何 維 陸康慧

(1浙江中材工程設(shè)計研究院有限公司 2浙江虹圖建筑設(shè)計有限公司)

工業(yè)廠房鋼結(jié)構(gòu)桁架式通廊的設(shè)計分析

何 維1陸康慧2

(1浙江中材工程設(shè)計研究院有限公司 2浙江虹圖建筑設(shè)計有限公司)

在一些工業(yè)廠房，比如礦山、鋼廠以及水泥廠等，通常會采取混凝土結(jié)構(gòu)來制造輸送系統(tǒng)所需的通廊。雖然能夠獲得一定的效果，但混凝土結(jié)構(gòu)也存在一些不足，比如受力不均勻、布置受限等等。因此，便有必要針對工業(yè)廠房的通廊采取更為優(yōu)化的設(shè)計。本文結(jié)合工程實(shí)例，進(jìn)一步對通廊鋼結(jié)構(gòu)及鋼支架兩方面的設(shè)計進(jìn)行分析，以期為工業(yè)廠房鋼結(jié)構(gòu)桁架式通廊的設(shè)計實(shí)現(xiàn)有效優(yōu)化。

工業(yè)廠房；鋼結(jié)構(gòu)；桁架式通廊

基于工業(yè)廠房中，少不了一些設(shè)備及系統(tǒng)的應(yīng)用，比如皮帶機(jī)輸送系統(tǒng)以及膠帶機(jī)輸送系統(tǒng)的，這些系統(tǒng)在應(yīng)用過程中需要通廊的支持。以前，針對這些系統(tǒng)所采取的通廊的結(jié)構(gòu)多數(shù)是混凝土結(jié)構(gòu)。對于混凝土結(jié)構(gòu)來說，存在一些不足：其一，受力不均勻；其二，布置受限。為了使工業(yè)廠房通廊的利用價值得到有效提高，做好工業(yè)廠房通廊的優(yōu)化設(shè)計非常重要。鑒于此，本文對“工業(yè)廠房鋼結(jié)構(gòu)桁架式通廊的設(shè)計”進(jìn)行分析意義重大。

1.相關(guān)工程實(shí)例簡介

1.1 工程基本情況

某工業(yè)廠房企業(yè)在某一生產(chǎn)線上設(shè)置了輸送通廊1條，并且在通廊內(nèi)部設(shè)置了膠帶輸送機(jī)1條，其寬度為1.2米。對于此輸送機(jī)，基于正常工作條件下，其爬升高度為13米到26米之間，總長為115米。由于希望工作人員能夠在檢修工作中更加方便，將通廊寬度設(shè)置為 3米。通廊所在地地震設(shè)防烈度為 6°，風(fēng)壓為0.3kN。在對此項工程的通廊高度以及地面管網(wǎng)道路構(gòu)成情況進(jìn)行充分考慮的條件下，對通廊跨度提出了比較高的要求，進(jìn)而在通廊結(jié)構(gòu)選擇上，選擇了鋼結(jié)構(gòu)桁架式通廊。

1.2 通廊受力情況

對于本工程的鋼結(jié)構(gòu)桁架式通廊來說，通廊左右均設(shè)置轉(zhuǎn)運(yùn)站，由于考慮到受力的均勻性，在高、低兩運(yùn)轉(zhuǎn)站之間設(shè)置了滾動支座2個、中間支架2個、固定支架1個。其中，固定之間處于最中間位置，確保了通廊結(jié)構(gòu)的穩(wěn)固性。對于通廊兩端和轉(zhuǎn)運(yùn)站來說，主要是通過滾動支座的方法來實(shí)現(xiàn)連接的，其他部位的連接都屬于鉸接。對于通廊本身所存在的重力、人行活載作用力以及設(shè)備荷載作用力來說，是經(jīng)鋼結(jié)構(gòu)桁架式通廊支座向轉(zhuǎn)運(yùn)站及鋼支架傳遞的。此外，橫向水平荷載作用力由固定支架和中間支架負(fù)責(zé)；而豎向垂直荷載作用力則是固定支架、中間支架、運(yùn)轉(zhuǎn)站支架三者共同負(fù)責(zé)。由于考慮到工作的需求，在本工程的鋼結(jié)構(gòu)桁架式通廊設(shè)計過程中，還需要對其中的通廊鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計與鋼支架設(shè)計充分重視，確保兩方面的設(shè)計均能夠體現(xiàn)出優(yōu)化、完善的特點(diǎn)。

