張振國

（沈陽有色冶金設(shè)計研究院有限公司，遼寧 沈陽 110003）

有色金屬礦山選廠中的膠帶機通廊是生產(chǎn)原料供給系統(tǒng)的重要構(gòu)筑物之一，通廊內(nèi)的運礦皮帶連接著碎礦車間、篩分車間、粉礦倉等生產(chǎn)車間，保證選礦生產(chǎn)所需礦石的持續(xù)且足量供應(yīng)。膠帶機通廊立面上通常存在一定傾斜角度，寬度為膠帶機設(shè)備寬與人員通行所需寬度之和，長度由傾斜角度和兩端高差確定，在平面上通常成細長條形。因為跨度較大的膠帶機常設(shè)計成桁架式鋼結(jié)構(gòu)，所以，這種結(jié)構(gòu)自重輕，可以顯著減少基礎(chǔ)工程量，降低造價。桁架絕大多數(shù)構(gòu)件主要受力為軸向拉力或壓力，能充分發(fā)揮鋼材的強度優(yōu)勢，減少材料用量，降低造價。鋼結(jié)構(gòu)膠帶機通廊的廊身框架通常是在工廠進行加工和焊接，整體運至現(xiàn)場進行吊裝，施工速度很快，可以縮短土建項目的建設(shè)周期，帶來更好的經(jīng)濟效益[1]。膠帶機通廊所用的鋼材可以回收再利用，減少建筑垃圾的產(chǎn)生，更符合綠色經(jīng)濟的要求。

1 鋼結(jié)構(gòu)通廊斷面尺寸的確定

通廊寬度方向的斷面尺寸應(yīng)根據(jù)機械、電氣等專業(yè)提供的參數(shù)要求進行綜合考慮。通廊寬度首先要滿足工藝布置的要求，如通廊內(nèi)設(shè)置膠帶機的數(shù)量和寬度、是否有其他相關(guān)設(shè)備等。其次考慮工作人員的通行以及檢修等要求。在滿足上述所有條件的情況下確定合理的寬度尺寸。通廊的高度取值應(yīng)考慮人員的通過，凈高一般不應(yīng)低于2.2米，否則會讓人覺得壓抑。

2 鋼結(jié)構(gòu)通廊的受力分析

鋼結(jié)膠帶機通廊一般由廊身框架和支架組成。

廊身框架可以看作是一種由屋面、走道板、廊身兩側(cè)四個平面桁架組成的立體的桁架。這四榀桁架互為平面外的支撐，以保證平面外穩(wěn)定。四個平面桁架與端部的平面框架相連。端部框架必須具有足夠的剛度才能有效的傳遞荷載和承擔(dān)四榀桁架支座的作用[2]。

作用在廊身上的荷載主要是豎向荷載和橫向水平荷載。豎向荷載包括結(jié)構(gòu)構(gòu)件、膠帶機設(shè)備本身及所運送礦石的自重，屋面積雪荷產(chǎn)生的荷載，走道板平面的活荷載，豎向地震作用等。豎向荷載經(jīng)由屋面和走道板平面的梁板傳遞至兩側(cè)的豎向桁架，然后傳遞到兩邊的端部框架。垂直廊身的橫向水平荷載有水平地震作用和風(fēng)荷載，由屋面和走道板平面桁架傳導(dǎo)給端部框架。縱向水平荷載（平行廊身）包括水平地震作用和設(shè)備運行時的動力荷載。縱向水平荷載由廊身的四榀桁架傳遞至端部框架。通常縱向水平荷載的數(shù)值都不大，計算時不用考慮。所有荷載最終由端部的平面框架傳遞至支架柱頂面，繼而傳給基礎(chǔ)。

通廊的支架常見的是固定支架和單片支架。當(dāng)建設(shè)場地的抗震設(shè)防烈度七度以下或通廊跨度不大時，通廊兩端可直接支撐在兩端相鄰的建筑物上。

3 鋼結(jié)構(gòu)通廊構(gòu)件的選擇

通廊兩側(cè)的桁架：上下弦桿常采用由兩個角鋼組成的T形截面，也可采用H型鋼。直腹桿和斜腹桿常采用兩個角鋼組成的組合截面。直腹桿一般采用十字形截面，斜腹桿一般采用T形截面。

通廊屋面的桁架：屋面梁可以起到直腹桿的作用，一般采用槽鋼或H型鋼。斜腹桿可采用角鋼或張緊的十字交叉圓鋼[3]。

通廊走道板水平桁架：走道板橫梁與屋面梁相似，由于滿鋪鋼板所以可不設(shè)支撐。

通廊端部框架：桁架兩端的端部框架是四榀水平桁架的支點。應(yīng)注意，端部框架要選擇具有足夠的剛度的，這樣可以防止桁架由于水平荷載作用而發(fā)生扭轉(zhuǎn)情形。端部框架常采用工字鋼或H型鋼。為了保證水平力能有效的傳遞，梁柱之間的連接必須采用剛接。

通廊支架：支架與計算單元內(nèi)的通廊桁架構(gòu)成縱向抗力體系。單片支架的框架柱根據(jù)高度的不同可選擇H型鋼或格構(gòu)柱。選擇H型鋼柱時，柱的強軸應(yīng)布置在支架平面外以保證框架的平面外穩(wěn)定。為了方便施工，框架的梁柱節(jié)點一般采用鉸接，支撐一般按壓桿進行設(shè)計。斜支撐用選擇角鋼以方便連接。固定支架設(shè)計時用四柱框架，四個方向均要設(shè)置支撐。梁、柱和支撐的設(shè)置與單片支架基本相同。

