有色金属选矿厂钢结构桁架式皮带通廊设计

张振国 沈阳有色冶金设计研究院



有色金属选矿厂钢结构桁架式皮带通廊设计

张振国 沈阳有色冶金设计研究院

摘 要：本文介绍了钢结构桁架式皮带通廊模型，受力特点，探讨了钢结构通廊的结构设计中应注意的若干问题。

关键词：有色金属；钢结构；桁架结构设计

一、引言

有色金属选厂生产系统中的皮带通廊是选厂原料供应系统的重要构筑物之一，其内部的运矿皮带连接着碎矿厂房、筛分厂房、粉矿仓等建筑，保证选矿厂所需矿石的供应。皮带通廊平面上成细长条形，立面上通常存在一定倾斜角度。钢结构桁架式皮带通廊绝大多数构件受力主要是轴向力，能充分发挥材料强度，工程造价低。廊身和支架适合在工厂进行焊接加工，运至现场直接吊装拼接，施工速度很快，这也大大提高了建设速度，带来更好的经济效益。通廊所用钢材可以回收再利用，更符合绿色经济的要求。

二、钢结构通廊断面尺寸的确定

通廊宽度和高度方向的尺寸应根据各专业提供的技术参数进行综合考虑。通廊断面尺寸首先要满足工艺要求，如通廊内设置胶带机的数量和宽度、是否有其他相关设备等，其次考虑人行通道以及检修通道等。通廊高度方向的尺寸净高不易低于2.2米。[1]

三、钢结构通廊的受力分析

钢结构桁架式通廊一般由廊身和支架组成。廊身可以看作是一种立体桁架，通常可以简化由两侧的两榀竖向平面桁架、屋面平面桁架、走道板平台(平面桁架)、端部平面框架组成。端部框架可以看成四榀桁架的支座，刚度比较大。四榀桁架互为平面外的支撑，保证每榀桁架的平面外稳定。每榀桁架单独受力分析时均可以看做平面桁架。端部的框架依靠四榀平面桁架的支撑保证平面外的稳定，端部框架受力分析时也可以看成平面框架[2]。廊身的竖向荷载包括通廊结构本身的自重，走道平面承受的活荷载及其上设备荷载，屋面的活荷载、积灰荷载、雪荷载以及吊挂荷载，地震荷载等。竖向荷载通过走道梁板和屋面梁板传给两侧竖向桁架。竖向桁架通过各弦杆和腹杆将竖向荷载传至端部框架。垂直廊身的横向水平荷载包括风荷载和地震荷载。横向水平荷载通过屋面平面桁架和走道板平面桁架各弦杆和腹杆传给端部框架。平行廊身的纵向水平荷载包括地震荷载和设备运行荷载。纵向水平荷载通过廊身的四榀桁架的各弦杆和腹杆传至端部框架的支座处。纵向水平荷载数值一般较小，端部框架受力分析时一般可以不予考虑。廊身端部的平面框架作为廊身的竖向抗侧力构件将竖向荷载和横向水平荷载传至支架柱顶面。通廊支架可以分为单片支架和固定支架。单片支架只承受竖向荷载和横向水平荷载，固定支架还要承受纵向水平荷载。

四、钢结构通廊的构件选择

廊身两侧的桁架：上下弦杆均可采用二等边角钢组成的T 形截面。当荷载较大或考虑加工方便时也可采用热轧H型钢作为弦杆。直腹杆和斜腹杆一般均采用双角钢组合截面。直腹杆常采用十字形截面，斜腹杆常采用T形截面。廊身屋面水平桁架：兼做直腹杆的屋面梁按压弯构件考虑，一般采用槽钢或热轧H型钢。斜腹杆受力较小．一般采用张紧的十字交叉圆钢即可。廊身走道板水平桁架：走道板横梁与屋面梁相似，斜腹杆也可采用张紧的十字交叉圆钢，当走道板满铺钢板时十字交叉圆钢可以取消。廊身端部框架：桁架两端的端部框架是各水平桁架的支点，为防止桁架在水平荷载作用下发生扭转，端部框架应具有一定的刚度，常采用工字钢或热轧H型钢。梁柱连接必须采用刚接，以保证水平力有效的传递。通廊支架：单片支架平面外没有支撑点，框架柱弱轴用在平面内，梁柱节点一般采用铰接。设置支撑时，框架梁弯矩很小，一般按压杆设计。斜支撑为方便连接一般采用角钢。固定支架一般为四柱框架，四个方向均设置支撑。梁、柱和支撑的设置与单片支架基本相同。支架除采用型钢组合外，也可采用三角钢管的形式 。

