徐松波

（合肥水泥研究設計院有限公司，安徽 合肥 230051）

本文意在整理封閉式鋼結構廊道的設計要點，供水泥工廠或其他行業(yè)同類結構設計參考。

1 荷載作用

封閉式鋼結構廊道所承受的荷載與作用主要有3類。

1.1 永久荷載與作用：廊道自重，設備、電纜及橋架等自重

廊道自重包括結構、圍護和其他建筑材料的自重，如鋼結構桁架、支撐、檁條、壓型鋼板、通道鋪板、設備自重等。

廊道內有電纜時，應取得電氣專業(yè)的相關布置與荷載資料，包括電纜橋架的布置與走向、橋架層數、作用點和懸挑長度等。

1.2 可變荷載與作用

物料荷載，風、雪（冰），積灰荷載，考慮安裝、操作、檢修的屋面、通道和平臺活荷載，膠帶張力，溫度效應等。

物料荷載，以工藝提資為準，一般包含于設備支腿荷載。

封閉式廊道的基本風壓可參照《建筑結構荷載規(guī)范》[1]GB 50009取值，但是對于國外工程的最大風速，由于其定義不同于國標，可參照文獻[2]的方法進行轉換，否則可能存在安全隱患或者造成浪費。風荷載體型系數，在《建筑結構荷載規(guī)范》GB50009-2012中沒有給出，設計計算時可以參考圖1（引自《建筑結構荷載規(guī)范》[3]GBJ9-87表6.3.1第26項，或《煤礦礦井建筑結構設計規(guī)范》[4]GB 50592-2010第5.6.3條）考慮。對于封閉式廊道支架，還需考慮風振系數，但荷載規(guī)范公式適用于具有連續(xù)變化外形和質量的結構，與廊道及支架的模型不一致。為設計方便，支架的風振系數可按《建筑結構荷載規(guī)范》GB50009計算，封閉式通廊可將通廊本身的風荷載值放大30%進行設計[5]見圖1。

相對定位主要依靠內部傳感器，包括里程計(odometry)、陀螺儀等。通過測量相對于機器人初始位姿的平面距離和轉動方向，從而估計機器人位置。該方法計算量小 [3]，但有累加特性。

廊道屋面板、檁條和橫梁，應按積雪不均勻分布最不利工況計算；縱向主受力桁架（主梁）按全跨均勻分布、不均勻分布和半跨均勻分布三種工況計算。設計圖紙中除了明確限制廊道屋蓋允許積雪（冰）的重量或厚度，還應建議業(yè)主建立健全相應的安全生產規(guī)章制度，及時清除積雪（冰），以保證結構安全。

圖1 封閉式廊道風荷載體型系數

廊道屋面水平投影面積的積灰荷載，參見國標《水泥工廠設計規(guī)范》[6]表9.7.3按“有灰源”、“無灰源”及其他區(qū)域分別取值；廊道內落料（積灰）荷載應按工藝專業(yè)提資考慮。

廊道屋面按不上人考慮，其活荷載取為0.5kN/m2；走道、重錘張緊裝置平臺活荷載按工藝提資考慮。計算板、加勁肋和次梁時，取值不宜小于2.0kN/m2；膠帶機托輥支架下方常有落料堆積，且不能及時清除，故該范圍內需考慮活荷載0.3～0.5kN/m2；膠帶機頭輪平臺均布活荷載應由工藝專業(yè)提供，考慮檢修時需堆放頭輪、電機或減速機等設備，其取值不宜小于4.0kN/m2。

廊道支座采用固定鉸與支架連接時，因溫度作用而產生對支架頂部的縱向水平推力，可按下式計算。通常在每段廊道的溫度區(qū)段伸縮端設置滑（滾）動支座，以釋放溫度應力并減少對下部結構的推力。有坡度的廊道，宜將滑（滾）動支座設置在廊道的高端，這樣水平力傳遞至廊道支座相對較低的一端，可以減小下端支承結構（支架）的彎矩。

式中：Pt為廊道支座傳遞到支架頂部的縱向水平推力，N；E為支架材料彈性模量，N/mm2；I為支架截面慣性矩，mm4；ΔL為廊道支座處熱膨脹值，mm；H為基礎頂面至支架頂部高度，mm；Kt為保溫影響系數：封閉保溫廊道取0.6、開敞不保溫廊道取1.0；Lj為溫度區(qū)段內變形約束中心點至計算支座間的廊道水平投影長度，mm；a為鋼材線膨脹系數（1.2×10-5/℃）；Δt為廊道安裝合攏時，室外環(huán)境溫度與該地區(qū)最高（或最低）5日計算溫度平均值之差。

1.3 地震作用

圖2 封閉式廊道橫截面示意圖（mm）

抗震設防烈度為6度時，可不計算廊道的地震作用，但應采取抗震措施；抗震設防烈度為7度～9度時，廊道的地震作用計算和構造要求，參見國標《構筑物抗震設計規(guī)范》[7]GB50191-2012第16章考慮地震作用。

