張莉娟

摘要：架空熱力管道在遇到過(guò)河、過(guò)街等特殊跨越時(shí)經(jīng)常會(huì)用到鋼桁架結(jié)構(gòu)。鋼桁架由于質(zhì)量輕、抗震性能好、可跨越的距離大，在熱力管網(wǎng)的特殊跨越中得到廣泛應(yīng)用。文章通過(guò)對(duì)桁架結(jié)構(gòu)的分析，提出了桁架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的優(yōu)化方案。

關(guān)鍵詞：架空熱力管道；鋼桁架；縱向受力桁架；水平支撐桁架；特殊跨越桁架 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

中圖分類號(hào)：TE973 文章編號(hào)：1009-2374（2015）13-0020-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.13.010

架空熱力管道在遇到過(guò)河、過(guò)街等特殊跨越時(shí)經(jīng)常會(huì)用到鋼桁架結(jié)構(gòu)。鋼桁架由于質(zhì)量輕、抗震性能好、可跨越的距離大，在熱力管網(wǎng)的特殊跨越中得到廣泛應(yīng)用。本人針對(duì)鋼桁架在施工圖設(shè)計(jì)及現(xiàn)場(chǎng)安裝過(guò)程中常常遇到的情況及問(wèn)題做了以下總結(jié)。

1 特殊跨越桁架的結(jié)構(gòu)體系

特殊跨越桁架結(jié)構(gòu)實(shí)際上是一個(gè)空間結(jié)構(gòu)體系，它通常由兩榀縱向受力桁架和上弦、下弦水平支撐系統(tǒng)

構(gòu)成。

縱向受力桁架由上弦桿、下弦桿和及腹桿組成，承受頂部和底部橫梁傳來(lái)的豎向荷載。上弦桿和下弦桿是能夠拼接的連續(xù)桿。腹桿通過(guò)節(jié)點(diǎn)板與上下弦連接。桁架的上弦桿、下弦桿及腹桿一般采用H型鋼、槽鋼或角鋼背靠背設(shè)置，跨度大時(shí)也常采用鋼管。節(jié)點(diǎn)分格通常按照等分原則按偶數(shù)劃分，間距在2.2～2.5米左右。桁架上下弦桿和腹桿之間的角度一般控制在35°～55°。

上下弦水平支撐桁架通過(guò)水平支撐及橫梁連接，形成水平方向桁架，傳遞水平荷載。水平支撐應(yīng)采用交叉型腹桿，可以更好地承受側(cè)向傳來(lái)的水平荷載，交叉腹桿的角度通常控制在40°～50°比較合適。

縱向桁架和水平桁架共同組成空間受力體系。因?yàn)樵谔厥饪缭借旒艿膬?nèi)部要考慮支撐管道和供工作人員檢修和通行，無(wú)法設(shè)置交叉支撐，所以這個(gè)空間桁架是可變體系。為了防止風(fēng)荷載作用下上、下弦水平桁架產(chǎn)生錯(cuò)動(dòng)，保證橫向剛度和側(cè)向穩(wěn)定，在桁架的端部應(yīng)設(shè)置門型封閉剛架。此剛架作為上弦和下弦水平支撐桁架的支點(diǎn)，將傳來(lái)的水平力傳給支座。

2 特殊跨越桁架構(gòu)件設(shè)計(jì)

2.1 縱向受力桁架構(gòu)件設(shè)計(jì)

縱向受力桁架構(gòu)件通常采用型鋼或鋼管，因?yàn)榭v向受力桁架與平面外水平支撐桁架的分格是一樣的，不妨將其平面內(nèi)外的計(jì)算長(zhǎng)度取相同值，均為0.9L，L為腹桿。除了在端部和有支點(diǎn)的位置采用封閉剛架的桿件兼做直腹桿之外，其他部位均按照縱向受力桁架的計(jì)算內(nèi)力進(jìn)行設(shè)計(jì)。在計(jì)算桁架上弦桿和下弦桿的設(shè)計(jì)內(nèi)力時(shí)注意，不僅要考慮受力桁架的計(jì)算結(jié)果，尚應(yīng)將上弦、下弦水平支撐桁架在風(fēng)荷載作用下產(chǎn)生的最不利內(nèi)力疊加進(jìn)去。

