孫 喆

(南京蘇夏工程設(shè)計(jì)有限公司，江蘇南京 210036)

鋼結(jié)構(gòu)桁架式通廊設(shè)計(jì)優(yōu)化與工程應(yīng)用分析

孫 喆

(南京蘇夏工程設(shè)計(jì)有限公司，江蘇南京 210036)

文章圍繞鋼結(jié)構(gòu)桁架式通廊的設(shè)計(jì)優(yōu)化與工程應(yīng)用問題展開分析探討，結(jié)合XX公司XX生產(chǎn)線輸送通廊實(shí)例，分析了通廊鋼結(jié)構(gòu)與鋼支架在設(shè)計(jì)優(yōu)化方面的關(guān)鍵要點(diǎn)與問題，望能夠引起各方重視，以提高通廊結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定性。

鋼結(jié)構(gòu)桁架；通廊；設(shè)計(jì)優(yōu)化；工程應(yīng)用

在大型鋼廠、礦山、水泥廠等工業(yè)廠房中，膠帶機(jī)、皮帶機(jī)輸送系統(tǒng)以往所使用的通廊多為混凝土結(jié)構(gòu)。隨著工業(yè)技術(shù)的發(fā)展與優(yōu)化，傳統(tǒng)的混凝土結(jié)構(gòu)通廊在受力、布置等方面開始出現(xiàn)一定的局限性。而新提出的鋼結(jié)構(gòu)桁架式通廊則具有計(jì)算模型簡(jiǎn)單、跨度大、自身重量輕、施工工期短、布置靈活、受力分析明確、以及制作簡(jiǎn)便等多個(gè)方面的優(yōu)勢(shì)，因而得到了廣泛的應(yīng)用。為了能夠更進(jìn)一步的提高此結(jié)構(gòu)通廊的應(yīng)用性能，本文詳細(xì)探討鋼結(jié)構(gòu)桁架式通廊的設(shè)計(jì)優(yōu)化與工程應(yīng)用要點(diǎn)，望引起重視。

1. 工程實(shí)例

XX公司XX生產(chǎn)線布置有一條輸送通廊，內(nèi)設(shè)置有一條膠帶輸送機(jī)（寬度為1.2m），輸送機(jī)正常運(yùn)行狀態(tài)下爬升高度在13.0m～26.0m范圍內(nèi)，整體長(zhǎng)度為115.0m。為了方便工作人員通過與檢修，通廊寬度為3.1m。所處現(xiàn)場(chǎng)地震設(shè)防烈度為6度，風(fēng)壓取值為0.3kN。考慮到本工程中通廊高度達(dá)，再加之地面管網(wǎng)道路構(gòu)成情況比較復(fù)雜，因此對(duì)通廊跨度有較高要求，故選擇鋼結(jié)構(gòu)桁架式通廊體系。

本工程中鋼結(jié)構(gòu)桁架式通廊受力模型如下圖所示（如圖1）。結(jié)合圖1，通廊兩端與轉(zhuǎn)運(yùn)站之間通過滾動(dòng)支座的方式實(shí)現(xiàn)連接，其他部分的連接形式均為鉸接。通廊自身重力，人行（包括活灰）等活載作用力、以及設(shè)備荷載作用力均通過鋼結(jié)構(gòu)桁架式通廊支座傳遞至轉(zhuǎn)運(yùn)站以及鋼支架。其中，固定支架與中間支架承擔(dān)橫向水平荷載作用力，固定支架、中間支架、以及轉(zhuǎn)運(yùn)站支座共同承擔(dān)豎向垂直荷載作用力。

2 通廊鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)分析

對(duì)于鋼結(jié)構(gòu)桁架式通廊而言，常見的結(jié)構(gòu)形式有兩種類型：其一是人字形斜腹桿式桁架結(jié)構(gòu)，其二是單斜腹桿式桁架結(jié)構(gòu)，兩者結(jié)構(gòu)分別如下圖所示（見圖2～3）。從受力情況以及節(jié)點(diǎn)位移情況的角度上來說，單斜腹桿式桁架結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢(shì)體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：第一，在受力方面，斜腹桿承受拉力，豎腹桿承受壓力，受力情況單一且明確。與此同時(shí)，豎腹桿與斜腹桿在受力上無明顯差異，均勻性好；第二，從節(jié)點(diǎn)位移的角度上來說，受到地震作用力的影響，單斜腹桿式桁架結(jié)構(gòu)的節(jié)點(diǎn)位移不明顯，抗震優(yōu)勢(shì)突出。

同時(shí)，需要結(jié)合工藝要求以及高跨比確定桁架高度。一般來說，鋼結(jié)構(gòu)桁架高跨比控制在1/5～1/12范圍內(nèi)，跨度取值則控制在18.0m～36.0m范圍內(nèi)。

