鋼結構轉運站設計要點及注意事項

鄭翔,沈建東

(中交第二航務工程勘察設計院有限公司,武漢 430071)

鋼結構轉運站設計要點及注意事項

鄭翔,沈建東

(中交第二航務工程勘察設計院有限公司,武漢 430071)

鋼結構轉運站是現代工業運輸領域的常見結構形式。論文通過對轉運站常見機構及特點的介紹和分析，提出了鋼結構轉運站的設計要點及注意事項，對鋼結構轉運站的設計具有一定的借鑒意義。

鋼結構轉運站；設計要點；注意事項

【DOI】10.13616/j.cnki.gcjsysj.2016.07.002

1 引言

轉運站是設在2臺或多臺高架固定式帶式輸送機之間的中轉站，隨著我國經濟和社會的快速發展，轉運站在工業運輸系統中發揮了重要的作用。轉運站根據結構材料可分為鋼結構、鋼筋混凝土結構等，鋼結構轉運站因為建設方便、可塑性強，所以，在工業運輸領域得以廣泛應用。但是，轉運站的長、大型帶式輸送機具有非常大的電機功率，在運行中會產生較大的轉動慣量,特別在電機啟動和制動時會有很大的水平張力，這種張力因為作用位置高且力量不平衡。所以，容易將引力集中施加在轉運站結構上部及中部，導致低頻振動的產生，最后引起結構發生變形，從結構形式和受力性質上來說，這樣的影響對轉運站結構要比一般結構嚴重得多。本文針對這一問題，對鋼結構轉運站的設計要點和注意事項進行分析。

2 轉運站的常見類型及結構特點

轉運站由于主要做工業運輸用，常見的設計為敞開式框架結構,高寬比較大，設備層設置樓板，其他樓層一般不設置樓板,從結構上來說屬典型高聳柔性結構[1]。

2.1 轉運站的分類

鋼結構轉運站作為高架固定帶式輸送機的配套設施,根據不同的區分原則可以分為以下幾種：(l)按結構平面形狀,分為4柱、6柱和9柱轉運站；(2)按轉載層數的情況,分為2層轉載轉運站和同層轉載轉運站；(3)按輸送機對物料的轉載方向,分為直角和斜交轉運站；(4)按轉運站的高度,可劃分為多層轉運站和高層轉運站。工業使用較多的轉運站層數一般為3～10層,高度≤50m。

本文研究以某碼頭五期轉運站為例，其帶式輸送機最大運量Q=1700t/h，最大帶寬B=1000mm，最大帶速v=4m/s，最大

單機最長L=5450m，單機最大功率P=1020kW，該轉運站長寬高為15m×6.5m×30m，共3層，帶式輸送機雙進雙出，如圖1所示。

圖1 某碼頭轉運站結構圖

2.2 鋼結構轉運站的結構特點

一般情況下,為方便運輸物料，將轉載設備放置在轉運站的頂部，轉運站的最高層設置輸送裝置，次頂層設置輸出輸送機機尾，在頂層屋面梁上設單梁式懸掛起重機以方便機器設備的吊裝和維修，所以，一般的鋼結構轉運站的頂層較高大(上文的某碼頭轉運站的頂層為15m)，物料由輸入輸送機經漏斗卸入下一層，為了減小物料的垂直落差，所以，次頂層層高一般設計較小[2]。

轉運站中，振動源比較多而且振動能量較大，對鋼結構轉運站來說，如果振源和轉運站產生共振，會嚴重影響轉運站結構安全和設備的安全穩定，所以，必須從結構設計上來預防其產生共振。

