鋼結(jié)構(gòu)通廊常規(guī)設(shè)計方法的局限性

周正為

摘? ? 要：鋼結(jié)構(gòu)通廊是工業(yè)廠區(qū)中常見的構(gòu)筑物，一般搭載帶式輸送機，實現(xiàn)散物料在各轉(zhuǎn)接機房之間的的輸送功能。由于帶式輸送機的荷載較小，所以鋼結(jié)構(gòu)通廊的質(zhì)量和剛度都比較小，也正由于輕質(zhì)的特點，幾乎任何構(gòu)筑物之間都有它的身影。近年來，轉(zhuǎn)接機房的功能性越來越多，高度也越來越高，很多通廊都同時具有大跨度和高支架的特點，此時，常規(guī)設(shè)計方法會出現(xiàn)局限性，設(shè)計時應(yīng)給與特別注意。

關(guān)鍵詞：鋼結(jié)構(gòu)通廊 滑動支座 風荷載

1? 前言

常規(guī)設(shè)計中，鋼結(jié)構(gòu)通廊分為桁架部分和支架部分。支架又分為固定支架和活動支架。豎向荷載由桁架傳導(dǎo)至支架，水平荷載則由支架直接承擔。沿著通廊方向的水平荷載主要為地震力，全部由固定支架承擔;垂直通廊方向的水平荷載主要為風荷載，由固定支架和活動支架共同承擔。當鋼結(jié)構(gòu)通廊的高度超過30m時， 鋼支架對水平荷載非常敏感，有以下兩個問題需要特別注意。

2? 地震力作用下的滑動支座問題

常規(guī)設(shè)計中，一般以120m為一個地震區(qū)段。當支架高度高于40m時，考慮柱腳上拔力的限制，應(yīng)減小地震區(qū)段。以實際工程為例：某國內(nèi)大型煤焦化項目，通廊總長度117m，高度46m，7度區(qū)0.1g，地震分組第三組，Ⅲ類場地。基本風壓0.6kN/m2，A類場地。通廊兩端支撐在轉(zhuǎn)接機房上，均為滑動支座。見圖1。

為了減少地震力產(chǎn)生的上拔力，可以將桁架一端與固定支架的連接設(shè)計為滑動支座，這樣每一個地震區(qū)段為39m，即每個固定支架承擔39m的水平地震力。本工程設(shè)計軟件采用3D3S v14.10.7，計算得到通廊地震作用下的位移圖，見圖2。

然而，上述設(shè)計思想是建立在兩個基本假設(shè)前提下的。第一，固定支架剛度足夠大，柱頂位移很小;第二，滑動支座能夠釋放水平地震位移，能夠“滑起來”。當通廊很高時，固定支架本身的柱頂位移已經(jīng)很大，設(shè)置滑動支座沒有實際意義。更大的問題是市場上的滑動支座大多由聚四氟乙烯組成，即使是理想狀態(tài)，聚四氟乙烯也有一定的摩擦系數(shù)，也就是說滑動支座實際上并不能完全釋放水平地震力，算出的結(jié)果并不準確。本項目中固定支架高度超過40m，柱頂每增加10kN的水平力，柱腳就多增加100kN的上拔力。這個數(shù)量級是非常可觀的。因此，本項目建議取消桁架與固定支架的滑動支座，改為鉸接，這樣兩個固定支架共同承擔117m水平地震力，更貼近實際情況，結(jié)構(gòu)也更加安全。

4? 風荷載計算問題

GB 50009—2012《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》中8.4.3條，對于一般豎向懸臂型結(jié)構(gòu)，例如高層建筑和構(gòu)架、塔架、煙囪等高聳結(jié)構(gòu)，需要考慮風振系數(shù)。常規(guī)設(shè)計中，在垂直帶式輸送機方向，起控制作用的是風荷載，標準風壓往往不考慮風振系數(shù)。但是當支架高度很高時，從現(xiàn)場工作人員的反饋情況中得知，大風天氣中鋼結(jié)構(gòu)廊道在高處抖動的非常明顯，無論從舒適度方面還是安全方面考慮，都應(yīng)該考慮風振系數(shù)的影響。

《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》8.4.3～8.4.6條中列舉了風振系數(shù)的計算公式，通過對比計算，該系數(shù)的大小對風荷載的影響很大，本項目的風振系數(shù)經(jīng)過計算可達2.07，即將常規(guī)設(shè)計的風荷載標準值擴大2倍，這對鋼構(gòu)件的計算和柱腳錨栓影響非常大，如果不加以考慮，會造成安全隱患。規(guī)范中沒有規(guī)定鋼結(jié)構(gòu)通廊需要考慮風振系數(shù)的高度界限，這就需要設(shè)計人員在項目中繼續(xù)探索總結(jié)。

鋼結(jié)構(gòu)通廊的封閉形式同樣對風荷載有所影響。本項目廊身為開敞桁架形式，也應(yīng)該按《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》表8.3.1中第33項考慮多榀桁架的體型系數(shù)。此外，開敞形式的桁架迎風面積還應(yīng)該考慮皮帶機擋風面高度，但是規(guī)范中沒有規(guī)定如何綜合考慮兩者的影響，有待于今后進一步研究。

5? 結(jié)語

總之，水平荷載對一定高度鋼結(jié)構(gòu)通廊具有非常顯著的影響。鋼結(jié)構(gòu)通廊本身是一種柔性結(jié)構(gòu)，高度很高時，采用地震反應(yīng)譜法計算得到的地震力往往很小，固定支架本身類似于搖擺柱，柱腳無論做成鉸接還是剛接對柱頂位移都沒有顯著影響。如果為了控制柱頂位移而加大固定支架剛度，會造成很大的浪費，也違背了設(shè)計的初衷。因此，“一柱一滑”的做法不適合此時應(yīng)用。此外，垂直帶式輸送機方向的風荷載往往對柱腳上拔力起控制作用，所以風振系數(shù)和體型系數(shù)的正確取值直接影響設(shè)計的質(zhì)量。千里之堤，毀于蟻穴，由于水平有限，上述問題有待于更深入的研究，歡迎各位工程師批評指導(dǎo)。

參考文獻：

[1] GB 50011—2010.建筑抗震設(shè)計規(guī)范[S].

[2] GB 50191—2012.構(gòu)筑物抗震設(shè)計規(guī)范[S].

[3] GB 50017—2003. 鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范[S].