淺析鋼結(jié)構(gòu)通廊的設(shè)計(jì)

高賽露

中冶東方工程技術(shù)有限公司秦皇島設(shè)計(jì)研究院建工所

1 概述

膠帶機(jī)通廊系統(tǒng)是一種在冶金、礦山、化工等行業(yè)廣泛應(yīng)用的運(yùn)輸機(jī)械設(shè)施，主要用于解決工廠內(nèi)散粒物料及成品的大量連續(xù)運(yùn)輸，具有能夠確保足量供應(yīng)、成本低廉、可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制等優(yōu)點(diǎn)。

2 結(jié)構(gòu)模型

通廊系統(tǒng)由支架、廊身兩部分組成。工程中通常的布置有三種情況：1）當(dāng)通廊計(jì)算單元中最低端與地面連接時(shí)，視地面為固定支點(diǎn)，可不設(shè)固定支架；2）當(dāng)通廊計(jì)算單元中包含轉(zhuǎn)運(yùn)站，由于轉(zhuǎn)運(yùn)站通常為框架結(jié)構(gòu)，剛度較大，可利用轉(zhuǎn)運(yùn)站作為通廊系統(tǒng)的固定支架，不再單設(shè)；3）除上述兩種情況外，應(yīng)單獨(dú)設(shè)置固定支架。

3 結(jié)構(gòu)形式的選擇

3.1 桁架設(shè)計(jì)

對(duì)于跨度大于12米以上的廊身多采用桁架結(jié)構(gòu)，可分為上承式與下承式。

3.2 支架設(shè)計(jì)

支架是膠帶機(jī)通廊的支撐結(jié)構(gòu)，間距一般為20m左右，但根據(jù)場(chǎng)地的具體情況，如需跨越公路，建筑物等，最大跨度也可達(dá)60m以上。支架分為單片鉸接支架和雙片固定支架，與計(jì)算單元內(nèi)的通廊桁架共同形成縱向抗力體系。

4 受力分析

4.1 桁架計(jì)算

以土耳其卡特米爾工程上料系統(tǒng)中的一段通廊為例，具體說(shuō)明計(jì)算過(guò)程。

設(shè)計(jì)資料：通廊全長(zhǎng)119米，傾角12.5度，寬3.380米，最高處標(biāo)高41.635米，要求全長(zhǎng)為全封閉鋼結(jié)構(gòu)，通廊分為三段，中間設(shè)機(jī)械室兼做固定支架，鋼材采用Q235-B鋼制造?，F(xiàn)以其中一段跨度為35.715米的通廊桁架為例，說(shuō)明其計(jì)算過(guò)程。

（1）荷載：

（a）永久荷載：

檁條及屋面板荷載 0.5Kn/m2

通廊地面（走道板及加勁） 1Kn/m2

通廊內(nèi)管線荷載 2Kn/m

膠帶機(jī)荷重（工藝專業(yè)提供）1Kn/m2

（b）可變荷載：

不上人屋面活載 0.5Kn/m2

積灰荷載 0.3Kn/m2

設(shè)備運(yùn)行荷載： 2.5Kn/m2

走道檢修荷載： 2.5Kn/m2

（2）桿件計(jì)算

（a）豎向桁架計(jì)算

將上述荷載折算為弦桿節(jié)點(diǎn)荷載，輸入PKPM ,計(jì)算可得桁架內(nèi)力值。（附圖1）

取跨中上弦桿為例，簡(jiǎn)述桿件應(yīng)力計(jì)算結(jié)果。桿件截面為2L180x180x16，填板厚度10mm，Lx=2.61，Ly=2.61; 長(zhǎng)細(xì)比：λx=47.2，λy=34.9

強(qiáng)度計(jì)算最大應(yīng)力對(duì)應(yīng)組合號(hào)：11，M=-0.01，N=1602.58，M=0.01，N=-1602.58

強(qiáng)度計(jì)算最大應(yīng)力（N/mm*mm）=169.95

平面內(nèi)穩(wěn)定計(jì)算最大應(yīng)力（N/mm*mm）=166.26

平面外穩(wěn)定計(jì)算最大應(yīng)力（N/mm*mm）=166.78

壓桿，平面內(nèi)長(zhǎng)細(xì)比λ=47.≤[λ]=150

壓桿，平面外長(zhǎng)細(xì)比λ=35.≤[λ]=150

另經(jīng)計(jì)算，跨中最大位移值50.3mm，與跨度比值為1/710，滿足要求，即豎向荷載作用下，桁架所選桿件截面滿足要求。

（b）水平桁架計(jì)算

水平桁架方向荷載主要考慮橫向風(fēng)載。基本風(fēng)壓ω=1.1Kn/m2,地面粗糙度取B類，通廊平均高度29.45m,風(fēng)載高度系數(shù)μz=1.42；風(fēng)載體型系數(shù)：迎風(fēng)面風(fēng)壓μs1=0.8，背風(fēng)面吸μs2=-0.5；風(fēng)振系數(shù)Βz=1.0

