輸糧鋼棧橋結構設計

◎ 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）

鋼棧橋是工業建筑中一種常用的結構形式，對于大型糧油加工企業原料的接收、儲存、發放至關重要。由于廠區人流、車流較多，地面輸送糧食不可能實現，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、鋼格柵和支架系統組成，在設計輸糧棧橋時，主梁常采用鋼桁架結構。鋼桁架是由桿件組成的結構體系，在進行內力分析時，節點一般假定為鉸節點，當荷載作用在節點上時，桿件只有軸向力，其材料的強度可得到充分發揮。桁架結構的優點是利用截面較小的桿件組成截面較大的構件，單層廠房的屋架常選用桁架結構。在港口碼頭、糧食轉運過程中，通常采用鋼棧橋結構形式。

圖1 鋼棧橋圖

1 鋼桁架的結構形式

鋼桁架的結構形式如圖2所示。在確定桁架結構形式時，應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、經濟和施工方便等原則。從受力角度考慮，桁架外形應盡量與彎矩圖相近，以使弦桿受力均勻。受力較合理的腹桿布置應使短桿受壓，長桿受拉，腹桿數量少，總長度短。且盡可能使荷載作用于節點，避免弦桿因受節間荷載引起局部彎矩而增加截面。從施工角度考慮，桁架桿件的數量和品種應盡可能少，在用鋼量增加較少的原則下，力求尺寸統一，構造簡單，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，其具有桿件規格統一、節點構造統一、便于制造等優點。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

棧橋寬度方向的軸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備穿過棧橋，則其總寬度應進行調整，總寬度應算至桁架中心。

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的高度不應小于輸糧設備高度。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]。多跨棧橋的布置應考慮棧橋下的建筑物、道路、運糧車輛高度和寬度、管網、鐵路等的布置情況，且相互協調。

此外還應考慮所用鋼材的經濟性、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，不加下撐的桁架高度為2.5～3.3 m，最優跨度為25～36 m[3]。若桁架的支架也是鋼結構，其最優跨度要和支架的鋼材消耗統一考慮。如跨度不等，一般為了是棧橋高度統一，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、風載在豎向產生的荷載）應加在桁架的節點上。水平荷載（風荷載、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，拼裝起拱預留量為1/500[4]。弦桿拼接部位不要放在節點上，可放在節間的中部。分析各個桿件的受力情況；在節點荷載作用下，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，所以當棧橋很高、跨度很大時，風荷載對棧橋的作用就不能忽視。因為在風荷載的作用下，桁架下弦支座兩端的弦桿有可能由受拉狀態轉為受壓，在考慮風荷載對桁架影響時，桁架上下弦截面的選擇在原有基礎上要增大一級。

圖3 桁架內力圖（拉力為正，壓力為負）

4 保證輸糧鋼棧橋整體穩定的結構措施

鋼棧橋的整體穩定計算上較難以控制，設計要采取必要的結構措施，防止棧橋在水平風荷載作用下，側移變形過大或主桁架平面偏轉角位移（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。

為增強輸糧鋼棧橋的整體穩定性，需要采取以下措施：①控制鋼棧橋的寬跨比限制。②增加鋼棧橋抗扭轉的構造措施，主要通過在主桁架與上弦檁條；連接節點處，加焊一個隅撐。③設置水平支撐，水平支撐用來承受桁架橫向荷載，并保持桁架的空間穩定和空間剛度，是棧橋構件中很重要的構件。布置在桁架的上弦和下弦平面內，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]。棧橋的經濟指標見表1。

表1 棧橋的經濟指標表

5 支撐結構形式及設計要求

棧橋兩端的支撐結構宜使用同一種材料，棧橋兩端的支撐結構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，支架的穩定性決定支架下部的寬度，支架穩定力矩與傾覆力矩的比為支架的穩定系數，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，且兩側棧橋跨度較大，穩定性要求較高時，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度設防），5（8度設防），4（9度設防）；鋼柱支架沿高度每隔一層或兩層（6、7度設防）須設置水平支撐，以增強支架的抗扭轉能力；鋼支架的立柱和橫梁宜采用H型鋼，立柱與橫梁節點采用剛性連接，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 結語

受港口碼頭、糧食儲運、加工等企業場地的限制，要求設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，施工效率高等優點，應用越來越廣泛。

參考文獻：

[1]張耀春.鋼結構設計原理[M].北京：高等教育出版社，2011.

[2]中華人民共和國建設部和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.

[3]中華人民共和國住房和城鄉建設部. GB 50011-2010 建筑抗震設計規范[S].北京：中國建筑工業出版社，2010.

[4]中華人民共和國國家質量監督檢驗檢疫總局、中華人民共和國建設部. GB 50205-2001 鋼結構工程施工質量驗收規范[S].北京：中國計劃出版社，2001.

[5]于良科.鋼棧橋設計與施工[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計要點[J]煤炭工程，2012（2）：10-11.