，相邻辐射桁架的上下弦节点之间使用直的单梁连接形成整体，且在两桁架之间的上弦平面，还设置有单梁，以减少木铺板的跨度。平台在圆周的四个方向设置水平支撑。
在趋于安全的前提下，为简化计算，建立平台的力学模型中，将不考虑单梁的受力，把平台的负荷按照下图分配到独立的单榀桁架，进行分析和核算。由于负载的对称性，以下的计算中，将只对桁架的全长的一半进行分析。
二、滑膜期桁架结构计算
1、桁架杆件轴心力计算
吊重W1取25KN（1M3混凝土的重量），吊笼自重W2取5KN，吊笼柔性轨道张紧力W3取5KN，钢绳自重W4实际为4.4KN，井架自重W5设计结果为4.6KN，起重主卷扬的动力系数K取值1.35，则中心井架的集中荷载最大数值应为：
24P＝｛（W1+W2）*K+W3｝*2+W4+W5
＝｛（25+5）*1.35+5｝*2+4.4+4.6
＝100KN
在刚度极大的内钢圈的均力作用下。可以认为24个桁架点都承受这个荷载，所以每榀桁架节点所承受的集中荷载：
P＝24P/24＝100/24＝4.167KN
查平台设计选取的杆件的的力学性能见下表：
查平台桁架的杆件轴心受压稳定系数如下表：
因为桁架两边的受力一致，图中只用桁架的1/2建立力学模型进行计算。
平台的计算挠度
f＝2.76cm＜L/400＝2150/400＝5.375cm，
（式中L为平台的跨度）
则：平台桁架刚度验算合格。
支座反力
R＝ΣFi+P＝5.02+11.9+12+9+6+8.04＝52KN
2、桁架上弦弯矩计算
为了简化计算，本计算书将计算上弦抗弯能力的力学模型，视为每个节间铰接来处理，且均布荷载按照跨间最大的荷载计算，这比将上弦建立成连续梁形式且按照实际均布荷载分布情况的计算结果偏于安全。且在计算上弦的弯矩中，计算线荷载时，不考虑柔性较大的单梁的作用。
式中的q取上弦弯矩的区间的最大值，且不减去钢平台自重的均布荷载（偏于安全）。
按照平台荷载的分布规律，桁架上弦压力最大的跨中区域（⑮号杆件区域)的弯曲应力最小，而上弦压力最小的跨端头（⑫号杆件区域)的弯矩荷载最大，所以核算时将弯矩最大区域和压力最大区域都分别验算。
三、现浇期桁架受力计算
1、桁架杆件轴心力计算
现浇期，桁架除承受滑模期的自重和活荷载以外，还需要承受现浇脚手架、部分模板即混凝土荷载。但是现浇期平台的内钢圈通过拉杆连接了塔壁，使得承载能力有所增强。现浇期新增的荷载，正好也对称于平台的圆心，所以序言所述的荷载分配原则同样适合于现浇期桁架计算的过程。这里仍然用其中一榀桁架分析平台的受力状况。
此力学模型属于超静定结构，在趋于安全的前提下，为了简化计算，作出如下假设：
1、图中辐射柱间的混凝土连梁的集中荷载（正好出于两节点正中）等分与相邻两节间：
2、将喷淋室楼面的均布荷载近似等分于q5和q6的节点上3
3、q5节点的荷载按照1/3传给塔壁，2/3传给拉杆计算。
吊重W1取10KN（不再运送混凝土），吊笼自重W2取5KN，吊笼柔性轨道张紧力W3取5KN，钢绳自重W4实际为4.4KN，井架自重W5设计结果为4.6KN，起重主卷扬的动力系数K取值1.35，则中心井架的集中荷载最大数值应为：
24P＝｛（W1+W2）*K+W3｝*2+W4+W5
＝｛（10+5）*1.35+5｝*2+4.4+4.6
＝59.5KN
这里仍然认为，在刚度极大的内钢圈的均力作用下。24个桁架点都承受这个荷载，所以每榀桁架节点所承受的集中荷载：
P＝24P/24＝59.5/24＝2.48KN
平台设计选取的杆件的的力学性能与滑模期相同，见下表：
鉴于塔壁和平台中心钢圈的连接拉杆将使用φ15mm的钢绳加上花篮螺栓预紧，其长度达到14.6m，钢绳的弹性模量很低且弹性范围较大，所以计算表中的桁架挠度计算，是假设平台中心的拉杆只承受计算的支座反力，不提供垂直方向上的约束而得出的结果，此结果理论上会小于实际的结果，可供参考。
以上结果表明，平台的计算挠度
f＝2.37cm＜L/400＝2150/400＝5.375cm，
（式中L为平台的跨度）
则：平台桁架刚度验算合格
2、桁架上弦弯矩计算
为了简化计算，同样将计算上弦抗弯能力的力学模型，视为简支梁。根据桁架荷载图，喷淋室辐射柱间的连梁在桁架上弦上的集中荷载给上弦造成的弯矩和平台均布荷载在此区段（⑬号杆件区域)造成的弯矩叠加，理应是最大的弯矩处，因此需要核算这个区段上弦的弯曲应力。
