重型鋼桁架設計技術總結

劉榮來

【摘要】文中主要介紹了新疆準東煤田五彩灣礦區(qū)三號露天煤礦原煤緩沖倉，倉頂鋼結構的設計要點，針對其跨度大、荷載大、工藝布置復雜等特點，著重對結構形式的選擇及設計中須注意的設計要點做了闡述。

【關鍵詞】跨度大；荷載大；工藝布置復雜

1. 引言

新疆準東煤田五彩灣礦區(qū)三號露天煤礦，原煤緩沖倉為直徑均為36米，高度60米，單倉儲量3萬噸的4連個連續(xù)倉組成。倉頂運煤通廊寬14米，高9米，通廊底板標高50米，跨度36米，端部懸挑長度8.440米。每個通廊上作用的設備豎向荷載450噸，作用的設備水平荷載110噸，通廊頂部設2臺6噸單軌吊，通廊底部設1臺4噸單軌吊。本工程建筑抗震設防烈度：7度，設計基本地震加速度值為0.10g，設計地震分組：第二組，場地類別為一類。雪荷載標準值 ：每平米0.8KN，基本風壓：每平米0.6KN，樓面活荷載：每平米6KN。每個通廊由2榀鋼桁架和與其上、下翼緣相連接的鋼梁、水平支撐組成。本文重點探討鋼桁架的設計技術問題。

2. 結構形式的確定

2.1鋼桁架形式的確定。倉頂鋼結構常用的結構形式有：門式剛架、鋼框架、鋼桁架等。門式剛架是梁、柱單元構件的組合體。通長用于倉庫或是吊車噸位較小的廠房類結構。對于豎向及水平向荷載較大的通廊則不適合。鋼框架是多層鋼結構建筑中采用最為廣泛的主體結構體系，由鋼梁和鋼柱通過適當?shù)姆椒ㄟB接而成。具有建筑平面布置靈活，能滿足建筑大跨度、大空間要求，能適應各種使用功能的要求。但是對于本工程，因通廊跨度為36米，每個通廊上作用的設備豎向荷載450噸，作用的設備水平荷載110噸，采用鋼框架結構顯然不是最經(jīng)濟合理的方案。鋼桁架結構主要是由軸心受力構件（拉桿和壓桿）組成的格構式受彎構件/結構，廣泛應運與各種大跨度、高聳的工程結構中。與實腹式受彎構件（如鋼框架結構）相比，采用鋼桁架可節(jié)省鋼材且施工方便，結構的跨度或高度越大，優(yōu)勢就越明顯。就本工程的實際特點而言，采用鋼桁架是最合理的結構形式。

2.2桁架幾何尺寸的確定。 鋼桁架的高度首先需要滿足工藝專業(yè)凈高的要求，其次還要滿足結構受力合理性的要求。鋼桁架高度太小，則上、下弦桿截面會較大，鋼桁架高度太大，則上、下弦桿截面會較小。選取較合適的鋼桁架高度，則上、下弦桿截面也會合適。本工程還需考慮通廊樓面設備布置的要求。在滿足通廊樓面設備布置要求（也就是上、下弦桿結節(jié)長度）、滿足通廊樓面橫梁（即與鋼桁架下弦所連接的鋼梁）與鋼桁架連接節(jié)點設計的要求，及鋼桁架斜腹桿與其上、下弦桿交角在35度～55度范圍內的要求的前提下，經(jīng)反復計算，最終確定的鋼桁架幾何尺寸高度為8.500米，總高為9.000米。

