談輸煤棧橋設計

孫 建 斌

(煤炭工業太原設計研究院，山西 太原 030001)

談輸煤棧橋設計

孫 建 斌

(煤炭工業太原設計研究院，山西 太原 030001)

簡要介紹了輸煤棧橋的建筑平立面設計思路，著重闡述了鋼桁架棧橋的結構設計措施，并從鋼桁架棧橋整體空間結構作用的原理出發，研究了鋼棧橋在風荷載、溫度、地震荷載作用下的取值與計算，為今后棧橋設計提供了參考。

輸煤棧橋，鋼桁架，風荷載，溫度荷載，地震荷載

1 建筑設計

1.1 一般規定

建筑設計應貫徹適用、安全、經濟、節能、美觀的原則，因地制宜、量體裁衣、合理布局，與周圍環境相協調。平面在滿足工藝條件下，尚應滿足人員疏散、防火、設備檢修空間的要求；立面處理宜做到體型適度、比例勻稱、單體美觀、總體協調、重點突出。

1.2 建筑構造

1)采光設計：應符合現行國家標準GB/T 50033建筑采光設計標準的有關規定，采光等級宜采用Ⅴ級。天然采光不足部分，應采用人工照明補充。

2)屋面防水：應符合現行國家標準GB 50345屋面工程技術規范的有關規定，防水等級宜為Ⅲ級。屋面為鋼筋混凝土屋面時，應設置人字形分水條，間距不宜大于15 m。

3)樓地面排水：地道內應設置排水溝和集水坑；排水溝上應設置鐵篦子，集水坑的容積應滿足機械排水的要求。側墻與地面宜采取防水措施，棧橋中部或低端樓板處可設置橫向截水溝，集水漏斗等排水措施。

4)通風：地面上宜自然通風，地面下地道內應設置通風管道。當自然通風不能滿足要求時，可采用機械通風。

5)截面尺寸：樓地面上皮帶地腳確定后，皮帶一側檢修道寬度不應小于0.5 m，另一側人行道寬度不應小于1.0 m；受煤坑或儲煤場地道室內檢修道寬度不應小于0.7 m，人行道寬度不應小于1.2 m(該寬度均指距設備運轉及固定部分突出外緣)；垂直于室內地面的凈高不應小于2.2 m。若棧橋樓地面坡度大于5°時，應設置防滑條，坡度大于8°以上時，應設置踏步，踏步高度不宜大于150 mm。

1.3 防火設計

1)原煤棧橋生產類別為丙類，洗選后產品棧橋生產類別為戊類，耐火等級均為二級。

2)棧橋的縱向安全疏散不應大于75 m。

3)受煤坑、落煤筒的返煤地道應設置不少于兩個安全出口；當設兩個安全出口時，應設于地道兩端，且其安全疏散距離不應大于75 m。

4)棧橋與廠房等建(構)筑物的連接處宜設置防止火勢蔓延的水幕或其他保護措施。

5)棧橋內設置自動噴水滅火系統或水噴霧滅火系統時，其鋼結構可不采取防火保護措施。

6)棧橋鋼結構部分應采取有效防腐、防火措施，除銹等級應達到Sa2.5級。

1.4 節能

1)建筑材料宜選用傳熱系數較小的新技術、新材料。

2)寒冷或嚴寒地區除采取正常保溫措施外，宜采用雙層窗，不宜設帶形窗，控制窗墻比。

3)宜采用自然采光。

4)圍護結構的冷橋部位宜采取保溫措施。

2 結構設計

2.1 一般規定

輸煤棧橋應根據工業場地地形、場地布置、地震烈度、高度等情況選用鋼筋混凝土箱形結構、砌體結構、鋼筋混凝土框架結構或鋼結構。砌體與鋼筋混凝土結構大家比較熟悉，下面主要論述鋼桁架結構設計。

2.2 鋼桁架棧橋整體受力原理

由兩側豎向平面桁架及上下弦水平桁架組成空間結構。由于各平面桁架節點均為鉸接，使得棧橋任一橫斷面是節點為鉸接的矩形，由結構力學可知，棧橋在水平荷載作用下，任一橫斷面均為結構可變體。因此鋼桁架支座位置處需設置剛度較大的門式剛架，使得桁架上半部分的全部水平荷載通過上弦水平桁架直接傳給門式剛架，再通過門式剛架傳給棧橋支座(桁架下半部分的全部水平荷載通過下弦水平桁架直接傳給棧橋支座)。棧橋上豎向荷載通過上下弦水平桁架的橫梁傳到兩側豎向平面桁架的節點上，最后通過兩側豎向平面桁架傳給棧橋支座。

2.3 風荷載取值

GB 50009—2012建筑結構荷載規范中8.1.1條，棧橋風荷載標準值Wk(kN/m2)按下式計算：

Wk=βZ·μS·μZ·W0。

其中，βZ為高度Z處的風振系數；μS為風荷載體型系數；μZ為風壓高度變化系數；W0為基本風壓，kN/m2。只要式中的4個參數能確定，風荷載標準值Wk就能計算出，下面論述一下各參數的取值。

