工業(yè)廠房鋼結構桁架式通廊的設計分析

何 維 陸康慧

(1浙江中材工程設計研究院有限公司 2浙江虹圖建筑設計有限公司)

工業(yè)廠房鋼結構桁架式通廊的設計分析

何 維1陸康慧2

(1浙江中材工程設計研究院有限公司 2浙江虹圖建筑設計有限公司)

在一些工業(yè)廠房，比如礦山、鋼廠以及水泥廠等，通常會采取混凝土結構來制造輸送系統所需的通廊。雖然能夠獲得一定的效果，但混凝土結構也存在一些不足，比如受力不均勻、布置受限等等。因此，便有必要針對工業(yè)廠房的通廊采取更為優(yōu)化的設計。本文結合工程實例，進一步對通廊鋼結構及鋼支架兩方面的設計進行分析，以期為工業(yè)廠房鋼結構桁架式通廊的設計實現有效優(yōu)化。

工業(yè)廠房；鋼結構；桁架式通廊

基于工業(yè)廠房中，少不了一些設備及系統的應用，比如皮帶機輸送系統以及膠帶機輸送系統的，這些系統在應用過程中需要通廊的支持。以前，針對這些系統所采取的通廊的結構多數是混凝土結構。對于混凝土結構來說，存在一些不足：其一，受力不均勻；其二，布置受限。為了使工業(yè)廠房通廊的利用價值得到有效提高，做好工業(yè)廠房通廊的優(yōu)化設計非常重要。鑒于此，本文對“工業(yè)廠房鋼結構桁架式通廊的設計”進行分析意義重大。

1.相關工程實例簡介

1.1 工程基本情況

某工業(yè)廠房企業(yè)在某一生產線上設置了輸送通廊1條，并且在通廊內部設置了膠帶輸送機1條，其寬度為1.2米。對于此輸送機，基于正常工作條件下，其爬升高度為13米到26米之間，總長為115米。由于希望工作人員能夠在檢修工作中更加方便，將通廊寬度設置為 3米。通廊所在地地震設防烈度為 6°，風壓為0.3kN。在對此項工程的通廊高度以及地面管網道路構成情況進行充分考慮的條件下，對通廊跨度提出了比較高的要求，進而在通廊結構選擇上，選擇了鋼結構桁架式通廊。

1.2 通廊受力情況

對于本工程的鋼結構桁架式通廊來說，通廊左右均設置轉運站，由于考慮到受力的均勻性，在高、低兩運轉站之間設置了滾動支座2個、中間支架2個、固定支架1個。其中，固定之間處于最中間位置，確保了通廊結構的穩(wěn)固性。對于通廊兩端和轉運站來說，主要是通過滾動支座的方法來實現連接的，其他部位的連接都屬于鉸接。對于通廊本身所存在的重力、人行活載作用力以及設備荷載作用力來說，是經鋼結構桁架式通廊支座向轉運站及鋼支架傳遞的。此外，橫向水平荷載作用力由固定支架和中間支架負責；而豎向垂直荷載作用力則是固定支架、中間支架、運轉站支架三者共同負責。由于考慮到工作的需求，在本工程的鋼結構桁架式通廊設計過程中，還需要對其中的通廊鋼結構設計與鋼支架設計充分重視，確保兩方面的設計均能夠體現出優(yōu)化、完善的特點。

2.通廊鋼結構設計分析

2.1 結構形式及受力情況

通常而言，鋼結構桁架式通廊具備的類型有兩種，即為人字形腹桿式桁架結構與單斜腹桿式桁架結構?；谑芰嵌榷裕备箺U主要承受的是拉力，而豎腹桿主要承受的是壓力，所以從整體上來看，斜腹桿與豎腹桿在受力上具備明確且單一化的特點。并且，基于受力上，斜腹桿與豎腹桿差距不大，均表現為均勻?；诠?jié)點位移角度而言，由于會遭遇地震作用力的影響，導致單斜腹桿式桁架結構在節(jié)點位移上不夠顯著，但抗震效果卻很好。

2.2 桁架高度及跨度控制

對于通廊鋼結構桁架來說，需根據工藝要求，同時結合高跨比，進一步對桁架的高度加以確立。通常情況下，鋼結構桁架高跨比需空載1/5至1/12之間，而跨度則需控制在18米至36米之間。

2.3 荷載作用力分析

對于荷載作用力來說，需明確的包括：（1）明確設備荷載作用力，其主要會在工藝技術的應用下受到影響。（2）明確通廊結構自重作用力，其自重涵蓋的部分包括鋼架、圍護結構、平臺以及支撐結構等。（3）明確活載作用，主要涵蓋了走道、積灰以及風雪等?；谑芰η闆r分析過程中，可把荷載作用力向節(jié)點集中，并作出相應的假設，可假設為：節(jié)點位置全部桿件軸線基于同一個平面上具備一個相交點。以理想的鉸接處理為依據，可利用PKPM鋼結構設計軟件完成相應的計算。但是，基于直接利用PKPM軟件的情況下，只能分析平面的受力情況。兒基于縱向、豎向荷載的計算過程中，未將設備啟動力因素納入其中進行考慮。所以，在腹桿計算取值以及弦桿計算取值過程中，可擴大大約 10%，以此使結構承載能力的經濟性以及穩(wěn)定性得到有效提升。