2.3鋼桁架支座簡支、滑動端的確定。通長鋼桁架的支座端為簡支端。簡支端只傳遞豎向荷載和水平荷載。當桁架跨度較大時，為了釋放由于溫差產生的溫度應力，一般將一端支座設為滑動端，讓桁架在溫度應力下能自由滑動。雖然本工程水平荷載較大（110噸），在水平荷載作用下，水平位移會很大。但是考慮到鋼桁架跨度為36.000米，且新疆地區(qū)晝夜溫差較大，最終將鋼桁架左端支座設為滑動端，桁架右端支座設為簡支端。水平荷載主要為自右向左的刮板機張緊力，將右端支座設為簡支端，在其底部設抗剪鍵，水平力由抗剪鍵承擔?；瑒佣瞬捎瞄L螺栓孔而不是滾軸支座，主要是考慮滾軸支座在很小的溫度應力作用下就會滑移，而長螺栓孔，由于桁架底板與柱頂預埋件間存在摩擦力，在較小的溫度應力作用下不會滑移，當溫度應力較大時才會滑移。

2.4鋼桁架連接節(jié)點。鋼桁架上、下弦桿與立柱采用高強螺栓連接，為鉸接節(jié)點。其余節(jié)點均采用焊接連接，為鉸接節(jié)點。

2.5鋼桁架上、下弦為焊接H型鋼，豎腹桿及立桿為軋制H型鋼，斜腹桿為熱軋無縫鋼管。鋼桁架及通廊樓面鋼梁、通廊屋面鋼梁材質全部為Q345B，樓面支撐、屋面支撐、圍護系統(tǒng)均采用Q235B鋼材。

2.6通廊底板采用鋼筋混凝土現(xiàn)澆樓板，通廊頂部及墻面采用保溫彩鋼板圍護。

2.7鋼桁架及樓面鋼梁、屋面鋼梁、鋼筋混凝土現(xiàn)澆樓板均采用中國建筑科學研究院PKPM（2010版）系列軟件進行結構計算。

2.8本工程設計中的難點。

2.8.1水平荷載大。一般走廊上面不作用水平荷載，即使有水平荷載也是很小的，往往只有幾噸。本工程單個走廊上面的水平荷載為110噸，在保證走廊一端為水平滑動端的情況下，如何處理110噸的水平荷載是本工程的難點之一。本工程采用在走廊簡支端支座設抗剪鍵的辦法來抵消水平荷載。這樣既保證了在溫差較大的情況下，走廊能沿水平向自由伸縮，又解決掉了走廊上面作用的水平荷載傳遞問題。

2.8.2豎向荷載大。一般的走廊上面豎向荷載只有十幾噸，荷載大的也就是幾十噸。本工程走廊上面作用的豎向荷載重達450噸，遠遠大于常規(guī)走廊上面的豎向荷載。本工程采用加高走廊高度的辦法來解決豎向荷載大的問題。通常走廊的跨高比取值范圍為1/12～1/8，本工程走廊的跨高比取值為1/4。endprint

【摘要】文中主要介紹了新疆準東煤田五彩灣礦區(qū)三號露天煤礦原煤緩沖倉，倉頂鋼結構的設計要點，針對其跨度大、荷載大、工藝布置復雜等特點，著重對結構形式的選擇及設計中須注意的設計要點做了闡述。

【關鍵詞】跨度大；荷載大；工藝布置復雜

1. 引言

新疆準東煤田五彩灣礦區(qū)三號露天煤礦，原煤緩沖倉為直徑均為36米，高度60米，單倉儲量3萬噸的4連個連續(xù)倉組成。倉頂運煤通廊寬14米，高9米，通廊底板標高50米，跨度36米，端部懸挑長度8.440米。每個通廊上作用的設備豎向荷載450噸，作用的設備水平荷載110噸，通廊頂部設2臺6噸單軌吊，通廊底部設1臺4噸單軌吊。本工程建筑抗震設防烈度：7度，設計基本地震加速度值為0.10g，設計地震分組：第二組，場地類別為一類。雪荷載標準值 ：每平米0.8KN，基本風壓：每平米0.6KN，樓面活荷載：每平米6KN。每個通廊由2榀鋼桁架和與其上、下翼緣相連接的鋼梁、水平支撐組成。本文重點探討鋼桁架的設計技術問題。

