淺談玻纖成形工段鋼結構設計

楊小娟，楊晉

(中材科技股份有限公司，南京 210012)

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淺談玻纖成形工段鋼結構設計

楊小娟，楊晉

(中材科技股份有限公司，南京 210012)

摘 要：主要探討成形工段鋼結構形式隨著成形工藝技術的改進而進行的優(yōu)化設計，列舉了近年來成形工段鋼結構設計的多種形式，分別論述了不同形式的鋼結構有哪些優(yōu)缺點，提出了如何根據(jù)不同的工藝要求搭建操作平臺，對比了鋼結構不同跨度的用鋼量。

關鍵詞：成形工段鋼結構；結構形式；支撐方式；用鋼量

0前言

隨著技術的發(fā)展，玻璃纖維制品的應用范圍日益廣闊，現(xiàn)已遍及電子、電氣、通訊、機械、冶金、化工、建筑、車船、航空航天、信息、環(huán)保、能源及生物、醫(yī)藥等高新技術領域。隨著國內國際市場需求的不斷擴展，玻璃纖維行業(yè)除了需要提高產品數(shù)量和質量以外，還必須提高自身的創(chuàng)新能力，拓展行業(yè)發(fā)展空間。這就要求玻璃纖維研究設計人員也必須與時俱進、不斷創(chuàng)新，提高自己的研究設計水平。作為玻纖行業(yè)配套設計的結構專業(yè)，也同時需要不斷改進設計理念，以與先進的工藝技術相匹配。

因池窯拉絲對玻璃纖維成形區(qū)的溫濕度控制有嚴格要求，從節(jié)能角度考慮，通常玻璃纖維池窯拉絲生產線的通路布置為“H”型或多“H”型[1]，本文主要探討此類成形工段鋼結構形式隨著成形工藝技術的改進而進行的優(yōu)化設計，從早期成形工段鋼結構到目前適用于不同成形工藝線要求、物流運輸要求的新一代鋼結構，在結構布置、傳力路徑、計算結果、鋼材用量等方面進行詳細論述。

1成形工段鋼結構的幾種形式

早期成形工段鋼結構(以下簡稱鋼結構)有兩種形式[1]。第一種形式是承重柱在拉絲機中間，平臺柱在拉絲機外側，見圖1。因為成形工藝作業(yè)線的需要，承重柱必須錯開布置，這樣就需要把承重柱從二層斷開，在梁上重新立對齊的承重柱，才能拉通吊掛通路的吊掛梁。

這樣的結構布置傳力不明確，主要框架柱被打斷，整體結構像搭積木，不利于抗震。上層吊掛柱的柱腳彎矩很大，但是這種形式下，彎矩只能傳遞給梁，梁的扭矩增大，可是梁的剛度小，柱腳無法完全固接[2]。由于拉絲機之間的間距受漏板間距的局限越小越好，所以就要求承重柱的柱寬盡量小，這對承重柱的平面外穩(wěn)定很不利[3]。通路荷載非常大，所以想在固定小柱寬內滿足計算是有難度的。

也有一種做法是不打斷承重柱，但是因為柱子錯位，主梁無法連接兩個框架柱，所以只是縱向拉通框架梁，橫梁一端與框架柱剛接，一端與縱梁鉸接，見圖2。水平力僅靠一側柱子承受，橫向無法形成框架[4]，傳力也不明確，水平力僅靠一側柱子承受，另一側傳遞至橫梁上，橫梁受扭，這成為了結構的薄弱環(huán)節(jié)[5]。而且工藝布置拉絲機時需要給出足夠的空間放置承重柱，這又回到上一種做法的問題，拉絲機間距越小越好，可是承重柱為了滿足平面外穩(wěn)定，必須有足夠寬度空間，這樣拉絲機間距增大，即漏板間距增大，隨之帶來能耗增大[6]。

第二種形式是承重柱在拉絲機外側，平臺柱在拉絲機中間，見圖3。這種布置方式吊掛柱可以對齊，吊掛梁可以拉通形成完整框架，主要承重構件傳力明確[7]。但是因吊掛跨度大用鋼量翻倍，受造價影響，承重柱后移尺寸有限，當采用兩分拉拉絲機時還比較經(jīng)濟適用，隨著拉絲工藝多分拉技術的普及，三分拉甚至四分拉拉絲機的廣泛使用，對拉絲鋼結構的布置形式提出了新的課題。

