钢结构桁架式通廊设计优化与工程应用分析

孙 喆

(南京苏夏工程设计有限公司，江苏南京 210036)

钢结构桁架式通廊设计优化与工程应用分析

孙 喆

(南京苏夏工程设计有限公司，江苏南京 210036)

文章围绕钢结构桁架式通廊的设计优化与工程应用问题展开分析探讨，结合XX公司XX生产线输送通廊实例，分析了通廊钢结构与钢支架在设计优化方面的关键要点与问题，望能够引起各方重视，以提高通廊结构整体稳定性。

钢结构桁架；通廊；设计优化；工程应用

在大型钢厂、矿山、水泥厂等工业厂房中，胶带机、皮带机输送系统以往所使用的通廊多为混凝土结构。随着工业技术的发展与优化，传统的混凝土结构通廊在受力、布置等方面开始出现一定的局限性。而新提出的钢结构桁架式通廊则具有计算模型简单、跨度大、自身重量轻、施工工期短、布置灵活、受力分析明确、以及制作简便等多个方面的优势，因而得到了广泛的应用。为了能够更进一步的提高此结构通廊的应用性能，本文详细探讨钢结构桁架式通廊的设计优化与工程应用要点，望引起重视。

1. 工程实例

XX公司XX生产线布置有一条输送通廊，内设置有一条胶带输送机（宽度为1.2m），输送机正常运行状态下爬升高度在13.0m～26.0m范围内，整体长度为115.0m。为了方便工作人员通过与检修，通廊宽度为3.1m。所处现场地震设防烈度为6度，风压取值为0.3kN。考虑到本工程中通廊高度达，再加之地面管网道路构成情况比较复杂，因此对通廊跨度有较高要求，故选择钢结构桁架式通廊体系。

本工程中钢结构桁架式通廊受力模型如下图所示（如图1）。结合图1，通廊两端与转运站之间通过滚动支座的方式实现连接，其他部分的连接形式均为铰接。通廊自身重力，人行（包括活灰）等活载作用力、以及设备荷载作用力均通过钢结构桁架式通廊支座传递至转运站以及钢支架。其中，固定支架与中间支架承担横向水平荷载作用力，固定支架、中间支架、以及转运站支座共同承担竖向垂直荷载作用力。

2 通廊钢结构设计分析

对于钢结构桁架式通廊而言，常见的结构形式有两种类型：其一是人字形斜腹杆式桁架结构，其二是单斜腹杆式桁架结构，两者结构分别如下图所示（见图2～3）。从受力情况以及节点位移情况的角度上来说，单斜腹杆式桁架结构的优势体现在以下几个方面：第一，在受力方面，斜腹杆承受拉力，竖腹杆承受压力，受力情况单一且明确。与此同时，竖腹杆与斜腹杆在受力上无明显差异，均匀性好；第二，从节点位移的角度上来说，受到地震作用力的影响，单斜腹杆式桁架结构的节点位移不明显，抗震优势突出。

同时，需要结合工艺要求以及高跨比确定桁架高度。一般来说，钢结构桁架高跨比控制在1/5～1/12范围内，跨度取值则控制在18.0m～36.0m范围内。

在荷载作用力方面，主要考虑到以下几个几个方面的因素：其一是设备荷载作用力，主要是受工艺技术的影响；其二是通廊结构自重作用力，主要包括桁架部分、钢架部分、围护结构部分、电缆盒部分、平台部分、支撑部分、以及栏杆部分自重；其三是活载作用力，主要包括积灰、走到人行、风雪等部分。在对受力情况进行分析时，可以将荷载作用力集中在节点上，同时做出如下假设条件：即节点位置所有杆件轴线在同一平面上存在一相交点。根据理想状态下的铰接处理，可以引入PKPM钢结构设计软件进行辅助计算。但直接应用PKPM软件下，仅能够对平面受力情况进行分析力，在对纵向风荷载、竖向荷载、以及地震作用力进行计算时没有纳入对设备启动力以及横向风荷载作用力影响因素的考虑，因此有关腹杆以及弦杆的计算取值应当适当放大10%左右，以确保结构承载能力的稳定与经济。

同时，从通廊钢结构优化设计的角度上来说，为了最大限度的控制腹杆平面外应力与平面内应力的比，确保整体钢结构的稳定，同时基于对施工方便的因素考量，在弦杆的布置上以宽翼缘H型钢为首选方案，腹杆则选择长肢相并双角钢，通过节点板对杆件进行连接，节点板厚度根据桁架节点应力要求进行选择，原则上需要控制在6.0mm以上。还值得特别注意的一点是：通廊桁架结构端部多需要设置门式支架，桁架跨中各个节点同时增设隅撑，上弦平面与下弦平面同时设置水平方向支撑，以保障通廊结构横向抗扭刚度以及稳定性符合要求。按照这一思路，整个桁架通廊的连接节点如下图所示（见图4）。

3 钢支架设计分析

本工程中，中间支架采用单片支架，由2个H型钢构成，可选择的支撑方式包括十字交叉式、人字形式、八字形式、以及空腹式等。在选择支撑方式时，需要对通廊结构的整体强度水平、位移情况、以及稳定性进行验算。本工程中，通廊结构宽度取值为3.1m，属于较大宽度，因此在柱间支撑方式上选择十字交叉形支撑方案。该方案下，斜向与横向支撑均选择为双角钢，柱脚采用外露式，支架底部柱脚与基础通过钢锚栓和平板支座连接，平板厚度根据基础混凝土压应力计算得到，且底板厚度需要达到20.0mm以上，基础高出地面高度需达到100.0mm以上，以利于钢结构防腐。

而从固定支架的角度上来说，本工程中由4个H型钢构成固定支架，节间位置设置十字交叉式水平支撑，其目的是保障固定支架的刚度与稳定性达到要求，有效负担通廊结构纵向水平作用力。柱顶与桁架端部钢架铰接或者滚动支座连接，支架底部柱脚与基础通过钢锚栓和平板支座连接。从这一角度上来说，固定支架可以看做 4 片刚接的单片支架，柱顶与桁架端部钢架铰接或者滚动支座连接，支架底部柱脚与基础通过钢锚栓和平板支座连接。

4 结束语

在有关钢结构桁架式通廊的设计中，必须综合对建筑、总图、以及工艺等相关因素的考虑，同时结合工程所处地区的地质情况以及地震作用力影响进行综合分析，最大限度的确保通廊结构达到耐用、坚固、经济、合理的状态。本文详细分析了钢结构桁架式通廊在设计与优化方面的技术要点，同时对其工程应用做出了分析，望能够引起各方重视。

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1007-6344（2015）10-0103-01