2.通廊鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計分析

2.1 結(jié)構(gòu)形式及受力情況

通常而言，鋼結(jié)構(gòu)桁架式通廊具備的類型有兩種，即為人字形腹桿式桁架結(jié)構(gòu)與單斜腹桿式桁架結(jié)構(gòu)?；谑芰嵌榷?，斜腹桿主要承受的是拉力，而豎腹桿主要承受的是壓力，所以從整體上來看，斜腹桿與豎腹桿在受力上具備明確且單一化的特點(diǎn)。并且，基于受力上，斜腹桿與豎腹桿差距不大，均表現(xiàn)為均勻?；诠?jié)點(diǎn)位移角度而言，由于會遭遇地震作用力的影響，導(dǎo)致單斜腹桿式桁架結(jié)構(gòu)在節(jié)點(diǎn)位移上不夠顯著，但抗震效果卻很好。

2.2 桁架高度及跨度控制

對于通廊鋼結(jié)構(gòu)桁架來說，需根據(jù)工藝要求，同時結(jié)合高跨比，進(jìn)一步對桁架的高度加以確立。通常情況下，鋼結(jié)構(gòu)桁架高跨比需空載1/5至1/12之間，而跨度則需控制在18米至36米之間。

2.3 荷載作用力分析

對于荷載作用力來說，需明確的包括：（1）明確設(shè)備荷載作用力，其主要會在工藝技術(shù)的應(yīng)用下受到影響。（2）明確通廊結(jié)構(gòu)自重作用力，其自重涵蓋的部分包括鋼架、圍護(hù)結(jié)構(gòu)、平臺以及支撐結(jié)構(gòu)等。（3）明確活載作用，主要涵蓋了走道、積灰以及風(fēng)雪等。基于受力情況分析過程中，可把荷載作用力向節(jié)點(diǎn)集中，并作出相應(yīng)的假設(shè)，可假設(shè)為：節(jié)點(diǎn)位置全部桿件軸線基于同一個平面上具備一個相交點(diǎn)。以理想的鉸接處理為依據(jù)，可利用PKPM鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計軟件完成相應(yīng)的計算。但是，基于直接利用PKPM軟件的情況下，只能分析平面的受力情況。兒基于縱向、豎向荷載的計算過程中，未將設(shè)備啟動力因素納入其中進(jìn)行考慮。所以，在腹桿計算取值以及弦桿計算取值過程中，可擴(kuò)大大約 10%，以此使結(jié)構(gòu)承載能力的經(jīng)濟(jì)性以及穩(wěn)定性得到有效提升。

2.4 通廊鋼結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計思考

在本工程中，確保通廊鋼結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計非常關(guān)鍵。因此，便有必要對腹桿平面外應(yīng)力和腹桿平面內(nèi)應(yīng)力之間的比值進(jìn)行最大程度的控制。同時，還有必要使鋼結(jié)構(gòu)在整體層面上的穩(wěn)定性得到有效提高，此外，還需要確保施工的翻遍。綜合上述各大因素考慮，基于弦桿布置方面，便可以選擇寬翼緣H型鋼。而在腹桿方面，則選取長肢相并的雙角鋼。經(jīng)節(jié)點(diǎn)板實(shí)現(xiàn)對桿件的連接，同時以桁架節(jié)點(diǎn)應(yīng)力要求，合理選擇節(jié)點(diǎn)板厚度，一般需保證其＞6mm。此外，基于通廊桁架結(jié)構(gòu)端部還需要充分注意的是，通常會對其設(shè)置門式支架，并且基于桁架跨當(dāng)中的各大節(jié)點(diǎn)當(dāng)中對隅撐加以設(shè)置，基于上弦和下弦平面同時對水平方向支撐加以設(shè)置，從而使通廊結(jié)構(gòu)的橫向抗扭剛度得到有效增強(qiáng)，同時使其穩(wěn)定性能夠符合實(shí)際要求。根據(jù)上述設(shè)計思路，那么通廊鋼結(jié)構(gòu)便能夠在很大程度上實(shí)現(xiàn)優(yōu)化設(shè)計。