1)基本風壓W0：按地面上離地面上10 m高，統計所得50年一遇10 min平均年最大風速作為基本風速V0，按公式W0=(ρν2)/2求得。全國各城市基本風壓值可直接查規范附錄E中表E.5。

2)風壓高度變化系數μZ：僅與地面粗糙度及距地面高度有關，與結構形式無關。地形平坦或稍有起伏場地的風壓高度變化系數可直接查規范表8.2.1。對于地形復雜的山區，風壓高度變化系數按規范公式8.2.2進行修正。

3)風荷載體型系數μS：規范中沒有直接給出棧橋體型系數，但規范8.3.1條第2項規定，當建(構)筑物體型與規范給出的不同時，可按有關資料采用。設計人員可根據實際工程情況參考下列資料設計。

參考資料一：輸煤棧橋與實腹橋梁體型相似，可參考《公路橋涵設計通用規范》中實腹橋梁的風荷載體型系數。

當B/H≥8時，μS=1.3。

當1≤B/H<8時，μS=2.1-0.1×(B/H)。

其中，B為橋梁寬度;H為橋梁高。

參考資料二：GB J9—87建筑結構荷載規范規定，棧橋兩側體型系數分別為1.0和-0.7。

4)βZ高度Z處的風振系數：規范8.4.1條規定高度大于30 m且高寬比大于1.5的房屋，以及基本自振周期T1>0.25 s的各種高聳結構，均應考慮風壓脈動對結構產生順風向風振的影響。建議高度大于30 m的棧橋以及長度超過20 m的棧橋均應考慮風振影響，風振系數參考規范公式8.4.3計算。

2.4 溫度荷載

據JGJ 7—2010空間網格結構技術規程中4.2.4項第1條：網架支座節點的構造允許網架側移，且允許側移值大于或等于網架結構的溫度變形值時，網架可不考慮由于溫度變化而引起的內力。

桁架溫度變形值ΔL=ΔT·L·α。

其中，ΔT為年溫差最大值，取年最高溫35 ℃，最低溫-25 ℃，ΔT=60 ℃；L為桁架長度，取L=30 m；α為線膨脹系數(以每 ℃計)，α=12×10-6。

現以30 m跨鋼桁架為例，求得桁架溫度變形值ΔL，實際工程中不同跨度的鋼棧橋溫度變形值取30 m跨溫度變形ΔL的L/30倍數即可。

跨度30 m長鋼桁架溫度變形值ΔL=60×30 000×12×10-6=21.6 mm。

桁架一般下端固定，上端滑動。滑動端應該保留至少21.6 mm的變形距離就可以不考慮桁 架溫度變形引起的內力。抗震規范要求相鄰建(構)筑物的溫度縫要同時滿足地震區的防震縫要求，根據《構筑物抗震設計規范》中棧橋與相鄰建(構)筑物之間的防震縫的最小寬度(棧橋屋面高度不超過15 m時，防震縫可采用70 mm；當高度超過15 m時，對6度～9度，相應每增高5 m，4 m，3 m，2 m，防震縫宜加寬20 mm)可知，相鄰棧橋間防震縫已滿足溫度變形要求，桁架可不考慮由于溫度變化而引起的內力。

2.5 地震荷載

水平地震作用：棧橋應進行縱橫向水平地震作用計算。

豎向地震作用：據《構筑物抗震設計規范》中5.3.2條，8度和9度時，且跨度大于24 m的桁架應進行豎向地震作用計算，豎向地震作用可采用其重力荷載代表值與豎向地震作用系數的乘積，豎向地震作用系數可按表5.3.2采用。

2.6 棧橋計算

鋼桁架按材料分為型鋼桁架和鋼管球節點桁架。型鋼桁架可由建筑科學研究院設計的PKPM軟件計算并繪圖；鋼管球節點桁架可由網架程序計算繪圖。同樣跨度的鋼桁架，由于鋼管球節點桁架采用每個節段滿應力優化設計，技術經濟指標較傳統型鋼節點板桁架節約20%～50%。

3 結語

輸煤棧橋在煤炭工業機械化生產后必不可少，但因其結構特殊，尤其是大跨度鋼桁架，計算繁瑣、構造復雜，年輕的工程技術人員往往感到難以上手。本文淺述了棧橋及鋼桁架的基本設計和主要荷載參數取值，給設計人員提供了一定幫助。

[1] GB 50583—2010，選煤廠建筑結構設計規范[S].

[2] GB 50016—2006，建筑設計防火規范[S].

[3] GB 50191—2012，構筑物抗震設計規范[S].

[4] JGJ 7—2010，空間網格結構技術規程[S].

Discussion on coal transporting trestle design

Sun Jianbin

(CoalIndustryTaiyuanDesignandResearchInstitute,Taiyuan030001,China)

This paper briefly introduced the building plane and elevation design ideas of coal transporting trestle, emphatically elaborated the structural design measures of steel truss trestle, and from the principle of steel truss trestle whole space, researched the values and calculation of steel trestle under wind load, temperature,earthquake load, provided reference for future trestle design.

coal transporting trestle, steel truss, wind load, temperature load, seismic load

2015-02-10

孫建斌(1979- )，男，工程師

1009-6825(2015)12-0035-02

TU318

A