谈输煤栈桥设计

孙 建 斌

(煤炭工业太原设计研究院，山西 太原 030001)

谈输煤栈桥设计

孙 建 斌

(煤炭工业太原设计研究院，山西 太原 030001)

简要介绍了输煤栈桥的建筑平立面设计思路，着重阐述了钢桁架栈桥的结构设计措施，并从钢桁架栈桥整体空间结构作用的原理出发，研究了钢栈桥在风荷载、温度、地震荷载作用下的取值与计算，为今后栈桥设计提供了参考。

输煤栈桥，钢桁架，风荷载，温度荷载，地震荷载

1 建筑设计

1.1 一般规定

建筑设计应贯彻适用、安全、经济、节能、美观的原则，因地制宜、量体裁衣、合理布局，与周围环境相协调。平面在满足工艺条件下，尚应满足人员疏散、防火、设备检修空间的要求；立面处理宜做到体型适度、比例匀称、单体美观、总体协调、重点突出。

1.2 建筑构造

1)采光设计：应符合现行国家标准GB/T 50033建筑采光设计标准的有关规定，采光等级宜采用Ⅴ级。天然采光不足部分，应采用人工照明补充。

2)屋面防水：应符合现行国家标准GB 50345屋面工程技术规范的有关规定，防水等级宜为Ⅲ级。屋面为钢筋混凝土屋面时，应设置人字形分水条，间距不宜大于15 m。

3)楼地面排水：地道内应设置排水沟和集水坑；排水沟上应设置铁篦子，集水坑的容积应满足机械排水的要求。侧墙与地面宜采取防水措施，栈桥中部或低端楼板处可设置横向截水沟，集水漏斗等排水措施。

4)通风：地面上宜自然通风，地面下地道内应设置通风管道。当自然通风不能满足要求时，可采用机械通风。

5)截面尺寸：楼地面上皮带地脚确定后，皮带一侧检修道宽度不应小于0.5 m，另一侧人行道宽度不应小于1.0 m；受煤坑或储煤场地道室内检修道宽度不应小于0.7 m，人行道宽度不应小于1.2 m(该宽度均指距设备运转及固定部分突出外缘)；垂直于室内地面的净高不应小于2.2 m。若栈桥楼地面坡度大于5°时，应设置防滑条，坡度大于8°以上时，应设置踏步，踏步高度不宜大于150 mm。

1.3 防火设计

1)原煤栈桥生产类别为丙类，洗选后产品栈桥生产类别为戊类，耐火等级均为二级。

2)栈桥的纵向安全疏散不应大于75 m。

3)受煤坑、落煤筒的返煤地道应设置不少于两个安全出口；当设两个安全出口时，应设于地道两端，且其安全疏散距离不应大于75 m。

4)栈桥与厂房等建(构)筑物的连接处宜设置防止火势蔓延的水幕或其他保护措施。

5)栈桥内设置自动喷水灭火系统或水喷雾灭火系统时，其钢结构可不采取防火保护措施。

6)栈桥钢结构部分应采取有效防腐、防火措施，除锈等级应达到Sa2.5级。

1.4 节能

1)建筑材料宜选用传热系数较小的新技术、新材料。

2)寒冷或严寒地区除采取正常保温措施外，宜采用双层窗，不宜设带形窗，控制窗墙比。

3)宜采用自然采光。

4)围护结构的冷桥部位宜采取保温措施。

2 结构设计

2.1 一般规定

输煤栈桥应根据工业场地地形、场地布置、地震烈度、高度等情况选用钢筋混凝土箱形结构、砌体结构、钢筋混凝土框架结构或钢结构。砌体与钢筋混凝土结构大家比较熟悉，下面主要论述钢桁架结构设计。

2.2 钢桁架栈桥整体受力原理

由两侧竖向平面桁架及上下弦水平桁架组成空间结构。由于各平面桁架节点均为铰接，使得栈桥任一横断面是节点为铰接的矩形，由结构力学可知，栈桥在水平荷载作用下，任一横断面均为结构可变体。因此钢桁架支座位置处需设置刚度较大的门式刚架，使得桁架上半部分的全部水平荷载通过上弦水平桁架直接传给门式刚架，再通过门式刚架传给栈桥支座(桁架下半部分的全部水平荷载通过下弦水平桁架直接传给栈桥支座)。栈桥上竖向荷载通过上下弦水平桁架的横梁传到两侧竖向平面桁架的节点上，最后通过两侧竖向平面桁架传给栈桥支座。

2.3 风荷载取值

GB 50009—2012建筑结构荷载规范中8.1.1条，栈桥风荷载标准值Wk(kN/m2)按下式计算：

Wk=βZ·μS·μZ·W0。

其中，βZ为高度Z处的风振系数；μS为风荷载体型系数；μZ为风压高度变化系数；W0为基本风压，kN/m2。只要式中的4个参数能确定，风荷载标准值Wk就能计算出，下面论述一下各参数的取值。

