可伸缩格构式钢桁架在不同直径筒仓中的应用

赵 艳

(西山煤电集团设计院(有限公司)，山西 太原 030053)



可伸缩格构式钢桁架在不同直径筒仓中的应用

赵 艳

(西山煤电集团设计院(有限公司)，山西 太原 030053)

结合建筑筒仓操作平台中钢桁架的应用现状，介绍了可伸缩格构式钢桁架结构的工作原理及研究的技术内容，提出了其在工程中的应用方案与工艺流程，并通过工程实例证明，可伸缩格构式钢桁架具有较好的经济效益。

钢桁架，建筑筒仓，滑模施工，经济效益

1 建筑筒仓操作平台中钢桁架的应用现状

在超大直径、大直径、中小直径筒仓滑模施工中，普遍采用“一台两用”的方案：即搭设一个平台，既是仓壁滑模施工操作平台，又是仓顶结构施工的支撑平台。比较常见的方法是利用桁架式和辐射梁下撑拉杆式操作平台。

采用这两种方法搭设操作平台，都要根据筒仓直径的变化，调整桁架和辐射梁的长度。而桁架和辐射梁是一次性设计、制作的，只能用于同一直径和同一位置。当筒仓直径不一致或位置发生变化时，已经设计、制作的桁架和辐射梁就不能直接使用。要么重新制作，要么改造。如果每遇到筒仓直径变化就重新制作，将造成大量的物资积压，只能采用改造利用的方法。但是每遇筒仓直径变化一次，就要改造一次，不仅切割和焊接工作量较大，而且经过几次改造后，桁架杆件的几何尺寸和内力传递与原设计相比已经面目全非，给安全生产留下了严重隐患。

2 可伸缩格构式钢桁架技术简介

可伸缩格构式钢桁架是一种新型的建筑筒仓滑模施工平台支撑装置，其主要技术特点在于该装置可应用在超大直径、大直径、中小直径建筑筒仓滑模施工中，具有可调节性，集模板爬升、绑筋施工作业平台、仓顶结构施工支撑平台于一体，该装置设计为组合式，可根据施工需求对结构进行调整设置，从而适应更多工程应用。

3 可伸缩格构式钢桁架结构工作原理

用角钢杆件和连接钢板，在工厂配套制作矩形格构式主、副桁架(一榀主桁架配两榀副桁架，主桁架在中间，副桁架在两端)，主桁架两端头搭接范围和副桁架的上下弦杆上均匀布置有连接螺栓孔。运到现场后，根据筒仓直径和桁架布置的位置，确定桁架所需长度。将副桁架从主桁架中抽出(两端对称进行)，达到所需长度时，用普通螺栓将主、副桁架连接固定，就形成了用于筒仓仓壁滑模施工和仓顶结构施工操作平台所需的理想桁架。桁架用完后，卸下普通螺栓，将两端副桁架缩进主桁架，便于保存和运输。可伸缩格构式钢桁架结构示意图见图1。

4 可伸缩格构式钢桁架研究的技术内容

钢桁架的计算：

1)作用荷载。桁架上的作用荷载包括永久荷载和可变荷载两类，计算桁架内力时应考虑荷载分项系数、荷载组合系数，并按最不利荷载组合情况计算桁架杆件内力。

2)桁架计算简图(见图2)。

3)内力计算。首先把桁架上的作用荷载等效地转换到桁架节点上得到节点荷载，然后按《结构力学》中的数解法、图解法或平面桁架有限元程序计算铰接平面桁架杆件的轴力。待求得节点荷载作用下各杆件的轴力后，对有节间荷载的弦杆，再按刚接桁架计算该类杆件的正负弯矩值。桁架的杆件一般为轴心受力构件，当桁架弦杆作用有节间荷载时，则弦杆为压弯(上弦)或拉弯(下弦)构件。

从平面桁架出发，通过一些规则，在整合以后形成了格构式桁架。通过空间模型，计算和规范验算，在规范的理解和应用方面，通过每一根杆件所受的力的不同，来进行规范验算。把次要的因素舍弃掉，把主要的因素保留下，简化计算。更注重桁架的布置，才能在后期的规范验算简单。

本桁架使用长度范围在10 m～18 m，可根据筒仓直径调整边桁架与中桁架进行组合，组合后施工时必须根据实际情况予以计算复核。

4)计算所采用的计算程序。a.建模：采用中国建筑科学研究院编制的《钢结构CAD软件——STS》；b.结构整体计算分析：采用中国建筑科学研究院编制的《多层及高层建筑结构空间有限元，分析与计算软件——SATWE》;c.节点设计：采用中国建筑科学研究院编制的《钢结构CAD设计软件——STS》。

5)可伸缩格构式钢桁架主要材料。钢材：均采用Q235-B，全部钢材应按现行国家标准和规范保证抗拉强度、伸长率、屈服强度、冷弯实验和碳、硫、磷含量的限值。钢材的抗拉强度实测值与屈服强度实测值的比值不应小于1.2；应有明显的屈服台阶，且伸长率应大于20%；钢材应有良好的可焊性和合格的冲击韧性。连接螺栓：普通螺栓采用C级及配套的螺母、垫圈，C级螺栓孔，规格M20，孔为φ225。

