礦山選廠鋼結(jié)構(gòu)膠帶機(jī)通廊設(shè)計(jì)

張振國

（沈陽有色冶金設(shè)計(jì)研究院有限公司，遼寧 沈陽 110003）

有色金屬礦山選廠中的膠帶機(jī)通廊是生產(chǎn)原料供給系統(tǒng)的重要構(gòu)筑物之一，通廊內(nèi)的運(yùn)礦皮帶連接著碎礦車間、篩分車間、粉礦倉等生產(chǎn)車間，保證選礦生產(chǎn)所需礦石的持續(xù)且足量供應(yīng)。膠帶機(jī)通廊立面上通常存在一定傾斜角度，寬度為膠帶機(jī)設(shè)備寬與人員通行所需寬度之和，長度由傾斜角度和兩端高差確定，在平面上通常成細(xì)長條形。因?yàn)榭缍容^大的膠帶機(jī)常設(shè)計(jì)成桁架式鋼結(jié)構(gòu)，所以，這種結(jié)構(gòu)自重輕，可以顯著減少基礎(chǔ)工程量，降低造價(jià)。桁架絕大多數(shù)構(gòu)件主要受力為軸向拉力或壓力，能充分發(fā)揮鋼材的強(qiáng)度優(yōu)勢(shì)，減少材料用量，降低造價(jià)。鋼結(jié)構(gòu)膠帶機(jī)通廊的廊身框架通常是在工廠進(jìn)行加工和焊接，整體運(yùn)至現(xiàn)場進(jìn)行吊裝，施工速度很快，可以縮短土建項(xiàng)目的建設(shè)周期，帶來更好的經(jīng)濟(jì)效益[1]。膠帶機(jī)通廊所用的鋼材可以回收再利用，減少建筑垃圾的產(chǎn)生，更符合綠色經(jīng)濟(jì)的要求。

1 鋼結(jié)構(gòu)通廊斷面尺寸的確定

通廊寬度方向的斷面尺寸應(yīng)根據(jù)機(jī)械、電氣等專業(yè)提供的參數(shù)要求進(jìn)行綜合考慮。通廊寬度首先要滿足工藝布置的要求，如通廊內(nèi)設(shè)置膠帶機(jī)的數(shù)量和寬度、是否有其他相關(guān)設(shè)備等。其次考慮工作人員的通行以及檢修等要求。在滿足上述所有條件的情況下確定合理的寬度尺寸。通廊的高度取值應(yīng)考慮人員的通過，凈高一般不應(yīng)低于2.2米，否則會(huì)讓人覺得壓抑。

2 鋼結(jié)構(gòu)通廊的受力分析

鋼結(jié)膠帶機(jī)通廊一般由廊身框架和支架組成。

廊身框架可以看作是一種由屋面、走道板、廊身兩側(cè)四個(gè)平面桁架組成的立體的桁架。這四榀桁架互為平面外的支撐，以保證平面外穩(wěn)定。四個(gè)平面桁架與端部的平面框架相連。端部框架必須具有足夠的剛度才能有效的傳遞荷載和承擔(dān)四榀桁架支座的作用[2]。

作用在廊身上的荷載主要是豎向荷載和橫向水平荷載。豎向荷載包括結(jié)構(gòu)構(gòu)件、膠帶機(jī)設(shè)備本身及所運(yùn)送礦石的自重，屋面積雪荷產(chǎn)生的荷載，走道板平面的活荷載，豎向地震作用等。豎向荷載經(jīng)由屋面和走道板平面的梁板傳遞至兩側(cè)的豎向桁架，然后傳遞到兩邊的端部框架。垂直廊身的橫向水平荷載有水平地震作用和風(fēng)荷載，由屋面和走道板平面桁架傳導(dǎo)給端部框架?？v向水平荷載（平行廊身）包括水平地震作用和設(shè)備運(yùn)行時(shí)的動(dòng)力荷載。縱向水平荷載由廊身的四榀桁架傳遞至端部框架。通?？v向水平荷載的數(shù)值都不大，計(jì)算時(shí)不用考慮。所有荷載最終由端部的平面框架傳遞至支架柱頂面，繼而傳給基礎(chǔ)。

