輸糧鋼棧橋結(jié)構(gòu)設(shè)計

趙華營，謝會杰，王 寧

（中糧工程科技（鄭州）有限公司，河南 鄭州 450053）

輸糧鋼棧橋結(jié)構(gòu)設(shè)計

趙華營，謝會杰，王 寧

（中糧工程科技（鄭州）有限公司，河南 鄭州 450053）

輸糧鋼棧橋在港口碼頭、糧食儲運單位應(yīng)用較廣，本文從鋼棧橋結(jié)構(gòu)形式、支承結(jié)構(gòu)、設(shè)計要點等方面進行論述。

輸糧鋼棧橋；設(shè)計要點；糧食輸送

鋼棧橋是工業(yè)建筑中一種常用的結(jié)構(gòu)形式，對于大型糧油加工企業(yè)原料的接收、儲存、發(fā)放至關(guān)重要。由于廠區(qū)人流、車流較多，地面輸送糧食不可能實現(xiàn)，而地下輸送糧食存在地下防水等難題也不輕易采用，架空鋼棧橋就得到了大量運用，如圖1所示。

鋼棧橋由鋼桁架、支撐系統(tǒng)、鋼格柵和支架系統(tǒng)組成，在設(shè)計輸糧棧橋時，主梁常采用鋼桁架結(jié)構(gòu)。鋼桁架是由桿件組成的結(jié)構(gòu)體系，在進行內(nèi)力分析時，節(jié)點一般假定為鉸節(jié)點，當荷載作用在節(jié)點上時，桿件只有軸向力，其材料的強度可得到充分發(fā)揮。桁架結(jié)構(gòu)的優(yōu)點是利用截面較小的桿件組成截面較大的構(gòu)件，單層廠房的屋架常選用桁架結(jié)構(gòu)。在港口碼頭、糧食轉(zhuǎn)運過程中，通常采用鋼棧橋結(jié)構(gòu)形式。

圖1 鋼棧橋圖

1 鋼桁架的結(jié)構(gòu)形式

鋼桁架的結(jié)構(gòu)形式如圖2所示。在確定桁架結(jié)構(gòu)形式時，應(yīng)綜合考慮桁架的用途、跨度、荷載等因素，使之符合適用、受力合理、經(jīng)濟和施工方便等原則。從受力角度考慮，桁架外形應(yīng)盡量與彎矩圖相近，以使弦桿受力均勻。受力較合理的腹桿布置應(yīng)使短桿受壓，長桿受拉，腹桿數(shù)量少，總長度短。且盡可能使荷載作用于節(jié)點，避免弦桿因受節(jié)間荷載引起局部彎矩而增加截面。從施工角度考慮，桁架桿件的數(shù)量和品種應(yīng)盡可能少，在用鋼量增加較少的原則下，力求尺寸統(tǒng)一，構(gòu)造簡單，以便制造。腹桿與弦桿軸線間的夾角一般在30°～60°，最好在45°左右，以使節(jié)點緊湊。

圖2 鋼桁架形式圖

輸糧棧橋主要采用平行弦桁架，其具有桿件規(guī)格統(tǒng)一、節(jié)點構(gòu)造統(tǒng)一、便于制造等優(yōu)點。平行弦桁架分為上承式和下承式。

2 棧橋桁架橫斷面尺寸的確定

棧橋?qū)挾确较虻妮S線尺寸取決于棧橋上輸糧皮帶機的型式及排列，人行道的寬度一般為700～800 mm，檢修道寬度為450～500 mm[1]。如果有輸油管道或其他設(shè)備穿過棧橋，則其總寬度應(yīng)進行調(diào)整，總寬度應(yīng)算至桁架中心。

桁架高度方向的軸線尺寸取決于棧橋的跨度，但需同時滿足棧橋從板底到板頂?shù)母叨炔粦?yīng)小于輸糧設(shè)備高度。不加下斜撐的棧橋跨度一般情況下為30～36 m，可以是單跨或多跨[2]。多跨棧橋的布置應(yīng)考慮棧橋下的建筑物、道路、運糧車輛高度和寬度、管網(wǎng)、鐵路等的布置情況，且相互協(xié)調(diào)。

此外還應(yīng)考慮所用鋼材的經(jīng)濟性、制造及安裝方便程度。鋼材消耗量最少的桁架高跨比h/L=1/10～1/12，不加下?lián)蔚蔫旒芨叨葹?.5～3.3 m，最優(yōu)跨度為25～36 m[3]。若桁架的支架也是鋼結(jié)構(gòu)，其最優(yōu)跨度要和支架的鋼材消耗統(tǒng)一考慮。如跨度不等，一般為了是棧橋高度統(tǒng)一，小跨度的桁架高度就要隨著大跨度的高度而加大。因此，應(yīng)盡量考慮將桁架的跨度布置一致或接近一致。

