王 锐
(太原热力设计院(有限公司),山西 太原 030006)
在某些生产建筑物或结构物之间建造的,供胶带机、输送机或铸石刮板输送机输送矿物或矸石的封闭式栈桥,称为通廊。这其中,由于钢结构通廊具有跨度大、制作安装方便、加快施工进度的优点,在实际生产中应用较多。
但是,目前钢结构通廊(以下简称通廊)的设计执行的规范只在GB 50191-2012构筑物抗震规范第10节有规定,里面的内容也只是纲领性内容,并无细节性步骤。同时,笔者通过研究许多大型设计院的通廊设计后,发现对同一条件参数的通廊设计荷载的取值,之间相差至少2倍~3倍,由此,设计的杆件截面也相差多个数量级。究其原因,多数设计人员对通廊的杆件选取投入很多精力,而对前期通廊的结构体系分析和荷载计算涉及不多。因此,笔者将根据《现代矿山工程施工图集与施工设计新技术实用手册》,并结合工程实例,对上述问题进行详细分析。
通廊实例计算简图见图1。
图1 通廊计算简图
通廊结构受力分析一般为平面体系分析,竖向力主要由竖向两平行主纵向桁架(以下简称主纵桁架)承担,水平力(主要为风荷载)由平行弦桁架和横向支撑承担,最后传递到端门架处。
主纵桁架力学模型为平面静定桁架体系,属于静定结构。体系中杆件为二力杆,只承受轴心压力或拉力。所承受的竖向力为通过横梁传来的屋面、楼面荷载和桁架上下弦平面内的支撑自重。围护结构的墙体自重只由下弦承担。竖向荷载简化为节点荷载,以集中力形式作用于弦间节点上。
gt=0.062L+0.588 × B -1.41=1.61 kN/m(此式由二元线性得出,L为通廊总跨度,L=25 m;B为通廊宽度,B=2.5 m)。
2)Fg=1/2×gw×B×l。其中,gw为屋盖材料自重,对钢通廊多采用彩钢复合板或夹芯板,取gw=0.3 kN/m2。
Fg=1/2×gw×B×l=1/2×0.3×2.5×2.5=1.125 kN。
3)Fq=1/2×q×B×l。其中,q为屋面活荷载设计值,对不上人屋面,取 0.5 kN/m2。
Fq=1/2×q×B×l=1/2×1.4×0.5×2.5×2.5=2.188 kN。
1)F下g为跨间结构及下弦支撑自重,平均分配在下弦节点上的荷载设计值。
2)Fw=γG×gw×H×l。
其中,Fw为围护墙材料自重作用在节点上的荷载设计值;H为通廊高度;gw为围护墙材料自重,对钢通廊多采用彩钢复合板或夹芯板,取 gw=0.3 kN/m2。
3)Fb=2Fc+1/2F皮+G。
其中,Fb为楼面横梁传至节点荷载设计值,计算简图见图2。
图2 横梁计算简图
a.Fc=1/2 ×γG×qc×l。其中,qc为输送机和货载重量,对宽度为1 m输煤皮带,取3 kN/m。Fc=1/2×γG×qc×l=1/2×1.2 ×3 ×2.5=4.5 kN。
b.F皮=1×qp。其中,qp为楼面活荷载设计值,qp=γQ×qpk×l,qpk为楼面活荷载均布标准值,取7 kN/m2,qp=γQ×qpk×l=1.4 ×5 ×2.5=24.5 kN/m。
F皮=1 ×24.5=24.5 kN。
c.G=b×gs。其中,gs为走廊楼板及保温材料重量设计值,gs=γG× (gskl+gbk),gsk=0.5 kN/m2,gbk为横梁自重,横梁规格:HW200×200×8×12,取 gsk=0.5 kN/m。
主纵桁架荷载受力简图见图3。
图3 主纵桁架荷载受力简图(单位:kN)
通廊屋盖标高处所承受风荷载最终由通廊两端端门架承担后,传至支座处,计算简图如图4所示。
图4 端门架计算简图
其中,n为桁架节点数;W为风荷载设计值,W=γG×wk×H×l,wk为当地风荷载标准值,经计算后,取 0.75 kN/m2。
上、下弦支撑布置时,考虑风荷载为双向作用,因此采用腹杆交叉形式布置,属超静定结构。但在内力计算时,由于受压杆失稳退出计算,只以斜杆静定桁架进行分析。支撑杆件从受拉强度应力比和拉杆长细比两个方面控制,经多次实际计算,用长细比控制选择的杆件,可以远远满足受风荷载的抗拉强度。
以上是对一工程实例中的通廊进行的荷载计算,数值已精确至千分位。实际设计中,由于机运条件的不同,通廊主桁架跨度、宽度、节间距离、高度都有所不同,设计时只需对上述计算式中相应参数进行修改,就可得出精确数值。不仅使通廊设计荷载足够精确,更是为之后的杆件布置和选型做了良好的铺垫。
[1]金 峙.现代矿山工程施工图集与施工设计新技术实用手册(第十篇)[M].北京:当代中国音像出版社,2005.
[2]GB 50215-2005,煤炭工业矿井设计规范[S].
[3]GB 50009-2012,建筑结构荷载规范[S].