可伸縮格構式鋼桁架在不同直徑筒倉中的應用

趙 艷

(西山煤電集團設計院(有限公司)，山西 太原 030053)

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可伸縮格構式鋼桁架在不同直徑筒倉中的應用

趙 艷

(西山煤電集團設計院(有限公司)，山西 太原 030053)

結合建筑筒倉操作平臺中鋼桁架的應用現狀，介紹了可伸縮格構式鋼桁架結構的工作原理及研究的技術內容，提出了其在工程中的應用方案與工藝流程，并通過工程實例證明，可伸縮格構式鋼桁架具有較好的經濟效益。

鋼桁架，建筑筒倉，滑模施工，經濟效益

1 建筑筒倉操作平臺中鋼桁架的應用現狀

在超大直徑、大直徑、中小直徑筒倉滑模施工中，普遍采用“一臺兩用”的方案：即搭設一個平臺，既是倉壁滑模施工操作平臺，又是倉頂結構施工的支撐平臺。比較常見的方法是利用桁架式和輻射梁下撐拉桿式操作平臺。

采用這兩種方法搭設操作平臺，都要根據筒倉直徑的變化，調整桁架和輻射梁的長度。而桁架和輻射梁是一次性設計、制作的，只能用于同一直徑和同一位置。當筒倉直徑不一致或位置發生變化時，已經設計、制作的桁架和輻射梁就不能直接使用。要么重新制作，要么改造。如果每遇到筒倉直徑變化就重新制作，將造成大量的物資積壓，只能采用改造利用的方法。但是每遇筒倉直徑變化一次，就要改造一次，不僅切割和焊接工作量較大，而且經過幾次改造后，桁架桿件的幾何尺寸和內力傳遞與原設計相比已經面目全非，給安全生產留下了嚴重隱患。

2 可伸縮格構式鋼桁架技術簡介

可伸縮格構式鋼桁架是一種新型的建筑筒倉滑模施工平臺支撐裝置，其主要技術特點在于該裝置可應用在超大直徑、大直徑、中小直徑建筑筒倉滑模施工中，具有可調節性，集模板爬升、綁筋施工作業平臺、倉頂結構施工支撐平臺于一體，該裝置設計為組合式，可根據施工需求對結構進行調整設置，從而適應更多工程應用。

3 可伸縮格構式鋼桁架結構工作原理

用角鋼桿件和連接鋼板，在工廠配套制作矩形格構式主、副桁架(一榀主桁架配兩榀副桁架，主桁架在中間，副桁架在兩端)，主桁架兩端頭搭接范圍和副桁架的上下弦桿上均勻布置有連接螺栓孔。運到現場后，根據筒倉直徑和桁架布置的位置，確定桁架所需長度。將副桁架從主桁架中抽出(兩端對稱進行)，達到所需長度時，用普通螺栓將主、副桁架連接固定，就形成了用于筒倉倉壁滑模施工和倉頂結構施工操作平臺所需的理想桁架。桁架用完后，卸下普通螺栓，將兩端副桁架縮進主桁架，便于保存和運輸。可伸縮格構式鋼桁架結構示意圖見圖1。

4 可伸縮格構式鋼桁架研究的技術內容

鋼桁架的計算：

1)作用荷載。桁架上的作用荷載包括永久荷載和可變荷載兩類，計算桁架內力時應考慮荷載分項系數、荷載組合系數，并按最不利荷載組合情況計算桁架桿件內力。

2)桁架計算簡圖(見圖2)。

3)內力計算。首先把桁架上的作用荷載等效地轉換到桁架節點上得到節點荷載，然后按《結構力學》中的數解法、圖解法或平面桁架有限元程序計算鉸接平面桁架桿件的軸力。待求得節點荷載作用下各桿件的軸力后，對有節間荷載的弦桿，再按剛接桁架計算該類桿件的正負彎矩值。桁架的桿件一般為軸心受力構件，當桁架弦桿作用有節間荷載時，則弦桿為壓彎(上弦)或拉彎(下弦)構件。

從平面桁架出發，通過一些規則，在整合以后形成了格構式桁架。通過空間模型，計算和規范驗算，在規范的理解和應用方面，通過每一根桿件所受的力的不同，來進行規范驗算。把次要的因素舍棄掉，把主要的因素保留下，簡化計算。更注重桁架的布置，才能在后期的規范驗算簡單。

本桁架使用長度范圍在10 m～18 m，可根據筒倉直徑調整邊桁架與中桁架進行組合，組合后施工時必須根據實際情況予以計算復核。

4)計算所采用的計算程序。a.建模：采用中國建筑科學研究院編制的《鋼結構CAD軟件——STS》；b.結構整體計算分析：采用中國建筑科學研究院編制的《多層及高層建筑結構空間有限元，分析與計算軟件——SATWE》;c.節點設計：采用中國建筑科學研究院編制的《鋼結構CAD設計軟件——STS》。

5)可伸縮格構式鋼桁架主要材料。鋼材：均采用Q235-B，全部鋼材應按現行國家標準和規范保證抗拉強度、伸長率、屈服強度、冷彎實驗和碳、硫、磷含量的限值。鋼材的抗拉強度實測值與屈服強度實測值的比值不應小于1.2；應有明顯的屈服臺階，且伸長率應大于20%；鋼材應有良好的可焊性和合格的沖擊韌性。連接螺栓：普通螺栓采用C級及配套的螺母、墊圈，C級螺栓孔，規格M20，孔為φ225。