通廊的支架常見的是固定支架和單片支架。當(dāng)建設(shè)場地的抗震設(shè)防烈度七度以下或通廊跨度不大時(shí)，通廊兩端可直接支撐在兩端相鄰的建筑物上。

3 鋼結(jié)構(gòu)通廊構(gòu)件的選擇

通廊兩側(cè)的桁架：上下弦桿常采用由兩個(gè)角鋼組成的T形截面，也可采用H型鋼。直腹桿和斜腹桿常采用兩個(gè)角鋼組成的組合截面。直腹桿一般采用十字形截面，斜腹桿一般采用T形截面。

通廊屋面的桁架：屋面梁可以起到直腹桿的作用，一般采用槽鋼或H型鋼。斜腹桿可采用角鋼或張緊的十字交叉圓鋼[3]。

通廊走道板水平桁架：走道板橫梁與屋面梁相似，由于滿鋪鋼板所以可不設(shè)支撐。

通廊端部框架：桁架兩端的端部框架是四榀水平桁架的支點(diǎn)。應(yīng)注意，端部框架要選擇具有足夠的剛度的，這樣可以防止桁架由于水平荷載作用而發(fā)生扭轉(zhuǎn)情形。端部框架常采用工字鋼或H型鋼。為了保證水平力能有效的傳遞，梁柱之間的連接必須采用剛接。

通廊支架：支架與計(jì)算單元內(nèi)的通廊桁架構(gòu)成縱向抗力體系。單片支架的框架柱根據(jù)高度的不同可選擇H型鋼或格構(gòu)柱。選擇H型鋼柱時(shí)，柱的強(qiáng)軸應(yīng)布置在支架平面外以保證框架的平面外穩(wěn)定。為了方便施工，框架的梁柱節(jié)點(diǎn)一般采用鉸接，支撐一般按壓桿進(jìn)行設(shè)計(jì)。斜支撐用選擇角鋼以方便連接。固定支架設(shè)計(jì)時(shí)用四柱框架，四個(gè)方向均要設(shè)置支撐。梁、柱和支撐的設(shè)置與單片支架基本相同。

4 桁架桿件設(shè)計(jì)計(jì)算

考慮受力及安裝運(yùn)輸?shù)纫蛩?，桁架的跨度一般?0m～30m，節(jié)間長度3m左右。中國建筑科學(xué)研究院所屬建筑工程軟件研究所研發(fā)的PKPM結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軟件中STS模塊可以進(jìn)行桁架的計(jì)算。桁架可以布置成帶豎桿的人字式腹桿體系，有時(shí)也用豪式屋架中的單向斜桿體系。鑒于桁架的受力特點(diǎn)，設(shè)計(jì)腹桿時(shí)應(yīng)做到：短桿受壓，長桿受拉，這樣就可以最大程度的發(fā)揮材料強(qiáng)度作用，進(jìn)而減少材料用量。

構(gòu)建桁架二維計(jì)算模型時(shí)，首先保證交叉的軸線相交于一點(diǎn)，各桿件要嚴(yán)格按柱布置，桿件形心沿軸線布置。注意，當(dāng)條件滿足“軸線變動(dòng)小于較大弦桿截面高度的5%”時(shí)，設(shè)計(jì)時(shí)不用計(jì)算桁架弦桿的截面為變值因素作用。第二，桁架各節(jié)點(diǎn)按鉸接計(jì)算。對(duì)采用節(jié)點(diǎn)板連接的桁架，如果桿件截面剛度較大而長度較小時(shí)，需酌情考慮由節(jié)點(diǎn)本身的剛性所引起的次彎矩。對(duì)于桿件截面尺寸，各桿件的允許長細(xì)比應(yīng)符合國家現(xiàn)行規(guī)范的相應(yīng)規(guī)定。利用計(jì)算軟件計(jì)算桁架時(shí)，可不考慮橫向風(fēng)載的作用，而在確定各桿件截面時(shí)取比計(jì)算數(shù)值大5%～15%[4]，以此保證結(jié)構(gòu)的安全性。

礦山選廠中的膠帶機(jī)通廊的傾斜角度一般在10°左右的，走道板上應(yīng)焊接防滑條或踏步以方便人員行走。豎向荷載應(yīng)豎直向下的加在各節(jié)點(diǎn)上。廊身端部框架常豎直設(shè)置，這樣可以減少水平力的產(chǎn)生，同時(shí)也方便廊身與支架的連接安裝。

