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

孫 喆

(南京蘇夏工程設(shè)計有限公司，江蘇南京 210036)

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

孫 喆

(南京蘇夏工程設(shè)計有限公司，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)線輸送通廊實例，分析了通廊鋼結(jié)構(gòu)與鋼支架在設(shè)計優(yōu)化方面的關(guān)鍵要點與問題，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、皮帶機輸送系統(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算模型簡單、跨度大、自身重量輕、施工工期短、布置靈活、受力分析明確、以及制作簡便等多個方面的優(yōu)勢，因而得到了廣泛的應(yīng)用。為了能夠更進一步的提高此結(jié)構(gòu)通廊的應(yīng)用性能，本文詳細探討鋼結(jié)構(gòu)桁架式通廊的設(shè)計優(yōu)化與工程應(yīng)用要點，望引起重視。

1. 工程實例

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（寬度為1.2m），輸送機正常運行狀態(tài)下爬升高度在13.0m～26.0m范圍內(nèi)，整體長度為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)場地震設(shè)防烈度為6度，風壓取值為0.3kN。考慮到本工程中通廊高度達，再加之地面管網(wǎng)道路構(gòu)成情況比較復(fù)雜，因此對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)運站之間通過滾動支座的方式實現(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)運站以及鋼支架。其中，固定支架與中間支架承擔橫向水平荷載作用力，固定支架、中間支架、以及轉(zhuǎn)運站支座共同承擔豎向垂直荷載作用力。

2 通廊鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計分析

對于鋼結(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)勢體現(xiàn)在以下幾個方面：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，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)點位移不明顯，抗震優(yōu)勢突出。

同時，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幾個方面的因素：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、圍護結(jié)構(gòu)部分、電纜盒部分、平臺部分、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、風雪等部分。在對受力情況進行分析時，可以將荷載作用力集中在節(jié)點上，同時做出如下假設(shè)條件：即節(jié)點位置所有桿件軸線在同一平面上存在一相交點。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)計軟件進行輔助計算。但直接應(yīng)用PKPM軟件下，僅能夠?qū)ζ矫媸芰η闆r進行分析力，在對縱向風荷載、豎向荷載、以及地震作用力進行計算時沒有納入對設(shè)備啟動力以及橫向風荷載作用力影響因素的考慮，因此有關(guān)腹桿以及弦桿的計算取值應(yīng)當適當放大10%左右，以確保結(jié)構(gòu)承載能力的穩(wěn)定與經(jīng)濟。

同時，從通廊鋼結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計的角度上來說，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，同時基于對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，腹桿則選擇長肢相并雙角鋼，通過節(jié)點板對桿件進行連接，節(jié)點板厚度根據(jù)桁架節(jié)點應(yīng)力要求進行選擇，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，桁架跨中各個節(jié)點同時增設(shè)隅撐，上弦平面與下弦平面同時設(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，整個桁架通廊的連接節(jié)點如下圖所示（見圖4）。

3 鋼支架設(shè)計分析

本工程中，中間支架采用單片支架，由2個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，需要對通廊結(jié)構(gòu)的整體強度水平、位移情況、以及穩(wěn)定性進行驗算。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)力計算得到，且底板厚度需要達到20.0mm以上，基礎(chǔ)高出地面高度需達到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)定性達到要求，有效負擔通廊結(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)計中，必須綜合對建筑、總圖、以及工藝等相關(guān)因素的考慮，同時結(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行綜合分析，最大限度的確保通廊結(jié)構(gòu)達到耐用、堅固、經(jīng)濟、合理的狀態(tài)。本文詳細分析了鋼結(jié)構(gòu)桁架式通廊在設(shè)計與優(yōu)化方面的技術(shù)要點，同時對其工程應(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