矿山选厂钢结构胶带机通廊设计

张振国

（沈阳有色冶金设计研究院有限公司，辽宁 沈阳 110003）

有色金属矿山选厂中的胶带机通廊是生产原料供给系统的重要构筑物之一，通廊内的运矿皮带连接着碎矿车间、筛分车间、粉矿仓等生产车间，保证选矿生产所需矿石的持续且足量供应。胶带机通廊立面上通常存在一定倾斜角度，宽度为胶带机设备宽与人员通行所需宽度之和，长度由倾斜角度和两端高差确定，在平面上通常成细长条形。因为跨度较大的胶带机常设计成桁架式钢结构，所以，这种结构自重轻，可以显著减少基础工程量，降低造价。桁架绝大多数构件主要受力为轴向拉力或压力，能充分发挥钢材的强度优势，减少材料用量，降低造价。钢结构胶带机通廊的廊身框架通常是在工厂进行加工和焊接，整体运至现场进行吊装，施工速度很快，可以缩短土建项目的建设周期，带来更好的经济效益[1]。胶带机通廊所用的钢材可以回收再利用，减少建筑垃圾的产生，更符合绿色经济的要求。

1 钢结构通廊断面尺寸的确定

通廊宽度方向的断面尺寸应根据机械、电气等专业提供的参数要求进行综合考虑。通廊宽度首先要满足工艺布置的要求，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。其次考虑工作人员的通行以及检修等要求。在满足上述所有条件的情况下确定合理的宽度尺寸。通廊的高度取值应考虑人员的通过，净高一般不应低于2.2米，否则会让人觉得压抑。

2 钢结构通廊的受力分析

钢结胶带机通廊一般由廊身框架和支架组成。

廊身框架可以看作是一种由屋面、走道板、廊身两侧四个平面桁架组成的立体的桁架。这四榀桁架互为平面外的支撑，以保证平面外稳定。四个平面桁架与端部的平面框架相连。端部框架必须具有足够的刚度才能有效的传递荷载和承担四榀桁架支座的作用[2]。

作用在廊身上的荷载主要是竖向荷载和横向水平荷载。竖向荷载包括结构构件、胶带机设备本身及所运送矿石的自重，屋面积雪荷产生的荷载，走道板平面的活荷载，竖向地震作用等。竖向荷载经由屋面和走道板平面的梁板传递至两侧的竖向桁架，然后传递到两边的端部框架。垂直廊身的横向水平荷载有水平地震作用和风荷载，由屋面和走道板平面桁架传导给端部框架。纵向水平荷载（平行廊身）包括水平地震作用和设备运行时的动力荷载。纵向水平荷载由廊身的四榀桁架传递至端部框架。通常纵向水平荷载的数值都不大，计算时不用考虑。所有荷载最终由端部的平面框架传递至支架柱顶面，继而传给基础。

通廊的支架常见的是固定支架和单片支架。当建设场地的抗震设防烈度七度以下或通廊跨度不大时，通廊两端可直接支撑在两端相邻的建筑物上。

3 钢结构通廊构件的选择

通廊两侧的桁架：上下弦杆常采用由两个角钢组成的T形截面，也可采用H型钢。直腹杆和斜腹杆常采用两个角钢组成的组合截面。直腹杆一般采用十字形截面，斜腹杆一般采用T形截面。

通廊屋面的桁架：屋面梁可以起到直腹杆的作用，一般采用槽钢或H型钢。斜腹杆可采用角钢或张紧的十字交叉圆钢[3]。

通廊走道板水平桁架：走道板横梁与屋面梁相似，由于满铺钢板所以可不设支撑。

通廊端部框架：桁架两端的端部框架是四榀水平桁架的支点。应注意，端部框架要选择具有足够的刚度的，这样可以防止桁架由于水平荷载作用而发生扭转情形。端部框架常采用工字钢或H型钢。为了保证水平力能有效的传递，梁柱之间的连接必须采用刚接。

