淺析鋼結(jié)構(gòu)通廊的設(shè)計

高賽露

中冶東方工程技術(shù)有限公司秦皇島設(shè)計研究院建工所

1 概述

膠帶機通廊系統(tǒng)是一種在冶金、礦山、化工等行業(yè)廣泛應(yīng)用的運輸機械設(shè)施，主要用于解決工廠內(nèi)散粒物料及成品的大量連續(xù)運輸，具有能夠確保足量供應(yīng)、成本低廉、可實現(xiàn)自動化控制等優(yōu)點。

2 結(jié)構(gòu)模型

通廊系統(tǒng)由支架、廊身兩部分組成。工程中通常的布置有三種情況：1）當(dāng)通廊計算單元中最低端與地面連接時，視地面為固定支點，可不設(shè)固定支架；2）當(dāng)通廊計算單元中包含轉(zhuǎn)運站，由于轉(zhuǎn)運站通常為框架結(jié)構(gòu)，剛度較大，可利用轉(zhuǎn)運站作為通廊系統(tǒng)的固定支架，不再單設(shè)；3）除上述兩種情況外，應(yīng)單獨設(shè)置固定支架。

3 結(jié)構(gòu)形式的選擇

3.1 桁架設(shè)計

對于跨度大于12米以上的廊身多采用桁架結(jié)構(gòu)，可分為上承式與下承式。

3.2 支架設(shè)計

支架是膠帶機通廊的支撐結(jié)構(gòu)，間距一般為20m左右，但根據(jù)場地的具體情況，如需跨越公路，建筑物等，最大跨度也可達60m以上。支架分為單片鉸接支架和雙片固定支架，與計算單元內(nèi)的通廊桁架共同形成縱向抗力體系。

4 受力分析

4.1 桁架計算

以土耳其卡特米爾工程上料系統(tǒng)中的一段通廊為例，具體說明計算過程。

設(shè)計資料：通廊全長119米，傾角12.5度，寬3.380米，最高處標高41.635米，要求全長為全封閉鋼結(jié)構(gòu)，通廊分為三段，中間設(shè)機械室兼做固定支架，鋼材采用Q235-B鋼制造?，F(xiàn)以其中一段跨度為35.715米的通廊桁架為例，說明其計算過程。

（1）荷載：

（a）永久荷載：

檁條及屋面板荷載 0.5Kn/m2

通廊地面（走道板及加勁） 1Kn/m2

通廊內(nèi)管線荷載 2Kn/m

膠帶機荷重（工藝專業(yè)提供）1Kn/m2

（b）可變荷載：

不上人屋面活載 0.5Kn/m2

積灰荷載 0.3Kn/m2

設(shè)備運行荷載： 2.5Kn/m2

走道檢修荷載： 2.5Kn/m2

（2）桿件計算

（a）豎向桁架計算

將上述荷載折算為弦桿節(jié)點荷載，輸入PKPM ,計算可得桁架內(nèi)力值。（附圖1）

取跨中上弦桿為例，簡述桿件應(yīng)力計算結(jié)果。桿件截面為2L180x180x16，填板厚度10mm，Lx=2.61，Ly=2.61; 長細比：λx=47.2，λy=34.9

強度計算最大應(yīng)力對應(yīng)組合號：11，M=-0.01，N=1602.58，M=0.01，N=-1602.58

強度計算最大應(yīng)力（N/mm*mm）=169.95

平面內(nèi)穩(wěn)定計算最大應(yīng)力（N/mm*mm）=166.26

平面外穩(wěn)定計算最大應(yīng)力（N/mm*mm）=166.78

壓桿，平面內(nèi)長細比λ=47.≤[λ]=150

壓桿，平面外長細比λ=35.≤[λ]=150

另經(jīng)計算，跨中最大位移值50.3mm，與跨度比值為1/710，滿足要求，即豎向荷載作用下，桁架所選桿件截面滿足要求。

（b）水平桁架計算

水平桁架方向荷載主要考慮橫向風(fēng)載?；撅L(fēng)壓ω=1.1Kn/m2,地面粗糙度取B類，通廊平均高度29.45m,風(fēng)載高度系數(shù)μz=1.42；風(fēng)載體型系數(shù)：迎風(fēng)面風(fēng)壓μs1=0.8，背風(fēng)面吸μs2=-0.5；風(fēng)振系數(shù)Βz=1.0

