钢桁架的STS结构设计

付尧

摘 要：皮带运输机通廊是当前工业领域内最常见的运输构筑物，是目前性价比最高的运输方式之一，钢通廊则是当前最常采用的结构形式，其中钢桁架为钢通廊的上部主要结构。本文將分几个部分简述钢桁架的设计流程。

关键词：钢通廊；钢桁架

钢通廊作为工业生产流程中最常用的运输方式，由于其自身的几大优点（运输连续性、成本低廉性及自动化可控性等）已被广泛采用。作为工业设计院结构人员应该熟练掌握钢通廊的设计流程及相关设计要点。本文就利用PKPM结构设计软件STS钢结构模块进行设计做简单的介绍。

1 模型选取

钢桁架一般支撑于固定支架、单片支架或两侧厂房上，通过简化模型，一般假定钢桁架按两端铰支设计，即一段为固定铰支座，另一端为可动铰支座。根据生产工艺及场地条件的要求，常规钢桁架跨度为20～50m。考虑常规性价比一般为30m左右钢桁架，本文以30m单皮带钢桁架为例计算。如下图：

2 荷载统计

钢桁架基本条件如下：桁架跨度30m，单节间为3m，桁架高度3m，桁架宽度4m，围护结构为全封闭，围护材料采用单层保温压型钢板，楼板为花纹钢板。

2.1 屋面荷载统计

恒载：

压型钢板（单层保温板）：0.25KN/m2

檩条（包括拉条、支撑）：0.15KN/m2

钢梁自重：0.6KN/m

按屋盖总宽度（算挑檐）4.85m折算屋面线恒荷载：（0.25+0.15）*4.85+0.6=2.54KN/m

活载：

屋面均布活荷载：0.5KN/m2

雪荷载：0.3KN/m2

积灰荷载：0.3KN/m2

按屋盖总宽度（算挑檐）4.85m折算屋面线活荷载：（0.5+0.3）*4.85=3.88KN/m

2.2 楼面荷载统计

恒载：

走道板（-6纹钢板）：0.5KN/m2

纵向平台梁：0.85KN/m

按楼面总宽度4m折算楼面线恒荷载：0.5*4+0.85=2.85KN/m

活载：

平台活荷载：2.5KN/m2

皮带机荷载：3KN/m

按楼面总宽度4m折算楼面线活荷载：2.5*4+3=13KN/m

2.3 墙皮系统荷载

墙皮和窗：0.3KN/m2

檩条荷载：0.75KN/m

单侧墙面系统折算线荷载：0.3*3.5+0.75=1.8KN/m

2.4 荷载统计

3 STS计算

PKPM—STS模块—桁架—PK交互输入与优化计算

3.1 快速建模

可以通过“快速建模”按工程实际情况输入桁架网格线，其中上、下弦杆的节点通过分段数及分段方式实现，在分段处程序会自动增加节点；腹杆的网格线由程序自动生成，后续根据工程腹杆实际情况修改。

3.2 杆件布置

桁架中的杆件一般忽略次弯矩的影响，按轴心拉杆或压杆设计，所以无论杆件是水平还是垂直，均按柱来输入。杆件布置之前需先定义其截面。本桁架选取截面如下：

杆件输入完毕后，需统一定义为节点饺。

3.3 荷载输入

将荷载统计中计算的荷载标准值通过：“节点恒载”和“节点活载”分别输入桁架的上、下弦节点处，注意桁架两端节点的荷载按1/2输入即可。

3.4 设计参数输入

主要参数如下：

容许长细比：《钢结构设计规范》规定桁架杆件的容许长细比为：受压杆件150，一般结构的受拉杆件350，有重级工作制吊车厂房及直接承受动力荷载结构的受拉杆件为250。

扰度值：“[VT]/梁跨度”为永久荷载和可变荷载标准值产生的挠跨比容许值。“[VQ]/梁跨度”为可变荷载标准值产生的挠跨比容许值。

钢柱计算长度系数方法：按“无侧移，桁架”计算，

其余选项按程序默认或工程实际情况输入。

3.5 结构计算

通过程序进行结构计算，轴力图、节点位移图主要检查内力及位移是否合理，如发现异常，可返回模型输入，检查输入的模型是否合理。应力图可直观地查看杆件的强度、稳定性及长细比是否满足设计要求；不满足要求的项目，会用红色显示。通过超限信息文件可以快速检查所有不满足设计要求的项目。如果需要了解更详细的信息，可以进入结构输出文本文件。通过恒+活载节点位移图及活载节点位移图可以得到跨中节点最大位移，并计算整个桁架的挠度和跨度的比值，核算挠跨比是否满足正常使用极限状态的要求。

主要判断“配筋包络和钢结构应力比图”。根据实际工程经验，控制应力比小于0.9。若应力比太高，虽然满足结构杆件受力要求，但实际工程中考虑到皮带机的振动等问题，一般计算结果偏保守一些。

4 结论

大型皮带运输机钢通廊宜采用符合通廊实际受力情况的空间模型进行计算。常规皮带运输机钢通廊习惯采用PKPM结构设计软件中钢结构模块—PK桁架进行简化建模计算。一般来说可以很好地满足工程设计要求的精度和可靠性，且计算方便快捷。本文通过3个部分对常规皮带运输机钢通廊结构计算做了一些简单的介绍，希望对相关结构专业设计人员有所帮助。

参考文献

[1]罗邦富，魏明钟.钢结构设计手册（第三版）[M].北京：中国建筑工业出版社，2003.

[2]中华人民共和国建设部.GB50017-2003钢结构设计规范[M].北京：中国计划出版社，2003.