2 布置選型

廊道跨度，應根據工藝要求、總圖布置、加工制作、運輸安裝、鋼材材質及經濟合理等因素綜合確定。廊道跨度或支架間距宜控制在20～30m范圍內，且不宜大于60m。

封閉式廊道高度、寬度需考慮設備寬度、人行道凈寬和檢修道凈寬（最小凈空尺寸可參考國標《帶式輸送機工程設計規(guī)范》GB 50431-2008表11.7.1）要求。封閉式廊道橫截面見圖2。

封閉式廊道內采光設計應符合國標《建筑采光設計標準》GB/T50033的有關規(guī)定，其照度應不小于30lx；廊道的散熱和通風窗應結合采光需要統(tǒng)一布置。

廊道結構涉及的平面、立面、橫截面和支撐等布置宜規(guī)則、對稱，應具有足夠的空間剛度。屋面宜按雙坡設計。廊道端部宜設置橫向門式剛架，可保證廊道端部為幾何不變體系，滿足其橫向穩(wěn)定。桁架上（下）弦平面內各節(jié)間宜設置水平支撐。廊身橫截面桿件間連接通常為鉸接，亦需在其上方適當位置間隔一個節(jié)間設置一道加掖或隅撐（人形或八字形），從構造上提高廊身的整體穩(wěn)定性。

廊道支架可分為單片支架和固定支架，其設置應根據相鄰兩建（構）筑物間的廊道長度、結構形式和溫度區(qū)段確定。封閉廊道長度≤180m，且其中一端固定于建（構）筑物時，可只設置單片支架；當廊道長度大于180m且≤360m時，可設置一個或兩個固定支架；當廊道長度超過360m時，可按比例增設固定支架。單片支架宜設置雙柱、固定支架宜設置四柱，特殊情況時可設置為三柱。固定支架頂部應設置水平支撐，中間部位宜間隔兩個或三個節(jié)間設置一道水平支撐。支架腹桿（支撐）宜采用角鋼、T型鋼及其組合截面，非交叉腹桿也可采用圓管；橫梁宜采用工字鋼、軋制或焊接H型鋼。通常支架高度≤8m時，可采用等截面支架；大于8m時，可采用變截面（一般為梯形）支架。

3 結構設計

廊道與支墩、支架、轉運樓或廠房等建（構）筑物間的連接，按受力要求可假定為固定鉸支座或滑（滾）動支座。鋼結構廊道和支架桿件的設計計算，執(zhí)行《鋼結構設計標準》[9]GB50017的相關規(guī)定。

封閉廊道主受力構件通常采用梁桁架（即平行弦桁架）[8]，桁架計算高度H0可取其跨度的1/10～1/14且保證廊內凈空不小于2 200mm。桁架節(jié)間長度根據廊道高度和寬度綜合確定，直腹桿與斜腹桿相交的夾角宜控制在35°～55°；桁架節(jié)間數為奇數時，中央節(jié)間宜布置交叉斜腹桿。桁架分段長度應根據運輸和安裝條件確定：跨度不大于12m時可不分段；大于12m且小于20m時可分為兩段；大于20m時可分為多段，但每段長度不宜超過12m；拼接接頭宜位于廊道跨度的1/3處。

表1 各類桁架特點比較

梁桁架大概起源于1840年，威廉·豪式首先提出他的桁架體系；豪式桁架體系廣泛應用4年后，托馬斯·普拉特提出了與豪式式桁架布置相反的形式。下表為幾種常用的梁桁架結構類型及其對比分析，可供設計時根據受力特點選用對應類型的主受力桁架見表1。

廊身撓度限值：按永久和可變荷載標準值計算的最大豎向撓度值，應不大于廊道跨度的1/500；按可變荷載標準值計算的最大豎向撓度值，應不大于廊道跨度的1/400。

支架頂部位移限值：按可變荷載或地震作用標準值計算的支架最大橫向位移值，應不大于其高度的1/350；固定支架縱向位移值應不大于其高度的1/500，并與溫度區(qū)段伸縮縫或抗震縫相適應。

4 安全防護

考慮廊道的消防要求，廊身圍護及保溫等建材應選用難燃或不然材料。

廊道內應設置人行通道，如走道、過跨梯、平臺、鋼梯等。人行通道的設置需結合工藝提資，并滿足凈寬要求；長度大于100m的廊身，宜在膠帶機兩外側設置走道，并在縱向按30～100m的間距設置過跨梯（上部有設備移動區(qū)域除外）；過跨梯下部凈高應滿足工藝專業(yè)要求，上部凈高不應小于1 600mm，且應在其上方設置警示標志。走道與墻架之間存在安全隱患孔洞時，應設置欄桿。

廊道坡度大于6°，且≤12°時，應設置防滑條；大于12°時應設置踏步。廊道跨越道路時，除滿足與路面的凈空高度≥5m[6]外，還必須在其下部設置落料擋板。

5 結語展望

封閉式鋼結構廊道，作為水泥工廠最常用的物料輸送構筑物，承受著設備自重、風荷載、地震作用、溫度變形等各種荷載與作用，本文針對廊道設計全過程中主要設計因素及參數做出概述和總結。

然而對于梁桁架的結構選型優(yōu)化、抗震設計分析等內容，未能展開探討；作為拋磚引玉，希望有相關的深入研究。同時目前流行的BIM技術，可以應用在封閉式鋼結構廊道設計中，希望能夠更全面地解決目前二維設計暫難處理的問題，使其設計更加完善、合理。