输粮钢栈桥结构设计

赵华营，谢会杰，王 宁

（中粮工程科技（郑州）有限公司，河南 郑州 450053）

输粮钢栈桥结构设计

赵华营，谢会杰，王 宁

（中粮工程科技（郑州）有限公司，河南 郑州 450053）

输粮钢栈桥在港口码头、粮食储运单位应用较广，本文从钢栈桥结构形式、支承结构、设计要点等方面进行论述。

输粮钢栈桥；设计要点；粮食输送

钢栈桥是工业建筑中一种常用的结构形式，对于大型粮油加工企业原料的接收、储存、发放至关重要。由于厂区人流、车流较多，地面输送粮食不可能实现，而地下输送粮食存在地下防水等难题也不轻易采用，架空钢栈桥就得到了大量运用，如图1所示。

钢栈桥由钢桁架、支撑系统、钢格栅和支架系统组成，在设计输粮栈桥时，主梁常采用钢桁架结构。钢桁架是由杆件组成的结构体系，在进行内力分析时，节点一般假定为铰节点，当荷载作用在节点上时，杆件只有轴向力，其材料的强度可得到充分发挥。桁架结构的优点是利用截面较小的杆件组成截面较大的构件，单层厂房的屋架常选用桁架结构。在港口码头、粮食转运过程中，通常采用钢栈桥结构形式。

图1 钢栈桥图

1 钢桁架的结构形式

钢桁架的结构形式如图2所示。在确定桁架结构形式时，应综合考虑桁架的用途、跨度、荷载等因素，使之符合适用、受力合理、经济和施工方便等原则。从受力角度考虑，桁架外形应尽量与弯矩图相近，以使弦杆受力均匀。受力较合理的腹杆布置应使短杆受压，长杆受拉，腹杆数量少，总长度短。且尽可能使荷载作用于节点，避免弦杆因受节间荷载引起局部弯矩而增加截面。从施工角度考虑，桁架杆件的数量和品种应尽可能少，在用钢量增加较少的原则下，力求尺寸统一，构造简单，以便制造。腹杆与弦杆轴线间的夹角一般在30°～60°，最好在45°左右，以使节点紧凑。

图2 钢桁架形式图

输粮栈桥主要采用平行弦桁架，其具有杆件规格统一、节点构造统一、便于制造等优点。平行弦桁架分为上承式和下承式。

2 栈桥桁架横断面尺寸的确定

栈桥宽度方向的轴线尺寸取决于栈桥上输粮皮带机的型式及排列，人行道的宽度一般为700～800 mm，检修道宽度为450～500 mm[1]。如果有输油管道或其他设备穿过栈桥，则其总宽度应进行调整，总宽度应算至桁架中心。

桁架高度方向的轴线尺寸取决于栈桥的跨度，但需同时满足栈桥从板底到板顶的高度不应小于输粮设备高度。不加下斜撑的栈桥跨度一般情况下为30～36 m，可以是单跨或多跨[2]。多跨栈桥的布置应考虑栈桥下的建筑物、道路、运粮车辆高度和宽度、管网、铁路等的布置情况，且相互协调。

此外还应考虑所用钢材的经济性、制造及安装方便程度。钢材消耗量最少的桁架高跨比h/L=1/10～1/12，不加下撑的桁架高度为2.5～3.3 m，最优跨度为25～36 m[3]。若桁架的支架也是钢结构，其最优跨度要和支架的钢材消耗统一考虑。如跨度不等，一般为了是栈桥高度统一，小跨度的桁架高度就要随着大跨度的高度而加大。因此，应尽量考虑将桁架的跨度布置一致或接近一致。

3 桁架的荷载计算

桁架上的荷载有永久荷载和可变荷载两大类。桁架所受竖向荷载（恒载、活载、风载在竖向产生的荷载）应加在桁架的节点上。水平荷载（风荷载、地震）对支撑弦杆的作用力要作为承重桁架的附加荷载计算，一般只为承重桁架作用力的15%，如果截面选择的余量远大于15%则可不另计算。栈桥跨度超过30 m时，拼装起拱预留量为1/500[4]。弦杆拼接部位不要放在节点上，可放在节间的中部。分析各个杆件的受力情况；在节点荷载作用下，桁架上弦受压、下弦受拉，如图3所示；桁架上弦的压力、下弦的拉力由桁架支座两端向跨中逐渐增大。由于桁架下弦支座两端拉力较小，所以当栈桥很高、跨度很大时，风荷载对栈桥的作用就不能忽视。因为在风荷载的作用下，桁架下弦支座两端的弦杆有可能由受拉状态转为受压，在考虑风荷载对桁架影响时，桁架上下弦截面的选择在原有基础上要增大一级。

