钢栈桥空间结构设计
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采用 SAP2000 有限元软件，施加恒荷载、活荷载、风荷 载三种荷载，对恒活基本组合（ 1. 2 × 恒 + 1. 4 × 活） 、恒风组 合（ 1. 2 × 恒 + 1. 4 × 风） 、恒活风组合（ 1. 2 × 恒 + 1. 4 × 活 + 0. 84 × 风） 三种组合工况下栈桥的受力进行了分析研究。
该工程框口柱采用 HW250mm × 250mm，截面面积 为
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设计技术
煤炭工程
2012 年 10 月
9143mm2 ，强轴截面抵抗矩为 855000mm3 ，框口柱取其分界 可以判断传统设计是安全的。
线处截面为控制截面，依据钢结构规范压弯构件强度计算 公式（ 1） 进行计算，计算结果见表 2。从表 2 应力结果来
3. 2 风荷载工况分析
风荷载工况下栈桥各个杆件轴力图如图 6 所示，从图 6 中可以看出，栈桥上下面的水平支撑桁架体系，承受水平 风荷载。桁架上下弦杆最大轴力达 50kN ，对弦杆的应力有 一定的贡献，设计时应予以考虑，采用 STS 平面桁架体系 计算时，宜合理控制上下弦杆件的应力比，保证结构在恒 荷载、活荷载、风荷载同时作用结构的稳定。
关键词： 框口柱； 桁架； 钢栈桥空间结构； 分析设计 中图分类号： U442. 5 文献标识码： B 文章编号： 1671 － 0959（ 2012） S2-0072-03
栈桥是工业建筑中一种常用的结构形式，作为运输系统 的重要组成部分，承担着运送原料和成品的任务。随着材料 的创新、科技的发展，钢栈桥在大跨度运输系统中的应用随 之愈加广泛。钢栈桥由桁架、门型钢架构成主受力体系，采 用轻型结构进行维护。论文根据新疆天池能源有限公司准东 大井矿区南露天煤矿栈桥工程中框口柱（ 即门型钢架柱、桁 架） 的受力问题作如下探讨。
1 工程概况
新疆天池能源有限公司准东大井矿区南露天煤矿栈桥有 两榀竖向桁架、上下水平支撑桁架、两榀门型钢架组成受力 体系，栈桥的横断面如图 1 所示。栈桥跨度为 23. 05m，斜长 23. 933m。从经济指标控制，栈桥的高跨比宜为 1 /12 ～ 1 /10， 即主要受力桁架的高度为 1. 920 ～ 2. 300m，该工程由工艺的 净高要求，桁架高度定为 3. 000m。
公司研发的 PKPM 系列软件的 STS 钢结构软件对栈桥中的 桁架体系、门型钢架体系分别进行平面结构分析设计。STS 模型输入时应将桁架两头的节点包括桁架下的支座杆均设 置为铰接联系，否则计算内力有误。实际栈桥桁架的简化 模型如图 2 所示，桁架下弦杆与框口柱的连接为半铰，不 能完全按铰接进行分析设计。论文采用 SAP2000 通用有限 元软件，对栈桥进行空间建模分析。
N An
± Mx γx Wnx
±
My γy Wny
≤
f
（ 1）
看，框口柱应力均满足承载力极限状态的应力要求。由此，
收稿日期： 2012 － 08 － 20 作者简介： 金 松（ 1984 － ） ，男，辽宁鞍山人，硕士研究生，2010 年毕业于沈阳建筑大学结构工程专业，现在中煤国
际工程集团沈阳设计研究院建筑二所从事建筑结构设计工作。
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2012 年 10 月
煤炭工程
设计技术
图 3 栈桥整体三维视图
3 结构分析
2. 2 施加荷载
屋面恒荷载 取 1. 0kN / m2 ，活 荷 载 取 0. 5kN / m2 ； 楼 面 恒荷载取 4. 0kN / m2 ，活 荷 载 取 3. 5kN / m2 。栈 桥 的 节 间 宽 度为 2. 5m，则可以计算梁上均布荷载，屋面梁上恒载 为 2. 5kN / m，活载 为 1. 25kN / m； 楼 面 梁 上 恒 载 为 10kN / m， 活载为 8. 75kN / m。风荷载按照一侧受压一侧受拉的单向荷 载考虑，风 压 力 每 个 节 点 为 4. 2kN，风 吸 力 每 个 节 点 为 2. 6kN。
