鋼結(jié)構(gòu)通廊的工程設(shè)計(jì)與應(yīng)用

摘 要：本文筆者介紹了鋼結(jié)構(gòu)通廊模型、受力特點(diǎn)，探討了鋼結(jié)構(gòu)通廊的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，并結(jié)合工程實(shí)例說明了鋼結(jié)構(gòu)通廊的工程設(shè)計(jì)中計(jì)算應(yīng)注意的問題。

關(guān)鍵詞：鋼結(jié)構(gòu)通廊；桁架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；支架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào)：TU391 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-3362（2013）12-0015-02

引言

通廊是冶金企業(yè)燒結(jié)、焦化、轉(zhuǎn)爐等工藝中用于轉(zhuǎn)運(yùn)原料的通道， 鋼結(jié)構(gòu)，是用鋼板或型鋼作為基本構(gòu)件，根據(jù)使用要求，通過爆接或螺栓連接等方法，按照一定規(guī)律組成的承載結(jié)構(gòu)?，F(xiàn)在隨著我國經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，我國鋼產(chǎn)量近年來一直居世界前列，并且鋼材品種眾多，質(zhì)量優(yōu)良。鋼結(jié)構(gòu)通廊也隨之涌現(xiàn)，鋼結(jié)構(gòu)通廊由于本身輕，鋼材強(qiáng)度高，跨度大，可以合理利用場(chǎng)地。另外，由于鋼結(jié)構(gòu)通廊自重輕這一特點(diǎn)，其支架基礎(chǔ)所需的承載力減少，可以大量節(jié)省基礎(chǔ)工程費(fèi)用，所以在工礦企業(yè)廣泛采用。這樣鋼結(jié)構(gòu)通廊的設(shè)計(jì)也成為現(xiàn)在的一大焦點(diǎn)，下面筆者就鋼結(jié)構(gòu)通廊的工程設(shè)計(jì)與應(yīng)用進(jìn)行了討論。

1 鋼結(jié)構(gòu)通廊模型

1.1 通廊的基本類型

通廊有很多種不同的類型，根據(jù)不同的前提條件有不同種類。

（1）根據(jù)工藝和氣候條件的不同，可分為全封閉、半封閉和敞開式幾種類型。

（2）就通廊的結(jié)構(gòu)形式而言，又可將其劃分為混凝土結(jié)構(gòu)、鋼結(jié)構(gòu)以及鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)通廊3類。其中，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)形式，又可分為兩種類型：一是半敞開式鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)通廊；二是全封閉式鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)通廊。此類通廊主要多運(yùn)用砌體結(jié)構(gòu)或是鋼筋混凝土樓板等墻體。

（3）根據(jù)皮帶運(yùn)輸機(jī)支架荷載作用情況不同，可分為上承式和下承式。

（4）隨著運(yùn)輸物料具體要求的差異，或是地域差異，如要求通廊內(nèi)保持恒溫時(shí)，則可運(yùn)用保溫墻體作為通廊墻體。

1.2 鋼結(jié)構(gòu)通廊模型設(shè)計(jì)

在建立鋼結(jié)構(gòu)通廊模型時(shí)，若跨度<15m，在通廊設(shè)計(jì)中，可運(yùn)用鋼筋混凝土大梁作為其主體；若跨度>15m，在通廊的主體設(shè)計(jì)中，運(yùn)用預(yù)應(yīng)力混凝土大梁比較適宜。對(duì)于工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域而言，半封閉式或全封閉式的桁架通廊（采用鋼結(jié)構(gòu)）因其屋面體系以及墻體的質(zhì)量相對(duì)較輕，高度與跨度皆能滿足其設(shè)計(jì)要求，施工方便，且還具有環(huán)保節(jié)能的優(yōu)勢(shì)，施工材料的回收利用率較高，相較于混凝土通廊而言更加實(shí)用且經(jīng)濟(jì)，是工業(yè)生產(chǎn)中常用的通廊類型。

鋼結(jié)構(gòu)通廊系統(tǒng)由是由支架和廊身兩部分組成的，在工程中布置通常有兩種情況：

1.2.1 無須另設(shè)支架

如果通廊具有較大的剛度，而且有轉(zhuǎn)運(yùn)站設(shè)置于計(jì)算單元之中時(shí)，通廊系統(tǒng)不再另外設(shè)置支架，可直接以轉(zhuǎn)運(yùn)站為其固定支架；如果在地面與計(jì)算單元的最低端進(jìn)行連接的情況下，此時(shí)亦可不再單設(shè)支架，而直接以地面為其固定支點(diǎn)。

1.2.2 單獨(dú)設(shè)置固定支架

鋼結(jié)構(gòu)通廊本體結(jié)構(gòu)通常有桁架、端部剛架、檢修走臺(tái)及走道板、過跨橋、墻面及屋面檀條、壓型鋼板、上弦水平支撐、下弦水平支撐、垂直支撐等構(gòu)件組成。鋼結(jié)構(gòu)支架分別設(shè)置為固定支架和中間支架。

