張振國(guó) 沈陽(yáng)有色冶金設(shè)計(jì)研究院

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有色金屬選礦廠鋼結(jié)構(gòu)桁架式皮帶通廊設(shè)計(jì)

張振國(guó) 沈陽(yáng)有色冶金設(shè)計(jì)研究院

摘 要：本文介紹了鋼結(jié)構(gòu)桁架式皮帶通廊模型，受力特點(diǎn)，探討了鋼結(jié)構(gòu)通廊的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中應(yīng)注意的若干問(wèn)題。

關(guān)鍵詞：有色金屬；鋼結(jié)構(gòu)；桁架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

一、引言

有色金屬選廠生產(chǎn)系統(tǒng)中的皮帶通廊是選廠原料供應(yīng)系統(tǒng)的重要構(gòu)筑物之一，其內(nèi)部的運(yùn)礦皮帶連接著碎礦廠房、篩分廠房、粉礦倉(cāng)等建筑，保證選礦廠所需礦石的供應(yīng)。皮帶通廊平面上成細(xì)長(zhǎng)條形，立面上通常存在一定傾斜角度。鋼結(jié)構(gòu)桁架式皮帶通廊絕大多數(shù)構(gòu)件受力主要是軸向力，能充分發(fā)揮材料強(qiáng)度，工程造價(jià)低。廊身和支架適合在工廠進(jìn)行焊接加工，運(yùn)至現(xiàn)場(chǎng)直接吊裝拼接，施工速度很快，這也大大提高了建設(shè)速度，帶來(lái)更好的經(jīng)濟(jì)效益。通廊所用鋼材可以回收再利用，更符合綠色經(jīng)濟(jì)的要求。

二、鋼結(jié)構(gòu)通廊斷面尺寸的確定

通廊寬度和高度方向的尺寸應(yīng)根據(jù)各專(zhuān)業(yè)提供的技術(shù)參數(shù)進(jìn)行綜合考慮。通廊斷面尺寸首先要滿足工藝要求，如通廊內(nèi)設(shè)置膠帶機(jī)的數(shù)量和寬度、是否有其他相關(guān)設(shè)備等，其次考慮人行通道以及檢修通道等。通廊高度方向的尺寸凈高不易低于2.2米。[1]

三、鋼結(jié)構(gòu)通廊的受力分析

鋼結(jié)構(gòu)桁架式通廊一般由廊身和支架組成。廊身可以看作是一種立體桁架，通?？梢院?jiǎn)化由兩側(cè)的兩榀豎向平面桁架、屋面平面桁架、走道板平臺(tái)(平面桁架)、端部平面框架組成。端部框架可以看成四榀桁架的支座，剛度比較大。四榀桁架互為平面外的支撐，保證每榀桁架的平面外穩(wěn)定。每榀桁架單獨(dú)受力分析時(shí)均可以看做平面桁架。端部的框架依靠四榀平面桁架的支撐保證平面外的穩(wěn)定，端部框架受力分析時(shí)也可以看成平面框架[2]。廊身的豎向荷載包括通廊結(jié)構(gòu)本身的自重，走道平面承受的活荷載及其上設(shè)備荷載，屋面的活荷載、積灰荷載、雪荷載以及吊掛荷載，地震荷載等。豎向荷載通過(guò)走道梁板和屋面梁板傳給兩側(cè)豎向桁架。豎向桁架通過(guò)各弦桿和腹桿將豎向荷載傳至端部框架。垂直廊身的橫向水平荷載包括風(fēng)荷載和地震荷載。橫向水平荷載通過(guò)屋面平面桁架和走道板平面桁架各弦桿和腹桿傳給端部框架。平行廊身的縱向水平荷載包括地震荷載和設(shè)備運(yùn)行荷載。縱向水平荷載通過(guò)廊身的四榀桁架的各弦桿和腹桿傳至端部框架的支座處。縱向水平荷載數(shù)值一般較小，端部框架受力分析時(shí)一般可以不予考慮。廊身端部的平面框架作為廊身的豎向抗側(cè)力構(gòu)件將豎向荷載和橫向水平荷載傳至支架柱頂面。通廊支架可以分為單片支架和固定支架。單片支架只承受豎向荷載和橫向水平荷載，固定支架還要承受縱向水平荷載。

