有色金屬選礦廠鋼結構桁架式皮帶通廊設計

張振國 沈陽有色冶金設計研究院

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有色金屬選礦廠鋼結構桁架式皮帶通廊設計

張振國 沈陽有色冶金設計研究院

摘 要：本文介紹了鋼結構桁架式皮帶通廊模型，受力特點，探討了鋼結構通廊的結構設計中應注意的若干問題。

關鍵詞：有色金屬；鋼結構；桁架結構設計

一、引言

有色金屬選廠生產系統中的皮帶通廊是選廠原料供應系統的重要構筑物之一，其內部的運礦皮帶連接著碎礦廠房、篩分廠房、粉礦倉等建筑，保證選礦廠所需礦石的供應。皮帶通廊平面上成細長條形，立面上通常存在一定傾斜角度。鋼結構桁架式皮帶通廊絕大多數構件受力主要是軸向力，能充分發揮材料強度，工程造價低。廊身和支架適合在工廠進行焊接加工，運至現場直接吊裝拼接，施工速度很快，這也大大提高了建設速度，帶來更好的經濟效益。通廊所用鋼材可以回收再利用，更符合綠色經濟的要求。

二、鋼結構通廊斷面尺寸的確定

通廊寬度和高度方向的尺寸應根據各專業提供的技術參數進行綜合考慮。通廊斷面尺寸首先要滿足工藝要求，如通廊內設置膠帶機的數量和寬度、是否有其他相關設備等，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、鋼結構通廊的受力分析

鋼結構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，通常可以簡化由兩側的兩榀豎向平面桁架、屋面平面桁架、走道板平臺(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定。每榀桁架單獨受力分析時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定，端部框架受力分析時也可以看成平面框架[2]。廊身的豎向荷載包括通廊結構本身的自重，走道平面承受的活荷載及其上設備荷載，屋面的活荷載、積灰荷載、雪荷載以及吊掛荷載，地震荷載等。豎向荷載通過走道梁板和屋面梁板傳給兩側豎向桁架。豎向桁架通過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荷載和地震荷載。橫向水平荷載通過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備運行荷載。縱向水平荷載通過廊身的四榀桁架的各弦桿和腹桿傳至端部框架的支座處。縱向水平荷載數值一般較小，端部框架受力分析時一般可以不予考慮。廊身端部的平面框架作為廊身的豎向抗側力構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、鋼結構通廊的構件選擇

廊身兩側的桁架：上下弦桿均可采用二等邊角鋼組成的T 形截面。當荷載較大或考慮加工方便時也可采用熱軋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，當走道板滿鋪鋼板時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，為防止桁架在水平荷載作用下發生扭轉，端部框架應具有一定的剛度，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：單片支架平面外沒有支撐點，框架柱弱軸用在平面內，梁柱節點一般采用鉸接。設置支撐時，框架梁彎矩很小，一般按壓桿設計。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，四個方向均設置支撐。梁、柱和支撐的設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、鋼結構通廊桿件設計計算

考慮受力，安裝運輸等因素，桁架的跨度一般取20m~30m，節間長度取3 m左右。桁架可以利用中國建筑科學研究院建筑工程軟件研究所研發的PKPM結構設計軟件中STS模塊進行計算。桁架可以采用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。根據桁架的受力特點，布置腹桿時應盡量做到短桿受壓長桿受拉，只有受力合理才能充分發揮材料的作用，達到節省鋼材用量的目的。

建立桁架的二維計算模型時，所有桿件均按柱布置，應以桿件形心線為軸線，在節點處各軸線交于一點。當桁架弦桿的截面變化時，如軸線變動不超過較大弦桿截面高度的5%，可不考慮其影響。桁架各節點按鉸接計算。對用節點板連接的桁架，若桿件截面剛度較大，且在桁架平面內的桿件截面高度與其幾何長度（節點中心間的距離）之比大于1/10（對弦桿）或1/15（對腹桿）時，應考慮節點剛性所引起的次彎矩。輸入桿件截面尺寸時，各桿件的允許長細比應國家規范相應規定。應用計算機程序計算桁架時，可不考慮橫向風載作用，而在確定各桿件截面時比計算數值大5%～15%[3]，以保證結構的安全性。

選廠中的皮帶通廊一般存在10°左右的傾斜。豎向荷載應豎直向下加在各節點上。廊身端部框架豎直設置，這樣既方便廊身與支架的連接也可減少水平力的產生。

六、鋼結構通廊的連接

鋼結構皮帶通廊的支座形式通常一端設為鉸接，一端設為滾軸。滾軸支座可以沿通廊方向滾動，從而釋放鋼結構通廊在溫度應力下產生的縱向變形。鉸接支座通常設在低點一端。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支座。支座底板上開設一定長度的長形橢圓孔，在溫度應力作用下，橡膠墊塊會產生沿通廊方向的變形，帶動支座在預先留設的橢圓孔內輕微滑動，以適應溫度變形。與傳統鋼支座相比，橡膠支座構造簡單，施工方便也易于維護。當焊接桁架的桿件用節點板連接時，弦桿與腹桿、腹桿與腹桿之間的間隙不應小于20mm，相鄰角焊縫焊趾間凈距不應小于5mm。當桁架桿件不用節點板連接時，相鄰腹桿連接角焊縫焊趾間凈距

不應小于5mm。桿件與節點板的連接焊縫宜采用兩面側焊，也可用三面圍焊，對角鋼構件可采用L形圍焊，所有圍焊的轉角處必須連續施焊。角焊縫的焊腳尺寸不應小于8mm及所焊板件的厚度（當板件厚度小于8mm時）。節點板厚度一般根據所連接桿件內力的大小確定，但不得小于8mm。節點板的平面尺寸應適當考慮制作和安裝的誤差。在設計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，同時焊縫的布置應盡可能對稱于桿件形心軸。焊件厚度大于20mm的角接接頭焊縫，應采用收縮時不易引起層狀撕裂的構造。

七、鋼結構通廊的防腐

鋼結構通廊的防腐，應樹立預防為主的理念。防腐措施的制定要從維修實際出發，考慮介質的腐蝕性，在建筑設計與平面布置的過程中，盡可能地與腐蝕性環境相隔離。鋼結構節點及連接構造應避免易于積灰和積濕的角、槽，連接零件之間應有可供檢查與維修的空間（凈空不易小于120mm）。桁架結構腐蝕性最為嚴重的部位在于弦桿部位，因此，在鋼結構通廊的維護過程中，要具有針對性，提高維護效果。

鋼結構桁架式皮帶通廊的設計過程中，必須對設備的施工工藝，技術要求以及具體的場地條件有明確的了解。在設計中，要保證設備的荷載、操作的荷載、檢修的荷載以及皮帶的實際張力與具體的使用情況相符合。在現階段下，鋼結構桁架式皮帶通廊的設計還存在著些許的不足之處，相信通過各方的努力，一定可以克服這些不足之處。

參考文獻：

[1]中華人民共和國建設部，中華人民共和國國家質量監督檢驗檢疫總局.GB 50017—2003 鋼結構設計規范[S].北京: 中國計劃出版社，2003．

[2]付裕. 鋼結構桁架式通廊設計優化與工程應用［D］.濟南：山東大學碩士學位論文，2012.

[3]尹元初.大跨度立體桁架[M].鋼結構設計規范國家標準管理組.《鋼結構設計計算示例》編組委員會. 北京: 中國建筑工業出版社,2008.

作者簡介：張振國（1977－），男，遼寧省沈陽市人，工程師，沈陽有色冶金設計研究院，研究方向結構設計。