2 鋼結(jié)構(gòu)桁架通廊的受力分析

桁架結(jié)構(gòu)是由一些桿軸交于一點(diǎn)的工程結(jié)構(gòu)抽象簡(jiǎn)化而成，鋼結(jié)構(gòu)桁架式通廊廊身可以看作是一種立體桁架，廊身由兩側(cè)的兩榀豎向平面桁架、屋面平面桁架、走道板平面桁架、端部平面框架組成，端部框架可以看作四榀桁架的支座。受力時(shí)四榀桁架互為平面外的支撐點(diǎn)保證每榀桁架的平面外穩(wěn)定，每架單獨(dú)受力分析時(shí)均可以看作平面桁架，端部的框架依靠四榀平面桁架的支撐保證平面外的穩(wěn)定。端部的框架受力分析時(shí)可以看作平面框架。廊身一般落在鋼支架上，7度以下地區(qū)，通廊的兩端廊身也可直接落在其他構(gòu)筑物（如轉(zhuǎn)運(yùn)站等）上，荷載也直接傳給該構(gòu)筑物。當(dāng)通廊長度較小，中間不需要支架支撐時(shí)可以將通廊兩端直接落在鋼梁上，鋼梁落在構(gòu)筑物（如轉(zhuǎn)運(yùn)站等）牛腿上，荷載通過牛腿傳給柱子，然后傳到構(gòu)筑物基礎(chǔ)上[4]。

3 鋼結(jié)構(gòu)通廊的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

3.1 通廊空間桁架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

在桁架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)實(shí)踐中，關(guān)鍵在于明確比較適合的桁架結(jié)構(gòu)型式，為此，可通過對(duì)荷載作用一致下各桁架結(jié)構(gòu)型式的桿件內(nèi)力實(shí)施對(duì)比分析，以優(yōu)選出合適的機(jī)構(gòu)形式。經(jīng)對(duì)比分析發(fā)現(xiàn)，若通廊廊身跨度>12m，則多采用上承式桁架結(jié)構(gòu)或是下承式桁架結(jié)構(gòu)。作為通廊的支撐結(jié)構(gòu)，支架主要有兩種類型：雙片固定支架以及單片鉸接支架；其間距通常保持在19～21m，且通廊桁架與支架共同組成縱向的抗體結(jié)構(gòu)。此外，由于場(chǎng)地的具體差異，例如，在實(shí)際中必須要跨越某些建筑結(jié)構(gòu)等，桁架結(jié)構(gòu)形式的最大跨度也會(huì)更大（>60m）。

3.2 通廊支架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

通廊支架設(shè)計(jì)是一項(xiàng)很重要的工作，通常而言，垂直與水平荷載均由通廊支架承受。同時(shí)，通廊的固定支架承載在設(shè)備布置過程中產(chǎn)生的豎向荷載。而且，在絕大多數(shù)情況下，為保障鋼桁架結(jié)構(gòu)通廊結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，在設(shè)置輸送機(jī)通廊支架（多跨帶式）的過程中，必須要設(shè)計(jì)四柱式的支架，并可運(yùn)用H型鋼、工字鋼或熱軋型鋼等作為柱式支架的柱肢。四柱式支架設(shè)計(jì)完成之后，可將其設(shè)置于柱頂標(biāo)高稍低的位置，此外還可設(shè)計(jì)二柱式的固定支架，使四柱式與兒柱式支架配合使用。

4 工程實(shí)例

本文選取一礦廠的礦石運(yùn)送專用通廊為工程實(shí)例，該通廊長度總計(jì)215m，高度在20～30m。結(jié)合該通廊工程工藝設(shè)計(jì)要求，這一通廊的主要功能在于協(xié)助膠帶運(yùn)輸機(jī)工作，基于此，在設(shè)計(jì)中，通廊寬度要在與膠帶運(yùn)輸機(jī)要求相適應(yīng)的基礎(chǔ)上，還需預(yù)留一定的寬度以用于設(shè)備檢修或?qū)⑵渥鳛槿诵型ǖ馈?/p>

4.1 理論結(jié)構(gòu)模型

在實(shí)際工程中，為了全面降低不良情況的產(chǎn)生概率，以上述的通廊結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案為參考，在實(shí)際應(yīng)用中，具體卡可從如下方面著手操作：

4.1.1 明確計(jì)算單元

在計(jì)算單元的劃分過程中，為了全面提高通廊受力的合理性，可將通廊進(jìn)行區(qū)段劃分，如以每100m作為一個(gè)溫度區(qū)段，并將這一區(qū)段作為一個(gè)計(jì)算單元，在劃分完成后，須在各單元之間進(jìn)行溫度縫設(shè)置。

4.1.2 合理實(shí)施計(jì)算模型的處理，且保障連接構(gòu)造的合理性

通廊的鋼支架柱腳要與地面進(jìn)行鉸接，而且通廊的鋼支架頂端與其豎向鋼桁架為鉸接，進(jìn)而確保構(gòu)造的理論結(jié)構(gòu)模型與實(shí)際結(jié)構(gòu)相符合；

