談?shì)斆簵蛟O(shè)計(jì)

孫 建 斌

(煤炭工業(yè)太原設(shè)計(jì)研究院，山西 太原 030001)

談?shì)斆簵蛟O(shè)計(jì)

孫 建 斌

(煤炭工業(yè)太原設(shè)計(jì)研究院，山西 太原 030001)

簡(jiǎn)要介紹了輸煤棧橋的建筑平立面設(shè)計(jì)思路，著重闡述了鋼桁架棧橋的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)措施，并從鋼桁架棧橋整體空間結(jié)構(gòu)作用的原理出發(fā)，研究了鋼棧橋在風(fēng)荷載、溫度、地震荷載作用下的取值與計(jì)算，為今后棧橋設(shè)計(jì)提供了參考。

輸煤棧橋，鋼桁架，風(fēng)荷載，溫度荷載，地震荷載

1 建筑設(shè)計(jì)

1.1 一般規(guī)定

建筑設(shè)計(jì)應(yīng)貫徹適用、安全、經(jīng)濟(jì)、節(jié)能、美觀的原則，因地制宜、量體裁衣、合理布局，與周圍環(huán)境相協(xié)調(diào)。平面在滿足工藝條件下，尚應(yīng)滿足人員疏散、防火、設(shè)備檢修空間的要求；立面處理宜做到體型適度、比例勻稱、單體美觀、總體協(xié)調(diào)、重點(diǎn)突出。

1.2 建筑構(gòu)造

1)采光設(shè)計(jì)：應(yīng)符合現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 50033建筑采光設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的有關(guān)規(guī)定，采光等級(jí)宜采用Ⅴ級(jí)。天然采光不足部分，應(yīng)采用人工照明補(bǔ)充。

2)屋面防水：應(yīng)符合現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB 50345屋面工程技術(shù)規(guī)范的有關(guān)規(guī)定，防水等級(jí)宜為Ⅲ級(jí)。屋面為鋼筋混凝土屋面時(shí)，應(yīng)設(shè)置人字形分水條，間距不宜大于15 m。

3)樓地面排水：地道內(nèi)應(yīng)設(shè)置排水溝和集水坑；排水溝上應(yīng)設(shè)置鐵篦子，集水坑的容積應(yīng)滿足機(jī)械排水的要求。側(cè)墻與地面宜采取防水措施，棧橋中部或低端樓板處可設(shè)置橫向截水溝，集水漏斗等排水措施。

4)通風(fēng)：地面上宜自然通風(fēng)，地面下地道內(nèi)應(yīng)設(shè)置通風(fēng)管道。當(dāng)自然通風(fēng)不能滿足要求時(shí)，可采用機(jī)械通風(fēng)。

5)截面尺寸：樓地面上皮帶地腳確定后，皮帶一側(cè)檢修道寬度不應(yīng)小于0.5 m，另一側(cè)人行道寬度不應(yīng)小于1.0 m；受煤坑或儲(chǔ)煤場(chǎng)地道室內(nèi)檢修道寬度不應(yīng)小于0.7 m，人行道寬度不應(yīng)小于1.2 m(該寬度均指距設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)及固定部分突出外緣)；垂直于室內(nèi)地面的凈高不應(yīng)小于2.2 m。若棧橋樓地面坡度大于5°時(shí)，應(yīng)設(shè)置防滑條，坡度大于8°以上時(shí)，應(yīng)設(shè)置踏步，踏步高度不宜大于150 mm。

1.3 防火設(shè)計(jì)

1)原煤棧橋生產(chǎn)類別為丙類，洗選后產(chǎn)品棧橋生產(chǎn)類別為戊類，耐火等級(jí)均為二級(jí)。

2)棧橋的縱向安全疏散不應(yīng)大于75 m。

3)受煤坑、落煤筒的返煤地道應(yīng)設(shè)置不少于兩個(gè)安全出口；當(dāng)設(shè)兩個(gè)安全出口時(shí)，應(yīng)設(shè)于地道兩端，且其安全疏散距離不應(yīng)大于75 m。

4)棧橋與廠房等建(構(gòu))筑物的連接處宜設(shè)置防止火勢(shì)蔓延的水幕或其他保護(hù)措施。

5)棧橋內(nèi)設(shè)置自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)或水噴霧滅火系統(tǒng)時(shí)，其鋼結(jié)構(gòu)可不采取防火保護(hù)措施。

