鋼結(jié)構(gòu)管廊在建筑工程中的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

鄭輝

【摘要】鋼結(jié)構(gòu)是當(dāng)前建筑工程主流的結(jié)構(gòu)類型之一，其具有強(qiáng)度高、重量親、變形能力強(qiáng)等諸多優(yōu)點(diǎn)，特別適合用于大跨度、超長或者超重類型的建筑物，鋼結(jié)構(gòu)管廊因此應(yīng)運(yùn)而生，并且獲得了較為廣泛的應(yīng)用。但是在鋼結(jié)構(gòu)管廊的設(shè)計(jì)和應(yīng)用過程中，如果沒有注意好鋼結(jié)構(gòu)管廊的布置形式、承受荷載、結(jié)構(gòu)構(gòu)件等工作的計(jì)算，就很容易導(dǎo)致鋼結(jié)構(gòu)管廊出現(xiàn)質(zhì)量上的問題，引起整體工程質(zhì)量上的不良影響。本文將對(duì)鋼結(jié)構(gòu)管廊在建筑工程中的設(shè)計(jì)與應(yīng)用做出具體的分析和討論。

【關(guān)鍵詞】鋼結(jié)構(gòu)管廊；建筑工程；設(shè)計(jì)與應(yīng)用

管廊即管道的走廊，在建筑工程的建造過程中，由于工程的設(shè)計(jì)或者對(duì)建筑結(jié)構(gòu)的優(yōu)化建造，在沿著建筑外圍一定高度上，使用支架撐起和走廊類似的空中走廊，即稱為管廊，也有部分管廊的建造位于地下。隨著鋼結(jié)構(gòu)在建筑工程越來越深入和普遍的應(yīng)用，鋼結(jié)構(gòu)管廊的建造方式也隨之產(chǎn)生，但當(dāng)前階段做好鋼結(jié)構(gòu)管廊的設(shè)計(jì)和應(yīng)用仍然要注意很多的問題。

1、鋼結(jié)構(gòu)管廊的設(shè)計(jì)問題

鋼結(jié)構(gòu)管廊的設(shè)計(jì)問題主要是由于鋼結(jié)構(gòu)本身作為建筑結(jié)構(gòu)形式的一種需要加強(qiáng)對(duì)各個(gè)結(jié)構(gòu)位置而定受力點(diǎn)的計(jì)算和分析，做好鋼結(jié)構(gòu)的連接工作；同時(shí)管廊作為建筑外圍處于空中的結(jié)構(gòu)類型，也需要對(duì)管廊的布置形式以及承受荷載等做好相應(yīng)的計(jì)算工作，保證管廊使用的安全性和效益性。綜合而言，要做好鋼結(jié)構(gòu)管廊的設(shè)計(jì)工作，應(yīng)該注意做一下內(nèi)容的設(shè)計(jì)工作：

1.1鋼結(jié)構(gòu)管廊的結(jié)構(gòu)布置形式設(shè)計(jì)

首先，鋼結(jié)構(gòu)管廊的結(jié)構(gòu)布置形式的設(shè)計(jì)應(yīng)該考慮到鋼結(jié)構(gòu)管廊的支撐結(jié)構(gòu)問題，通常鋼結(jié)構(gòu)管廊的水平外力會(huì)通過結(jié)構(gòu)縱梁傳給垂直受力支撐結(jié)構(gòu)，然后傳遞到柱結(jié)構(gòu)和基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)。但如果在鋼結(jié)構(gòu)管廊的設(shè)計(jì)過程中，設(shè)計(jì)人員對(duì)于垂直支撐結(jié)構(gòu)的受力問題考慮的太片面，只是單純的考慮到鋼結(jié)構(gòu)的水平外力對(duì)垂直在支撐結(jié)構(gòu)的施加力，沒有考慮到支撐結(jié)構(gòu)的施工和使用過程中遭受到的其余外加應(yīng)力，例如溫度應(yīng)力、水平外力的傳遞過程、管道碰撞問題等等給水平支撐結(jié)構(gòu)造成的影響，那么設(shè)計(jì)出來的水平支撐結(jié)構(gòu)肯定無法滿足鋼結(jié)構(gòu)管廊的設(shè)計(jì)要求。對(duì)待水平支撐結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)應(yīng)該根據(jù)鋼結(jié)構(gòu)管廊的具體承受何在設(shè)置水平推力較大的位置為大管道的固定點(diǎn)位置，縮短水平外力傳送到支撐結(jié)構(gòu)的路徑途徑，同時(shí)在設(shè)計(jì)的過程中考慮到管道的位置劃分情況是否會(huì)引起管道的碰撞等等，經(jīng)歷保持垂直支撐結(jié)構(gòu)與鋼結(jié)構(gòu)管廊的中部保持對(duì)稱形狀，降低溫度應(yīng)力對(duì)支撐結(jié)構(gòu)的影響。

