钢结构通廊的工程设计与应用

钢结构通廊的工程设计与应用

发表时间：2019-08-03T09:33:20.877Z 来源：《建筑学研究前沿》2019年8期作者：付庆欣[导读] 并结合工程实例说明了钢结构通廊的工程设计中计算应注意的问题。

13043319820908xxxx 摘要：本文笔者介绍了钢结构通廊模型、受力特点，探讨了钢结构通廊的结构设计，并结合工程实例说明了钢结构通廊的工程设计中计算应注意的问题。

关键词：钢结构通廊；桁架结构设计；支架结构设计引言

通廊是冶金企业烧结、焦化、转炉等工艺中用于转运原料的通道，钢结构，是用钢板或型钢作为基本构件，根据使用要求，通过爆接或螺栓连接等方法，按照一定规律组成的承载结构。现在随着我国经济的飞速发展，我国钢产量近年来一直居世界前列，并且钢材品种众多，质量优良。钢结构通廊也随之涌现，钢结构通廊由于本身轻，钢材强度高，跨度大，可以合理利用场地。另外，由于钢结构通廊自重轻这一特点，其支架基础所需的承载力减少，可以大量节省基础工程费用，所以在工矿企业广泛采用。这样钢结构通廊的设计也成为现在的一大焦点，下面笔者就钢结构通廊的工程设计与应用进行了讨论。

1 钢结构通廊模型 1.1 通廊的基本类型

通廊有很多种不同的类型，根据不同的前提条件有不同种类。（1）根据工艺和气候条件的不同，可分为全封闭、半封闭和敞开式几种类型。（2）就通廊的结构形式而言，又可将其划分为混凝土结构、钢结构以及钢筋混凝土结构通廊 3 类。其中，钢筋混凝土结构形式，又可分为两种类型：一是半敞开式钢筋混凝土结构通廊；二是全封闭式钢筋混凝土结构通廊。此类通廊主要多运用砌体结构或是钢筋混凝土楼板等墙体。（3）根据皮带运输机支架荷载作用情况不同，可分为上承式和下承式。（4）随着运输物料具体要求的差异，或是地域差异，如要求通廊内保持恒温时，则可运用保温墙体作为通廊墙体。

1.2 钢结构通廊模型设计

在建立钢结构通廊模型时，若跨度＜ 15m，在通廊设计中，可运用钢筋混凝土大梁作为其主体；若跨度＞ 15m，在通廊的主体设计中，运用预应力混凝土大梁比较适宜。对于工业生产领域而言，半封闭式或全封闭式的桁架通廊（采用钢结构）因其屋面体系以及墙体的质量相对较轻，高度与跨度皆能满足其设计要求，施工方便，且还具有环保节能的优势，施工材料的回收利用率较高，相较于混凝土通廊而言更加实用且经济，是工业生产中常用的通廊类型。钢结构通廊系统由是由支架和廊身两部分组成的，在工程中布置通常有两种情况： 1.2.1 无须另设支架

如果通廊具有较大的刚度，而且有转运站设置于计算单元之中时，通廊系统不再另外设置支架，可直接以转运站为其固定支架；如果在地面与计算单元的最低端进行连接的情况下，此时亦可不再单设支架，而直接以地面为其固定支点。

1.2.2 单独设置

固定支架钢结构通廊本体结构通常有桁架、端部刚架、检修走台及走道板、过跨桥、墙面及屋面檀条、压型钢板、上弦水平支撑、下弦水平支撑、垂直支撑等构件组成。钢结构支架分别设置为固定支架和中间支架。

2 钢结构桁架通廊的受力分析

桁架结构是由一些杆轴交于一点的工程结构抽象简化而成，钢结构桁架式通廊廊身可以看作是一种立体桁架，廊身由两侧的两榀竖向平面桁架、屋面平面桁架、走道板平面桁架、端部平面框架组成，端部框架可以看作四榀桁架的支座。受力时四榀桁架互为平面外的支撑点保证每榀桁架的平面外稳定，每架单独受力分析时均可以看作平面桁架，端部的框架依靠四榀平面桁架的支撑保证平面外的稳定。端部的框架受力分析时可以看作平面框架。廊身一般落在钢支架上，7 度以下地区，通廊的两端廊身也可直接落在其他构筑物（如转运站等）上，荷载也直接传给该构筑物。当通廊长度较小，中间不需要支架支撑时可以将通廊两端直接落在钢梁上，钢梁落在构筑物（如转运站等）牛腿上，荷载通过牛腿传给柱子，然后传到构筑物基础上[4]。

3 钢结构通廊的结构设计 3.1 通廊空间桁架结构设计

在桁架结构设计实践中，关键在于明确比较适合的桁架结构型式，为此，可通过对荷载作用一致下各桁架结构型式的杆件内力实施对比分析，以优选出合适的机构形式。经对比分析发现，若通廊廊身跨度＞ 12m，则多采用上承式桁架结构或是下承式桁架结构。作为通廊的支撑结构，支架主要有两种类型：双片固定支架以及单片铰接支架；其间距通常保持在 19～ 21m，且通廊桁架与支架共同组成纵向的抗体结构。此外，由于场地的具体差异，例如，在实际中必须要跨越某些建筑结构等，桁架结构形式的最大跨度也会更大（＞ 60m）。

