鋼結構桁架式通廊設計優化與工程應用分析

孫 喆

(南京蘇夏工程設計有限公司，江蘇南京 210036)

鋼結構桁架式通廊設計優化與工程應用分析

孫 喆

(南京蘇夏工程設計有限公司，江蘇南京 210036)

文章圍繞鋼結構桁架式通廊的設計優化與工程應用問題展開分析探討，結合XX公司XX生產線輸送通廊實例，分析了通廊鋼結構與鋼支架在設計優化方面的關鍵要點與問題，望能夠引起各方重視，以提高通廊結構整體穩定性。

鋼結構桁架；通廊；設計優化；工程應用

在大型鋼廠、礦山、水泥廠等工業廠房中，膠帶機、皮帶機輸送系統以往所使用的通廊多為混凝土結構。隨著工業技術的發展與優化，傳統的混凝土結構通廊在受力、布置等方面開始出現一定的局限性。而新提出的鋼結構桁架式通廊則具有計算模型簡單、跨度大、自身重量輕、施工工期短、布置靈活、受力分析明確、以及制作簡便等多個方面的優勢，因而得到了廣泛的應用。為了能夠更進一步的提高此結構通廊的應用性能，本文詳細探討鋼結構桁架式通廊的設計優化與工程應用要點，望引起重視。

1. 工程實例

XX公司XX生產線布置有一條輸送通廊，內設置有一條膠帶輸送機（寬度為1.2m），輸送機正常運行狀態下爬升高度在13.0m～26.0m范圍內，整體長度為115.0m。為了方便工作人員通過與檢修，通廊寬度為3.1m。所處現場地震設防烈度為6度，風壓取值為0.3kN。考慮到本工程中通廊高度達，再加之地面管網道路構成情況比較復雜，因此對通廊跨度有較高要求，故選擇鋼結構桁架式通廊體系。

本工程中鋼結構桁架式通廊受力模型如下圖所示（如圖1）。結合圖1，通廊兩端與轉運站之間通過滾動支座的方式實現連接，其他部分的連接形式均為鉸接。通廊自身重力，人行（包括活灰）等活載作用力、以及設備荷載作用力均通過鋼結構桁架式通廊支座傳遞至轉運站以及鋼支架。其中，固定支架與中間支架承擔橫向水平荷載作用力，固定支架、中間支架、以及轉運站支座共同承擔豎向垂直荷載作用力。

2 通廊鋼結構設計分析

對于鋼結構桁架式通廊而言，常見的結構形式有兩種類型：其一是人字形斜腹桿式桁架結構，其二是單斜腹桿式桁架結構，兩者結構分別如下圖所示（見圖2～3）。從受力情況以及節點位移情況的角度上來說，單斜腹桿式桁架結構的優勢體現在以下幾個方面：第一，在受力方面，斜腹桿承受拉力，豎腹桿承受壓力，受力情況單一且明確。與此同時，豎腹桿與斜腹桿在受力上無明顯差異，均勻性好；第二，從節點位移的角度上來說，受到地震作用力的影響，單斜腹桿式桁架結構的節點位移不明顯，抗震優勢突出。

同時，需要結合工藝要求以及高跨比確定桁架高度。一般來說，鋼結構桁架高跨比控制在1/5～1/12范圍內，跨度取值則控制在18.0m～36.0m范圍內。

在荷載作用力方面，主要考慮到以下幾個幾個方面的因素：其一是設備荷載作用力，主要是受工藝技術的影響；其二是通廊結構自重作用力，主要包括桁架部分、鋼架部分、圍護結構部分、電纜盒部分、平臺部分、支撐部分、以及欄桿部分自重；其三是活載作用力，主要包括積灰、走到人行、風雪等部分。在對受力情況進行分析時，可以將荷載作用力集中在節點上，同時做出如下假設條件：即節點位置所有桿件軸線在同一平面上存在一相交點。根據理想狀態下的鉸接處理，可以引入PKPM鋼結構設計軟件進行輔助計算。但直接應用PKPM軟件下，僅能夠對平面受力情況進行分析力，在對縱向風荷載、豎向荷載、以及地震作用力進行計算時沒有納入對設備啟動力以及橫向風荷載作用力影響因素的考慮，因此有關腹桿以及弦桿的計算取值應當適當放大10%左右，以確保結構承載能力的穩定與經濟。

同時，從通廊鋼結構優化設計的角度上來說，為了最大限度的控制腹桿平面外應力與平面內應力的比，確保整體鋼結構的穩定，同時基于對施工方便的因素考量，在弦桿的布置上以寬翼緣H型鋼為首選方案，腹桿則選擇長肢相并雙角鋼，通過節點板對桿件進行連接，節點板厚度根據桁架節點應力要求進行選擇，原則上需要控制在6.0mm以上。還值得特別注意的一點是：通廊桁架結構端部多需要設置門式支架，桁架跨中各個節點同時增設隅撐，上弦平面與下弦平面同時設置水平方向支撐，以保障通廊結構橫向抗扭剛度以及穩定性符合要求。按照這一思路，整個桁架通廊的連接節點如下圖所示（見圖4）。

3 鋼支架設計分析

本工程中，中間支架采用單片支架，由2個H型鋼構成，可選擇的支撐方式包括十字交叉式、人字形式、八字形式、以及空腹式等。在選擇支撐方式時，需要對通廊結構的整體強度水平、位移情況、以及穩定性進行驗算。本工程中，通廊結構寬度取值為3.1m，屬于較大寬度，因此在柱間支撐方式上選擇十字交叉形支撐方案。該方案下，斜向與橫向支撐均選擇為雙角鋼，柱腳采用外露式，支架底部柱腳與基礎通過鋼錨栓和平板支座連接，平板厚度根據基礎混凝土壓應力計算得到，且底板厚度需要達到20.0mm以上，基礎高出地面高度需達到100.0mm以上，以利于鋼結構防腐。

而從固定支架的角度上來說，本工程中由4個H型鋼構成固定支架，節間位置設置十字交叉式水平支撐，其目的是保障固定支架的剛度與穩定性達到要求，有效負擔通廊結構縱向水平作用力。柱頂與桁架端部鋼架鉸接或者滾動支座連接，支架底部柱腳與基礎通過鋼錨栓和平板支座連接。從這一角度上來說，固定支架可以看做 4 片剛接的單片支架，柱頂與桁架端部鋼架鉸接或者滾動支座連接，支架底部柱腳與基礎通過鋼錨栓和平板支座連接。

4 結束語

在有關鋼結構桁架式通廊的設計中，必須綜合對建筑、總圖、以及工藝等相關因素的考慮，同時結合工程所處地區的地質情況以及地震作用力影響進行綜合分析，最大限度的確保通廊結構達到耐用、堅固、經濟、合理的狀態。本文詳細分析了鋼結構桁架式通廊在設計與優化方面的技術要點，同時對其工程應用做出了分析，望能夠引起各方重視。

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1007-6344（2015）10-0103-01