輸糧鋼棧橋結(jié)構(gòu)設(shè)計

◎ 趙華營，謝會杰，王 寧

（中糧工程科技（鄭州）有限公司，河南 鄭州 450053）

鋼棧橋是工業(yè)建筑中一種常用的結(jié)構(gòu)形式，對于大型糧油加工企業(yè)原料的接收、儲存、發(fā)放至關(guān)重要。由于廠區(qū)人流、車流較多，地面輸送糧食不可能實現(xiàn)，而地下輸送糧食存在地下防水等難題也不輕易采用，架空鋼棧橋就得到了大量運用，如圖1所示。

鋼棧橋由鋼桁架、支撐系統(tǒng)、鋼格柵和支架系統(tǒng)組成，在設(shè)計輸糧棧橋時，主梁常采用鋼桁架結(jié)構(gòu)。鋼桁架是由桿件組成的結(jié)構(gòu)體系，在進行內(nèi)力分析時，節(jié)點一般假定為鉸節(jié)點，當(dāng)荷載作用在節(jié)點上時，桿件只有軸向力，其材料的強度可得到充分發(fā)揮。桁架結(jié)構(gòu)的優(yōu)點是利用截面較小的桿件組成截面較大的構(gòu)件，單層廠房的屋架常選用桁架結(jié)構(gòu)。在港口碼頭、糧食轉(zhuǎn)運過程中，通常采用鋼棧橋結(jié)構(gòu)形式。

圖1 鋼棧橋圖

1 鋼桁架的結(jié)構(gòu)形式

鋼桁架的結(jié)構(gòu)形式如圖2所示。在確定桁架結(jié)構(gòu)形式時，應(yīng)綜合考慮桁架的用途、跨度、荷載等因素，使之符合適用、受力合理、經(jīng)濟和施工方便等原則。從受力角度考慮，桁架外形應(yīng)盡量與彎矩圖相近，以使弦桿受力均勻。受力較合理的腹桿布置應(yīng)使短桿受壓，長桿受拉，腹桿數(shù)量少，總長度短。且盡可能使荷載作用于節(jié)點，避免弦桿因受節(jié)間荷載引起局部彎矩而增加截面。從施工角度考慮，桁架桿件的數(shù)量和品種應(yīng)盡可能少，在用鋼量增加較少的原則下，力求尺寸統(tǒng)一，構(gòu)造簡單，以便制造。腹桿與弦桿軸線間的夾角一般在30°～60°，最好在45°左右，以使節(jié)點緊湊。

圖2 鋼桁架形式圖

輸糧棧橋主要采用平行弦桁架，其具有桿件規(guī)格統(tǒng)一、節(jié)點構(gòu)造統(tǒng)一、便于制造等優(yōu)點。平行弦桁架分為上承式和下承式。

2 棧橋桁架橫斷面尺寸的確定

棧橋?qū)挾确较虻妮S線尺寸取決于棧橋上輸糧皮帶機的型式及排列，人行道的寬度一般為700～800 mm，檢修道寬度為450～500 mm[1]。如果有輸油管道或其他設(shè)備穿過棧橋，則其總寬度應(yīng)進行調(diào)整，總寬度應(yīng)算至桁架中心。

桁架高度方向的軸線尺寸取決于棧橋的跨度，但需同時滿足棧橋從板底到板頂?shù)母叨炔粦?yīng)小于輸糧設(shè)備高度。不加下斜撐的棧橋跨度一般情況下為30～36 m，可以是單跨或多跨[2]。多跨棧橋的布置應(yīng)考慮棧橋下的建筑物、道路、運糧車輛高度和寬度、管網(wǎng)、鐵路等的布置情況，且相互協(xié)調(diào)。

此外還應(yīng)考慮所用鋼材的經(jīng)濟性、制造及安裝方便程度。鋼材消耗量最少的桁架高跨比h/L=1/10～1/12，不加下?lián)蔚蔫旒芨叨葹?.5～3.3 m，最優(yōu)跨度為25～36 m[3]。若桁架的支架也是鋼結(jié)構(gòu)，其最優(yōu)跨度要和支架的鋼材消耗統(tǒng)一考慮。如跨度不等，一般為了是棧橋高度統(tǒng)一，小跨度的桁架高度就要隨著大跨度的高度而加大。因此，應(yīng)盡量考慮將桁架的跨度布置一致或接近一致。