5 桁架的連接

設(shè)計(jì)鋼結(jié)構(gòu)膠帶機(jī)通廊兩端的支座形式時(shí)，通常在低點(diǎn)一端采用鉸接支座，另一端采用滾軸支座。滾軸支座因?yàn)樵O(shè)有滾軸和長橢圓形孔，所以通廊可以沿長度方向伸長或收縮少許距離，以適應(yīng)環(huán)境溫度的變化。支座可以采用鋼支座或橡膠支座。附圖是鋼支座的一種構(gòu)造示意。鋼支座的優(yōu)點(diǎn)是耐用且傳力比較符合設(shè)計(jì)上的理論，缺點(diǎn)是加工比較繁瑣，安裝要求嚴(yán)格。橡膠支座利用材料本身的特點(diǎn)，根據(jù)橡膠墊塊薄厚的不同達(dá)到鉸支座或滾動(dòng)支座的作用。相比較而言，橡膠支座構(gòu)造簡單，容易維護(hù)。

弦桿、腹桿及支撐之間的連接可采用螺栓連接或焊接。對(duì)于板厚較厚的構(gòu)件，在采用角接接頭或T形接頭時(shí)，應(yīng)控制構(gòu)件所用鋼材的含硫量，或者選用強(qiáng)度級(jí)別較低的焊接材料，防止連接部位因構(gòu)件收縮引起層狀撕裂。

6 桁架的防腐

有色金屬礦山選廠中的膠帶機(jī)通廊所面臨的防腐主要是積灰和雨水等潮濕空氣對(duì)構(gòu)件的腐蝕。因?yàn)殍旒軜?gòu)件截面較小，板厚較薄，日常維護(hù)工作一般把預(yù)防放在首位。制定防腐措施時(shí)，從維修實(shí)際出發(fā)，根據(jù)項(xiàng)目所在地區(qū)實(shí)際氣候條件制定相應(yīng)檢查和維護(hù)周期。設(shè)計(jì)鋼結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)時(shí)，一定避免設(shè)計(jì)易于積灰和潮濕的凹角、窩槽，同時(shí)各連接構(gòu)件之間的凈空不易小于120mm，這樣方便日后維護(hù)。一般弦桿部位是桁架結(jié)構(gòu)腐蝕性最為嚴(yán)重的部位，所以，日常維護(hù)過程中應(yīng)加強(qiáng)對(duì)其的檢查和維護(hù)力度，以提高維護(hù)效果。

7 結(jié)語

鋼結(jié)構(gòu)膠帶機(jī)通廊的設(shè)計(jì)過程中，必須對(duì)使用設(shè)備的生產(chǎn)工藝，技術(shù)要求以及建設(shè)項(xiàng)目所在的具體場地條件有明確的了解。在設(shè)計(jì)中，要保證設(shè)備安裝和運(yùn)行所產(chǎn)生的荷載、人員操作的荷載、檢修的荷載以及生產(chǎn)使用中皮帶的實(shí)際張力與具體的使用情況相符合，防止漏算荷載。隨著科技和經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，鋼結(jié)構(gòu)膠帶機(jī)通廊的設(shè)計(jì)必然會(huì)產(chǎn)生新的變化，采用新的工藝。設(shè)計(jì)者應(yīng)經(jīng)常關(guān)注相應(yīng)變化，做到與時(shí)俱進(jìn)。

[1]中華人民共和國建設(shè)部，中華人民共和國國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局.GB 50017—2003 鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.北京：中國計(jì)劃出版社，2003.

[2] 付裕.鋼結(jié)構(gòu)桁架式通廊設(shè)計(jì)優(yōu)化與工程應(yīng)用［D］.濟(jì)南：山東大學(xué)碩士學(xué)位論文，2012.

[3]井玉國，孫婧.鋼結(jié)構(gòu)通廊的工程設(shè)計(jì)與應(yīng)用[J].科技致富向?qū)В?011，23.

[4]尹元初.大跨度立體桁架[M].鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范國家標(biāo)準(zhǔn)管理組.《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算示例》編組委員會(huì). 北京： 中國建筑工業(yè)出版社，2008.