2.4 通廊鋼結構優(yōu)化設計思考

在本工程中，確保通廊鋼結構的優(yōu)化設計非常關鍵。因此，便有必要對腹桿平面外應力和腹桿平面內應力之間的比值進行最大程度的控制。同時，還有必要使鋼結構在整體層面上的穩(wěn)定性得到有效提高，此外，還需要確保施工的翻遍。綜合上述各大因素考慮，基于弦桿布置方面，便可以選擇寬翼緣H型鋼。而在腹桿方面，則選取長肢相并的雙角鋼。經節(jié)點板實現對桿件的連接，同時以桁架節(jié)點應力要求，合理選擇節(jié)點板厚度，一般需保證其＞6mm。此外，基于通廊桁架結構端部還需要充分注意的是，通常會對其設置門式支架，并且基于桁架跨當中的各大節(jié)點當中對隅撐加以設置，基于上弦和下弦平面同時對水平方向支撐加以設置，從而使通廊結構的橫向抗扭剛度得到有效增強，同時使其穩(wěn)定性能夠符合實際要求。根據上述設計思路，那么通廊鋼結構便能夠在很大程度上實現優(yōu)化設計。

3.鋼支架設計分析

除了需要做好以上提到的相關設計工作之后，還需要做好鋼支架的設計工作，合力選擇支架，并針對固定支架的一些要求進行分析。具體內容如下：

3.1 支架選擇

在本次工程當中，應用了單片支架作為中間支架，其是由兩個H型鋼組合而成的，可以選取的支撐方式諸多，涵蓋了人字形支撐方式、十字交叉支撐方式、空腹式支撐方式以及八子形支撐方式等?；谥畏绞竭x擇過程中，需對多方面的具體情況進行認真且詳細的驗算，包括：其一，通廊結構整體強度水平的驗算；其二，位移情況的驗算；其三，穩(wěn)定性的驗算。基于本次工程當中，將通廊的結構寬度設置為3米，是一種比較大的寬度，為了確保寬度設置的合理性，基于柱間支撐方式選取上，選取了十字交叉支撐方式?；诖朔桨傅臈l件下，都選取了雙角鋼作為斜向支撐以及橫向支撐。其柱角選擇了外露式的，支架底部柱腳和基礎經鋼錨栓與平板支座實現連接；平板厚度則在對基礎混凝土壓應力進行計算的基礎上得出。此外，底板厚度需控制在＞20mm，基礎高出地面的高度需＞100mm，以此使鋼結構的防腐效果得到有效增強。

3.2 固定支架分析

基于固定支架層面而言，在本次工程當中，固定支架是由四個H型鋼組合而成的?；诠?jié)間部位有十字交叉形式的水平支撐設置，這樣能夠使固定支架的剛度得到有效增強，同時使固定支架的穩(wěn)定性能夠充分符合相關設計要求。柱頂和桁架端部鋼架實現鉸接，同時柱頂也可以和滾動支座實現連接，而支架底部柱腳則和基礎在鋼錨栓的作用下，與平板支座實現有效連接。

3.3 整體設計思路分析

結合上述恩熙，認識到基于鋼結構桁架式通廊設計過程中，為了確保設計的優(yōu)化及完善，需對相關因素進行綜合考慮，包括建筑實況、圖紙設計以及工藝要求等，同時根據實際工程的地質情況以及地震作用力影響等情況，進一步使通廊結構的經濟性、實用性、科學性得到有效保證。

4.結語

通過本文的探究，認識到以往在工業(yè)廠房中在通廊設計過程中，主要使用了混凝土結構，而混凝土結構存在受力不足、布置受限等方面的缺陷。為了使工業(yè)廠房通廊的設計效果得到有效提高，合理設計鋼結構桁架式通廊顯得非常重要。在實際設計過程中，需對工程的實際情況加以掌握，進而做好通廊鋼結構的設計以及鋼支架的設計。在通廊鋼結構設計過程中，需考慮結構形式及受力情況、桁架高度及跨度控制、荷載作用力等要素。在鋼支架設計過程中，則需重點考慮支架的選擇，并做好固定支架的相關設計工作。相信從以上方面加以完善，

工業(yè)廠房鋼結構桁架式通廊的設計將能夠得到有效優(yōu)化，進一步為工業(yè)廠房相關工作效率及質量的提高奠定夯實的基礎。

TU7

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1007-6344（2016）03-0099-01

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