2. 結構形式的確定

2.1鋼桁架形式的確定。倉頂鋼結構常用的結構形式有：門式剛架、鋼框架、鋼桁架等。門式剛架是梁、柱單元構件的組合體。通長用于倉庫或是吊車噸位較小的廠房類結構。對于豎向及水平向荷載較大的通廊則不適合。鋼框架是多層鋼結構建筑中采用最為廣泛的主體結構體系，由鋼梁和鋼柱通過適當?shù)姆椒ㄟB接而成。具有建筑平面布置靈活，能滿足建筑大跨度、大空間要求，能適應各種使用功能的要求。但是對于本工程，因通廊跨度為36米，每個通廊上作用的設備豎向荷載450噸，作用的設備水平荷載110噸，采用鋼框架結構顯然不是最經(jīng)濟合理的方案。鋼桁架結構主要是由軸心受力構件（拉桿和壓桿）組成的格構式受彎構件/結構，廣泛應運與各種大跨度、高聳的工程結構中。與實腹式受彎構件（如鋼框架結構）相比，采用鋼桁架可節(jié)省鋼材且施工方便，結構的跨度或高度越大，優(yōu)勢就越明顯。就本工程的實際特點而言，采用鋼桁架是最合理的結構形式。

2.2桁架幾何尺寸的確定。 鋼桁架的高度首先需要滿足工藝專業(yè)凈高的要求，其次還要滿足結構受力合理性的要求。鋼桁架高度太小，則上、下弦桿截面會較大，鋼桁架高度太大，則上、下弦桿截面會較小。選取較合適的鋼桁架高度，則上、下弦桿截面也會合適。本工程還需考慮通廊樓面設備布置的要求。在滿足通廊樓面設備布置要求（也就是上、下弦桿結節(jié)長度）、滿足通廊樓面橫梁（即與鋼桁架下弦所連接的鋼梁）與鋼桁架連接節(jié)點設計的要求，及鋼桁架斜腹桿與其上、下弦桿交角在35度～55度范圍內的要求的前提下，經(jīng)反復計算，最終確定的鋼桁架幾何尺寸高度為8.500米，總高為9.000米。

2.3鋼桁架支座簡支、滑動端的確定。通長鋼桁架的支座端為簡支端。簡支端只傳遞豎向荷載和水平荷載。當桁架跨度較大時，為了釋放由于溫差產生的溫度應力，一般將一端支座設為滑動端，讓桁架在溫度應力下能自由滑動。雖然本工程水平荷載較大（110噸），在水平荷載作用下，水平位移會很大。但是考慮到鋼桁架跨度為36.000米，且新疆地區(qū)晝夜溫差較大，最終將鋼桁架左端支座設為滑動端，桁架右端支座設為簡支端。水平荷載主要為自右向左的刮板機張緊力，將右端支座設為簡支端，在其底部設抗剪鍵，水平力由抗剪鍵承擔?；瑒佣瞬捎瞄L螺栓孔而不是滾軸支座，主要是考慮滾軸支座在很小的溫度應力作用下就會滑移，而長螺栓孔，由于桁架底板與柱頂預埋件間存在摩擦力，在較小的溫度應力作用下不會滑移，當溫度應力較大時才會滑移。

2.4鋼桁架連接節(jié)點。鋼桁架上、下弦桿與立柱采用高強螺栓連接，為鉸接節(jié)點。其余節(jié)點均采用焊接連接，為鉸接節(jié)點。

2.5鋼桁架上、下弦為焊接H型鋼，豎腹桿及立桿為軋制H型鋼，斜腹桿為熱軋無縫鋼管。鋼桁架及通廊樓面鋼梁、通廊屋面鋼梁材質全部為Q345B，樓面支撐、屋面支撐、圍護系統(tǒng)均采用Q235B鋼材。