其次，鋼結(jié)構(gòu)管廊的結(jié)構(gòu)布置形式應(yīng)該考慮到管廊的最小凈空問題。通常鋼結(jié)構(gòu)管廊在設(shè)計(jì)過程中需要保持的跨度都會(huì)比較大，因此為了保證鋼結(jié)構(gòu)管廊的在空中的穩(wěn)定性，應(yīng)該對(duì)鋼結(jié)構(gòu)管廊設(shè)計(jì)相關(guān)桁架結(jié)構(gòu)。但是在鋼結(jié)構(gòu)管廊的設(shè)計(jì)過程中，設(shè)計(jì)人員缺少對(duì)桁架的設(shè)計(jì)內(nèi)容或者桁架的設(shè)計(jì)內(nèi)容不夠完善正確等等，造成了桁架上線支撐管道以及下弦距離路面或者管廊頂部之間的距離無法滿足最小凈空的要求。此時(shí)設(shè)計(jì)人員應(yīng)該針對(duì)桁架下弦進(jìn)行管道支撐調(diào)整作業(yè)，如果依然滿足管廊凈空的要求，那么只有對(duì)下線管道的底部標(biāo)高進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整。

1.2鋼結(jié)構(gòu)管廊的荷載設(shè)計(jì)

鋼結(jié)構(gòu)管廊的荷載設(shè)計(jì)可以根據(jù)管廊的荷載承受來源分為三個(gè)方面：

首先，是對(duì)鋼結(jié)構(gòu)管廊的垂直管道荷載進(jìn)行計(jì)算和設(shè)計(jì)以滿足工程的要求，在鋼結(jié)構(gòu)管廊的設(shè)計(jì)內(nèi)容中，最終承受垂直荷載的結(jié)構(gòu)是管道，而管道的荷載承受能力又和管道的支撐位置以及管道的跨度息息相關(guān)，一般鋼結(jié)構(gòu)管廊的縱向柱之間的距離設(shè)置在6-9m的范圍，如果下方的管道直徑較大，荷載承受能力較強(qiáng)，那么就不需要在鋼結(jié)構(gòu)管廊中在設(shè)置次梁支撐結(jié)構(gòu)。總而言之，考慮鋼結(jié)構(gòu)管廊的垂直荷載承受能力的設(shè)計(jì)，應(yīng)該綜合考量垂直荷載的傳輸途徑以及最終承受荷載的管道荷載承受能力和管道位置的選擇，在鋼結(jié)構(gòu)管廊的設(shè)計(jì)內(nèi)容中應(yīng)該盡量按照工程設(shè)計(jì)的荷載計(jì)算出合適的管道位置并且清晰的標(biāo)注在結(jié)構(gòu)圖中，尤其是大直徑管道支撐位置應(yīng)該尤其標(biāo)明。

其次，是對(duì)于鋼結(jié)構(gòu)管廊的垂直風(fēng)荷載的外力影響設(shè)計(jì)問題。風(fēng)荷載是鋼結(jié)構(gòu)管廊在水平方向上承受的主要荷載來源，在鋼結(jié)構(gòu)管廊的荷載設(shè)計(jì)中占據(jù)重要的位置。對(duì)此，設(shè)計(jì)人員在鋼結(jié)構(gòu)管廊的荷載設(shè)計(jì)中應(yīng)該加入風(fēng)荷載因素對(duì)鋼結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的主要影響，并且根據(jù)《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》對(duì)風(fēng)荷載進(jìn)行相應(yīng)的計(jì)算，根據(jù)計(jì)算結(jié)果對(duì)承受風(fēng)荷載的鋼結(jié)構(gòu)管廊構(gòu)件進(jìn)行水平支撐的作業(yè)處理。

最后，鋼結(jié)構(gòu)管廊的荷載設(shè)計(jì)還應(yīng)該考慮管廊內(nèi)部對(duì)鋼結(jié)構(gòu)管廊造成的荷載壓力，其大多是行人、自行車等等，同時(shí)荷載設(shè)計(jì)的內(nèi)容還應(yīng)該考慮到地震效應(yīng)對(duì)鋼結(jié)構(gòu)管廊的影響，在鋼結(jié)構(gòu)管廊的管道設(shè)計(jì)中添加地震效應(yīng)的內(nèi)容。

1.3鋼結(jié)構(gòu)管廊的構(gòu)件問題

鋼結(jié)構(gòu)管廊在建造的過程中，鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件與構(gòu)件之間也會(huì)產(chǎn)生摩擦力，并以此引發(fā)許多需要在設(shè)計(jì)內(nèi)容中考慮到的構(gòu)件問題。

