浅谈玻纤成形工段钢结构设计

杨小娟，杨晋

(中材科技股份有限公司，南京 210012)



浅谈玻纤成形工段钢结构设计

杨小娟，杨晋

(中材科技股份有限公司，南京 210012)

摘 要：主要探讨成形工段钢结构形式随着成形工艺技术的改进而进行的优化设计，列举了近年来成形工段钢结构设计的多种形式，分别论述了不同形式的钢结构有哪些优缺点，提出了如何根据不同的工艺要求搭建操作平台，对比了钢结构不同跨度的用钢量。

关键词：成形工段钢结构；结构形式；支撑方式；用钢量

0前言

随着技术的发展，玻璃纤维制品的应用范围日益广阔，现已遍及电子、电气、通讯、机械、冶金、化工、建筑、车船、航空航天、信息、环保、能源及生物、医药等高新技术领域。随着国内国际市场需求的不断扩展，玻璃纤维行业除了需要提高产品数量和质量以外，还必须提高自身的创新能力，拓展行业发展空间。这就要求玻璃纤维研究设计人员也必须与时俱进、不断创新，提高自己的研究设计水平。作为玻纤行业配套设计的结构专业，也同时需要不断改进设计理念，以与先进的工艺技术相匹配。

因池窑拉丝对玻璃纤维成形区的温湿度控制有严格要求，从节能角度考虑，通常玻璃纤维池窑拉丝生产线的通路布置为“H”型或多“H”型[1]，本文主要探讨此类成形工段钢结构形式随着成形工艺技术的改进而进行的优化设计，从早期成形工段钢结构到目前适用于不同成形工艺线要求、物流运输要求的新一代钢结构，在结构布置、传力路径、计算结果、钢材用量等方面进行详细论述。

1成形工段钢结构的几种形式

早期成形工段钢结构(以下简称钢结构)有两种形式[1]。第一种形式是承重柱在拉丝机中间，平台柱在拉丝机外侧，见图1。因为成形工艺作业线的需要，承重柱必须错开布置，这样就需要把承重柱从二层断开，在梁上重新立对齐的承重柱，才能拉通吊挂通路的吊挂梁。

这样的结构布置传力不明确，主要框架柱被打断，整体结构像搭积木，不利于抗震。上层吊挂柱的柱脚弯矩很大，但是这种形式下，弯矩只能传递给梁，梁的扭矩增大，可是梁的刚度小，柱脚无法完全固接[2]。由于拉丝机之间的间距受漏板间距的局限越小越好，所以就要求承重柱的柱宽尽量小，这对承重柱的平面外稳定很不利[3]。通路荷载非常大，所以想在固定小柱宽内满足计算是有难度的。

也有一种做法是不打断承重柱，但是因为柱子错位，主梁无法连接两个框架柱，所以只是纵向拉通框架梁，横梁一端与框架柱刚接，一端与纵梁铰接，见图2。水平力仅靠一侧柱子承受，横向无法形成框架[4]，传力也不明确，水平力仅靠一侧柱子承受，另一侧传递至横梁上，横梁受扭，这成为了结构的薄弱环节[5]。而且工艺布置拉丝机时需要给出足够的空间放置承重柱，这又回到上一种做法的问题，拉丝机间距越小越好，可是承重柱为了满足平面外稳定，必须有足够宽度空间，这样拉丝机间距增大，即漏板间距增大，随之带来能耗增大[6]。

第二种形式是承重柱在拉丝机外侧，平台柱在拉丝机中间，见图3。这种布置方式吊挂柱可以对齐，吊挂梁可以拉通形成完整框架，主要承重构件传力明确[7]。但是因吊挂跨度大用钢量翻倍，受造价影响，承重柱后移尺寸有限，当采用两分拉拉丝机时还比较经济适用，随着拉丝工艺多分拉技术的普及，三分拉甚至四分拉拉丝机的广泛使用，对拉丝钢结构的布置形式提出了新的课题。

总之，这两种布置方式比较适用于早期相对产能、自动化程度较低的池窑拉丝生产，它们的共同点都是拉丝机被相对固定在一定区域内，一方面对后期的工艺调整缺乏机动性，另一方面对新型拉丝机缺乏适应性。