此上弦节间的抗弯力学模型如下图：
式中的q取上弦弯矩的区间的最大值，且不减去钢平台自重的均布荷载（偏于安全）。
按照平台荷载的分布规律，桁架上弦压力最大的跨中区域（⑮号杆件区域)的弯曲应力最小，而上弦压力最小的跨端头（⑫号杆件区域)的弯矩荷载最大，所以核算时将弯矩最大区域和压力最大区域都分别验算。
四、焊缝计算
查《钢结构设计手册》焊缝的抗拉和抗压允许设计应力与钢材的允许设计应力相同，均为215n/mm2。按照上图的设计，有效的焊缝金属厚度不小于矩形管的壁厚，连接强度能保证与方钢管等强，所以验算省略。
为了避免施焊期间可能存在的缺陷影响焊缝的可靠性，桁架节点的连接焊缝设计中，在受力相对比较大的上下弦跨中与内钢圈连接的位置、腹杆在桁架端头的位置，均设计有辅助的连接板，以增加焊接连接节点的安全度。
五、中心钢圈计算
根据以上计算的结果，滑模期间内钢圈的内力大于现浇期间，因此此计算均采用滑模期间的内力数据。
平台中心钢圈的受力分析图如下图：
图中Fi为平台辐射梁作用在内钢圈上的作用力，N为内钢圈上的内力，设内钢圈的轴线直径是D，两个Fi作用点之间的距离为L。
已知：D＝4000mm、L＝522mm、Fi＝98KN，2[16a组成的口截面的积面积A＝43.8cm2，则：
N＝Fi*D/L/2＝98*4000/522/2＝375KN
σ＝N/A＝375/43.8＝8.57KN/cm2
＝85.7N/mm2＜[σ]＝215N/mm2
内钢圈强度合格
六、拉杆计算
为增强现浇期间平台的承载能力，平台固定于塔壁之后，将从塔壁上部的预设铁件上，设置拉杆与平台的内钢圈连接，见如下示意图：
造粒塔筒壁与平台内钢圈之间的拉杆，采用6*37+1—15mm的
丝绳，查起重手册，该钢丝绳的破断力为119.5KN，作为拉紧用的钢绳的允许安全系数为[u]＝3。因每榀桁架对应的位置有2根拉杆，则拉杆的安全系数：
u＝119.5*2/R2＝119.5*2/60.2＝3.97＞[u]＝3
15mm的钢绳作拉杆合格。
七、桁架与塔壁的连接计算
连接铁件与塔壁焊接处的焊缝受力如下图：
图中，2t＝R1，所以t＝R1/2＝60.17/2＝30.09KN，有效焊缝长度L＝（200-20）*2＝360mm，焊高fh＝6mm
查GB50017-2003《钢结构设计规范》，贴脚焊缝允许的设计应力为[f]＝160N/mm2，焊缝实际应力：
f＝t/（L*fh*0.7）＝30.09/（360*6*0.7）＝0.0199KN/mm2
＝19.9N/mm2＜[f]＝160N/mm2
连接铁板与塔壁的焊缝合格。
连接板与提升腿的焊缝如下图所示，焊高均为6mm，垂直长度L1＝（200-20）＝180mm，水平长度两条，均为L2＝（70-20）＝50mm。
长焊缝的有效面积S1＝180*6*0.7＝756mm2
斷焊缝的有效面积每条S2＝50*6*0.7＝210mm2
按照矩形截面抵抗矩标准公式W＝h2*b和惯性矩标准公式Ⅰ＝S*r2，焊缝对其自身横轴的抵抗矩应为：
W＝L12*(0.7*6)/6+(S2)*1002*2/100
＝180*180*(0.7*6)/6+(210))*100*100*2/100
＝64680mm3
焊缝所承受的弯矩M＝t*20＝30.09*20＝601.8KN.cm
则焊缝的抗弯应力
fw＝M/W＝601.8/64680＝9.3KN/cm2
＝93N/mm2
该焊缝的抗剪应力
ft＝t/（S1+2*S2）＝30.09*1000/（756+2*210）＝25.59N/mm2
焊缝的合应力
f＝√（ft2+fw2）＝√（25.59*25.59+93*93）
＝96.45N/mm2＜[f]＝160N/mm2
连接板与提升腿之间的焊缝合格
八、平台提升计算
钢平台由滑模的提升系统提升至造粒塔顶后，将采用钢绳滑轮组方式将平台从塔顶降低到现浇喷淋室结构的高度上，其示意如图：
图中，吊住平台的钢绳沿造粒塔圆周均匀布置，吊住辐射桁架的端头，滑轮组共四组，每组6根钢绳，共24根受力钢绳。钢绳采用6*37+1-15mm的规格，查钢绳破断力Po＝119.5KN，查机动卷扬的钢绳安全系数[u]＝6，需要提升的平台重量W共计314KN，则钢绳的安全系数
u＝Po/W*24＝119.5/314*24＝9.13＞[u]＝6
钢绳合格