焊接材料：采用E43焊條，應符合現行國家標準GB/T 5117碳鋼焊條的規定。必須經試驗合格后方可進行制作。二級角焊縫，焊縫hf=8 mm。

焊接質量等級：全熔透焊縫的質量等級均為二級,并應符合與母材等強的要求。全熔透焊縫的端部應設置引弧板，引弧板的材質應與焊件相同。手工焊引弧板厚度8 mm，焊縫引出長度不小于25 mm。焊劑應符合GB/T 5293埋弧焊用碳鋼焊絲和焊劑及GB/T 12470低合金鋼埋弧焊用焊劑。

刷漆：鋼構件徹底除銹后刷兩道紅丹防銹漆，兩道調和漆。

6)可伸縮格構式鋼桁架安裝要求：所用鋼結構及連接材料必須具有材料力學(機械)性能化學成分合格證明。

桁架單元及逐次安裝過程中，應及時調整消除累計偏差，使總安裝偏差最小以符合設計要求，任何安裝孔均不得隨意割擴，不得更改螺栓直徑。

桁架在工地組裝前必須按施工組織設計進行，先拉伸至合適尺寸，并使之保持穩定，然后逐次組裝其他構件，再最終固定并必須保證結構的穩定，不得強行安裝導致結構或構件永久塑性變形。

5 工藝流程

調研→施工方案初步論證→可伸縮桁架草圖→初步驗算→現場靜載加壓(一周)→軟件精確分析內力，與現場內力測試結果作對比→正式制作→推廣。

6 可伸縮格構式鋼桁架技術方案

1)組織有關人員進行可行性研究，確定可伸縮桁架方案。

2)初步設計。根據可伸縮桁架方案進行邊桁架、中桁架設計。

3)荷載調查計算。以將要設計的可伸縮格構式桁架的最大長度，對應筒倉的直徑，確定該倉頂結構施工的最大荷載，并轉化為桁架的線荷載。

4)確定桁架的基本構造形式。桁架的橫斷面為矩形(豎向)，兩側面(正立面和背立面)與普通平行弦桁架相同，桁架上下平面在每個節點處采用水平連接。中間為主桁架，兩端為副桁架。副桁架插入主桁架，主桁架與副桁架之間采用搭接，并用螺栓連接固定。

5)桁架內力計算。由于格構式桁架屬于空間結構，目前還沒有現成的理論計算依據。考慮到格構式桁架的整體穩定性優于普通平行弦桁架，為了計算方便，計算時按普通平行弦桁架內力計算方法，算出格構式桁架各桿件內力。

6)材料選擇。根據計算的各桿件內力，選擇組成格構式桁架各桿件、節點板和主、副桁架連接螺栓。所有桿件采用角鋼，節點板采用鋼板，除主、副桁架連接處采用普通螺栓外，其余節點均采用焊接。

7)施工圖設計。根據鋼結構設計規范，結合內力計算和材料選擇，繪制施工草圖，經審查修改后出正式施工藍圖。

8)桁架制作。根據施工藍圖采購材料，并檢驗合格后，按照下料、組拼、校正、焊接、成孔、砂洗、噴漆的工序，完成桁架制作。

9)桁架試驗。當制作完第一榀桁架后，應對該桁架進行載荷試驗。現場靜載加壓(一周)，試驗桁架應為最大跨度，荷載應取最大跨度時對應筒倉倉頂結構施工時的最大荷載。試驗應采用逐步加載方法，并測量和檢查每次加載后桁架的受力和變形情況。通過試驗確認滿足設計要求后方可進行桁架的大量制作。

7 可伸縮格構式鋼桁架在工程中的應用實例

7.1 山西柳林碾焉煤礦工業廣場貯煤倉工程

山西柳林碾焉煤礦工業廣場貯煤倉5×φ18 m原煤倉液壓滑模施工操作平臺擬采用可伸縮桁架作為支撐骨架，以滿足滑模和倉頂結構施工的需要，5個同時組裝，同時滑升。

7.2 晉興公司斜溝煤礦產品倉工程

山西西山煤電晉興公司斜溝煤礦產品倉工程4×φ30原煤倉液壓滑模施工操作平臺擬采用可伸縮桁架作為支撐骨架，以滿足滑模和倉頂結構施工的需要。

7.3 經濟效益

1)如果傳統平行弦桁架每榀(平均3 t)周轉次數按30次計算，本發明可伸縮格構式桁架每榀(平均4.2 t)周轉次數可達到120次，多使用90次。按目前市場平均價加管理費計算，本發明每榀桁架一次可節約430元。2)使用本發明與傳統桁架相比，可減少組裝和拆除時的切割和焊接工作量，每榀可節省人工和材料費用約620元。

[1] 朱慈勉，張偉平.結構力學[M].北京：高等教育出版社，2009.

[2] 陳紹蕃，郭成喜.鋼結構房屋建筑鋼結構設計[M].北京：中國建筑工業出版社，2014.

[3] 周 舟.鋼結構工程施工技術[M].太原：山西科學技術出版社，2009.

Application of scalable lattice-style steel truss in various-diameter silo

Zhao Yan

(XishanCoal&PowerConstructionDesignInstitute(Co.,Ltd),Taiyuan030053,China)

Combining with the application status of steel truss in architectural silo operation platform, the paper introduces the working principles and technical contents of scalable lattice-style steel truss, and puts forward its engineering application scheme and technology procedures. Through engineering examples, it proves that: the scalable lattice-style steel truss has better economic benefits.

steel truss, architectural silo, slip-form construction, economic benefits

1009-6825(2016)05-0046-03

2015-12-08

趙 艷(1981- )，女，工程師

TU391

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