3.2 通廊支架结构设计

通廊支架设计是一项很重要的工作，通常而言，垂直与水平荷载均由通廊支架承受。同时，通廊的固定支架承载在设备布置过程中产生的竖向荷载。而且，在绝大多数情况下，为保障钢桁架结构通廊结构稳定性，在设置输送机通廊支架（多跨带式）的过程中，必须要设计四柱式的支架，并可运用 H 型钢、工字钢或热轧型钢等作为柱式支架的柱肢。四柱式支架设计完成之后，可将其设置于柱顶标高稍低的位置，此外还可设计二柱式的固定支架，使四柱式与儿柱式支架配合使用。

4 工程实例

本文选取一矿厂的矿石运送专用通廊为工程实例，该通廊长度总计 215m，高度在 20 ～ 30m。结合该通廊工程工艺设计要求，这一通廊的主要功能在于协助胶带运输机工作，基于此，在设计中，通廊宽度要在与胶带运输机要求相适应的基础上，还需预留一定的宽度以用于设备检修或将其作为人行通道。

4.1 理论结构模型

在实际工程中，为了全面降低不良情况的产生概率，以上述的通廊结构设计方案为参考，在实际应用中，具体卡可从如下方面着手操作：

4.1.1 明确计算单元

在计算单元的划分过程中，为了全面提高通廊受力的合理性，可将通廊进行区段划分，如以每 100m 作为一个温度区段，并将这一区段作为一个计算单元，在划分完成后，须在各单元之间进行温度缝设置。

4.1.2 合理实施计算

模型的处理，且保障连接构造的合理性通廊的钢支架柱脚要与地面进行铰接，而且通廊的钢支架顶端与其竖向钢桁架为铰接，进而确保构造的理论结构模型与实际结构相符合；

4.1.3 确保荷载的准确性

通廊荷载考虑要充分，如通廊结构本身的自重，除此之外，还有走道平面承受的设备荷载及其自身的活荷载，屋面的积灰荷载以及吊挂荷载、地震荷载等，综合考虑各类荷载，确保荷载的准确性。通廊的结构模型构造中，其竖向受力构件可采用通廊的钢桁架来受力，并以地面的实际情况对该受力构件进行跨度的调整，并确保其跨度在 25 ～ 30m 的范围之内，据此对固定支架的位置进行合理地确定。同时，对于通廊的横向荷载以及在外力作用下产生的荷载，如地震荷载、风荷载等，主要以上弦与下弦水平支撑为主要载体，将这些外力与水平荷载传送到端部钢架，在以此端部钢架为传递渠道，最终将其传递到支架顶端。而通廊的墙面、屋面等荷载则主要以钢桁架作为荷载承载的受力结构，也通过支架与两端钢桁架的铰接实现竖向荷载的转移，最终使支架顶端作为横向、纵向等荷载的主要承载结构。此外，尽量设置固定支架于每一温度区段的中部位置，而其他支架均不承担弯矩，设置成单片活动支架，并将各温度区段两端设置成滑动端，这样就使纵向荷载大幅减轻。

4.2 节点设计及构造处理

4.2.1 单片活动支架处理

在处理实践中，活动支架的顶端为格构式横梁，水平桁架主要运用 H 型钢为主要组成部分，并加设支撑构成。同时，以螺栓为连接载体，在横梁上部连接垂直钢桁架柱脚，并以平板支座等为主要的连接载体实现基础与支架底部的铰接。

4.2.2 垂直钢桁架的节点设计

在计算过程中，主要运用“节点板 + 焊接”的方式对受力构件——垂直钢桁架接电进行处理，因此，须严格对焊缝的长度进控制，并确保杆件内力计算的准确性。同时，还需精确计算杆件的用钢量，确保杆件选择的合理性。再次，在设计过程中，设置有水平支撑于各个节点之中，可确保杆件内外平面计算长度的一致性，此时，就须将直腹杆承受的风荷载考虑在内，运用角钢作为杆件，以抵抗水平风荷载，利于施工。

4.2.3 钢桁架端部的节点处理

就计算模型而言，为使刚架（钢桁架端部）的刚度充分，其选择过程中，应选用轧制H型钢作为该刚架的横梁以及立柱，上下部节点分别采用刚接与铰接的方式。

5 钢结构通廊的维护

对于钢结构的通廊而言，在其维护过程中，防腐是主要的内容。在防腐过程中，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。对于钢结构构件而言，通常其杆件以及水平构件、各构件之间的节点等，腐蚀性最强，纵向构件具有的腐烛性最轻；而对于枏架结构而言，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，综合分析腐烛性严重部位，提高维护效果。

6 结语

随着钢结构应用的不断深入和发展，施工和设计队伍对钢结构认识水平的提高，以及配套技术发展，其造价将逐步降低，钢结构将在我国结构工程领域占据其应有的地位。

参考文献

[1]归衡石.胶带机通廊支架设计中几个纵向力的问题[J].特种结构，2004，21（02）.

[2]陈绍元，杨丹.通廊转运站结构减振分析[J].武汉理工大学学报，2007，2（07）.

[3]路峰.运输通廊钢结构的设计[J].矿业工程，2008（02）.

[4]付裕.钢结构桁架式通廊设计优化与工程应用[J].山东大学，2012（03）