6)棧橋鋼結(jié)構(gòu)部分應(yīng)采取有效防腐、防火措施，除銹等級(jí)應(yīng)達(dá)到Sa2.5級(jí)。

1.4 節(jié)能

1)建筑材料宜選用傳熱系數(shù)較小的新技術(shù)、新材料。

2)寒冷或嚴(yán)寒地區(qū)除采取正常保溫措施外，宜采用雙層窗，不宜設(shè)帶形窗，控制窗墻比。

3)宜采用自然采光。

4)圍護(hù)結(jié)構(gòu)的冷橋部位宜采取保溫措施。

2 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

2.1 一般規(guī)定

輸煤棧橋應(yīng)根據(jù)工業(yè)場(chǎng)地地形、場(chǎng)地布置、地震烈度、高度等情況選用鋼筋混凝土箱形結(jié)構(gòu)、砌體結(jié)構(gòu)、鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)或鋼結(jié)構(gòu)。砌體與鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)大家比較熟悉，下面主要論述鋼桁架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

2.2 鋼桁架棧橋整體受力原理

由兩側(cè)豎向平面桁架及上下弦水平桁架組成空間結(jié)構(gòu)。由于各平面桁架節(jié)點(diǎn)均為鉸接，使得棧橋任一橫斷面是節(jié)點(diǎn)為鉸接的矩形，由結(jié)構(gòu)力學(xué)可知，棧橋在水平荷載作用下，任一橫斷面均為結(jié)構(gòu)可變體。因此鋼桁架支座位置處需設(shè)置剛度較大的門(mén)式剛架，使得桁架上半部分的全部水平荷載通過(guò)上弦水平桁架直接傳給門(mén)式剛架，再通過(guò)門(mén)式剛架傳給棧橋支座(桁架下半部分的全部水平荷載通過(guò)下弦水平桁架直接傳給棧橋支座)。棧橋上豎向荷載通過(guò)上下弦水平桁架的橫梁傳到兩側(cè)豎向平面桁架的節(jié)點(diǎn)上，最后通過(guò)兩側(cè)豎向平面桁架傳給棧橋支座。

2.3 風(fēng)荷載取值

GB 50009—2012建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范中8.1.1條，棧橋風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值Wk(kN/m2)按下式計(jì)算：

Wk=βZ·μS·μZ·W0。

其中，βZ為高度Z處的風(fēng)振系數(shù)；μS為風(fēng)荷載體型系數(shù)；μZ為風(fēng)壓高度變化系數(shù)；W0為基本風(fēng)壓，kN/m2。只要式中的4個(gè)參數(shù)能確定，風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值Wk就能計(jì)算出，下面論述一下各參數(shù)的取值。

1)基本風(fēng)壓W0：按地面上離地面上10 m高，統(tǒng)計(jì)所得50年一遇10 min平均年最大風(fēng)速作為基本風(fēng)速V0，按公式W0=(ρν2)/2求得。全國(guó)各城市基本風(fēng)壓值可直接查規(guī)范附錄E中表E.5。

2)風(fēng)壓高度變化系數(shù)μZ：僅與地面粗糙度及距地面高度有關(guān)，與結(jié)構(gòu)形式無(wú)關(guān)。地形平坦或稍有起伏場(chǎng)地的風(fēng)壓高度變化系數(shù)可直接查規(guī)范表8.2.1。對(duì)于地形復(fù)雜的山區(qū)，風(fēng)壓高度變化系數(shù)按規(guī)范公式8.2.2進(jìn)行修正。

3)風(fēng)荷載體型系數(shù)μS：規(guī)范中沒(méi)有直接給出棧橋體型系數(shù)，但規(guī)范8.3.1條第2項(xiàng)規(guī)定，當(dāng)建(構(gòu))筑物體型與規(guī)范給出的不同時(shí)，可按有關(guān)資料采用。設(shè)計(jì)人員可根據(jù)實(shí)際工程情況參考下列資料設(shè)計(jì)。

參考資料一：輸煤棧橋與實(shí)腹橋梁體型相似，可參考《公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范》中實(shí)腹橋梁的風(fēng)荷載體型系數(shù)。

當(dāng)B/H≥8時(shí)，μS=1.3。

當(dāng)1≤B/H<8時(shí)，μS=2.1-0.1×(B/H)。

其中，B為橋梁寬度;H為橋梁高。

參考資料二：GB J9—87建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范規(guī)定，棧橋兩側(cè)體型系數(shù)分別為1.0和-0.7。

4)βZ高度Z處的風(fēng)振系數(shù)：規(guī)范8.4.1條規(guī)定高度大于30 m且高寬比大于1.5的房屋，以及基本自振周期T1>0.25 s的各種高聳結(jié)構(gòu)，均應(yīng)考慮風(fēng)壓脈動(dòng)對(duì)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生順風(fēng)向風(fēng)振的影響。建議高度大于30 m的棧橋以及長(zhǎng)度超過(guò)20 m的棧橋均應(yīng)考慮風(fēng)振影響，風(fēng)振系數(shù)參考規(guī)范公式8.4.3計(jì)算。