總之，這兩種布置方式比較適用于早期相對產能、自動化程度較低的池窯拉絲生產，它們的共同點都是拉絲機被相對固定在一定區(qū)域內，一方面對后期的工藝調整缺乏機動性，另一方面對新型拉絲機缺乏適應性。

隨著池窯拉絲生產技術的發(fā)展，新上單座池窯的產能至少3萬t以上，單座池窯所配的漏板數(shù)也越來越多，達五六十臺甚至百臺以上，同時產能的提高也對生產線自動化的程度提出新的要求，這樣原先只有5～7 m寬的成形區(qū)就顯得局促了。加寬成形區(qū)勢在必行，這必然需將承重柱外撤。而且為了拉絲機能夠左右移動，適合各種工藝線要求，拉絲機中間也不能再立平臺柱，同時承重柱位置需考慮留出拉絲機后方至少3 m的檢修空間，這樣承重柱的跨度就大大的增加了，通?？缍葹?5 ～21 m，超過18 m做兩跨，見圖4、圖5。

這樣的布局承重柱與拉絲機的布置不再受到相互的約束，柱子不再影響拉絲機的檢修和調整，承重柱之間可以對齊，橫向縱向均形成完整框架，傳力明確，結構合理[8]。總之，這樣的布局無論對工藝還是對結構都是合理的。

2成形及通路操作平臺的支撐方式

當鋼結構跨度超過18 m時，為控制應力比和撓度，成形區(qū)操作平臺的支撐梁梁高過大，減小了下部拉絲區(qū)的凈高，影響使用。這時為了減小跨度就需要在鋼平臺中間設立柱減小跨度。減小跨度有兩種方式，拉絲區(qū)立鋼柱和吊掛柱上下掛吊掛柱(圖5和圖6的區(qū)別)。

鋼平臺中間采用立鋼柱的形式還是吊掛柱的形式，取決于物流方式。自動化物流方式如板鏈、積放鏈和AGV智能小車等，一般運輸軌道設在拉絲區(qū)中間，因此拉絲區(qū)中間不適合立柱。人工運輸原絲小車的方式在理論上允許中間立柱，中柱區(qū)域可以用來堆放空車。

隨著成形工藝多分拉技術的廣泛應用，成形區(qū)操作平臺的拉絲洞口越來越大，這就限制了梁寬，而跨度增加后，梁截面尺寸是需要加大的。為了解決這個矛盾，工藝設計時通過適當調整漏板間距為平臺梁提供空間。

通路操作平臺相對較窄，一般只用作走道，可以在成形區(qū)立柱(如圖4)，也可以吊掛在上層吊掛主梁上(如圖5)。

3不同跨度成形工段鋼結構的用鋼量對比

根據(jù)不同的工藝布局，成形工段鋼結構的跨度也不同，下表對不同跨度的鋼結構的用鋼量進行對比。

由此可見，就節(jié)省用鋼量這一點來說，鋼結構的跨度并不是越大越好，也不是越小越好，而是要在合理的范圍內?？缍仍?5～18 m之間時，既能滿足工藝上的空間要求，又能減小用鋼量，是現(xiàn)階段更經(jīng)濟合理的布置方式。

參考文獻

[1]張耀明，李巨白，姜肇中.玻璃纖維與礦物棉全書[M].北京：化學工業(yè)出版社，2001.

[2]于海豐，張耀春，張文元.鋼結構“強節(jié)點弱構件”抗震設計方法對比分析[J].建筑結構，2008，38(7)：100-105.

[3]中華人民共和國建設部.GB50017-2003鋼結構設計規(guī)范[S].北京：中國計劃出版社，2003.

[4]張相勇.建筑鋼結構設計方法與實例解析[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2013.

[5]Hiroshi Tagawa.地震作用下鋼結構的破壞及抗震性能的提高[J].建筑結構，2011，41(12)：20-23.

[6]陳紹蕃，郭成喜.鋼結構(下冊)-房屋建筑鋼結構設計[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2014.

[7]汪一駿，顧泰昌，馮東.鋼結構設計手冊[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2004.

[8]中華人民共和國建設部.GB50011-2010建筑抗震設計規(guī)范[S].北京：中國建筑工業(yè)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

中圖分類號：TQ171.77+6

文獻標識碼：A

收稿日期：2016-02-17

作者簡介：楊小娟，女，1982年生，工程師。主要從事土木工程方面的研究。

修回日期：2016-02-18