钢结构转运站设计要点及注意事项

郑翔,沈建东

(中交第二航务工程勘察设计院有限公司,武汉 430071)

钢结构转运站设计要点及注意事项

郑翔,沈建东

(中交第二航务工程勘察设计院有限公司,武汉 430071)

钢结构转运站是现代工业运输领域的常见结构形式。论文通过对转运站常见机构及特点的介绍和分析，提出了钢结构转运站的设计要点及注意事项，对钢结构转运站的设计具有一定的借鉴意义。

钢结构转运站；设计要点；注意事项

【DOI】10.13616/j.cnki.gcjsysj.2016.07.002

1 引言

转运站是设在2台或多台高架固定式带式输送机之间的中转站，随着我国经济和社会的快速发展，转运站在工业运输系统中发挥了重要的作用。转运站根据结构材料可分为钢结构、钢筋混凝土结构等，钢结构转运站因为建设方便、可塑性强，所以，在工业运输领域得以广泛应用。但是，转运站的长、大型带式输送机具有非常大的电机功率，在运行中会产生较大的转动惯量,特别在电机启动和制动时会有很大的水平张力，这种张力因为作用位置高且力量不平衡。所以，容易将引力集中施加在转运站结构上部及中部，导致低频振动的产生，最后引起结构发生变形，从结构形式和受力性质上来说，这样的影响对转运站结构要比一般结构严重得多。本文针对这一问题，对钢结构转运站的设计要点和注意事项进行分析。

2 转运站的常见类型及结构特点

转运站由于主要做工业运输用，常见的设计为敞开式框架结构,高宽比较大，设备层设置楼板，其他楼层一般不设置楼板,从结构上来说属典型高耸柔性结构[1]。

2.1 转运站的分类

钢结构转运站作为高架固定带式输送机的配套设施,根据不同的区分原则可以分为以下几种：(l)按结构平面形状,分为4柱、6柱和9柱转运站；(2)按转载层数的情况,分为2层转载转运站和同层转载转运站；(3)按输送机对物料的转载方向,分为直角和斜交转运站；(4)按转运站的高度,可划分为多层转运站和高层转运站。工业使用较多的转运站层数一般为3～10层,高度≤50m。

本文研究以某码头五期转运站为例，其带式输送机最大运量Q=1700t/h，最大带宽B=1000mm，最大带速v=4m/s，最大

单机最长L=5450m，单机最大功率P=1020kW，该转运站长宽高为15m×6.5m×30m，共3层，带式输送机双进双出，如图1所示。

图1 某码头转运站结构图

2.2 钢结构转运站的结构特点

一般情况下,为方便运输物料，将转载设备放置在转运站的顶部，转运站的最高层设置输送装置，次顶层设置输出输送机机尾，在顶层屋面梁上设单梁式悬挂起重机以方便机器设备的吊装和维修，所以，一般的钢结构转运站的顶层较高大(上文的某码头转运站的顶层为15m)，物料由输入输送机经漏斗卸入下一层，为了减小物料的垂直落差，所以，次顶层层高一般设计较小[2]。

转运站中，振动源比较多而且振动能量较大，对钢结构转运站来说，如果振源和转运站产生共振，会严重影响转运站结构安全和设备的安全稳定，所以，必须从结构设计上来预防其产生共振。

3 钢结构转运站设计要点及注意事项

3.1 转运站的梁柱截面设计要点

钢结构转运站的梁柱截面设计要考虑到物料重量、设备重量、自身重量等因素，根据其受力的承载度，通过综合分析计算进行确定，主要应注意以下几个方面。（1）要依据转运站层高较高、柱间距和荷载较大的特点，在梁柱截面设计上采用人字形支撑或十字交叉钢结构框架作为承重结构来抵抗水平荷载，这样，才能提高钢结构转运站的承载能力。（2）转运站梁柱截面荷载的受力极为复杂，除自重和设备荷载外，也会受到部分工艺的限制，以上文的转运站为例，其局部需承受上部7条输送带张力，并且输送带进出使皮带走向与转运站存在较大夹角，所以，底层需采取抽柱处理，致使钢结构转运站的底层结构较为复杂。（3）码头处的风力较大，结构扭矩和上部楼层受风力影响，造成受力和位移过大，这会显著增加转运站梁柱截面的荷载量。普通钢结构受力能力有限，增大钢柱断面会增加建设成本和工程量，所以，应科学选取梁柱截面的面积，注重功能和成本的平衡。