2.4 溫度荷載

據(jù)JGJ 7—2010空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程中4.2.4項(xiàng)第1條：網(wǎng)架支座節(jié)點(diǎn)的構(gòu)造允許網(wǎng)架側(cè)移，且允許側(cè)移值大于或等于網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的溫度變形值時(shí)，網(wǎng)架可不考慮由于溫度變化而引起的內(nèi)力。

桁架溫度變形值ΔL=ΔT·L·α。

其中，ΔT為年溫差最大值，取年最高溫35 ℃，最低溫-25 ℃，ΔT=60 ℃；L為桁架長(zhǎng)度，取L=30 m；α為線膨脹系數(shù)(以每 ℃計(jì))，α=12×10-6。

現(xiàn)以30 m跨鋼桁架為例，求得桁架溫度變形值ΔL，實(shí)際工程中不同跨度的鋼棧橋溫度變形值取30 m跨溫度變形ΔL的L/30倍數(shù)即可。

跨度30 m長(zhǎng)鋼桁架溫度變形值ΔL=60×30 000×12×10-6=21.6 mm。

桁架一般下端固定，上端滑動(dòng)?；瑒?dòng)端應(yīng)該保留至少21.6 mm的變形距離就可以不考慮桁 架溫度變形引起的內(nèi)力?？拐鹨?guī)范要求相鄰建(構(gòu))筑物的溫度縫要同時(shí)滿足地震區(qū)的防震縫要求，根據(jù)《構(gòu)筑物抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》中棧橋與相鄰建(構(gòu))筑物之間的防震縫的最小寬度(棧橋屋面高度不超過(guò)15 m時(shí)，防震縫可采用70 mm；當(dāng)高度超過(guò)15 m時(shí)，對(duì)6度～9度，相應(yīng)每增高5 m，4 m，3 m，2 m，防震縫宜加寬20 mm)可知，相鄰棧橋間防震縫已滿足溫度變形要求，桁架可不考慮由于溫度變化而引起的內(nèi)力。

2.5 地震荷載

水平地震作用：棧橋應(yīng)進(jìn)行縱橫向水平地震作用計(jì)算。

豎向地震作用：據(jù)《構(gòu)筑物抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》中5.3.2條，8度和9度時(shí)，且跨度大于24 m的桁架應(yīng)進(jìn)行豎向地震作用計(jì)算，豎向地震作用可采用其重力荷載代表值與豎向地震作用系數(shù)的乘積，豎向地震作用系數(shù)可按表5.3.2采用。

2.6 棧橋計(jì)算

鋼桁架按材料分為型鋼桁架和鋼管球節(jié)點(diǎn)桁架。型鋼桁架可由建筑科學(xué)研究院設(shè)計(jì)的PKPM軟件計(jì)算并繪圖；鋼管球節(jié)點(diǎn)桁架可由網(wǎng)架程序計(jì)算繪圖。同樣跨度的鋼桁架，由于鋼管球節(jié)點(diǎn)桁架采用每個(gè)節(jié)段滿應(yīng)力優(yōu)化設(shè)計(jì)，技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)較傳統(tǒng)型鋼節(jié)點(diǎn)板桁架節(jié)約20%～50%。

3 結(jié)語(yǔ)

輸煤棧橋在煤炭工業(yè)機(jī)械化生產(chǎn)后必不可少，但因其結(jié)構(gòu)特殊，尤其是大跨度鋼桁架，計(jì)算繁瑣、構(gòu)造復(fù)雜，年輕的工程技術(shù)人員往往感到難以上手。本文淺述了棧橋及鋼桁架的基本設(shè)計(jì)和主要荷載參數(shù)取值，給設(shè)計(jì)人員提供了一定幫助。

[1] GB 50583—2010，選煤廠建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[2] GB 50016—2006，建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范[S].

[3] GB 50191—2012，構(gòu)筑物抗震設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[4] JGJ 7—2010，空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程[S].

Discussion on coal transporting trestle design

Sun Jianbin

(CoalIndustryTaiyuanDesignandResearchInstitute,Taiyuan030001,China)

This paper briefly introduced the building plane and elevation design ideas of coal transporting trestle, emphatically elaborated the structural design measures of steel truss trestle, and from the principle of steel truss trestle whole space, researched the values and calculation of steel trestle under wind load, temperature,earthquake load, provided reference for future trestle design.

coal transporting trestle, steel truss, wind load, temperature load, seismic load

2015-02-10

孫建斌(1979- )，男，工程師

1009-6825(2015)12-0035-02

TU318

A