4.1.3 確保荷載的準(zhǔn)確性

通廊荷載考慮要充分，如通廊結(jié)構(gòu)本身的自重，除此之外，還有走道平面承受的設(shè)備荷載及其自身的活荷載，屋面的積灰荷載以及吊掛荷載、地震荷載等，綜合考慮各類荷載，確保荷載的準(zhǔn)確性。

通廊的結(jié)構(gòu)模型構(gòu)造中，其豎向受力構(gòu)件可采用通廊的鋼桁架來受力，并以地面的實(shí)際情況對(duì)該受力構(gòu)件進(jìn)行跨度的調(diào)整，并確保其跨度在25～30m的范圍之內(nèi)，據(jù)此對(duì)固定支架的位置進(jìn)行合理地確定。同時(shí)，對(duì)于通廊的橫向荷載以及在外力作用下產(chǎn)生的荷載，如地震荷載、風(fēng)荷載等，主要以上弦與下弦水平支撐為主要載體，將這些外力與水平荷載傳送到端部鋼架，在以此端部鋼架為傳遞渠道，最終將其傳遞到支架頂端。而通廊的墻面、屋面等荷載則主要以鋼桁架作為荷載承載的受力結(jié)構(gòu)，也通過支架與兩端鋼桁架的鉸接實(shí)現(xiàn)豎向荷載的轉(zhuǎn)移，最終使支架頂端作為橫向、縱向等荷載的主要承載結(jié)構(gòu)。此外，盡量設(shè)置固定支架于每一溫度區(qū)段的中部位置，而其他支架均不承擔(dān)彎矩，設(shè)置成單片活動(dòng)支架，并將各溫度區(qū)段兩端設(shè)置成滑動(dòng)端，這樣就使縱向荷載大幅減輕。

4.2 節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)及構(gòu)造處理

4.2.1 單片活動(dòng)支架處理

在處理實(shí)踐中，活動(dòng)支架的頂端為格構(gòu)式橫梁，水平桁架主要運(yùn)用H型鋼為主要組成部分，并加設(shè)支撐構(gòu)成。同時(shí)，以螺栓為連接載體，在橫梁上部連接垂直鋼桁架柱腳，并以平板支座等為主要的連接載體實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)與支架底部的鉸接。

4.2.2 垂直鋼桁架的節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)

在計(jì)算過程中，主要運(yùn)用“節(jié)點(diǎn)板+焊接”的方式對(duì)受力構(gòu)件——垂直鋼桁架接電進(jìn)行處理，因此，須嚴(yán)格對(duì)焊縫的長度進(jìn)控制，并確保桿件內(nèi)力計(jì)算的準(zhǔn)確性。同時(shí)，還需精確計(jì)算桿件的用鋼量，確保桿件選擇的合理性。再次，在設(shè)計(jì)過程中，設(shè)置有水平支撐于各個(gè)節(jié)點(diǎn)之中，可確保桿件內(nèi)外平面計(jì)算長度的一致性，此時(shí)，就須將直腹桿承受的風(fēng)荷載考慮在內(nèi)，運(yùn)用角鋼作為桿件，以抵抗水平風(fēng)荷載，利于施工。

4.2.3 鋼桁架端部的節(jié)點(diǎn)處理

就計(jì)算模型而言，為使剛架（鋼桁架端部）的剛度充分，其選擇過程中，應(yīng)選用軋制H型鋼作為該剛架的橫梁以及立柱，上下部節(jié)點(diǎn)分別采用剛接與鉸接的方式。

5 鋼結(jié)構(gòu)通廊的維護(hù)

對(duì)于鋼結(jié)構(gòu)的通廊而言，在其維護(hù)過程中，防腐是主要的內(nèi)容。在防腐過程中，應(yīng)樹立預(yù)防為主的理念，防腐措施的制定要從維修實(shí)際出發(fā)，考慮介質(zhì)的腐蝕性，在建筑設(shè)計(jì)與平面布置的過程中，盡可能地與腐蝕性環(huán)境相隔離。對(duì)于鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件而言，通常其桿件以及水平構(gòu)件、各構(gòu)件之間的節(jié)點(diǎn)等，腐蝕性最強(qiáng)，縱向構(gòu)件具有的腐燭性最輕；而對(duì)于枏架結(jié)構(gòu)而言，腐蝕性最為嚴(yán)重的部位在于弦桿部位，因此，在鋼結(jié)構(gòu)通廊的維護(hù)過程中，要具有針對(duì)性，綜合分析腐燭性嚴(yán)重部位，提高維護(hù)效果。

6 結(jié)語

隨著鋼結(jié)構(gòu)應(yīng)用的不斷深入和發(fā)展，施工和設(shè)計(jì)隊(duì)伍對(duì)鋼結(jié)構(gòu)認(rèn)識(shí)水平的提高，以及配套技術(shù)發(fā)展，其造價(jià)將逐步降低，鋼結(jié)構(gòu)將在我國結(jié)構(gòu)工程領(lǐng)域占據(jù)其應(yīng)有的地位。

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