随着池窑拉丝生产技术的发展，新上单座池窑的产能至少3万t以上，单座池窑所配的漏板数也越来越多，达五六十台甚至百台以上，同时产能的提高也对生产线自动化的程度提出新的要求，这样原先只有5～7 m宽的成形区就显得局促了。加宽成形区势在必行，这必然需将承重柱外撤。而且为了拉丝机能够左右移动，适合各种工艺线要求，拉丝机中间也不能再立平台柱，同时承重柱位置需考虑留出拉丝机后方至少3 m的检修空间，这样承重柱的跨度就大大的增加了，通常跨度为15 ～21 m，超过18 m做两跨，见图4、图5。

这样的布局承重柱与拉丝机的布置不再受到相互的约束，柱子不再影响拉丝机的检修和调整，承重柱之间可以对齐，横向纵向均形成完整框架，传力明确，结构合理[8]。总之，这样的布局无论对工艺还是对结构都是合理的。

2成形及通路操作平台的支撑方式

当钢结构跨度超过18 m时，为控制应力比和挠度，成形区操作平台的支撑梁梁高过大，减小了下部拉丝区的净高，影响使用。这时为了减小跨度就需要在钢平台中间设立柱减小跨度。减小跨度有两种方式，拉丝区立钢柱和吊挂柱上下挂吊挂柱(图5和图6的区别)。

钢平台中间采用立钢柱的形式还是吊挂柱的形式，取决于物流方式。自动化物流方式如板链、积放链和AGV智能小车等，一般运输轨道设在拉丝区中间，因此拉丝区中间不适合立柱。人工运输原丝小车的方式在理论上允许中间立柱，中柱区域可以用来堆放空车。

随着成形工艺多分拉技术的广泛应用，成形区操作平台的拉丝洞口越来越大，这就限制了梁宽，而跨度增加后，梁截面尺寸是需要加大的。为了解决这个矛盾，工艺设计时通过适当调整漏板间距为平台梁提供空间。

通路操作平台相对较窄，一般只用作走道，可以在成形区立柱(如图4)，也可以吊挂在上层吊挂主梁上(如图5)。

3不同跨度成形工段钢结构的用钢量对比

根据不同的工艺布局，成形工段钢结构的跨度也不同，下表对不同跨度的钢结构的用钢量进行对比。

由此可见，就节省用钢量这一点来说，钢结构的跨度并不是越大越好，也不是越小越好，而是要在合理的范围内。跨度在15～18 m之间时，既能满足工艺上的空间要求，又能减小用钢量，是现阶段更经济合理的布置方式。

参考文献

[1]张耀明，李巨白，姜肇中.玻璃纤维与矿物棉全书[M].北京：化学工业出版社，2001.

[2]于海丰，张耀春，张文元.钢结构“强节点弱构件”抗震设计方法对比分析[J].建筑结构，2008，38(7)：100-105.

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

[4]张相勇.建筑钢结构设计方法与实例解析[M].北京：中国建筑工业出版社，2013.

[5]Hiroshi Tagawa.地震作用下钢结构的破坏及抗震性能的提高[J].建筑结构，2011，41(12)：20-23.

[6]陈绍蕃，郭成喜.钢结构(下册)-房屋建筑钢结构设计[M].北京：中国建筑工业出版社，2014.

[7]汪一骏，顾泰昌，冯东.钢结构设计手册[M].北京：中国建筑工业出版社，2004.

[8]中华人民共和国建设部.GB50011-2010建筑抗震设计规范[S].北京：中国建筑工业出版社，2010.

Introduction to Steel Structure Design in Glass Fiber Forming Section

Yang Xiaojuan，Yang Jin

(Sinoma Science & Technology Co.，Ltd., Nanjing 210012)

Abstract:The design optimization for the steel structure in the glass fiber forming section along with the improvement of fiber forming process technology is discussed，with a variety of forms of steel structure design cited and the advantages and disadvantages of different forms described.Thus，the way of building the operation platforms according to different process requirements is proposed，and the steel quantity needed for different spans is compared.

Key words:steel structure in fiber forming section；form of structure；way of supporting；steel consumption

中图分类号：TQ171.77+6

文献标识码：A

收稿日期：2016-02-17

作者简介：杨小娟，女，1982年生，工程师。主要从事土木工程方面的研究。

修回日期：2016-02-18