1)基本风压W0：按地面上离地面上10 m高，统计所得50年一遇10 min平均年最大风速作为基本风速V0，按公式W0=(ρν2)/2求得。全国各城市基本风压值可直接查规范附录E中表E.5。

2)风压高度变化系数μZ：仅与地面粗糙度及距地面高度有关，与结构形式无关。地形平坦或稍有起伏场地的风压高度变化系数可直接查规范表8.2.1。对于地形复杂的山区，风压高度变化系数按规范公式8.2.2进行修正。

3)风荷载体型系数μS：规范中没有直接给出栈桥体型系数，但规范8.3.1条第2项规定，当建(构)筑物体型与规范给出的不同时，可按有关资料采用。设计人员可根据实际工程情况参考下列资料设计。

参考资料一：输煤栈桥与实腹桥梁体型相似，可参考《公路桥涵设计通用规范》中实腹桥梁的风荷载体型系数。

当B/H≥8时，μS=1.3。

当1≤B/H<8时，μS=2.1-0.1×(B/H)。

其中，B为桥梁宽度;H为桥梁高。

参考资料二：GB J9—87建筑结构荷载规范规定，栈桥两侧体型系数分别为1.0和-0.7。

4)βZ高度Z处的风振系数：规范8.4.1条规定高度大于30 m且高宽比大于1.5的房屋，以及基本自振周期T1>0.25 s的各种高耸结构，均应考虑风压脉动对结构产生顺风向风振的影响。建议高度大于30 m的栈桥以及长度超过20 m的栈桥均应考虑风振影响，风振系数参考规范公式8.4.3计算。

2.4 温度荷载

据JGJ 7—2010空间网格结构技术规程中4.2.4项第1条：网架支座节点的构造允许网架侧移，且允许侧移值大于或等于网架结构的温度变形值时，网架可不考虑由于温度变化而引起的内力。

桁架温度变形值ΔL=ΔT·L·α。

其中，ΔT为年温差最大值，取年最高温35 ℃，最低温-25 ℃，ΔT=60 ℃；L为桁架长度，取L=30 m；α为线膨胀系数(以每 ℃计)，α=12×10-6。

现以30 m跨钢桁架为例，求得桁架温度变形值ΔL，实际工程中不同跨度的钢栈桥温度变形值取30 m跨温度变形ΔL的L/30倍数即可。

跨度30 m长钢桁架温度变形值ΔL=60×30 000×12×10-6=21.6 mm。

桁架一般下端固定，上端滑动。滑动端应该保留至少21.6 mm的变形距离就可以不考虑桁 架温度变形引起的内力。抗震规范要求相邻建(构)筑物的温度缝要同时满足地震区的防震缝要求，根据《构筑物抗震设计规范》中栈桥与相邻建(构)筑物之间的防震缝的最小宽度(栈桥屋面高度不超过15 m时，防震缝可采用70 mm；当高度超过15 m时，对6度～9度，相应每增高5 m，4 m，3 m，2 m，防震缝宜加宽20 mm)可知，相邻栈桥间防震缝已满足温度变形要求，桁架可不考虑由于温度变化而引起的内力。

2.5 地震荷载

水平地震作用：栈桥应进行纵横向水平地震作用计算。

竖向地震作用：据《构筑物抗震设计规范》中5.3.2条，8度和9度时，且跨度大于24 m的桁架应进行竖向地震作用计算，竖向地震作用可采用其重力荷载代表值与竖向地震作用系数的乘积，竖向地震作用系数可按表5.3.2采用。

2.6 栈桥计算

钢桁架按材料分为型钢桁架和钢管球节点桁架。型钢桁架可由建筑科学研究院设计的PKPM软件计算并绘图；钢管球节点桁架可由网架程序计算绘图。同样跨度的钢桁架，由于钢管球节点桁架采用每个节段满应力优化设计，技术经济指标较传统型钢节点板桁架节约20%～50%。

3 结语

输煤栈桥在煤炭工业机械化生产后必不可少，但因其结构特殊，尤其是大跨度钢桁架，计算繁琐、构造复杂，年轻的工程技术人员往往感到难以上手。本文浅述了栈桥及钢桁架的基本设计和主要荷载参数取值，给设计人员提供了一定帮助。

[1] GB 50583—2010，选煤厂建筑结构设计规范[S].

[2] GB 50016—2006，建筑设计防火规范[S].

[3] GB 50191—2012，构筑物抗震设计规范[S].

[4] JGJ 7—2010，空间网格结构技术规程[S].

Discussion on coal transporting trestle design

Sun Jianbin

(CoalIndustryTaiyuanDesignandResearchInstitute,Taiyuan030001,China)

This paper briefly introduced the building plane and elevation design ideas of coal transporting trestle, emphatically elaborated the structural design measures of steel truss trestle, and from the principle of steel truss trestle whole space, researched the values and calculation of steel trestle under wind load, temperature,earthquake load, provided reference for future trestle design.

coal transporting trestle, steel truss, wind load, temperature load, seismic load

2015-02-10

孙建斌(1979- )，男，工程师

1009-6825(2015)12-0035-02

TU318

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