3 桁架的荷載計算

桁架上的荷載有永久荷載和可變荷載兩大類。桁架所受豎向荷載（恒載、活載、風載在豎向產(chǎn)生的荷載）應(yīng)加在桁架的節(jié)點上。水平荷載（風荷載、地震）對支撐弦桿的作用力要作為承重桁架的附加荷載計算，一般只為承重桁架作用力的15%，如果截面選擇的余量遠大于15%則可不另計算。棧橋跨度超過30 m時，拼裝起拱預(yù)留量為1/500[4]。弦桿拼接部位不要放在節(jié)點上，可放在節(jié)間的中部。分析各個桿件的受力情況；在節(jié)點荷載作用下，桁架上弦受壓、下弦受拉，如圖3所示；桁架上弦的壓力、下弦的拉力由桁架支座兩端向跨中逐漸增大。由于桁架下弦支座兩端拉力較小，所以當棧橋很高、跨度很大時，風荷載對棧橋的作用就不能忽視。因為在風荷載的作用下，桁架下弦支座兩端的弦桿有可能由受拉狀態(tài)轉(zhuǎn)為受壓，在考慮風荷載對桁架影響時，桁架上下弦截面的選擇在原有基礎(chǔ)上要增大一級。

圖3 桁架內(nèi)力圖（拉力為正，壓力為負）

4 保證輸糧鋼棧橋整體穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)措施

鋼棧橋的整體穩(wěn)定計算上較難以控制，設(shè)計要采取必要的結(jié)構(gòu)措施，防止棧橋在水平風荷載作用下，側(cè)移變形過大或主桁架平面偏轉(zhuǎn)角位移（主桁架平面與上弦水平支撐平面間的直角的改變）過大，從而使鋼棧橋整體失穩(wěn)。

為增強輸糧鋼棧橋的整體穩(wěn)定性，需要采取以下措施：①控制鋼棧橋的寬跨比限制。②增加鋼棧橋抗扭轉(zhuǎn)的構(gòu)造措施，主要通過在主桁架與上弦檁條；連接節(jié)點處，加焊一個隅撐。③設(shè)置水平支撐，水平支撐用來承受桁架橫向荷載，并保持桁架的空間穩(wěn)定和空間剛度，是棧橋構(gòu)件中很重要的構(gòu)件。布置在桁架的上弦和下弦平面內(nèi)，桁架的弦桿同時是支撐的組成桿件。支撐斜桿一般采用圓鋼管或等邊單角鋼，用交叉斜腹桿對經(jīng)常改變方向的荷載最有利，斜腹桿只考慮承受拉力，豎桿承受壓力。斜腹桿的角度最好控制在40°～50°[5]。棧橋的經(jīng)濟指標見表1。

表1 棧橋的經(jīng)濟指標表

5 支撐結(jié)構(gòu)形式及設(shè)計要求

棧橋兩端的支撐結(jié)構(gòu)宜使用同一種材料，棧橋兩端的支撐結(jié)構(gòu)宜采用鋼支架或鋼筋混凝土框架。支架承受桁架傳來的豎向和橫向荷載，支架的穩(wěn)定性決定支架下部的寬度，支架穩(wěn)定力矩與傾覆力矩的比為支架的穩(wěn)定系數(shù)，一般為1.25。支架高度小于15.0 m時，可采用鋼筋混凝土支架，其寬度一般與上部棧橋同寬，支架高度大于15.0 m時，且兩側(cè)棧橋跨度較大，穩(wěn)定性要求較高時，可做成鋼支架。鋼支架高寬（垂直棧橋方向）比不宜大于6（6、7度設(shè)防），5（8度設(shè)防），4（9度設(shè)防）；鋼柱支架沿高度每隔一層或兩層（6、7度設(shè)防）須設(shè)置水平支撐，以增強支架的抗扭轉(zhuǎn)能力；鋼支架的立柱和橫梁宜采用H型鋼，立柱與橫梁節(jié)點采用剛性連接，斜支撐采用雙角鋼或圓鋼管[6]。鋼支架斜支撐形式有三種，如圖4所示。

圖4 鋼支架立面圖

6 結(jié)語

受港口碼頭、糧食儲運、加工等企業(yè)場地的限制，要求設(shè)計的鋼棧橋跨度越來越大，大跨度輸糧鋼棧橋，加工制造容易，起吊安裝方便，施工速度快，施工效率高等優(yōu)點，應(yīng)用越來越廣泛。

[1]張耀春.鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計原理[M].北京：高等教育出版社，2011.

[2]中華人民共和國建設(shè)部和中華人民共和國國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局. GB 50017-2003 鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范[S].北京：中國計劃出版社，2003.

[3]中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部. GB 50011-2010 建筑抗震設(shè)計規(guī)范[S].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2010.

[4]中華人民共和國國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局、中華人民共和國建設(shè)部. GB 50205-2001 鋼結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗收規(guī)范[S].北京：中國計劃出版社，2001.

[5]于良科.鋼棧橋設(shè)計與施工[J].山西建筑，2007（24）：306-307.

[6]楊小軍，崔 青，崔林萌.54 m跨度膠帶輸送機鋼棧橋設(shè)計要點[J]煤炭工程，2012（2）：10-11.

Structure Design of Grain Steel Pier

Zhao Huaying, Xie Huijie, Wang Ning
(COFCO Engineering and Technology (Zhengzhou) Co., Ltd, Zhengzhou 450053,China)

Grain steel trestle used in ports, grain storage and transportation unit widely, this paper discusses the grain steel trestle from the steel pier structure, supporting structure and design points.

Grain steel trestle; Design points; Grain elevators

TU249.2

10.16736/j.cnki.cn41-1434/ts.2016.22.025

趙華營（1985-），男，工程師，專業(yè)方向為結(jié)構(gòu)設(shè)計。

謝會杰（1985-），男，工程師，專業(yè)方向為結(jié)構(gòu)設(shè)計。

王 寧（1981-），女，工程師，專業(yè)方向為結(jié)構(gòu)設(shè)計。