2.2 水平支撐桁架構(gòu)件設(shè)計(jì)

水平支撐桁架的上弦桿、下弦桿和縱向受力桁架的設(shè)計(jì)方法是一樣的，根據(jù)水平支撐桁架的計(jì)算結(jié)果設(shè)置交叉腹桿，交叉腹桿應(yīng)按受拉桿件設(shè)計(jì)；豎直腹桿的軸力，除了在端部和有支點(diǎn)的位置采用封閉剛架的桿件兼做直腹桿之外，其他部位均按照水平支撐桁架的計(jì)算內(nèi)力進(jìn)行設(shè)計(jì)。同時(shí)，還要將直接承受管道荷載所產(chǎn)生的彎矩和剪力加上，并按壓彎構(gòu)件計(jì)算。為了提高構(gòu)件的抗彎能力，水平支撐桁架的直腹桿宜選用工字鋼或

鋼管。

2.3 封閉剛架構(gòu)件設(shè)計(jì)

端部門型封閉剛架的構(gòu)件可按框架進(jìn)行內(nèi)力計(jì)算，并按壓彎構(gòu)件設(shè)計(jì)。橫梁和鋼立柱通常采用工字鋼、H型鋼或大直徑鋼管，構(gòu)件的平面外計(jì)算長(zhǎng)度可以以構(gòu)件的幾何長(zhǎng)度取值。底部支承桁架的柱可以采用鋼柱或混凝土柱，柱腳在平面內(nèi)外均應(yīng)做成剛接。通常情況下，為避免特殊跨越桁架在地震或其他偶然荷載作用下，沿縱向伸縮時(shí)產(chǎn)生的對(duì)于支承柱的附加彎矩或產(chǎn)生的位移差引起的破壞，可將特殊跨越桁架的支座一端做成固定鉸支座（支座開(kāi)圓孔），另一端做成可沿桁架縱向自由滑動(dòng)的支座（開(kāi)長(zhǎng)圓孔）。這樣可使桁架對(duì)其下部支承柱在平面外幾乎沒(méi)有約束作用，該柱在平面外的計(jì)算長(zhǎng)度可按懸臂柱計(jì)算，取2.0L。

3 用正確計(jì)算模型分析縱向桁架

在應(yīng)用PKPM軟件進(jìn)行鋼桁架設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)，應(yīng)注意以下六點(diǎn)：（1）桁架結(jié)構(gòu)桿件的選用。桁架結(jié)構(gòu)的計(jì)算模型為一邊簡(jiǎn)支、一邊固定。在模型輸入時(shí)應(yīng)將桁架所有的節(jié)點(diǎn)包括支座桿件全部設(shè)置為“鉸”，所有構(gòu)件均為鉸接構(gòu)件，否則計(jì)算出的內(nèi)力是不準(zhǔn)確的；（2）在桁架結(jié)構(gòu)模型中選用桿件時(shí)，所有桿件均應(yīng)設(shè)置為柱，沒(méi)有梁，所有的荷載（包括作用上弦桿、下弦桿上的豎向荷載、水平荷載、風(fēng)荷載等）應(yīng)全部作用在節(jié)點(diǎn)位置，不能加在柱上；（3）計(jì)算時(shí)，上弦桿和下弦桿平面內(nèi)的計(jì)算長(zhǎng)度系數(shù)通常取-1，平面外計(jì)算長(zhǎng)度按照水平支撐間距的大小來(lái)取值；（4）根據(jù)規(guī)范《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范（GB50017-2003）》第8.4.5條規(guī)定，分析桁架桿件內(nèi)力時(shí)，可將節(jié)點(diǎn)視為鉸接。當(dāng)桁架桿件為H形、箱形等剛度較大的截面，且在桁架平面內(nèi)的桿件截面高度與其幾何長(zhǎng)度（節(jié)點(diǎn)中心間的距離）之比大于1/10（對(duì)弦桿）或大于1/15（對(duì)腹桿）時(shí)，應(yīng)考慮節(jié)點(diǎn)剛性所引起的次彎矩；（5）在計(jì)算中，在總信息參數(shù)中，鋼柱計(jì)算長(zhǎng)度系數(shù)計(jì)算方法項(xiàng)應(yīng)勾選無(wú)側(cè)移桁架的計(jì)算方法；（6）地震作用的計(jì)算：計(jì)算原則符合下列條件的支承結(jié)構(gòu)，可不進(jìn)行抗震驗(yàn)算，但應(yīng)采取抗震措施。6度區(qū)；7度硬、中場(chǎng)地時(shí)鋼支承結(jié)構(gòu)；7度或8度硬、中硬場(chǎng)地和9度硬場(chǎng)地土的鋼支承結(jié)構(gòu)。其他桁架支承結(jié)構(gòu)，應(yīng)按主軸方向（縱向與橫向）分別計(jì)算地震作用。地震烈度8度、9度，跨度≥24m的桁架應(yīng)計(jì)算豎向地震作用。9度時(shí)，尚應(yīng)考慮豎向地震作用與水平地震作用的不利組合。