风荷载工况下 Mx 弯矩图如图 7 所示，Mx 符合右手定 则，为 yz 面内弯矩，风荷载对 My 向弯矩影响较小。
3. 3 组合工况杆件内力分析
对恒活基本组合、恒风组合、恒活风组合三种工况下，
栈桥的受力情况进行了分析统计，上弦杆、下弦杆、斜腹 杆以及框口柱的最大内力具体见表 1。
框口处上下梁均与框口柱刚接，从图 7 中可以看出， 框口柱的 Mx 弯矩在楼面梁处发生改变，以此处为分界线， 弯矩方向变化，与理论受力简图相符。框口柱设计时，应 取最大绝对值的弯矩进行计算。框口处上下梁之间的框口 柱仅承受屋面半个节间的载荷，轴力较小，分析中未予以 考虑。
3. 1 恒荷载工况分析
在恒活基本组合工况下，栈桥各个杆件的轴力图如图 4 所示，从图 4 中可以看出，桁架的受力趋势合理，设计合 理。在恒活基本组合工况下，Mx 弯矩图如图 5 所示，Mx 符合右手定则，为 yz 面内弯矩，从图 5 中可以看出，整体 结构的受力符合简支梁、刚接梁的弯矩图。
图 4 恒活基本组合轴力图设计技术源自煤炭工程2012 年 10 月
钢栈桥空间结构分析设计
金松
（ 中煤国际工程集团 沈阳设计研究院，辽宁 沈阳 110015）
摘 要： 根据栈桥结构的工程特点，依托新疆天池能源有限公司准东大井矿区南露天煤矿栈 桥工程，采用通用有限元软件 SAP2000 对栈桥结构进行空间模拟分析，与传统的结构设计对比， 分析研究框口柱、桁架的受力性能。研究了风荷载对栈桥桁架弦杆的应力贡献情况，明确了框口 柱在恒荷载、活荷载、风荷载综合作用下的受力状态，为今后栈桥的结构设计提供有力的依据。
图 2 实际简化模型
图 1 栈桥横断剖视图 （ mm）
设计荷载基本信息： 基本风压 0. 85kN / m2 ； 基本雪压 0. 20kN / m2 ； 楼面活荷载 3. 50kN / m2 。
2 建立分析模型
传统设计采用中国建筑科学研究院建研科技股份有限
2. 1 建立模型
采用线单元模拟栈桥中各个杆件。模型由前后两榀桁 架、端部两榀门型刚架、上下两榀水平支撑桁架构成，并 设置隅撑连接桁架竖杆与上部钢梁，以保证栈桥结构的空 间整体稳定，如图 3 所示。
该工程框口柱采用 HW250mm × 250mm，截面面积 为
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设计技术
煤炭工程
2012 年 10 月
9143mm2 ，强轴截面抵抗矩为 855000mm3 ，框口柱取其分界 可以判断传统设计是安全的。
线处截面为控制截面，依据钢结构规范压弯构件强度计算 公式（ 1） 进行计算，计算结果见表 2。从表 2 应力结果来
3. 2 风荷载工况分析
风荷载工况下栈桥各个杆件轴力图如图 6 所示，从图 6 中可以看出，栈桥上下面的水平支撑桁架体系，承受水平 风荷载。桁架上下弦杆最大轴力达 50kN ，对弦杆的应力有 一定的贡献，设计时应予以考虑，采用 STS 平面桁架体系 计算时，宜合理控制上下弦杆件的应力比，保证结构在恒 荷载、活荷载、风荷载同时作用结构的稳定。
关键词： 框口柱； 桁架； 钢栈桥空间结构； 分析设计 中图分类号： U442. 5 文献标识码： B 文章编号： 1671 － 0959（ 2012） S2-0072-03
栈桥是工业建筑中一种常用的结构形式，作为运输系统 的重要组成部分，承担着运送原料和成品的任务。随着材料 的创新、科技的发展，钢栈桥在大跨度运输系统中的应用随 之愈加广泛。钢栈桥由桁架、门型钢架构成主受力体系，采 用轻型结构进行维护。论文根据新疆天池能源有限公司准东 大井矿区南露天煤矿栈桥工程中框口柱（ 即门型钢架柱、桁 架） 的受力问题作如下探讨。
1 工程概况
新疆天池能源有限公司准东大井矿区南露天煤矿栈桥有 两榀竖向桁架、上下水平支撑桁架、两榀门型钢架组成受力 体系，栈桥的横断面如图 1 所示。栈桥跨度为 23. 05m，斜长 23. 933m。从经济指标控制，栈桥的高跨比宜为 1 /12 ～ 1 /10， 即主要受力桁架的高度为 1. 920 ～ 2. 300m，该工程由工艺的 净高要求，桁架高度定为 3. 000m。