四、鋼結(jié)構(gòu)通廊的構(gòu)件選擇

廊身兩側(cè)的桁架：上下弦桿均可采用二等邊角鋼組成的T 形截面。當(dāng)荷載較大或考慮加工方便時(shí)也可采用熱軋H型鋼作為弦桿。直腹桿和斜腹桿一般均采用雙角鋼組合截面。直腹桿常采用十字形截面，斜腹桿常采用T形截面。廊身屋面水平桁架：兼做直腹桿的屋面梁按壓彎構(gòu)件考慮，一般采用槽鋼或熱軋H型鋼。斜腹桿受力較小．一般采用張緊的十字交叉圓鋼即可。廊身走道板水平桁架：走道板橫梁與屋面梁相似，斜腹桿也可采用張緊的十字交叉圓鋼，當(dāng)走道板滿鋪鋼板時(shí)十字交叉圓鋼可以取消。廊身端部框架：桁架兩端的端部框架是各水平桁架的支點(diǎn)，為防止桁架在水平荷載作用下發(fā)生扭轉(zhuǎn)，端部框架應(yīng)具有一定的剛度，常采用工字鋼或熱軋H型鋼。梁柱連接必須采用剛接，以保證水平力有效的傳遞。通廊支架：?jiǎn)纹Ъ芷矫嫱鉀](méi)有支撐點(diǎn)，框架柱弱軸用在平面內(nèi)，梁柱節(jié)點(diǎn)一般采用鉸接。設(shè)置支撐時(shí)，框架梁彎矩很小，一般按壓桿設(shè)計(jì)。斜支撐為方便連接一般采用角鋼。固定支架一般為四柱框架，四個(gè)方向均設(shè)置支撐。梁、柱和支撐的設(shè)置與單片支架基本相同。支架除采用型鋼組合外，也可采用三角鋼管的形式 。

五、鋼結(jié)構(gòu)通廊桿件設(shè)計(jì)計(jì)算

考慮受力，安裝運(yùn)輸?shù)纫蛩?，桁架的跨度一般?0m~30m，節(jié)間長(zhǎng)度取3 m左右。桁架可以利用中國(guó)建筑科學(xué)研究院建筑工程軟件研究所研發(fā)的PKPM結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軟件中STS模塊進(jìn)行計(jì)算。桁架可以采用帶豎桿的人字式腹桿體系，有時(shí)也用豪式屋架中的單向斜桿體系。根據(jù)桁架的受力特點(diǎn)，布置腹桿時(shí)應(yīng)盡量做到短桿受壓長(zhǎng)桿受拉，只有受力合理才能充分發(fā)揮材料的作用，達(dá)到節(jié)省鋼材用量的目的。

建立桁架的二維計(jì)算模型時(shí)，所有桿件均按柱布置，應(yīng)以桿件形心線為軸線，在節(jié)點(diǎn)處各軸線交于一點(diǎn)。當(dāng)桁架弦桿的截面變化時(shí)，如軸線變動(dòng)不超過(guò)較大弦桿截面高度的5%，可不考慮其影響。桁架各節(jié)點(diǎn)按鉸接計(jì)算。對(duì)用節(jié)點(diǎn)板連接的桁架，若桿件截面剛度較大，且在桁架平面內(nèi)的桿件截面高度與其幾何長(zhǎng)度（節(jié)點(diǎn)中心間的距離）之比大于1/10（對(duì)弦桿）或1/15（對(duì)腹桿）時(shí)，應(yīng)考慮節(jié)點(diǎn)剛性所引起的次彎矩。輸入桿件截面尺寸時(shí)，各桿件的允許長(zhǎng)細(xì)比應(yīng)國(guó)家規(guī)范相應(yīng)規(guī)定。應(yīng)用計(jì)算機(jī)程序計(jì)算桁架時(shí)，可不考慮橫向風(fēng)載作用，而在確定各桿件截面時(shí)比計(jì)算數(shù)值大5%～15%[3]，以保證結(jié)構(gòu)的安全性。

選廠中的皮帶通廊一般存在10°左右的傾斜。豎向荷載應(yīng)豎直向下加在各節(jié)點(diǎn)上。廊身端部框架豎直設(shè)置，這樣既方便廊身與支架的連接也可減少水平力的產(chǎn)生。

