談清徐儲(chǔ)煤棚鋼管拱桁架屋蓋設(shè)計(jì)

翟志強(qiáng)

(陽泉市燕龕煤炭有限責(zé)任公司，山西陽泉 045000)

1 概述

本工程煤棚屬于網(wǎng)架(網(wǎng)殼)范疇，網(wǎng)架結(jié)構(gòu)具有受力合理、跨度大、整體性好、節(jié)約鋼材等優(yōu)點(diǎn)，近年來在工業(yè)建筑中得到了廣泛的應(yīng)用。本文針對清徐縣煤棚的鋼桁架設(shè)計(jì)方法，為以后設(shè)計(jì)人員對類似建筑設(shè)計(jì)提供參考。

2 工程概況

本工程位于太原市清徐縣，儲(chǔ)煤棚屋蓋為鋼管拱桁架結(jié)構(gòu)，下部為混凝土框架。上弦節(jié)點(diǎn)其兩儲(chǔ)煤棚跨度分別為80 m和30 m，長度均為60 m;下部混凝土柱距為邊跨7.5 m，中間跨9.0 m，共8榀桁架。

3 荷載和作用

恒載:0.3 kN/m2;活載:0.3 kN/m2;雪荷載:0.35 kN/m2;基本風(fēng)壓:0.4 kN/m2;地震作用:抗震設(shè)防烈度8度，設(shè)計(jì)基本地震加速度0.2g，地震分組一組。

4 80 m跨鋼管拱桁架設(shè)計(jì)

1)方案1:拱桁架結(jié)構(gòu)跨度80 m，矢高16 m，矢跨比為0.2;截面形式為倒三角形，三角形截面高3.0 m，寬3.0 m;端部三個(gè)節(jié)點(diǎn)中上弦兩個(gè)節(jié)點(diǎn)與梁側(cè)面固定鉸支，下弦節(jié)點(diǎn)與柱側(cè)面固定鉸支;鋼管拱桁架整體模型如圖1所示。

圖1 鋼管拱桁架整體模型

拱桁架鋼材全部選用Q235級鋼，構(gòu)件截面形式全部采用圓鋼管:上弦桿:φ159×10.0;下弦桿:φ133×6.0;腹桿及斜撐桿:φ88.5×4.0;桁架上弦水平桿:φ60×3.5;單榀鋼管拱桁架總用鋼量 11 531 kg，約 16 kg/m2。

拱桁架節(jié)點(diǎn)X方向最大位移27 mm;Y方向最大位移53 mm;Z方向最大位移53 mm;空間最大位移69 mm。

經(jīng)計(jì)算上弦桿最大應(yīng)力比0.78，應(yīng)力167.7 N/mm2;下弦桿最大應(yīng)力比0.72，應(yīng)力154.8 N/mm2;腹桿、斜撐桿和上弦水平桿為剛度控制，長細(xì)比分別為 124.5，144.2 和 149.9。

2)方案2:拱桁架結(jié)構(gòu)跨度80 m，矢高10 m，矢跨比為0.2;截面形式為倒三角形，三角形截面高3.0 m，寬3.0 m;端部三個(gè)節(jié)點(diǎn)中上弦兩個(gè)節(jié)點(diǎn)與梁側(cè)面固定鉸支，下弦節(jié)點(diǎn)與柱側(cè)面固定鉸支;鋼管拱桁架整體模型同樣如圖1所示。

鋼桁架材料選擇發(fā)生變化，為拱桁架鋼材全部選用Q345級鋼，構(gòu)件截面形式全部采用等肢相拼角鋼:上弦桿:80×9.0;下弦桿:80×9.0;腹桿及斜撐桿:100×9.0;桁架上弦水平桿:100×9.0;單榀角鋼拱桁架總用鋼量 12 880 kg，約 19.6 kg/m2。

拱桁架節(jié)點(diǎn)X方向最大位移55 mm;Y方向最大位移72 mm;Z方向最大位移70 mm;空間最大位移80 mm。

上弦桿最大應(yīng)力比0.88，應(yīng)力207.9 N/mm2;下弦桿最大應(yīng)力比1.02，應(yīng)力236.6 N/mm2;腹桿、斜撐桿和上弦水平桿為剛度控制，長細(xì)比分別為 126.3，146.2 和 150。

5 方案比較

圓鋼管與角鋼均為常用鋼材截面，本設(shè)計(jì)在滿足規(guī)范要求下，對鋼桁架的選型、布置采取了優(yōu)化，比較得出方案1更科學(xué)，因?yàn)闂U件長細(xì)比更小，更能使結(jié)構(gòu)優(yōu)化，節(jié)省鋼材。

6 結(jié)語

煤棚設(shè)計(jì)成網(wǎng)殼形式是未來發(fā)展的趨勢，該工程的設(shè)計(jì)為以后類似的大空間儲(chǔ)存結(jié)構(gòu)提供了參考依據(jù)和借鑒，針對鋼管和角鋼拼接的設(shè)計(jì)，對不同的工程有不同的取舍，從計(jì)算角度和使用角度，我們建議鋼管拱桁架值得推廣應(yīng)用。

［1］GB 50017-2003，鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.

［2］雷宏剛.鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)基本原理［M］.北京:科學(xué)出版社，2010.