風(fēng)荷載=Βzμzμs1ω=1.25Kn/m2；Βzμzμs2ω=-0.781Kn/m2

取桁架水平方向，弦桿與水平支撐組成水平桁架，將計算所得風(fēng)荷載折算為節(jié)點荷載，建模并輸入PKPM，計算可得如下內(nèi)力圖（圖1）。

同樣取上述跨中上弦桿為例，計算長度：Lx=2.61, Ly=2.61; 長細比：λx=34.9,λy=47.2

強度計算最大應(yīng)力對應(yīng)組合號：1M=0.00 N=378.62 M=0.00，N=-378.62

強度計算最大應(yīng)力（N/mm*mm）=40.15

平面內(nèi)穩(wěn)定計算最大應(yīng)力（N/mm*mm）=37.16

平面外穩(wěn)定計算最大應(yīng)力（N/mm*mm）=39.40

壓桿，平面內(nèi)長細比λ=35≤[λ]=150

壓桿，平面外長細比λ=47≤[λ]=150

將兩個方向的應(yīng)力進行疊加

強度計算最大應(yīng)力（N/mm*mm）=40.15+169.95=210.5

平面內(nèi)穩(wěn)定計算最大應(yīng)力（N/mm*mm）=37.16+166.78=203.94

平面外穩(wěn)定計算最大應(yīng)力（N/mm*mm）=39.40+166.26=205.26

圖1

疊加后，強度及穩(wěn)定均滿足要求；經(jīng)計算，跨中最大位移值6.0mm，與跨度比值為1/5952，滿足要求，即桁架所選桿件滿足要求

4.2 支架計算

（1）荷載

支架主要承受的是通廊桁架支座處傳來的豎向荷載與水平荷載。

（2）截面形式

通常采用的有型鋼組合式和鋼管三角式兩大類，現(xiàn)通過擬定兩支架高度相同，豎向荷載相同，改變水平荷載的大?。ㄖ饕懻撏ɡ葯M向水平荷載，縱向荷載僅在固定支架出考慮）通過計算，在滿足強度、穩(wěn)定及變形要求的前提下對兩種形式支架的用鋼量及變形量進行對比分析。

表1 組合式與鋼管式支架對比表

通過上表的對比，可以看出，對于水平荷載（風(fēng)載、地震荷載）較大，起控制作用的地區(qū)，或支架高度較高，位移起控制作用的支架，采用鋼管三角式結(jié)構(gòu)，更加節(jié)省鋼材量，剛度容易保證，且鋼管結(jié)構(gòu)不需要支撐，因此構(gòu)件類型單一，數(shù)量少，施工簡便；對于水平荷載不大，支架高度不高，豎向荷載起控制作用的支架，采用型鋼組合格構(gòu)形式，能夠節(jié)省近30%的鋼材量，有著可觀的經(jīng)濟效益。因此在實際工程中應(yīng)結(jié)合具體情況，正確選用。

5 結(jié)語

通廊系統(tǒng)的布置往往受工藝及場地的限制，形式無法固定，變化較多，這就需要我們在設(shè)計中不能生搬硬套，要結(jié)合具體情況，正確選擇合理的結(jié)構(gòu)形式，只有這要才能在保證安全、功能的前提下更加的節(jié)省鋼材量，減少施工等經(jīng)濟投入。

[1]鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范(GB50017-2003).中國計劃出版社

[2]鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計與計算(第2版)柴昶等.機械工業(yè)出版社，2006

[3]鋼結(jié)構(gòu)計算示例.中國計劃出版社，2007