六、鋼結(jié)構(gòu)通廊的連接

鋼結(jié)構(gòu)皮帶通廊的支座形式通常一端設(shè)為鉸接，一端設(shè)為滾軸。滾軸支座可以沿通廊方向滾動(dòng)，從而釋放鋼結(jié)構(gòu)通廊在溫度應(yīng)力下產(chǎn)生的縱向變形。鉸接支座通常設(shè)在低點(diǎn)一端。支座可以采用鋼支座或橡膠支座。橡膠支座是利用橡膠的剪切變形能力將較薄的橡膠墊塊視為鉸支座，較厚的橡膠墊塊視為滾動(dòng)支座。支座底板上開(kāi)設(shè)一定長(zhǎng)度的長(zhǎng)形橢圓孔，在溫度應(yīng)力作用下，橡膠墊塊會(huì)產(chǎn)生沿通廊方向的變形，帶動(dòng)支座在預(yù)先留設(shè)的橢圓孔內(nèi)輕微滑動(dòng)，以適應(yīng)溫度變形。與傳統(tǒng)鋼支座相比，橡膠支座構(gòu)造簡(jiǎn)單，施工方便也易于維護(hù)。當(dāng)焊接桁架的桿件用節(jié)點(diǎn)板連接時(shí)，弦桿與腹桿、腹桿與腹桿之間的間隙不應(yīng)小于20mm，相鄰角焊縫焊趾間凈距不應(yīng)小于5mm。當(dāng)桁架桿件不用節(jié)點(diǎn)板連接時(shí)，相鄰腹桿連接角焊縫焊趾間凈距

不應(yīng)小于5mm。桿件與節(jié)點(diǎn)板的連接焊縫宜采用兩面?zhèn)群?，也可用三面圍焊，?duì)角鋼構(gòu)件可采用L形圍焊，所有圍焊的轉(zhuǎn)角處必須連續(xù)施焊。角焊縫的焊腳尺寸不應(yīng)小于8mm及所焊板件的厚度（當(dāng)板件厚度小于8mm時(shí)）。節(jié)點(diǎn)板厚度一般根據(jù)所連接桿件內(nèi)力的大小確定，但不得小于8mm。節(jié)點(diǎn)板的平面尺寸應(yīng)適當(dāng)考慮制作和安裝的誤差。在設(shè)計(jì)中不得任意加大焊縫，避免焊縫立體交叉和在一處集中大量焊縫，同時(shí)焊縫的布置應(yīng)盡可能對(duì)稱(chēng)于桿件形心軸。焊件厚度大于20mm的角接接頭焊縫，應(yīng)采用收縮時(shí)不易引起層狀撕裂的構(gòu)造。

七、鋼結(jié)構(gòu)通廊的防腐

鋼結(jié)構(gòu)通廊的防腐，應(yīng)樹(shù)立預(yù)防為主的理念。防腐措施的制定要從維修實(shí)際出發(fā)，考慮介質(zhì)的腐蝕性，在建筑設(shè)計(jì)與平面布置的過(guò)程中，盡可能地與腐蝕性環(huán)境相隔離。鋼結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)及連接構(gòu)造應(yīng)避免易于積灰和積濕的角、槽，連接零件之間應(yīng)有可供檢查與維修的空間（凈空不易小于120mm）。桁架結(jié)構(gòu)腐蝕性最為嚴(yán)重的部位在于弦桿部位，因此，在鋼結(jié)構(gòu)通廊的維護(hù)過(guò)程中，要具有針對(duì)性，提高維護(hù)效果。

鋼結(jié)構(gòu)桁架式皮帶通廊的設(shè)計(jì)過(guò)程中，必須對(duì)設(shè)備的施工工藝，技術(shù)要求以及具體的場(chǎng)地條件有明確的了解。在設(shè)計(jì)中，要保證設(shè)備的荷載、操作的荷載、檢修的荷載以及皮帶的實(shí)際張力與具體的使用情況相符合。在現(xiàn)階段下，鋼結(jié)構(gòu)桁架式皮帶通廊的設(shè)計(jì)還存在著些許的不足之處，相信通過(guò)各方的努力，一定可以克服這些不足之處。

參考文獻(xiàn)：

[1]中華人民共和國(guó)建設(shè)部，中華人民共和國(guó)國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局.GB 50017—2003 鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].北京: 中國(guó)計(jì)劃出版社，2003．

[2]付裕. 鋼結(jié)構(gòu)桁架式通廊設(shè)計(jì)優(yōu)化與工程應(yīng)用［D］.濟(jì)南：山東大學(xué)碩士學(xué)位論文，2012.

[3]尹元初.大跨度立體桁架[M].鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)管理組.《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算示例》編組委員會(huì). 北京: 中國(guó)建筑工業(yè)出版社,2008.

作者簡(jiǎn)介：張振國(guó)（1977－），男，遼寧省沈陽(yáng)市人，工程師，沈陽(yáng)有色冶金設(shè)計(jì)研究院，研究方向結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。