鋼結構通廊結構設計要點探析

盛云錦

1.鋼結構通廊組成

鋼結構通廊組成主要包括桁架和支架兩個方面。

2.通廊桁架設計

2.1 桁架荷載組成

桁架荷載主要由上游專業(yè)的性質確定，比如工藝專業(yè)、設備專業(yè)、電氣專業(yè)、水道專業(yè)等，主要荷載包括如下。

（1）皮帶機荷載：根據(jù)工藝提供資料，布置受力位置及大小。膠帶機頭部，中間架和驅動裝置等工藝提供的荷載按恒載輸入，頭輪或尾輪的合力為水平力，按活載輸入，合力方向為朝向膠帶所在方向。工藝提供的超載系數(shù)和動力系數(shù)需要累乘，但此累乘值不與地震作用組合，故此超載系數(shù)和動力系數(shù)累乘增大的值應作為活荷載單獨輸入并參與組合。

（2）走道荷載：活荷載一般按照2.0kN/m2，恒載：根據(jù)板厚計算。

（3）皮帶張緊裝置荷載：在通廊末端，一般需要擱置皮帶張緊裝置，此裝置會產生額外荷載，需要單獨布置。

（4）封墻荷載、屋面荷載：若鋼結構通廊需要外包封墻，就需要輸入封墻荷載，荷載的大小根據(jù)屋面和封墻的做法確定。

（5）管道荷載（水管等）：根據(jù)上游專業(yè)資料輸入，一般荷載作用在豎桿上。

（6）電纜橋架荷載：根據(jù)電氣資料，布置荷載。

（7）料渣或積灰荷載：根據(jù)現(xiàn)場實際情況發(fā)現(xiàn)構件上常常伴有料渣或積灰形成的堆積物，料渣或積灰荷載一般取0.3kN/m2～0.8kN/m2。根據(jù)皮帶機帶寬和實際情況設計人員酌情考慮。

2.2 桁架主立面布置

通廊的結構布置形式一般應規(guī)則對稱，并具有足夠的空間剛度。桁架主立面布置形式一般有a、b 兩種（圖1）。

圖1 桁架主立面腹桿布置形式

選擇哪一種布置形式，一般是根據(jù)桁架是否需要外包封墻決定的。若桁架無封墻，一般選擇a 類形式，沒有封墻系統(tǒng)，桁架平面外風荷載傳到支座豎桿上的壓力較小，支座豎桿可以承受更多桁架平面內傳來的荷載，所以支座斜桿設計為拉桿較合理；若桁架有封墻系統(tǒng)，一般選擇b 類形式，把支座斜桿設計為壓桿，主要承受平面內壓力，支座豎桿主要承受平面外風荷載傳來的壓力。

2.3 桁架平面外水平支撐布置

桁架平面外水平支撐布置形式一般有如下兩種（圖2）。

圖2 平面外水平支撐布置形式

a類形式，是把水平支撐按壓桿設計，支撐長細比一般控制在200 以內；b 類形式，是把水平支撐按拉桿設計，支撐長細比一般控制在350 以內。實際的水平支撐一般做成交叉支撐比較合適，支撐桿件的強度應力比比較容易滿足要求，一般是由長細比控制。水平支撐對于整個結構來說是次要構件，此類構件截面宜貼著規(guī)范要求的長細比選取，使桁架用鋼量減少。

2.4 桁架構件的計算長度、容許長細比、容許撓度

計算桁架桿件的長細比時，其計算長度需按《鋼結構設計規(guī)范》（GB50017）第7.4.1 條確定。受壓、受拉桿件的允許長細比需滿足《鋼結構設計規(guī)范》（GB50017）第7.4.6、7.4.7 條規(guī)定[1]。

構件的撓度和變形要求按以下要求控制：一般樓面次梁1/250，支撐頭尾輪和驅動裝置的次梁1/350。通廊支架頂部支撐通廊桁架的梁1/400，通廊桁架整體撓度當跨度≤24m 時應≤1/400，當跨度＞24m 時應≤1/500，≥24m 跨度的桁架制作時宜起拱，墻面和屋面檁條按1/200。

2.5 桁架與支架的連接

通廊桁架一般一端做固定連接，另一端做滑動連接?；瑒舆B接一般采用滾動支座，摩擦系數(shù)取0.1，如果荷載較大造成輥軸設計困難可以采用鏡面不銹鋼加潤滑支座，摩擦系數(shù)取0.15。固定支座一般采用焊接，并設置在通廊低位。支架兩側如果通廊跨度相差較大時應在圖紙中注明施工安裝階段應先安裝跨度較小一側的桁架，然后再安裝跨度較大一側的桁架[2]。

2.6 通廊封閉及走道

由于環(huán)保要求，一般都要對通廊進行封閉處理。通廊封閉可采用空間桁架的結構型式也可采用門式剛架的結構型式。封閉剛架的間距宜根據(jù)通廊的桁架節(jié)間距離確定，一般控制在4m～6m 左右，剛架應垂直于地面。剛架立柱柱底按鉸接設計，安裝螺栓采用4M20，柱底板和橫梁采用現(xiàn)場圍焊，柱腳位置處的支撐橫梁面外應設置通長槽鋼以限制橫梁扭轉。封閉剛架縱向柱間支撐間距控制在40m左右，支撐不要放置在兩個桁架交界位置，屋面支撐位置同柱間支撐。