3 桁架的荷載計算

桁架上的荷載有永久荷載和可變荷載兩大類。桁架所受豎向荷載（恒載、活載、風(fēng)載在豎向產(chǎn)生的荷載）應(yīng)加在桁架的節(jié)點上。水平荷載（風(fēng)荷載、地震）對支撐弦桿的作用力要作為承重桁架的附加荷載計算，一般只為承重桁架作用力的15%，如果截面選擇的余量遠大于15%則可不另計算。棧橋跨度超過30 m時，拼裝起拱預(yù)留量為1/500[4]。弦桿拼接部位不要放在節(jié)點上，可放在節(jié)間的中部。分析各個桿件的受力情況；在節(jié)點荷載作用下，桁架上弦受壓、下弦受拉，如圖3所示；桁架上弦的壓力、下弦的拉力由桁架支座兩端向跨中逐漸增大。由于桁架下弦支座兩端拉力較小，所以當(dāng)棧橋很高、跨度很大時，風(fēng)荷載對棧橋的作用就不能忽視。因為在風(fēng)荷載的作用下，桁架下弦支座兩端的弦桿有可能由受拉狀態(tài)轉(zhuǎn)為受壓，在考慮風(fēng)荷載對桁架影響時，桁架上下弦截面的選擇在原有基礎(chǔ)上要增大一級。

圖3 桁架內(nèi)力圖（拉力為正，壓力為負(fù)）

4 保證輸糧鋼棧橋整體穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)措施

鋼棧橋的整體穩(wěn)定計算上較難以控制，設(shè)計要采取必要的結(jié)構(gòu)措施，防止棧橋在水平風(fēng)荷載作用下，側(cè)移變形過大或主桁架平面偏轉(zhuǎn)角位移（主桁架平面與上弦水平支撐平面間的直角的改變）過大，從而使鋼棧橋整體失穩(wěn)。

為增強輸糧鋼棧橋的整體穩(wěn)定性，需要采取以下措施：①控制鋼棧橋的寬跨比限制。②增加鋼棧橋抗扭轉(zhuǎn)的構(gòu)造措施，主要通過在主桁架與上弦檁條；連接節(jié)點處，加焊一個隅撐。③設(shè)置水平支撐，水平支撐用來承受桁架橫向荷載，并保持桁架的空間穩(wěn)定和空間剛度，是棧橋構(gòu)件中很重要的構(gòu)件。布置在桁架的上弦和下弦平面內(nèi)，桁架的弦桿同時是支撐的組成桿件。支撐斜桿一般采用圓鋼管或等邊單角鋼，用交叉斜腹桿對經(jīng)常改變方向的荷載最有利，斜腹桿只考慮承受拉力，豎桿承受壓力。斜腹桿的角度最好控制在40°～50°[5]。棧橋的經(jīng)濟指標(biāo)見表1。

表1 棧橋的經(jīng)濟指標(biāo)表

5 支撐結(jié)構(gòu)形式及設(shè)計要求

棧橋兩端的支撐結(jié)構(gòu)宜使用同一種材料，棧橋兩端的支撐結(jié)構(gòu)宜采用鋼支架或鋼筋混凝土框架。支架承受桁架傳來的豎向和橫向荷載，支架的穩(wěn)定性決定支架下部的寬度，支架穩(wěn)定力矩與傾覆力矩的比為支架的穩(wěn)定系數(shù)，一般為1.25。支架高度小于15.0 m時，可采用鋼筋混凝土支架，其寬度一般與上部棧橋同寬，支架高度大于15.0 m時，且兩側(cè)棧橋跨度較大，穩(wěn)定性要求較高時，可做成鋼支架。鋼支架高寬（垂直棧橋方向）比不宜大于6（6、7度設(shè)防），5（8度設(shè)防），4（9度設(shè)防）；鋼柱支架沿高度每隔一層或兩層（6、7度設(shè)防）須設(shè)置水平支撐，以增強支架的抗扭轉(zhuǎn)能力；鋼支架的立柱和橫梁宜采用H型鋼，立柱與橫梁節(jié)點采用剛性連接，斜支撐采用雙角鋼或圓鋼管[6]。鋼支架斜支撐形式有三種，如圖4所示。

圖4 鋼支架立面圖

6 結(jié)語

受港口碼頭、糧食儲運、加工等企業(yè)場地的限制，要求設(shè)計的鋼棧橋跨度越來越大，大跨度輸糧鋼棧橋，加工制造容易，起吊安裝方便，施工速度快，施工效率高等優(yōu)點，應(yīng)用越來越廣泛。

參考文獻：

[1]張耀春.鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計原理[M].北京：高等教育出版社，2011.

[2]中華人民共和國建設(shè)部和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.

[3]中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部. GB 50011-2010 建筑抗震設(shè)計規(guī)范[S].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2010.

[4]中華人民共和國國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局、中華人民共和國建設(shè)部. GB 50205-2001 鋼結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗收規(guī)范[S].北京：中國計劃出版社，2001.

[5]于良科.鋼棧橋設(shè)計與施工[J].山西建筑，2007（24）：306-307.

[6]楊小軍，崔 青，崔林萌.54 m跨度膠帶輸送機鋼棧橋設(shè)計要點[J]煤炭工程，2012（2）：10-11.