通廊支架：支架与计算单元内的通廊桁架构成纵向抗力体系。单片支架的框架柱根据高度的不同可选择H型钢或格构柱。选择H型钢柱时，柱的强轴应布置在支架平面外以保证框架的平面外稳定。为了方便施工，框架的梁柱节点一般采用铰接，支撑一般按压杆进行设计。斜支撑用选择角钢以方便连接。固定支架设计时用四柱框架，四个方向均要设置支撑。梁、柱和支撑的设置与单片支架基本相同。

4 桁架杆件设计计算

考虑受力及安装运输等因素，桁架的跨度一般取20m～30m，节间长度3m左右。中国建筑科学研究院所属建筑工程软件研究所研发的PKPM结构设计软件中STS模块可以进行桁架的计算。桁架可以布置成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。鉴于桁架的受力特点，设计腹杆时应做到：短杆受压，长杆受拉，这样就可以最大程度的发挥材料强度作用，进而减少材料用量。

构建桁架二维计算模型时，首先保证交叉的轴线相交于一点，各杆件要严格按柱布置，杆件形心沿轴线布置。注意，当条件满足“轴线变动小于较大弦杆截面高度的5%”时，设计时不用计算桁架弦杆的截面为变值因素作用。第二，桁架各节点按铰接计算。对采用节点板连接的桁架，如果杆件截面刚度较大而长度较小时，需酌情考虑由节点本身的刚性所引起的次弯矩。对于杆件截面尺寸，各杆件的允许长细比应符合国家现行规范的相应规定。利用计算软件计算桁架时，可不考虑横向风载的作用，而在确定各杆件截面时取比计算数值大5%～15%[4]，以此保证结构的安全性。

矿山选厂中的胶带机通廊的倾斜角度一般在10°左右的，走道板上应焊接防滑条或踏步以方便人员行走。竖向荷载应竖直向下的加在各节点上。廊身端部框架常竖直设置，这样可以减少水平力的产生，同时也方便廊身与支架的连接安装。

5 桁架的连接

设计钢结构胶带机通廊两端的支座形式时，通常在低点一端采用铰接支座，另一端采用滚轴支座。滚轴支座因为设有滚轴和长椭圆形孔，所以通廊可以沿长度方向伸长或收缩少许距离，以适应环境温度的变化。支座可以采用钢支座或橡胶支座。附图是钢支座的一种构造示意。钢支座的优点是耐用且传力比较符合设计上的理论，缺点是加工比较繁琐，安装要求严格。橡胶支座利用材料本身的特点，根据橡胶垫块薄厚的不同达到铰支座或滚动支座的作用。相比较而言，橡胶支座构造简单，容易维护。

弦杆、腹杆及支撑之间的连接可采用螺栓连接或焊接。对于板厚较厚的构件，在采用角接接头或T形接头时，应控制构件所用钢材的含硫量，或者选用强度级别较低的焊接材料，防止连接部位因构件收缩引起层状撕裂。

6 桁架的防腐

有色金属矿山选厂中的胶带机通廊所面临的防腐主要是积灰和雨水等潮湿空气对构件的腐蚀。因为桁架构件截面较小，板厚较薄，日常维护工作一般把预防放在首位。制定防腐措施时，从维修实际出发，根据项目所在地区实际气候条件制定相应检查和维护周期。设计钢结构节点时，一定避免设计易于积灰和潮湿的凹角、窝槽，同时各连接构件之间的净空不易小于120mm，这样方便日后维护。一般弦杆部位是桁架结构腐蚀性最为严重的部位，所以，日常维护过程中应加强对其的检查和维护力度，以提高维护效果。

7 结语

钢结构胶带机通廊的设计过程中，必须对使用设备的生产工艺，技术要求以及建设项目所在的具体场地条件有明确的了解。在设计中，要保证设备安装和运行所产生的荷载、人员操作的荷载、检修的荷载以及生产使用中皮带的实际张力与具体的使用情况相符合，防止漏算荷载。随着科技和经济的不断发展，钢结构胶带机通廊的设计必然会产生新的变化，采用新的工艺。设计者应经常关注相应变化，做到与时俱进。

[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]井玉国，孙婧.钢结构通廊的工程设计与应用[J].科技致富向导，2011，23.

[4]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.