鋼桁架的STS結構設計

付堯

摘 要：皮帶運輸機通廊是當前工業(yè)領域內(nèi)最常見的運輸構筑物，是目前性價比最高的運輸方式之一，鋼通廊則是當前最常采用的結構形式，其中鋼桁架為鋼通廊的上部主要結構。本文將分幾個部分簡述鋼桁架的設計流程。

關鍵詞：鋼通廊；鋼桁架

鋼通廊作為工業(yè)生產(chǎn)流程中最常用的運輸方式，由于其自身的幾大優(yōu)點（運輸連續(xù)性、成本低廉性及自動化可控性等）已被廣泛采用。作為工業(yè)設計院結構人員應該熟練掌握鋼通廊的設計流程及相關設計要點。本文就利用PKPM結構設計軟件STS鋼結構模塊進行設計做簡單的介紹。

1 模型選取

鋼桁架一般支撐于固定支架、單片支架或兩側(cè)廠房上，通過簡化模型，一般假定鋼桁架按兩端鉸支設計，即一段為固定鉸支座，另一端為可動鉸支座。根據(jù)生產(chǎn)工藝及場地條件的要求，常規(guī)鋼桁架跨度為20～50m。考慮常規(guī)性價比一般為30m左右鋼桁架，本文以30m單皮帶鋼桁架為例計算。如下圖：

2 荷載統(tǒng)計

鋼桁架基本條件如下：桁架跨度30m，單節(jié)間為3m，桁架高度3m，桁架寬度4m，圍護結構為全封閉，圍護材料采用單層保溫壓型鋼板，樓板為花紋鋼板。

2.1 屋面荷載統(tǒng)計

恒載：

壓型鋼板（單層保溫板）：0.25KN/m2

檁條（包括拉條、支撐）：0.15KN/m2

鋼梁自重：0.6KN/m

按屋蓋總寬度（算挑檐）4.85m折算屋面線恒荷載：（0.25+0.15）*4.85+0.6=2.54KN/m

活載：

屋面均布活荷載：0.5KN/m2

雪荷載：0.3KN/m2

積灰荷載：0.3KN/m2

按屋蓋總寬度（算挑檐）4.85m折算屋面線活荷載：（0.5+0.3）*4.85=3.88KN/m

2.2 樓面荷載統(tǒng)計

恒載：

走道板（-6紋鋼板）：0.5KN/m2

縱向平臺梁：0.85KN/m

按樓面總寬度4m折算樓面線恒荷載：0.5*4+0.85=2.85KN/m

活載：

平臺活荷載：2.5KN/m2

皮帶機荷載：3KN/m

按樓面總寬度4m折算樓面線活荷載：2.5*4+3=13KN/m

2.3 墻皮系統(tǒng)荷載

墻皮和窗：0.3KN/m2

檁條荷載：0.75KN/m

單側(cè)墻面系統(tǒng)折算線荷載：0.3*3.5+0.75=1.8KN/m

2.4 荷載統(tǒng)計

3 STS計算

PKPM—STS模塊—桁架—PK交互輸入與優(yōu)化計算

3.1 快速建模

可以通過“快速建?！卑垂こ虒嶋H情況輸入桁架網(wǎng)格線，其中上、下弦桿的節(jié)點通過分段數(shù)及分段方式實現(xiàn)，在分段處程序會自動增加節(jié)點；腹桿的網(wǎng)格線由程序自動生成，后續(xù)根據(jù)工程腹桿實際情況修改。

3.2 桿件布置

桁架中的桿件一般忽略次彎矩的影響，按軸心拉桿或壓桿設計，所以無論桿件是水平還是垂直，均按柱來輸入。桿件布置之前需先定義其截面。本桁架選取截面如下：

桿件輸入完畢后，需統(tǒng)一定義為節(jié)點餃。

3.3 荷載輸入

將荷載統(tǒng)計中計算的荷載標準值通過：“節(jié)點恒載”和“節(jié)點活載”分別輸入桁架的上、下弦節(jié)點處，注意桁架兩端節(jié)點的荷載按1/2輸入即可。

3.4 設計參數(shù)輸入

主要參數(shù)如下：

容許長細比：《鋼結構設計規(guī)范》規(guī)定桁架桿件的容許長細比為：受壓桿件150，一般結構的受拉桿件350，有重級工作制吊車廠房及直接承受動力荷載結構的受拉桿件為250。

擾度值：“[VT]/梁跨度”為永久荷載和可變荷載標準值產(chǎn)生的撓跨比容許值?！癧VQ]/梁跨度”為可變荷載標準值產(chǎn)生的撓跨比容許值。

鋼柱計算長度系數(shù)方法：按“無側(cè)移，桁架”計算，

其余選項按程序默認或工程實際情況輸入。

3.5 結構計算

通過程序進行結構計算，軸力圖、節(jié)點位移圖主要檢查內(nèi)力及位移是否合理，如發(fā)現(xiàn)異常，可返回模型輸入，檢查輸入的模型是否合理。應力圖可直觀地查看桿件的強度、穩(wěn)定性及長細比是否滿足設計要求；不滿足要求的項目，會用紅色顯示。通過超限信息文件可以快速檢查所有不滿足設計要求的項目。如果需要了解更詳細的信息，可以進入結構輸出文本文件。通過恒+活載節(jié)點位移圖及活載節(jié)點位移圖可以得到跨中節(jié)點最大位移，并計算整個桁架的撓度和跨度的比值，核算撓跨比是否滿足正常使用極限狀態(tài)的要求。

主要判斷“配筋包絡和鋼結構應力比圖”。根據(jù)實際工程經(jīng)驗，控制應力比小于0.9。若應力比太高，雖然滿足結構桿件受力要求，但實際工程中考慮到皮帶機的振動等問題，一般計算結果偏保守一些。

4 結論

大型皮帶運輸機鋼通廊宜采用符合通廊實際受力情況的空間模型進行計算。常規(guī)皮帶運輸機鋼通廊習慣采用PKPM結構設計軟件中鋼結構模塊—PK桁架進行簡化建模計算。一般來說可以很好地滿足工程設計要求的精度和可靠性，且計算方便快捷。本文通過3個部分對常規(guī)皮帶運輸機鋼通廊結構計算做了一些簡單的介紹，希望對相關結構專業(yè)設計人員有所幫助。

參考文獻

[1]羅邦富，魏明鐘.鋼結構設計手冊（第三版）[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2003.

[2]中華人民共和國建設部.GB50017-2003鋼結構設計規(guī)范[M].北京：中國計劃出版社，2003.