談清徐儲煤棚鋼管拱桁架屋蓋設計

翟志強

(陽泉市燕龕煤炭有限責任公司，山西陽泉 045000)

1 概述

本工程煤棚屬于網架(網殼)范疇，網架結構具有受力合理、跨度大、整體性好、節約鋼材等優點，近年來在工業建筑中得到了廣泛的應用。本文針對清徐縣煤棚的鋼桁架設計方法，為以后設計人員對類似建筑設計提供參考。

2 工程概況

本工程位于太原市清徐縣，儲煤棚屋蓋為鋼管拱桁架結構，下部為混凝土框架。上弦節點其兩儲煤棚跨度分別為80 m和30 m，長度均為60 m;下部混凝土柱距為邊跨7.5 m，中間跨9.0 m，共8榀桁架。

3 荷載和作用

恒載:0.3 kN/m2;活載:0.3 kN/m2;雪荷載:0.35 kN/m2;基本風壓:0.4 kN/m2;地震作用:抗震設防烈度8度，設計基本地震加速度0.2g，地震分組一組。

4 80 m跨鋼管拱桁架設計

1)方案1:拱桁架結構跨度80 m，矢高16 m，矢跨比為0.2;截面形式為倒三角形，三角形截面高3.0 m，寬3.0 m;端部三個節點中上弦兩個節點與梁側面固定鉸支，下弦節點與柱側面固定鉸支;鋼管拱桁架整體模型如圖1所示。

圖1 鋼管拱桁架整體模型

拱桁架鋼材全部選用Q235級鋼，構件截面形式全部采用圓鋼管:上弦桿:φ159×10.0;下弦桿:φ133×6.0;腹桿及斜撐桿:φ88.5×4.0;桁架上弦水平桿:φ60×3.5;單榀鋼管拱桁架總用鋼量 11 531 kg，約 16 kg/m2。

拱桁架節點X方向最大位移27 mm;Y方向最大位移53 mm;Z方向最大位移53 mm;空間最大位移69 mm。

經計算上弦桿最大應力比0.78，應力167.7 N/mm2;下弦桿最大應力比0.72，應力154.8 N/mm2;腹桿、斜撐桿和上弦水平桿為剛度控制，長細比分別為 124.5，144.2 和 149.9。

2)方案2:拱桁架結構跨度80 m，矢高10 m，矢跨比為0.2;截面形式為倒三角形，三角形截面高3.0 m，寬3.0 m;端部三個節點中上弦兩個節點與梁側面固定鉸支，下弦節點與柱側面固定鉸支;鋼管拱桁架整體模型同樣如圖1所示。

鋼桁架材料選擇發生變化，為拱桁架鋼材全部選用Q345級鋼，構件截面形式全部采用等肢相拼角鋼:上弦桿:80×9.0;下弦桿:80×9.0;腹桿及斜撐桿:100×9.0;桁架上弦水平桿:100×9.0;單榀角鋼拱桁架總用鋼量 12 880 kg，約 19.6 kg/m2。

拱桁架節點X方向最大位移55 mm;Y方向最大位移72 mm;Z方向最大位移70 mm;空間最大位移80 mm。

上弦桿最大應力比0.88，應力207.9 N/mm2;下弦桿最大應力比1.02，應力236.6 N/mm2;腹桿、斜撐桿和上弦水平桿為剛度控制，長細比分別為 126.3，146.2 和 150。

5 方案比較

圓鋼管與角鋼均為常用鋼材截面，本設計在滿足規范要求下，對鋼桁架的選型、布置采取了優化，比較得出方案1更科學，因為桿件長細比更小，更能使結構優化，節省鋼材。

6 結語

煤棚設計成網殼形式是未來發展的趨勢，該工程的設計為以后類似的大空間儲存結構提供了參考依據和借鑒，針對鋼管和角鋼拼接的設計，對不同的工程有不同的取舍，從計算角度和使用角度，我們建議鋼管拱桁架值得推廣應用。

［1］GB 50017-2003，鋼結構設計規范［S］.

［2］雷宏剛.鋼結構設計基本原理［M］.北京:科學出版社，2010.