4 桁架桿件設(shè)計計算

考慮受力及安裝運輸?shù)纫蛩?，桁架的跨度一般?0m～30m，節(jié)間長度3m左右。中國建筑科學(xué)研究院所屬建筑工程軟件研究所研發(fā)的PKPM結(jié)構(gòu)設(shè)計軟件中STS模塊可以進行桁架的計算。桁架可以布置成帶豎桿的人字式腹桿體系，有時也用豪式屋架中的單向斜桿體系。鑒于桁架的受力特點，設(shè)計腹桿時應(yīng)做到：短桿受壓，長桿受拉，這樣就可以最大程度的發(fā)揮材料強度作用，進而減少材料用量。

構(gòu)建桁架二維計算模型時，首先保證交叉的軸線相交于一點，各桿件要嚴(yán)格按柱布置，桿件形心沿軸線布置。注意，當(dāng)條件滿足“軸線變動小于較大弦桿截面高度的5%”時，設(shè)計時不用計算桁架弦桿的截面為變值因素作用。第二，桁架各節(jié)點按鉸接計算。對采用節(jié)點板連接的桁架，如果桿件截面剛度較大而長度較小時，需酌情考慮由節(jié)點本身的剛性所引起的次彎矩。對于桿件截面尺寸，各桿件的允許長細比應(yīng)符合國家現(xiàn)行規(guī)范的相應(yīng)規(guī)定。利用計算軟件計算桁架時，可不考慮橫向風(fēng)載的作用，而在確定各桿件截面時取比計算數(shù)值大5%～15%[4]，以此保證結(jié)構(gòu)的安全性。

礦山選廠中的膠帶機通廊的傾斜角度一般在10°左右的，走道板上應(yīng)焊接防滑條或踏步以方便人員行走。豎向荷載應(yīng)豎直向下的加在各節(jié)點上。廊身端部框架常豎直設(shè)置，這樣可以減少水平力的產(chǎn)生，同時也方便廊身與支架的連接安裝。

5 桁架的連接

設(shè)計鋼結(jié)構(gòu)膠帶機通廊兩端的支座形式時，通常在低點一端采用鉸接支座，另一端采用滾軸支座。滾軸支座因為設(shè)有滾軸和長橢圓形孔，所以通廊可以沿長度方向伸長或收縮少許距離，以適應(yīng)環(huán)境溫度的變化。支座可以采用鋼支座或橡膠支座。附圖是鋼支座的一種構(gòu)造示意。鋼支座的優(yōu)點是耐用且傳力比較符合設(shè)計上的理論，缺點是加工比較繁瑣，安裝要求嚴(yán)格。橡膠支座利用材料本身的特點，根據(jù)橡膠墊塊薄厚的不同達到鉸支座或滾動支座的作用。相比較而言，橡膠支座構(gòu)造簡單，容易維護。

弦桿、腹桿及支撐之間的連接可采用螺栓連接或焊接。對于板厚較厚的構(gòu)件，在采用角接接頭或T形接頭時，應(yīng)控制構(gòu)件所用鋼材的含硫量，或者選用強度級別較低的焊接材料，防止連接部位因構(gòu)件收縮引起層狀撕裂。

6 桁架的防腐

有色金屬礦山選廠中的膠帶機通廊所面臨的防腐主要是積灰和雨水等潮濕空氣對構(gòu)件的腐蝕。因為桁架構(gòu)件截面較小，板厚較薄，日常維護工作一般把預(yù)防放在首位。制定防腐措施時，從維修實際出發(fā)，根據(jù)項目所在地區(qū)實際氣候條件制定相應(yīng)檢查和維護周期。設(shè)計鋼結(jié)構(gòu)節(jié)點時，一定避免設(shè)計易于積灰和潮濕的凹角、窩槽，同時各連接構(gòu)件之間的凈空不易小于120mm，這樣方便日后維護。一般弦桿部位是桁架結(jié)構(gòu)腐蝕性最為嚴(yán)重的部位，所以，日常維護過程中應(yīng)加強對其的檢查和維護力度，以提高維護效果。

7 結(jié)語

鋼結(jié)構(gòu)膠帶機通廊的設(shè)計過程中，必須對使用設(shè)備的生產(chǎn)工藝，技術(shù)要求以及建設(shè)項目所在的具體場地條件有明確的了解。在設(shè)計中，要保證設(shè)備安裝和運行所產(chǎn)生的荷載、人員操作的荷載、檢修的荷載以及生產(chǎn)使用中皮帶的實際張力與具體的使用情況相符合，防止漏算荷載。隨著科技和經(jīng)濟的不斷發(fā)展，鋼結(jié)構(gòu)膠帶機通廊的設(shè)計必然會產(chǎn)生新的變化，采用新的工藝。設(shè)計者應(yīng)經(jīng)常關(guān)注相應(yīng)變化，做到與時俱進。

[1]中華人民共和國建設(shè)部，中華人民共和國國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局.GB 50017—2003 鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范［S］.北京：中國計劃出版社，2003.

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

[3]井玉國，孫婧.鋼結(jié)構(gòu)通廊的工程設(shè)計與應(yīng)用[J].科技致富向?qū)В?011，23.

[4]尹元初.大跨度立體桁架[M].鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范國家標(biāo)準(zhǔn)管理組.《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計計算示例》編組委員會. 北京： 中國建筑工業(yè)出版社，2008.