風(fēng)荷載=Βzμzμs1ω=1.25Kn/m2；Βzμzμs2ω=-0.781Kn/m2

取桁架水平方向，弦桿與水平支撐組成水平桁架，將計(jì)算所得風(fēng)荷載折算為節(jié)點(diǎn)荷載，建模并輸入PKPM，計(jì)算可得如下內(nèi)力圖（圖1）。

同樣取上述跨中上弦桿為例，計(jì)算長(zhǎng)度：Lx=2.61, Ly=2.61; 長(zhǎng)細(xì)比：λx=34.9,λy=47.2

強(qiáng)度計(jì)算最大應(yīng)力對(duì)應(yīng)組合號(hào)：1M=0.00 N=378.62 M=0.00，N=-378.62

強(qiáng)度計(jì)算最大應(yīng)力（N/mm*mm）=40.15

平面內(nèi)穩(wěn)定計(jì)算最大應(yīng)力（N/mm*mm）=37.16

平面外穩(wěn)定計(jì)算最大應(yīng)力（N/mm*mm）=39.40

壓桿，平面內(nèi)長(zhǎng)細(xì)比λ=35≤[λ]=150

壓桿，平面外長(zhǎng)細(xì)比λ=47≤[λ]=150

將兩個(gè)方向的應(yīng)力進(jìn)行疊加

強(qiáng)度計(jì)算最大應(yīng)力（N/mm*mm）=40.15+169.95=210.5

平面內(nèi)穩(wěn)定計(jì)算最大應(yīng)力（N/mm*mm）=37.16+166.78=203.94

平面外穩(wěn)定計(jì)算最大應(yīng)力（N/mm*mm）=39.40+166.26=205.26

圖1

疊加后，強(qiáng)度及穩(wěn)定均滿足要求；經(jīng)計(jì)算，跨中最大位移值6.0mm，與跨度比值為1/5952，滿足要求，即桁架所選桿件滿足要求

4.2 支架計(jì)算

（1）荷載

支架主要承受的是通廊桁架支座處傳來(lái)的豎向荷載與水平荷載。

（2）截面形式

通常采用的有型鋼組合式和鋼管三角式兩大類，現(xiàn)通過(guò)擬定兩支架高度相同，豎向荷載相同，改變水平荷載的大小（主要討論通廊橫向水平荷載，縱向荷載僅在固定支架出考慮）通過(guò)計(jì)算，在滿足強(qiáng)度、穩(wěn)定及變形要求的前提下對(duì)兩種形式支架的用鋼量及變形量進(jìn)行對(duì)比分析。

表1 組合式與鋼管式支架對(duì)比表

通過(guò)上表的對(duì)比，可以看出，對(duì)于水平荷載（風(fēng)載、地震荷載）較大，起控制作用的地區(qū)，或支架高度較高，位移起控制作用的支架，采用鋼管三角式結(jié)構(gòu)，更加節(jié)省鋼材量，剛度容易保證，且鋼管結(jié)構(gòu)不需要支撐，因此構(gòu)件類型單一，數(shù)量少，施工簡(jiǎn)便；對(duì)于水平荷載不大，支架高度不高，豎向荷載起控制作用的支架，采用型鋼組合格構(gòu)形式，能夠節(jié)省近30%的鋼材量，有著可觀的經(jīng)濟(jì)效益。因此在實(shí)際工程中應(yīng)結(jié)合具體情況，正確選用。

5 結(jié)語(yǔ)

通廊系統(tǒng)的布置往往受工藝及場(chǎng)地的限制，形式無(wú)法固定，變化較多，這就需要我們?cè)谠O(shè)計(jì)中不能生搬硬套，要結(jié)合具體情況，正確選擇合理的結(jié)構(gòu)形式，只有這要才能在保證安全、功能的前提下更加的節(jié)省鋼材量，減少施工等經(jīng)濟(jì)投入。

[1]鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范(GB50017-2003).中國(guó)計(jì)劃出版社

[2]鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與計(jì)算(第2版)柴昶等.機(jī)械工業(yè)出版社，2006

[3]鋼結(jié)構(gòu)計(jì)算示例.中國(guó)計(jì)劃出版社，2007