3.2 荷载分析及组合要点

载荷分析及组合是钢结构转运站设计中的重要内容。以上文的转运站为例对转运站的载荷进行分析应注意以下几个方面。（1）转运站皮带机的水平拉力表现为稳定工作时的拉力和设备启停时的瞬间拉力，瞬间拉力要远远大于稳定拉力，设备拉力随设备类型、位置、运行状态的不同而随时变化。（2）转运站的设备与外部设备共同协作进行物料的运输，常见的外部辅助设备对风速有一定的限制，如果风速超过设备的限值，设备会停止运行，这就造成了转运站的内部设备处于空载的状态。（3）转运站的设计应根据所在地区的震害频度和烈度，设计具有相应抗震能力的结构[3]。根据转运站以上受力特点，在进行荷载组合时应注意以下几个方面：一是输送机产生的水平方向的拉力由其工作时的拉力情况决定，同时由于瞬间拉力的发生概率较小，应将其考虑为偶然载荷，将稳定拉力考虑为可变载荷；二是如果转运站内部设计多条输送线路，则应根据不同输送线路的水平和竖向载荷大小，考虑不同的载荷组合；三是如果基本风压所对应的风速大于设备工作时的风速上限，那么，设备荷载不应与基本风压下的风荷载进行组合。

3.3 振动荷载的分析与控制要点

在目前的港口建设中，一般将振动筛、破碎机等置于转运站楼层上，加上转运站自身的振动源，转运站的振动问题就成为设计中需要重点考虑的问题。振动筛、破碎机及皮带机会产生不同的交变荷载，如果振动的频率相近或者相同，转运站结构会发生共振。共振效应会随着振动的能量加强而不断加强，最终不仅会危害转运站结构和设备，也会影响工作人员的身心健康。

在转运站振动荷载作用下，转运站会出现振幅及加速度等响应，这些响应与震源、结构类型、阻尼等有关。根据现有的研究资料表明，只承担一个方向的设备载荷（水平或垂直）的钢结构转运站结构阻尼较大，振动所产生的效应对结构一般

不会产生危害，但当转运站设置有振动筛、破碎机等振源时，由于其产生较大的交变荷载，所以必须考虑抗振设计。

振动的影响主要反映在结构强度、变形及人的舒适性，主要指标为振幅及加速度。多层转运站结构设计可根据频率及暴露时间，采取控制加速度为主、限制振幅为辅的设计模式，同时应注意：因多层转运站水平自振频率的本振频率大都在1.5～4.5Hz，而振源设备的转速较高（10Hz以上）。所以，转运站因水平振动出现共振的可能性较小，对转运站的危害不大；对于转速较低的振动设备来说，转运站容易出现低频共振，危害性较大，在设计中必须谨慎对待[4]。

3.4 抗侧力结构的设计要点

科学的建筑体型设计是加强抗震能力的有效措施。研究表明，简单、对称的建筑，其抗震能力较强，相反，结构复杂的建筑抗震能力较弱。这是因为这样的结构能较准确估计其地震时的反应，并且采取简单的抗震构造既能达到较好地抗震效果。转运站层高变化较大，加上楼层功能差异较大、设备集中布置等因素，容易因为水平和竖向抗侧力不均匀而产生扭矩的不规则效应。因此，应该加强抗侧力体系的设计，主要应遵循以下原则：一是转运站楼面开孔应合理分布，设备吊装孔不但应满足工艺要求，而且要尽量与设备安装孔错开布置；二是楼层的设计应尽量减少平面凸角尺寸；三是当局部楼层较高时，应通过增设结构层提升抗震能力。

