钢结构通廊的计算与设计

钢结构通廊的计算与设计

[摘要] 随着我国社会经济的快速发展，重视钢结构通廊的计算与设计具有重要的意义。本文主要探讨钢结构通廊的计算与设计，从中得到了一些体会。

[关键词] 钢结构通廊计算设计受力

引言

近年来，我国的工业迅速发展、规模快速扩大钢铁、有色金属、矿山、煤炭、水泥等行业工厂内的运输量愈来愈大．像各类矿石、煤炭、球团等在生产过程的运输采用汽车等运输机器难以保证生产的大量连续需要，运输成本也很大。连续运输的机械化设备(皮带、管带等)不仅能保证连续足量供应、成本低廉，还能实现自动化控制。机械化运输的效益愈发体现的应用也愈来愈广泛，规模愈来愈大，输送高度也更高。过去，此类通廊往往采用钢筋混凝土支架、砖混廊身结构，其自重大，廊身跨度较小．占用场地较多。随着我国钢铁工业的迅速发展．皮带通廊正逐渐过渡为钢结构。

1、钢结构通廊的受力分析

钢结构通廊通常由廊身、支架组成。廊身一般可以简化成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．端部框架可以看做四榀桁架的支座。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，端部的框架受力分析时可以看做平面框架。廊身一般落在钢支架上，七度以下地区．通廊的两端廊身也可直接落在其它构筑物(如转运站等)上．荷载也直接传给该构筑物。

廊身的各类竖向荷载(主要是各类重力荷载)通过屋面梁板和走道梁板传给竖向桁架．竖向桁架通过各弦腹杆的拉压受力将竖向荷载传给端部框架．作为端部框架的竖向荷载G1、G2。垂直廊身的横向水平荷载(主要是风荷载和地震荷载)通过廊身两侧的竖向梁板传给上下的屋面平面桁架、走道板平面桁架，屋面平面桁架、走道板平面桁架各弦腹杆的拉压受力将横向水平荷载传给端部框架．作为端部框架的水平荷载v1、v2 平行廊身的纵向水平荷载(主要是地震荷载和设备运行荷载)一般较小．通过廊身的四榀桁架各弦腹杆的拉压受力直接传至端部框架的支座处水平力v3．一般直接传给固定支架．端部框架受力分析时一般可以不考虑纵向水平荷载的影响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G1或G2和横向水平荷载v1、v2传至支架柱顶面为了人员设备的通行．端部框架一般无法设置支撑．只能做成平面纯框架，受力特性为受弯和压弯，材料性能难以充分利用．但端部框架占钢材比例较小。通过廊身结构的受力分析

可以看出．除了端部框架，廊身的主要结构构件可以简化为平面桁架．主要受力特性均为轴向力，材料性能得到充分利用，但廊身的单个构件设计受力分析时还应适当考虑具体杆件的弯矩．特别是走道板的直腹杆．同时兼做走道板的横梁，承受设备和人员的竖向荷载．弯矩较大．不能忽略通廊支架柱可以分为单片支架和固定支架．单片支架只承受竖向荷载G1或G2和横向水平荷载V1、V2。同定支架除r承受G1或G2和v1、v2以外．还承受纵向水平荷载v3 廊身的竖向荷载通过的端部框架直接传给通廊支架．横向水平荷载作为廊身的竖向抗侧力构件将荷载传至支架柱顶面，纵向水平荷载通过廊身传给固定支架通常．单片支架一般设计成平面框架一支撑结构形式．同定支架设计成四柱框架一支撑结构形式，竖向力由柱直接传给柱基础．水平力通过支撑结构传至柱基础，这里的柱与支撑的受力同平面桁架相同．结构构件主要受力特性均为轴向力．材料性能得到充分利用。