公司研发的 PKPM 系列软件的 STS 钢结构软件对栈桥中的 桁架体系、门型钢架体系分别进行平面结构分析设计。STS 模型输入时应将桁架两头的节点包括桁架下的支座杆均设 置为铰接联系，否则计算内力有误。实际栈桥桁架的简化 模型如图 2 所示，桁架下弦杆与框口柱的连接为半铰，不 能完全按铰接进行分析设计。论文采用 SAP2000 通用有限 元软件，对栈桥进行空间建模分析。
N An
± Mx γx Wnx
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My γy Wny
≤
f
（ 1）
看，框口柱应力均满足承载力极限状态的应力要求。由此，
收稿日期： 2012 － 08 － 20 作者简介： 金 松（ 1984 － ） ，男，辽宁鞍山人，硕士研究生，2010 年毕业于沈阳建筑大学结构工程专业，现在中煤国
际工程集团沈阳设计研究院建筑二所从事建筑结构设计工作。
72
2012 年 10 月
煤炭工程
设计技术
图 3 栈桥整体三维视图
3 结构分析
2. 2 施加荷载
屋面恒荷载 取 1. 0kN / m2 ，活 荷 载 取 0. 5kN / m2 ； 楼 面 恒荷载取 4. 0kN / m2 ，活 荷 载 取 3. 5kN / m2 。栈 桥 的 节 间 宽 度为 2. 5m，则可以计算梁上均布荷载，屋面梁上恒载 为 2. 5kN / m，活载 为 1. 25kN / m； 楼 面 梁 上 恒 载 为 10kN / m， 活载为 8. 75kN / m。风荷载按照一侧受压一侧受拉的单向荷 载考虑，风 压 力 每 个 节 点 为 4. 2kN，风 吸 力 每 个 节 点 为 2. 6kN。
风荷载工况下 Mx 弯矩图如图 7 所示，Mx 符合右手定 则，为 yz 面内弯矩，风荷载对 My 向弯矩影响较小。
3. 3 组合工况杆件内力分析
对恒活基本组合、恒风组合、恒活风组合三种工况下，
栈桥的受力情况进行了分析统计，上弦杆、下弦杆、斜腹 杆以及框口柱的最大内力具体见表 1。
框口处上下梁均与框口柱刚接，从图 7 中可以看出， 框口柱的 Mx 弯矩在楼面梁处发生改变，以此处为分界线， 弯矩方向变化，与理论受力简图相符。框口柱设计时，应 取最大绝对值的弯矩进行计算。框口处上下梁之间的框口 柱仅承受屋面半个节间的载荷，轴力较小，分析中未予以 考虑。
3. 1 恒荷载工况分析
在恒活基本组合工况下，栈桥各个杆件的轴力图如图 4 所示，从图 4 中可以看出，桁架的受力趋势合理，设计合 理。在恒活基本组合工况下，Mx 弯矩图如图 5 所示，Mx 符合右手定则，为 yz 面内弯矩，从图 5 中可以看出，整体 结构的受力符合简支梁、刚接梁的弯矩图。
图 4 恒活基本组合轴力图设计技术源自煤炭工程2012 年 10 月
钢栈桥空间结构分析设计
金松
（ 中煤国际工程集团 沈阳设计研究院，辽宁 沈阳 110015）
摘 要： 根据栈桥结构的工程特点，依托新疆天池能源有限公司准东大井矿区南露天煤矿栈 桥工程，采用通用有限元软件 SAP2000 对栈桥结构进行空间模拟分析，与传统的结构设计对比， 分析研究框口柱、桁架的受力性能。研究了风荷载对栈桥桁架弦杆的应力贡献情况，明确了框口 柱在恒荷载、活荷载、风荷载综合作用下的受力状态，为今后栈桥的结构设计提供有力的依据。
图 2 实际简化模型
图 1 栈桥横断剖视图 （ mm）
设计荷载基本信息： 基本风压 0. 85kN / m2 ； 基本雪压 0. 20kN / m2 ； 楼面活荷载 3. 50kN / m2 。
2 建立分析模型
传统设计采用中国建筑科学研究院建研科技股份有限
2. 1 建立模型
采用线单元模拟栈桥中各个杆件。模型由前后两榀桁 架、端部两榀门型刚架、上下两榀水平支撑桁架构成，并 设置隅撑连接桁架竖杆与上部钢梁，以保证栈桥结构的空 间整体稳定，如图 3 所示。