3.5 埋件的设计要点

钢结构转运站中，设备荷载通过埋件传递给承重构件，埋件一旦破坏，皮带机机头和机尾设备容易出现离心现象，所以，埋件的设计是转运站的设计重点。正常情况下的埋件主要受拉、剪荷载作用，所以，应综合考虑埋件的抗震设计、疲劳验算等问题，合理地确定埋件的设计荷载和组合工况。首先，当设备安装调试完成进入生产运营阶段时，当设备未启动时传动设备传递给埋件的荷载最小；设备启动特别是故障停车后满载启动时，输送设备传递给埋件的荷载最大，然后逐步降低至稳定荷载。所以，埋件设计应包括埋件所受载荷的强度计算，埋件的抗震验算和疲劳验算等。设备启动时可不考虑地震作用，但需考虑地震作用时，埋件锚筋截面积应增大25%以上，锚筋的锚固长度应增加10%且增大锚板厚度。实际使用中，埋件质量不合格是转运站发生事故的重要因素，为此，应将埋件在施工前进行送检并逐项验收[5]。

4 结语

本文首先介绍了钢结构转运站的常见结构及特点，然后以某码头的钢结构转运站为例，介绍了钢结构转运站设计要点及注意事项，对钢结构转运站的设计具有一定的参考意义，相信随着科技的进步和技术的完善，钢结构转运站的设计会越来越成熟和规范。

【1】闫春生,薛建阳,王林科.转运站结构的动力分析与振动控制[J].工程建设,2009，41（1）：6-9.

【2】牟广兴.转运站的荷载取值问题探讨[J].矿业工程，2008（4）：51-53.

【3】GB 50017—2003钢结构设计规范[S].

【4】付征耀，罗福盛.胶带机通廊系统钢结构设计[J].钢铁技术,2008（1）：37-42.

【5】牟广兴.转运站的荷载取值问题探讨[J].矿业工程,2008，6（2）:51 -53.

表2 屋盖结构工程量统计表

5 结语

本文阐述了常用的大跨度屋盖结构形式在本文所研究工程中的适用性，并从安全性和经济性两方面对比了钢筋混凝土井字梁和实腹钢梁两种结构方案。得出的主要结论如下：

1)对于本工程中的屋盖，实腹钢梁结构的自重明显小于钢筋混凝土井字梁结构，结构的挠度也明显小于后者，并且可以获得更高的楼层净空高度。

2)采用实腹钢梁方案时，屋盖部分工程造价要高于钢筋混凝土井字梁方案，但考虑到屋盖部分重量对结构其他部分以及基础的影响，两种方案综合经济指标相差不多。

3)本工程最终选用实腹钢梁的屋盖结构方案。

【参考文献】

【1】GB50011—2010建筑抗震设计规范[S].

【2】程文瀼，颜德姮，王铁成.混凝土结构（第四版）[M].北京：中国建筑工业出版社，2008.

【3】JGJ 7—2010空间网格结构技术规程[S].

【4】GB 50010—2010混凝土结构设计规范[S].

【5】GB 50017—2003钢结构设计规范[S].

【收稿日期】2016-04-13

RTS Steel Design Points for Attention

ZHENGXiang,SHENJian-dong
（CCCCSecondHarborConsultantsCo.Ltd.,Wuhan430071,China）

RTS steel structure isa common form oftransport inthe field ofmodern industry,Based on the RTS common institutions and characteristicsofpresentationandanalysis,theRTSsteeldesignfeaturesandprecautionsforsteelRTSthedesignhasacertainsignificance.

SteelRTS;designelements;notes

TU391;U492.1+42

B

1007-9467（2016）07-0026-03

2016-04-05

郑翔（1990～），男，江西抚州人，助理工程师，从事结构工程设计与研究，（电子信箱）whuzhengxiang@qq.com。