4 桁架的桿件截面的優(yōu)化設(shè)計(jì)

目前，在鋼桁架的設(shè)計(jì)中，其桿件普遍采用角鋼、槽鋼或工字鋼，它們都是單軸對(duì)稱，在計(jì)算時(shí)大多需要設(shè)計(jì)人員手工復(fù)核桿件平面外強(qiáng)度和穩(wěn)定；采用型鋼的桁架在節(jié)點(diǎn)處的設(shè)計(jì)和安裝也比較復(fù)雜，為了計(jì)算簡(jiǎn)便和方便施工，設(shè)計(jì)時(shí)通常在同一個(gè)單元內(nèi)的桿件會(huì)選用同樣的截面，也造成了一定的浪費(fèi)。在桁架設(shè)計(jì)中可以用方鋼管或圓鋼管桁架代替?zhèn)鹘y(tǒng)的型鋼桁架，主要有以下三個(gè)方面的優(yōu)勢(shì)：（1）鋼管管壁比較薄，回轉(zhuǎn)半徑大，對(duì)稱截面使得截面材料繞中和軸分布的非常均勻，具有非常好的抗壓和抗彎扭性能及較大的剛度和較好的穩(wěn)定性。閉合的截面與有局部懸挑板件的開(kāi)口截面（H型鋼、工字型鋼）相比，結(jié)構(gòu)整體性好，扭轉(zhuǎn)剛度大，承載能力好，更能充分發(fā)揮材料性能；（2）在相同截面積的情況下，鋼管的表面積較小，與空氣的接觸面積也較小，同時(shí)鋼管的兩端通常都是封閉的，這樣就避免了鋼管內(nèi)部生銹的問(wèn)題，減少了防腐防火涂料的涂刷面積。而且比開(kāi)口截面更容易清潔、油漆，維護(hù)更為簡(jiǎn)便；（3）鋼管外表美觀，制作簡(jiǎn)單、加工便利、安裝容易。

綜合以上優(yōu)點(diǎn)可見(jiàn)，鋼管結(jié)構(gòu)在鋼桁架結(jié)構(gòu)形式中可以作為優(yōu)先選用的基本結(jié)構(gòu)形式之一。

5 結(jié)語(yǔ)

本文通過(guò)對(duì)架空熱力管道鋼桁架結(jié)構(gòu)體系、結(jié)構(gòu)計(jì)算方法的分析，指出在特殊跨越桁架設(shè)計(jì)中應(yīng)注意的問(wèn)題，并提出了相應(yīng)的優(yōu)化措施，希望能對(duì)此類工程的設(shè)計(jì)提供一點(diǎn)借鑒。

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（責(zé)任編輯：周 瓊）endprint