在通廊封閉結構的風荷載計算中，封閉剛架應考慮陣風系數(shù)，屋面檁條和墻梁應考慮端部、角部等邊緣區(qū)域風荷載效應加大的因素。對全封閉通廊中的膠帶機兩側上托輥必須設置安全欄桿，尾部附近下托輥處也需設置安全欄桿；對于膠帶機長度大于150m、角度大于3.5°的連續(xù)斜坡一般在30m～50m 左右的距離在兩側走道設置安全門。

封閉式膠帶機通廊的走道面至屋面梁底的凈空一般為：當膠帶機帶寬為650mm～1200mm 時為2500mm；當膠帶機帶寬為1400mm～1600mm 時為2700mm；當膠帶機帶寬為1800mm 以上時為3000mm，此高度已考慮了通廊內電纜橋架所占位置，設計應注意資料中的高度是否符合此要求，不要盲目增加此高度。如果遇到膠帶機跨梯則應在樓梯位置局部預留凸起空間，不要因為樓梯而抬高通廊高度。

通廊走道板一般做成花紋鋼板，花紋鋼板底部做加勁肋。皮帶機底部一般也需要封閉，此處一般僅有積灰荷載，荷載較小，鋼板可做薄，僅作擋料封閉之用。走道板傾斜角度大于6°小于12°時，走道鋼板需設置防滑條；大于12°時，走道鋼板需增設鋼踏步。

2.7 鋼構件運輸

根據(jù)項目經(jīng)驗，鋼構件整體運輸條件為寬度≤7500，高度≤4200，但此條件應結合輸出項目具體施工地點和施工方確認后方可開展設計，故設計時應注意盡量避免過大的整體構件，如確實需要應先繪制出初步外形圖，在施工圖方案確認后再繼續(xù)深化設計。

3.支架設計

3.1 單片支架設計

單片支架平面外計算長度取全高，平面內計算長度取節(jié)間長度。支架兩側如果通廊跨度相差較大，應注意盡量減少通廊在支架頂部的偏心做法，可以采用大跨度桁架支座和支架對中，小跨度桁架現(xiàn)場和大跨度桁架支座連接的做法，如果一定要偏心連接應注意加強支座處支架梁和支架柱的抗扭加強構造。

3.2 固定支架設計

在有條件的情況下一般在一個溫度區(qū)段的中部設置一個固定支架，固定支架間距不宜大于150m。固定支架計算水平地震力時，附加質量的長度應取固定點到滑動點的長度，這部分長度上的通廊恒載和活載轉化為質量附加到固定支架上，附加質量=恒載+0.5 活載。如果支架立柱受力不是抗震組合控制，則立柱的長細比、板件寬厚比按鋼結構設計規(guī)范彈性設計要求控制，反之則還要滿足構筑物抗震規(guī)范的要求。

3.3 柱間支撐設計

柱間支撐可設計成十字交叉支撐、人字形支撐、單斜桿支撐等。每一種支撐形式都有不同的受力特點。從受力能力的強弱、經(jīng)濟性角度考慮，建議選用十字交叉支撐。十字交叉支撐可按拉桿設計，長細比可按鋼結構設計規(guī)范的要求控制在350 以內，但當按拉桿設計時，建議支撐桿件的截面應力比不大于0.5。

支撐應布置在外圍四周，內部支撐不宜太多，可以隔一個框架布置一處，支撐應上下對齊，如果由于條件限制則錯開的支撐只能錯開一個柱距。支撐布置應避開門和行人通行位置，避開外部通廊接口位置，避開內部頭尾輪及驅動裝置位置。

3.4 柱腳設計

通廊支架一般做外露式鉸接柱腳。外露式柱腳有鉸接柱腳和剛接柱腳之分。判斷柱腳是否滿足剛接要求時，還要從錨栓位置、底板厚度、是否設置靴梁、是否設置底板加勁肋等各種因素綜合考慮[3]。

柱腳底板的錨栓開孔孔徑，為安裝方便，一般鉸接柱腳底板開孔直徑為1.5d（d 為螺栓直徑），剛接柱腳底板錨栓的開孔直徑宜取1.2d。錨栓需采用雙螺母固定，實驗證明，雙螺母防止松動能力比單螺母強許多，結構更加可靠。

柱腳底板下需做二次澆灌層，主要目的是調平，二次澆灌的細石混凝土對柱腳初期剛度具有非常大的影響，所以一般應采用微膨脹細石混凝土。支架立柱做外包混凝土防腐時，外包混凝土寬度做到鋼柱外邊100mm，頂面做里高外低10%坡度。

4.計算軟件

通廊桁架與支架的計算，根據(jù)本人的經(jīng)驗，可使用Midas 軟件進行上部整體計算，也可采用PK 進行二維計算。Midas軟件對結構基礎無法計算，需要其他軟件（如理正軟件等）配合補充計算，PK 內有基礎模塊，可直接建模計算。梁柱連接節(jié)點、梁梁連接節(jié)點、柱腳節(jié)點等建模時按實際節(jié)點做法點鉸接或直接剛接連接。

5.結語

綜上所述，鋼結構通廊結構設計涉及許多鋼結構設計的基本知識，設計人員只有較全面地掌握這些知識，才能在實際的工程設計中較好地完成任務，并能使鋼結構具備安全性的同時還具有很好的經(jīng)濟性。