3 鋼結構轉運站設計要點及注意事項

3.1 轉運站的梁柱截面設計要點

鋼結構轉運站的梁柱截面設計要考慮到物料重量、設備重量、自身重量等因素，根據其受力的承載度，通過綜合分析計算進行確定，主要應注意以下幾個方面。（1）要依據轉運站層高較高、柱間距和荷載較大的特點，在梁柱截面設計上采用人字形支撐或十字交叉鋼結構框架作為承重結構來抵抗水平荷載，這樣，才能提高鋼結構轉運站的承載能力。（2）轉運站梁柱截面荷載的受力極為復雜，除自重和設備荷載外，也會受到部分工藝的限制，以上文的轉運站為例，其局部需承受上部7條輸送帶張力，并且輸送帶進出使皮帶走向與轉運站存在較大夾角，所以，底層需采取抽柱處理，致使鋼結構轉運站的底層結構較為復雜。（3）碼頭處的風力較大，結構扭矩和上部樓層受風力影響，造成受力和位移過大，這會顯著增加轉運站梁柱截面的荷載量。普通鋼結構受力能力有限，增大鋼柱斷面會增加建設成本和工程量，所以，應科學選取梁柱截面的面積，注重功能和成本的平衡。

3.2 荷載分析及組合要點

載荷分析及組合是鋼結構轉運站設計中的重要內容。以上文的轉運站為例對轉運站的載荷進行分析應注意以下幾個方面。（1）轉運站皮帶機的水平拉力表現為穩定工作時的拉力和設備啟停時的瞬間拉力，瞬間拉力要遠遠大于穩定拉力，設備拉力隨設備類型、位置、運行狀態的不同而隨時變化。（2）轉運站的設備與外部設備共同協作進行物料的運輸，常見的外部輔助設備對風速有一定的限制，如果風速超過設備的限值，設備會停止運行，這就造成了轉運站的內部設備處于空載的狀態。（3）轉運站的設計應根據所在地區的震害頻度和烈度，設計具有相應抗震能力的結構[3]。根據轉運站以上受力特點，在進行荷載組合時應注意以下幾個方面：一是輸送機產生的水平方向的拉力由其工作時的拉力情況決定，同時由于瞬間拉力的發生概率較小，應將其考慮為偶然載荷，將穩定拉力考慮為可變載荷；二是如果轉運站內部設計多條輸送線路，則應根據不同輸送線路的水平和豎向載荷大小，考慮不同的載荷組合；三是如果基本風壓所對應的風速大于設備工作時的風速上限，那么，設備荷載不應與基本風壓下的風荷載進行組合。

3.3 振動荷載的分析與控制要點

在目前的港口建設中，一般將振動篩、破碎機等置于轉運站樓層上，加上轉運站自身的振動源，轉運站的振動問題就成為設計中需要重點考慮的問題。振動篩、破碎機及皮帶機會產生不同的交變荷載，如果振動的頻率相近或者相同，轉運站結構會發生共振。共振效應會隨著振動的能量加強而不斷加強，最終不僅會危害轉運站結構和設備，也會影響工作人員的身心健康。

在轉運站振動荷載作用下，轉運站會出現振幅及加速度等響應，這些響應與震源、結構類型、阻尼等有關。根據現有的研究資料表明，只承擔一個方向的設備載荷（水平或垂直）的鋼結構轉運站結構阻尼較大，振動所產生的效應對結構一般

不會產生危害，但當轉運站設置有振動篩、破碎機等振源時，由于其產生較大的交變荷載，所以必須考慮抗振設計。

振動的影響主要反映在結構強度、變形及人的舒適性，主要指標為振幅及加速度。多層轉運站結構設計可根據頻率及暴露時間，采取控制加速度為主、限制振幅為輔的設計模式，同時應注意：因多層轉運站水平自振頻率的本振頻率大都在1.5～4.5Hz，而振源設備的轉速較高（10Hz以上）。所以，轉運站因水平振動出現共振的可能性較小，對轉運站的危害不大；對于轉速較低的振動設備來說，轉運站容易出現低頻共振，危害性較大，在設計中必須謹慎對待[4]。

3.4 抗側力結構的設計要點

科學的建筑體型設計是加強抗震能力的有效措施。研究表明，簡單、對稱的建筑，其抗震能力較強，相反，結構復雜的建筑抗震能力較弱。這是因為這樣的結構能較準確估計其地震時的反應，并且采取簡單的抗震構造既能達到較好地抗震效果。轉運站層高變化較大，加上樓層功能差異較大、設備集中布置等因素，容易因為水平和豎向抗側力不均勻而產生扭矩的不規則效應。因此，應該加強抗側力體系的設計，主要應遵循以下原則：一是轉運站樓面開孔應合理分布，設備吊裝孔不但應滿足工藝要求，而且要盡量與設備安裝孔錯開布置；二是樓層的設計應盡量減少平面凸角尺寸；三是當局部樓層較高時，應通過增設結構層提升抗震能力。