2．钢结构通廊的构件选择

根据各构件的受力特点．结合节点构造和施工便利．皮带机通廊的构件一般采取热轧型钢廊身构件的选择：廊身侧桁架，上弦杆主要作为压杆．一般采用宽翼缘H型钢：下弦杆主要作为拉杆．一般采用窄翼缘或中翼缘H型钢；直腹杆和斜腹杆一般均采用双角钢组合截面廊身屋面水平桁架．屋面梁兼做直腹杆按压弯考虑．一般采用槽钢或窄翼缘H型钢．斜腹杆受力较小．一般采用张紧的十字交叉圆钢。廊身走道板水平桁架．走道板横梁兼做直腹杆按压弯考虑，一般采用槽钢或窄翼缘H型钢．斜腹杆受力较小．一般采用张紧的十字交叉圆钢．满铺钢板时十字交叉圆钢可以取消．这时整个走道板在承受横向水平荷载时可以认为是一个薄腹钢梁．两侧H型钢可以看做薄腹钢梁的翼缘．走道铺板和走道板横梁看做薄腹钢梁的腹板。端部框架通过框架梁柱的受弯传递水平力，一般梁柱均采用窄翼缘或中翼缘H型钢．柱脚可采用铰接．梁柱连接必须采用刚接．以保证水平力有效的传递支架构件的选择：单片支架一般为框架一支撑结构．由于平面外没有支撑点．框架柱一般采用窄翼缘H型钢．H型柱强轴用在平面外保证平面外的稳定．H型柱弱轴用在平面内，梁柱节点一般采用铰接．巾于带支撑的框架梁弯矩很小．一般按压杆设计．可选用宽翼缘H型钢或角钢组合截面．斜支撑一般采用角钢方便连接。定支架一般为四柱框架一支撑结构．由于四个方向均设支撑．框架柱可采用小规格的宽翼缘H型钢或角钢．梁柱节点一般采用铰接．由于带支撑的框架梁弯矩很小，一般按压杆设计．可选用宽翼缘H型钢或角钢组合截面．斜支撑一般采用角钢方便连接。

3、截面型式的选择

3.1弦杆、水平桁架直腹杆、竖向桁架端竖杆的选择

由于竖向桁架下弦及水平桁架直腹杆有较大节间荷载，杆件承受弯矩，同时也为减少焊接量，提高施工速度，推广新型建材- 国产热轧H 型钢，弦杆、水平桁架直腹杆均采用了国产热轧H 型钢，为了提高通廊端部的刚度，竖向桁架的端竖杆也采用了H 型钢。

3.2其余腹杆的选择

由于钢结构通廊桁架的特殊性，其所有杆件的平面内、平面外的几何长度相等，由表一可知，支座斜腹杆的平面内、外的计算长度相等loy=l0x，为满足杆件两个主轴方向的长细比相等（对压杆来说，则意味着，杆件在两个主轴方向等稳定），所选择截面必须具备iy=ix，我采用了两个不等边角钢以长边相连的T 形截面；对于其余腹杆，由于loy=1.25l0x，在设计中采用了二等边角钢组成的T 形截面。

4、杆件计算长度与容许长细比

4.1杆件计算长度的确定：

杆件的计算长度按《钢结构设计规范》（GB50017-2003）表5.3.1 取定,因为通廊每一节点均有侧向支撑，因此平面内外几何长度相等。

4.2桁架杆件的容许长细比：

杆件的容许长细比按《钢结构设计规范》（GB50017-2003）表5.3.8 确定。在确定长细比时，要注意个别拉杆在活荷载组合时可能由拉杆变为压杆, 此时要注意其压力值的大小，若压应力小于或等于其承载力的5 0 % 时，其容许长细比为2 0 0，否则容许长细比取150

5、杆件设计计算

在杆件的设计计算时，我注意了以下几个方面的问题：

5.1无节间荷载作用的桁架杆件，如通廊桁架的所有斜腹杆，竖向桁架的上弦杆，均按轴心受力构件计算；有节间荷载作用的杆件，如通廊桁架的所有竖( 直) 腹杆，竖向桁架的下弦杆，均按拉弯或压弯构件来计算，计算方法与柱子相同。

5.2用填板连接而成的双角钢，可按实腹式构件计算，但填板间的距离对受拉构件不应超过8 0 i，对受压构件不应超过4 0 i，且两个侧向支撑点之间的填板数不得少于两个，其中，i 为单根角钢截面回转半径。

5.3桁架杆件的重心线应尽可能在节点处交于一点，否则应考虑偏心的影响。对H 型钢等截面刚度较大的杆件，当弦杆在桁架平面内的截面高度与其几何长度（节点中心间的距离）之比大于1 / 1 0 时或腹杆的截面高度与其几何长度之比大于1 / 1 5 时，应按杆端刚接考虑计算内力，并考虑节点刚接次弯矩验算截面强度。4 、当荷载作用于节间时，应考虑节间弯矩，可先把节间荷载分配在相邻的两个节点上，按节点荷载求出各杆件的轴心力，然后计算节间荷载引起的局部弯矩。在本桁架的设计中，我按上述原则进行荷载的分配、确定杆端约束