首先，鋼結(jié)構(gòu)管廊的設(shè)計(jì)應(yīng)該考慮到管廊在建造過程中構(gòu)件與構(gòu)件的摩擦力問題，在鋼結(jié)構(gòu)管廊的設(shè)計(jì)中充分考慮到管道的水平外力與垂直荷載造成的構(gòu)件與構(gòu)件的摩擦，同時(shí)構(gòu)件自身的重力問題也是設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)該考慮的諸多內(nèi)容之一。對(duì)此，設(shè)計(jì)師應(yīng)該對(duì)鋼結(jié)構(gòu)管廊構(gòu)件的承受荷載以及摩擦力按照相應(yīng)的公式進(jìn)行計(jì)算，按照計(jì)算結(jié)果確定構(gòu)件的結(jié)構(gòu)形式以及構(gòu)件的荷載對(duì)整體管廊結(jié)構(gòu)的影響，據(jù)此對(duì)鋼結(jié)構(gòu)管廊的結(jié)構(gòu)形式進(jìn)行進(jìn)一步的優(yōu)化設(shè)計(jì)。

其次，鋼結(jié)構(gòu)管廊的設(shè)計(jì)應(yīng)該考慮到構(gòu)件的軸向應(yīng)力問題，在設(shè)計(jì)內(nèi)容中對(duì)構(gòu)件的軸向應(yīng)力結(jié)合管道支撐以及次梁支撐結(jié)構(gòu)的荷載進(jìn)行綜合的考量。其原因是當(dāng)鋼結(jié)構(gòu)管廊的水平外力較大時(shí)，縱梁的軸向應(yīng)力也會(huì)隨之增大，給管道荷載造成的壓力也會(huì)隨之增大，因此必須在鋼結(jié)構(gòu)管廊的設(shè)計(jì)中考慮到構(gòu)件的軸向應(yīng)力問題。

同時(shí)，鋼結(jié)構(gòu)管廊的設(shè)計(jì)應(yīng)該考慮到立柱的長度問題，力度的長度與鋼結(jié)構(gòu)的豎向荷載的傳遞長度息息相關(guān)，如果立柱長度過高，那么荷載的傳授途徑就會(huì)過長，增大了立柱在這一過程中的受力。通常在鋼結(jié)構(gòu)管廊的設(shè)計(jì)中，會(huì)對(duì)其俺找到無側(cè)移框架計(jì)算，按照相關(guān)的程序默認(rèn)值計(jì)算立柱的長度，不過這種計(jì)算方法精度不高，沒有充分的考慮到豎向荷載對(duì)立柱的影響力，因此可以在計(jì)算立柱的長度時(shí)，選擇組織框架柱平面外位移支撐點(diǎn)支距離。

最后，鋼結(jié)構(gòu)管廊的設(shè)計(jì)內(nèi)容還應(yīng)該包括單角鋼的受壓構(gòu)件的長細(xì)化問題。通常來講，鋼結(jié)構(gòu)管廊的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中不會(huì)對(duì)角鋼的最小回旋直徑進(jìn)行單角鋼受壓構(gòu)件長細(xì)化的問題進(jìn)行計(jì)算，然而這會(huì)在一定程度上影響大角鋼的長細(xì)比的設(shè)計(jì)質(zhì)量。因此在鋼結(jié)構(gòu)管廊的設(shè)計(jì)內(nèi)容中選擇添加單角鋼受壓構(gòu)件的長細(xì)化問題進(jìn)行計(jì)算，能夠有效的提高鋼結(jié)構(gòu)管廊的構(gòu)件質(zhì)量。

1.4鋼結(jié)構(gòu)管廊連接節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)

鋼結(jié)構(gòu)管廊連接節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)也是管廊設(shè)計(jì)中一項(xiàng)重要的基礎(chǔ)內(nèi)容，設(shè)計(jì)人員應(yīng)該對(duì)鋼結(jié)構(gòu)管廊中構(gòu)件的焊接長度進(jìn)行計(jì)算、對(duì)鋼結(jié)構(gòu)的側(cè)面角焊接長度進(jìn)行計(jì)算、對(duì)構(gòu)件的拼接作業(yè)進(jìn)行綜合的考量等等，保證鋼結(jié)構(gòu)管廊連接節(jié)點(diǎn)的焊接長度和角度能夠滿足管廊工程的設(shè)計(jì)要求和工程規(guī)范。

2、結(jié)語

鋼結(jié)構(gòu)作為當(dāng)前建筑工程中主要的結(jié)構(gòu)形式，具有越來越廣泛的應(yīng)用前景。鋼結(jié)構(gòu)管廊作為鋼結(jié)構(gòu)的一種應(yīng)用類型，應(yīng)該在設(shè)計(jì)之初就充分考慮到鋼結(jié)構(gòu)自身作為建筑結(jié)構(gòu)形式的種種影響因素，結(jié)合管廊這種特殊建筑結(jié)構(gòu)受力要求，共同做好鋼結(jié)構(gòu)管廊的設(shè)計(jì)工作，保證鋼結(jié)構(gòu)管廊的設(shè)計(jì)能夠滿足工程的要求和國家規(guī)范，從源頭上保證鋼結(jié)構(gòu)管廊的工程質(zhì)量。

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