在荷載作用力方面，主要考慮到以下幾個(gè)幾個(gè)方面的因素：其一是設(shè)備荷載作用力，主要是受工藝技術(shù)的影響；其二是通廊結(jié)構(gòu)自重作用力，主要包括桁架部分、鋼架部分、圍護(hù)結(jié)構(gòu)部分、電纜盒部分、平臺(tái)部分、支撐部分、以及欄桿部分自重；其三是活載作用力，主要包括積灰、走到人行、風(fēng)雪等部分。在對(duì)受力情況進(jìn)行分析時(shí)，可以將荷載作用力集中在節(jié)點(diǎn)上，同時(shí)做出如下假設(shè)條件：即節(jié)點(diǎn)位置所有桿件軸線在同一平面上存在一相交點(diǎn)。根據(jù)理想狀態(tài)下的鉸接處理，可以引入PKPM鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軟件進(jìn)行輔助計(jì)算。但直接應(yīng)用PKPM軟件下，僅能夠?qū)ζ矫媸芰η闆r進(jìn)行分析力，在對(duì)縱向風(fēng)荷載、豎向荷載、以及地震作用力進(jìn)行計(jì)算時(shí)沒有納入對(duì)設(shè)備啟動(dòng)力以及橫向風(fēng)荷載作用力影響因素的考慮，因此有關(guān)腹桿以及弦桿的計(jì)算取值應(yīng)當(dāng)適當(dāng)放大10%左右，以確保結(jié)構(gòu)承載能力的穩(wěn)定與經(jīng)濟(jì)。

同時(shí)，從通廊鋼結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的角度上來說，為了最大限度的控制腹桿平面外應(yīng)力與平面內(nèi)應(yīng)力的比，確保整體鋼結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定，同時(shí)基于對(duì)施工方便的因素考量，在弦桿的布置上以寬翼緣H型鋼為首選方案，腹桿則選擇長(zhǎng)肢相并雙角鋼，通過節(jié)點(diǎn)板對(duì)桿件進(jìn)行連接，節(jié)點(diǎn)板厚度根據(jù)桁架節(jié)點(diǎn)應(yīng)力要求進(jìn)行選擇，原則上需要控制在6.0mm以上。還值得特別注意的一點(diǎn)是：通廊桁架結(jié)構(gòu)端部多需要設(shè)置門式支架，桁架跨中各個(gè)節(jié)點(diǎn)同時(shí)增設(shè)隅撐，上弦平面與下弦平面同時(shí)設(shè)置水平方向支撐，以保障通廊結(jié)構(gòu)橫向抗扭剛度以及穩(wěn)定性符合要求。按照這一思路，整個(gè)桁架通廊的連接節(jié)點(diǎn)如下圖所示（見圖4）。

3 鋼支架設(shè)計(jì)分析

本工程中，中間支架采用單片支架，由2個(gè)H型鋼構(gòu)成，可選擇的支撐方式包括十字交叉式、人字形式、八字形式、以及空腹式等。在選擇支撐方式時(shí)，需要對(duì)通廊結(jié)構(gòu)的整體強(qiáng)度水平、位移情況、以及穩(wěn)定性進(jìn)行驗(yàn)算。本工程中，通廊結(jié)構(gòu)寬度取值為3.1m，屬于較大寬度，因此在柱間支撐方式上選擇十字交叉形支撐方案。該方案下，斜向與橫向支撐均選擇為雙角鋼，柱腳采用外露式，支架底部柱腳與基礎(chǔ)通過鋼錨栓和平板支座連接，平板厚度根據(jù)基礎(chǔ)混凝土壓應(yīng)力計(jì)算得到，且底板厚度需要達(dá)到20.0mm以上，基礎(chǔ)高出地面高度需達(dá)到100.0mm以上，以利于鋼結(jié)構(gòu)防腐。

而從固定支架的角度上來說，本工程中由4個(gè)H型鋼構(gòu)成固定支架，節(jié)間位置設(shè)置十字交叉式水平支撐，其目的是保障固定支架的剛度與穩(wěn)定性達(dá)到要求，有效負(fù)擔(dān)通廊結(jié)構(gòu)縱向水平作用力。柱頂與桁架端部鋼架鉸接或者滾動(dòng)支座連接，支架底部柱腳與基礎(chǔ)通過鋼錨栓和平板支座連接。從這一角度上來說，固定支架可以看做 4 片剛接的單片支架，柱頂與桁架端部鋼架鉸接或者滾動(dòng)支座連接，支架底部柱腳與基礎(chǔ)通過鋼錨栓和平板支座連接。

4 結(jié)束語

在有關(guān)鋼結(jié)構(gòu)桁架式通廊的設(shè)計(jì)中，必須綜合對(duì)建筑、總圖、以及工藝等相關(guān)因素的考慮，同時(shí)結(jié)合工程所處地區(qū)的地質(zhì)情況以及地震作用力影響進(jìn)行綜合分析，最大限度的確保通廊結(jié)構(gòu)達(dá)到耐用、堅(jiān)固、經(jīng)濟(jì)、合理的狀態(tài)。本文詳細(xì)分析了鋼結(jié)構(gòu)桁架式通廊在設(shè)計(jì)與優(yōu)化方面的技術(shù)要點(diǎn)，同時(shí)對(duì)其工程應(yīng)用做出了分析，望能夠引起各方重視。

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1007-6344（2015）10-0103-01