图3 桁架内力图（拉力为正，压力为负）

4 保证输粮钢栈桥整体稳定的结构措施

钢栈桥的整体稳定计算上较难以控制，设计要采取必要的结构措施，防止栈桥在水平风荷载作用下，侧移变形过大或主桁架平面偏转角位移（主桁架平面与上弦水平支撑平面间的直角的改变）过大，从而使钢栈桥整体失稳。

为增强输粮钢栈桥的整体稳定性，需要采取以下措施：①控制钢栈桥的宽跨比限制。②增加钢栈桥抗扭转的构造措施，主要通过在主桁架与上弦檩条；连接节点处，加焊一个隅撑。③设置水平支撑，水平支撑用来承受桁架横向荷载，并保持桁架的空间稳定和空间刚度，是栈桥构件中很重要的构件。布置在桁架的上弦和下弦平面内，桁架的弦杆同时是支撑的组成杆件。支撑斜杆一般采用圆钢管或等边单角钢，用交叉斜腹杆对经常改变方向的荷载最有利，斜腹杆只考虑承受拉力，竖杆承受压力。斜腹杆的角度最好控制在40°～50°[5]。栈桥的经济指标见表1。

表1 栈桥的经济指标表

5 支撑结构形式及设计要求

栈桥两端的支撑结构宜使用同一种材料，栈桥两端的支撑结构宜采用钢支架或钢筋混凝土框架。支架承受桁架传来的竖向和横向荷载，支架的稳定性决定支架下部的宽度，支架稳定力矩与倾覆力矩的比为支架的稳定系数，一般为1.25。支架高度小于15.0 m时，可采用钢筋混凝土支架，其宽度一般与上部栈桥同宽，支架高度大于15.0 m时，且两侧栈桥跨度较大，稳定性要求较高时，可做成钢支架。钢支架高宽（垂直栈桥方向）比不宜大于6（6、7度设防），5（8度设防），4（9度设防）；钢柱支架沿高度每隔一层或两层（6、7度设防）须设置水平支撑，以增强支架的抗扭转能力；钢支架的立柱和横梁宜采用H型钢，立柱与横梁节点采用刚性连接，斜支撑采用双角钢或圆钢管[6]。钢支架斜支撑形式有三种，如图4所示。

图4 钢支架立面图

6 结语

受港口码头、粮食储运、加工等企业场地的限制，要求设计的钢栈桥跨度越来越大，大跨度输粮钢栈桥，加工制造容易，起吊安装方便，施工速度快，施工效率高等优点，应用越来越广泛。

[1]张耀春.钢结构设计原理[M].北京：高等教育出版社，2011.

[2]中华人民共和国建设部和中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局. GB 50017-2003 钢结构设计规范[S].北京：中国计划出版社，2003.

[3]中华人民共和国住房和城乡建设部. GB 50011-2010 建筑抗震设计规范[S].北京：中国建筑工业出版社，2010.

[4]中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局、中华人民共和国建设部. GB 50205-2001 钢结构工程施工质量验收规范[S].北京：中国计划出版社，2001.

[5]于良科.钢栈桥设计与施工[J].山西建筑，2007（24）：306-307.

[6]杨小军，崔 青，崔林萌.54 m跨度胶带输送机钢栈桥设计要点[J]煤炭工程，2012（2）：10-11.

Structure Design of Grain Steel Pier

Zhao Huaying, Xie Huijie, Wang Ning
(COFCO Engineering and Technology (Zhengzhou) Co., Ltd, Zhengzhou 450053,China)

Grain steel trestle used in ports, grain storage and transportation unit widely, this paper discusses the grain steel trestle from the steel pier structure, supporting structure and design points.

Grain steel trestle; Design points; Grain elevators

TU249.2

10.16736/j.cnki.cn41-1434/ts.2016.22.025

赵华营（1985-），男，工程师，专业方向为结构设计。

谢会杰（1985-），男，工程师，专业方向为结构设计。

王 宁（1981-），女，工程师，专业方向为结构设计。