2.6通廊底板采用鋼筋混凝土現(xiàn)澆樓板，通廊頂部及墻面采用保溫彩鋼板圍護。

2.7鋼桁架及樓面鋼梁、屋面鋼梁、鋼筋混凝土現(xiàn)澆樓板均采用中國建筑科學研究院PKPM（2010版）系列軟件進行結構計算。

2.8本工程設計中的難點。

2.8.1水平荷載大。一般走廊上面不作用水平荷載，即使有水平荷載也是很小的，往往只有幾噸。本工程單個走廊上面的水平荷載為110噸，在保證走廊一端為水平滑動端的情況下，如何處理110噸的水平荷載是本工程的難點之一。本工程采用在走廊簡支端支座設抗剪鍵的辦法來抵消水平荷載。這樣既保證了在溫差較大的情況下，走廊能沿水平向自由伸縮，又解決掉了走廊上面作用的水平荷載傳遞問題。

2.8.2豎向荷載大。一般的走廊上面豎向荷載只有十幾噸，荷載大的也就是幾十噸。本工程走廊上面作用的豎向荷載重達450噸，遠遠大于常規(guī)走廊上面的豎向荷載。本工程采用加高走廊高度的辦法來解決豎向荷載大的問題。通常走廊的跨高比取值范圍為1/12～1/8，本工程走廊的跨高比取值為1/4。endprint

【摘要】文中主要介紹了新疆準東煤田五彩灣礦區(qū)三號露天煤礦原煤緩沖倉，倉頂鋼結構的設計要點，針對其跨度大、荷載大、工藝布置復雜等特點，著重對結構形式的選擇及設計中須注意的設計要點做了闡述。

【關鍵詞】跨度大；荷載大；工藝布置復雜

1. 引言

新疆準東煤田五彩灣礦區(qū)三號露天煤礦，原煤緩沖倉為直徑均為36米，高度60米，單倉儲量3萬噸的4連個連續(xù)倉組成。倉頂運煤通廊寬14米，高9米，通廊底板標高50米，跨度36米，端部懸挑長度8.440米。每個通廊上作用的設備豎向荷載450噸，作用的設備水平荷載110噸，通廊頂部設2臺6噸單軌吊，通廊底部設1臺4噸單軌吊。本工程建筑抗震設防烈度：7度，設計基本地震加速度值為0.10g，設計地震分組：第二組，場地類別為一類。雪荷載標準值 ：每平米0.8KN，基本風壓：每平米0.6KN，樓面活荷載：每平米6KN。每個通廊由2榀鋼桁架和與其上、下翼緣相連接的鋼梁、水平支撐組成。本文重點探討鋼桁架的設計技術問題。

2. 結構形式的確定

2.1鋼桁架形式的確定。倉頂鋼結構常用的結構形式有：門式剛架、鋼框架、鋼桁架等。門式剛架是梁、柱單元構件的組合體。通長用于倉庫或是吊車噸位較小的廠房類結構。對于豎向及水平向荷載較大的通廊則不適合。鋼框架是多層鋼結構建筑中采用最為廣泛的主體結構體系，由鋼梁和鋼柱通過適當?shù)姆椒ㄟB接而成。具有建筑平面布置靈活，能滿足建筑大跨度、大空間要求，能適應各種使用功能的要求。但是對于本工程，因通廊跨度為36米，每個通廊上作用的設備豎向荷載450噸，作用的設備水平荷載110噸，采用鋼框架結構顯然不是最經(jīng)濟合理的方案。鋼桁架結構主要是由軸心受力構件（拉桿和壓桿）組成的格構式受彎構件/結構，廣泛應運與各種大跨度、高聳的工程結構中。與實腹式受彎構件（如鋼框架結構）相比，采用鋼桁架可節(jié)省鋼材且施工方便，結構的跨度或高度越大，優(yōu)勢就越明顯。就本工程的實際特點而言，采用鋼桁架是最合理的結構形式。