五、钢结构通廊杆件设计计算

考虑受力，安装运输等因素，桁架的跨度一般取20m~30m，节间长度取3 m左右。桁架可以利用中国建筑科学研究院建筑工程软件研究所研发的PKPM结构设计软件中STS模块进行计算。桁架可以采用带竖杆的人字式腹杆体系，有时也用豪式屋架中的单向斜杆体系。根据桁架的受力特点，布置腹杆时应尽量做到短杆受压长杆受拉，只有受力合理才能充分发挥材料的作用，达到节省钢材用量的目的。

建立桁架的二维计算模型时，所有杆件均按柱布置，应以杆件形心线为轴线，在节点处各轴线交于一点。当桁架弦杆的截面变化时，如轴线变动不超过较大弦杆截面高度的5%，可不考虑其影响。桁架各节点按铰接计算。对用节点板连接的桁架，若杆件截面刚度较大，且在桁架平面内的杆件截面高度与其几何长度（节点中心间的距离）之比大于1/10（对弦杆）或1/15（对腹杆）时，应考虑节点刚性所引起的次弯矩。输入杆件截面尺寸时，各杆件的允许长细比应国家规范相应规定。应用计算机程序计算桁架时，可不考虑横向风载作用，而在确定各杆件截面时比计算数值大5%～15%[3]，以保证结构的安全性。

选厂中的皮带通廊一般存在10°左右的倾斜。竖向荷载应竖直向下加在各节点上。廊身端部框架竖直设置，这样既方便廊身与支架的连接也可减少水平力的产生。

六、钢结构通廊的连接

钢结构皮带通廊的支座形式通常一端设为铰接，一端设为滚轴。滚轴支座可以沿通廊方向滚动，从而释放钢结构通廊在温度应力下产生的纵向变形。铰接支座通常设在低点一端。支座可以采用钢支座或橡胶支座。橡胶支座是利用橡胶的剪切变形能力将较薄的橡胶垫块视为铰支座，较厚的橡胶垫块视为滚动支座。支座底板上开设一定长度的长形椭圆孔，在温度应力作用下，橡胶垫块会产生沿通廊方向的变形，带动支座在预先留设的椭圆孔内轻微滑动，以适应温度变形。与传统钢支座相比，橡胶支座构造简单，施工方便也易于维护。当焊接桁架的杆件用节点板连接时，弦杆与腹杆、腹杆与腹杆之间的间隙不应小于20mm，相邻角焊缝焊趾间净距不应小于5mm。当桁架杆件不用节点板连接时，相邻腹杆连接角焊缝焊趾间净距

不应小于5mm。杆件与节点板的连接焊缝宜采用两面侧焊，也可用三面围焊，对角钢构件可采用L形围焊，所有围焊的转角处必须连续施焊。角焊缝的焊脚尺寸不应小于8mm及所焊板件的厚度（当板件厚度小于8mm时）。节点板厚度一般根据所连接杆件内力的大小确定，但不得小于8mm。节点板的平面尺寸应适当考虑制作和安装的误差。在设计中不得任意加大焊缝，避免焊缝立体交叉和在一处集中大量焊缝，同时焊缝的布置应尽可能对称于杆件形心轴。焊件厚度大于20mm的角接接头焊缝，应采用收缩时不易引起层状撕裂的构造。

七、钢结构通廊的防腐

钢结构通廊的防腐，应树立预防为主的理念。防腐措施的制定要从维修实际出发，考虑介质的腐蚀性，在建筑设计与平面布置的过程中，尽可能地与腐蚀性环境相隔离。钢结构节点及连接构造应避免易于积灰和积湿的角、槽，连接零件之间应有可供检查与维修的空间（净空不易小于120mm）。桁架结构腐蚀性最为严重的部位在于弦杆部位，因此，在钢结构通廊的维护过程中，要具有针对性，提高维护效果。

钢结构桁架式皮带通廊的设计过程中，必须对设备的施工工艺，技术要求以及具体的场地条件有明确的了解。在设计中，要保证设备的荷载、操作的荷载、检修的荷载以及皮带的实际张力与具体的使用情况相符合。在现阶段下，钢结构桁架式皮带通廊的设计还存在着些许的不足之处，相信通过各方的努力，一定可以克服这些不足之处。

参考文献：

[1]中华人民共和国建设部，中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局.GB 50017—2003 钢结构设计规范[S].北京: 中国计划出版社，2003．

[2]付裕. 钢结构桁架式通廊设计优化与工程应用［D］.济南：山东大学硕士学位论文，2012.

[3]尹元初.大跨度立体桁架[M].钢结构设计规范国家标准管理组.《钢结构设计计算示例》编组委员会. 北京: 中国建筑工业出版社,2008.

作者简介：张振国（1977－），男，辽宁省沈阳市人，工程师，沈阳有色冶金设计研究院，研究方向结构设计。