3.5 埋件的設計要點

鋼結構轉運站中，設備荷載通過埋件傳遞給承重構件，埋件一旦破壞，皮帶機機頭和機尾設備容易出現離心現象，所以，埋件的設計是轉運站的設計重點。正常情況下的埋件主要受拉、剪荷載作用，所以，應綜合考慮埋件的抗震設計、疲勞驗算等問題，合理地確定埋件的設計荷載和組合工況。首先，當設備安裝調試完成進入生產運營階段時，當設備未啟動時傳動設備傳遞給埋件的荷載最小；設備啟動特別是故障停車后滿載啟動時，輸送設備傳遞給埋件的荷載最大，然后逐步降低至穩定荷載。所以，埋件設計應包括埋件所受載荷的強度計算，埋件的抗震驗算和疲勞驗算等。設備啟動時可不考慮地震作用，但需考慮地震作用時，埋件錨筋截面積應增大25%以上，錨筋的錨固長度應增加10%且增大錨板厚度。實際使用中，埋件質量不合格是轉運站發生事故的重要因素，為此，應將埋件在施工前進行送檢并逐項驗收[5]。

4 結語

本文首先介紹了鋼結構轉運站的常見結構及特點，然后以某碼頭的鋼結構轉運站為例，介紹了鋼結構轉運站設計要點及注意事項，對鋼結構轉運站的設計具有一定的參考意義，相信隨著科技的進步和技術的完善，鋼結構轉運站的設計會越來越成熟和規范。

【1】閆春生,薛建陽,王林科.轉運站結構的動力分析與振動控制[J].工程建設,2009，41（1）：6-9.

【2】牟廣興.轉運站的荷載取值問題探討[J].礦業工程，2008（4）：51-53.

【3】GB 50017—2003鋼結構設計規范[S].

【4】付征耀，羅福盛.膠帶機通廊系統鋼結構設計[J].鋼鐵技術,2008（1）：37-42.

【5】牟廣興.轉運站的荷載取值問題探討[J].礦業工程,2008，6（2）:51 -53.

表2 屋蓋結構工程量統計表

5 結語

本文闡述了常用的大跨度屋蓋結構形式在本文所研究工程中的適用性，并從安全性和經濟性兩方面對比了鋼筋混凝土井字梁和實腹鋼梁兩種結構方案。得出的主要結論如下：

1)對于本工程中的屋蓋，實腹鋼梁結構的自重明顯小于鋼筋混凝土井字梁結構，結構的撓度也明顯小于后者，并且可以獲得更高的樓層凈空高度。

2)采用實腹鋼梁方案時，屋蓋部分工程造價要高于鋼筋混凝土井字梁方案，但考慮到屋蓋部分重量對結構其他部分以及基礎的影響，兩種方案綜合經濟指標相差不多。

3)本工程最終選用實腹鋼梁的屋蓋結構方案。

【參考文獻】

【1】GB50011—2010建筑抗震設計規范[S].

【2】程文瀼，顏德姮，王鐵成.混凝土結構（第四版）[M].北京：中國建筑工業出版社，2008.

【3】JGJ 7—2010空間網格結構技術規程[S].

【4】GB 50010—2010混凝土結構設計規范[S].

【5】GB 50017—2003鋼結構設計規范[S].

【收稿日期】2016-04-13

RTS Steel Design Points for Attention

ZHENGXiang,SHENJian-dong
（CCCCSecondHarborConsultantsCo.Ltd.,Wuhan430071,China）

RTS steel structure isa common form oftransport inthe field ofmodern industry,Based on the RTS common institutions and characteristicsofpresentationandanalysis,theRTSsteeldesignfeaturesandprecautionsforsteelRTSthedesignhasacertainsignificance.

SteelRTS;designelements;notes

TU391;U492.1+42

B

1007-9467（2016）07-0026-03

2016-04-05

鄭翔（1990～），男，江西撫州人，助理工程師，從事結構工程設計與研究，（電子信箱）whuzhengxiang@qq.com。