3.鋼支架設(shè)計分析

除了需要做好以上提到的相關(guān)設(shè)計工作之后，還需要做好鋼支架的設(shè)計工作，合力選擇支架，并針對固定支架的一些要求進(jìn)行分析。具體內(nèi)容如下：

3.1 支架選擇

在本次工程當(dāng)中，應(yīng)用了單片支架作為中間支架，其是由兩個H型鋼組合而成的，可以選取的支撐方式諸多，涵蓋了人字形支撐方式、十字交叉支撐方式、空腹式支撐方式以及八子形支撐方式等。基于支撐方式選擇過程中，需對多方面的具體情況進(jìn)行認(rèn)真且詳細(xì)的驗算，包括：其一，通廊結(jié)構(gòu)整體強(qiáng)度水平的驗算；其二，位移情況的驗算；其三，穩(wěn)定性的驗算?；诒敬喂こ坍?dāng)中，將通廊的結(jié)構(gòu)寬度設(shè)置為3米，是一種比較大的寬度，為了確保寬度設(shè)置的合理性，基于柱間支撐方式選取上，選取了十字交叉支撐方式?；诖朔桨傅臈l件下，都選取了雙角鋼作為斜向支撐以及橫向支撐。其柱角選擇了外露式的，支架底部柱腳和基礎(chǔ)經(jīng)鋼錨栓與平板支座實(shí)現(xiàn)連接；平板厚度則在對基礎(chǔ)混凝土壓應(yīng)力進(jìn)行計算的基礎(chǔ)上得出。此外，底板厚度需控制在＞20mm，基礎(chǔ)高出地面的高度需＞100mm，以此使鋼結(jié)構(gòu)的防腐效果得到有效增強(qiáng)。

3.2 固定支架分析

基于固定支架層面而言，在本次工程當(dāng)中，固定支架是由四個H型鋼組合而成的?；诠?jié)間部位有十字交叉形式的水平支撐設(shè)置，這樣能夠使固定支架的剛度得到有效增強(qiáng)，同時使固定支架的穩(wěn)定性能夠充分符合相關(guān)設(shè)計要求。柱頂和桁架端部鋼架實(shí)現(xiàn)鉸接，同時柱頂也可以和滾動支座實(shí)現(xiàn)連接，而支架底部柱腳則和基礎(chǔ)在鋼錨栓的作用下，與平板支座實(shí)現(xiàn)有效連接。

3.3 整體設(shè)計思路分析

結(jié)合上述恩熙，認(rèn)識到基于鋼結(jié)構(gòu)桁架式通廊設(shè)計過程中，為了確保設(shè)計的優(yōu)化及完善，需對相關(guān)因素進(jìn)行綜合考慮，包括建筑實(shí)況、圖紙設(shè)計以及工藝要求等，同時根據(jù)實(shí)際工程的地質(zhì)情況以及地震作用力影響等情況，進(jìn)一步使通廊結(jié)構(gòu)的經(jīng)濟(jì)性、實(shí)用性、科學(xué)性得到有效保證。

4.結(jié)語

通過本文的探究，認(rèn)識到以往在工業(yè)廠房中在通廊設(shè)計過程中，主要使用了混凝土結(jié)構(gòu)，而混凝土結(jié)構(gòu)存在受力不足、布置受限等方面的缺陷。為了使工業(yè)廠房通廊的設(shè)計效果得到有效提高，合理設(shè)計鋼結(jié)構(gòu)桁架式通廊顯得非常重要。在實(shí)際設(shè)計過程中，需對工程的實(shí)際情況加以掌握，進(jìn)而做好通廊鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計以及鋼支架的設(shè)計。在通廊鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中，需考慮結(jié)構(gòu)形式及受力情況、桁架高度及跨度控制、荷載作用力等要素。在鋼支架設(shè)計過程中，則需重點(diǎn)考慮支架的選擇，并做好固定支架的相關(guān)設(shè)計工作。相信從以上方面加以完善，

工業(yè)廠房鋼結(jié)構(gòu)桁架式通廊的設(shè)計將能夠得到有效優(yōu)化，進(jìn)一步為工業(yè)廠房相關(guān)工作效率及質(zhì)量的提高奠定夯實(shí)的基礎(chǔ)。

TU7

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1007-6344（2016）03-0099-01

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