焊接材料：采用E43焊条，应符合现行国家标准GB/T 5117碳钢焊条的规定。必须经试验合格后方可进行制作。二级角焊缝，焊缝hf=8 mm。

焊接质量等级：全熔透焊缝的质量等级均为二级,并应符合与母材等强的要求。全熔透焊缝的端部应设置引弧板，引弧板的材质应与焊件相同。手工焊引弧板厚度8 mm，焊缝引出长度不小于25 mm。焊剂应符合GB/T 5293埋弧焊用碳钢焊丝和焊剂及GB/T 12470低合金钢埋弧焊用焊剂。

刷漆：钢构件彻底除锈后刷两道红丹防锈漆，两道调和漆。

6)可伸缩格构式钢桁架安装要求：所用钢结构及连接材料必须具有材料力学(机械)性能化学成分合格证明。

桁架单元及逐次安装过程中，应及时调整消除累计偏差，使总安装偏差最小以符合设计要求，任何安装孔均不得随意割扩，不得更改螺栓直径。

桁架在工地组装前必须按施工组织设计进行，先拉伸至合适尺寸，并使之保持稳定，然后逐次组装其他构件，再最终固定并必须保证结构的稳定，不得强行安装导致结构或构件永久塑性变形。

5 工艺流程

调研→施工方案初步论证→可伸缩桁架草图→初步验算→现场静载加压(一周)→软件精确分析内力，与现场内力测试结果作对比→正式制作→推广。

6 可伸缩格构式钢桁架技术方案

1)组织有关人员进行可行性研究，确定可伸缩桁架方案。

2)初步设计。根据可伸缩桁架方案进行边桁架、中桁架设计。

3)荷载调查计算。以将要设计的可伸缩格构式桁架的最大长度，对应筒仓的直径，确定该仓顶结构施工的最大荷载，并转化为桁架的线荷载。

4)确定桁架的基本构造形式。桁架的横断面为矩形(竖向)，两侧面(正立面和背立面)与普通平行弦桁架相同，桁架上下平面在每个节点处采用水平连接。中间为主桁架，两端为副桁架。副桁架插入主桁架，主桁架与副桁架之间采用搭接，并用螺栓连接固定。

5)桁架内力计算。由于格构式桁架属于空间结构，目前还没有现成的理论计算依据。考虑到格构式桁架的整体稳定性优于普通平行弦桁架，为了计算方便，计算时按普通平行弦桁架内力计算方法，算出格构式桁架各杆件内力。

6)材料选择。根据计算的各杆件内力，选择组成格构式桁架各杆件、节点板和主、副桁架连接螺栓。所有杆件采用角钢，节点板采用钢板，除主、副桁架连接处采用普通螺栓外，其余节点均采用焊接。

7)施工图设计。根据钢结构设计规范，结合内力计算和材料选择，绘制施工草图，经审查修改后出正式施工蓝图。

8)桁架制作。根据施工蓝图采购材料，并检验合格后，按照下料、组拼、校正、焊接、成孔、砂洗、喷漆的工序，完成桁架制作。

9)桁架试验。当制作完第一榀桁架后，应对该桁架进行载荷试验。现场静载加压(一周)，试验桁架应为最大跨度，荷载应取最大跨度时对应筒仓仓顶结构施工时的最大荷载。试验应采用逐步加载方法，并测量和检查每次加载后桁架的受力和变形情况。通过试验确认满足设计要求后方可进行桁架的大量制作。

7 可伸缩格构式钢桁架在工程中的应用实例

7.1 山西柳林碾焉煤矿工业广场贮煤仓工程

山西柳林碾焉煤矿工业广场贮煤仓5×φ18 m原煤仓液压滑模施工操作平台拟采用可伸缩桁架作为支撑骨架，以满足滑模和仓顶结构施工的需要，5个同时组装，同时滑升。

7.2 晋兴公司斜沟煤矿产品仓工程

山西西山煤电晋兴公司斜沟煤矿产品仓工程4×φ30原煤仓液压滑模施工操作平台拟采用可伸缩桁架作为支撑骨架，以满足滑模和仓顶结构施工的需要。

7.3 经济效益

1)如果传统平行弦桁架每榀(平均3 t)周转次数按30次计算，本发明可伸缩格构式桁架每榀(平均4.2 t)周转次数可达到120次，多使用90次。按目前市场平均价加管理费计算，本发明每榀桁架一次可节约430元。2)使用本发明与传统桁架相比，可减少组装和拆除时的切割和焊接工作量，每榀可节省人工和材料费用约620元。

[1] 朱慈勉，张伟平.结构力学[M].北京：高等教育出版社，2009.

[2] 陈绍蕃，郭成喜.钢结构房屋建筑钢结构设计[M].北京：中国建筑工业出版社，2014.

[3] 周 舟.钢结构工程施工技术[M].太原：山西科学技术出版社，2009.

Application of scalable lattice-style steel truss in various-diameter silo

Zhao Yan

(XishanCoal&PowerConstructionDesignInstitute(Co.,Ltd),Taiyuan030053,China)

Combining with the application status of steel truss in architectural silo operation platform, the paper introduces the working principles and technical contents of scalable lattice-style steel truss, and puts forward its engineering application scheme and technology procedures. Through engineering examples, it proves that: the scalable lattice-style steel truss has better economic benefits.

steel truss, architectural silo, slip-form construction, economic benefits

1009-6825(2016)05-0046-03

2015-12-08

赵 艳(1981- )，女，工程师

TU391

A