2.2桁架幾何尺寸的確定。 鋼桁架的高度首先需要滿足工藝專業(yè)凈高的要求，其次還要滿足結構受力合理性的要求。鋼桁架高度太小，則上、下弦桿截面會較大，鋼桁架高度太大，則上、下弦桿截面會較小。選取較合適的鋼桁架高度，則上、下弦桿截面也會合適。本工程還需考慮通廊樓面設備布置的要求。在滿足通廊樓面設備布置要求（也就是上、下弦桿結節(jié)長度）、滿足通廊樓面橫梁（即與鋼桁架下弦所連接的鋼梁）與鋼桁架連接節(jié)點設計的要求，及鋼桁架斜腹桿與其上、下弦桿交角在35度～55度范圍內的要求的前提下，經(jīng)反復計算，最終確定的鋼桁架幾何尺寸高度為8.500米，總高為9.000米。

2.3鋼桁架支座簡支、滑動端的確定。通長鋼桁架的支座端為簡支端。簡支端只傳遞豎向荷載和水平荷載。當桁架跨度較大時，為了釋放由于溫差產生的溫度應力，一般將一端支座設為滑動端，讓桁架在溫度應力下能自由滑動。雖然本工程水平荷載較大（110噸），在水平荷載作用下，水平位移會很大。但是考慮到鋼桁架跨度為36.000米，且新疆地區(qū)晝夜溫差較大，最終將鋼桁架左端支座設為滑動端，桁架右端支座設為簡支端。水平荷載主要為自右向左的刮板機張緊力，將右端支座設為簡支端，在其底部設抗剪鍵，水平力由抗剪鍵承擔?；瑒佣瞬捎瞄L螺栓孔而不是滾軸支座，主要是考慮滾軸支座在很小的溫度應力作用下就會滑移，而長螺栓孔，由于桁架底板與柱頂預埋件間存在摩擦力，在較小的溫度應力作用下不會滑移，當溫度應力較大時才會滑移。

2.4鋼桁架連接節(jié)點。鋼桁架上、下弦桿與立柱采用高強螺栓連接，為鉸接節(jié)點。其余節(jié)點均采用焊接連接，為鉸接節(jié)點。

2.5鋼桁架上、下弦為焊接H型鋼，豎腹桿及立桿為軋制H型鋼，斜腹桿為熱軋無縫鋼管。鋼桁架及通廊樓面鋼梁、通廊屋面鋼梁材質全部為Q345B，樓面支撐、屋面支撐、圍護系統(tǒng)均采用Q235B鋼材。

2.6通廊底板采用鋼筋混凝土現(xiàn)澆樓板，通廊頂部及墻面采用保溫彩鋼板圍護。

2.7鋼桁架及樓面鋼梁、屋面鋼梁、鋼筋混凝土現(xiàn)澆樓板均采用中國建筑科學研究院PKPM（2010版）系列軟件進行結構計算。

2.8本工程設計中的難點。

2.8.1水平荷載大。一般走廊上面不作用水平荷載，即使有水平荷載也是很小的，往往只有幾噸。本工程單個走廊上面的水平荷載為110噸，在保證走廊一端為水平滑動端的情況下，如何處理110噸的水平荷載是本工程的難點之一。本工程采用在走廊簡支端支座設抗剪鍵的辦法來抵消水平荷載。這樣既保證了在溫差較大的情況下，走廊能沿水平向自由伸縮，又解決掉了走廊上面作用的水平荷載傳遞問題。

2.8.2豎向荷載大。一般的走廊上面豎向荷載只有十幾噸，荷載大的也就是幾十噸。本工程走廊上面作用的豎向荷載重達450噸，遠遠大于常規(guī)走廊上面的豎向荷載。本工程采用加高走廊高度的辦法來解決豎向荷載大的問題。通常走廊的跨高比取值范圍為1/12～1/8，本工程走廊的跨高比取值為1/4。endprint