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摘要：桁架在工业通廊结构设计中较为常见，但对于米字形桁架应用于通廊结构设计的工程一般较少接触，笔者结合某工程高炉返料系统主胶带机通廊的设计过程，通过各种形式桁架结构的比较分析，介绍了米字形桁架在大跨度双层通廊设计应用过程中的经验。
关键词：米字形桁架；双层；大跨度；纵向水平力
1 引言
桁架主要是轴心受力构件（拉杆和压杆）组成的的格构式扩大构件，用以承受竖向荷载和跨越较大的空间，当跨度较大采用实腹式受弯构件造成多费钢材时，就需采用桁架。目前工业项目自动化程度逐步提高，工程项目规模越来越大，尤其是工业项目中，为满足工艺及空间利用的要求，钢结构桁架的应用就更为广泛。笔者结合某工程高炉返料系统主胶带机通廊的设计过程，对双层通廊大跨度桁架的优化设计，介绍自己的处理方法。
图1如下：
2 工程概况
本工程为某工程高炉返料系统主胶带机通廊，此通廊是上双下单胶带机两层合体、部分变坡分叉通廊。图1为本通廊立面图。通廊总水平长度为281.262米，其中双层水平段下设第1~5支架，从ZY7转运站至第5支架共长188米，其下层胶带机桥面标高17.1米，上层胶带机桥面标高20.1米，双层合并形成高为6米的米字形桁架通廊；分叉段下设了第6、7支架，下层单胶带机通廊从第5支架开始作8.6°下放坡穿过第6、7支架中节间至FL5#转运站共长为81.11米，上层双胶带机通廊从第5支架至ZY8转运站共长为93.262米。双层合体通廊第一跨左侧支承于ZY7转运站钢托梁上，右侧支于第1支架，本跨通廊桁架跨度48米。第二~五跨桁架分别支于第1~5支架上，其跨度均为30米；而通廊断面也比较高，为6.8m×（3+3）m（宽×高）。通廊桁架若采用普通形式桁架结构造成杆件过大，节点施工易产生偏心受力不利，刚度也较差，不经济，所以不太合理。但我们进行了比较分析发现，通廊每跨长度和截面高度均为3m的模数，我们很自然的想到采用米字形桁架，杆件长度比较一致，工艺空间要求也满足，节点处理简单统一，桁架超静定约束多，承载力更大，抗震性能更好，受力更均匀，桁架刚度大，且用钢量也较少。通廊维护为半封闭结构采用C型檩条加0.6厚YX28-205-820压型钢板。图2为双层合体通廊第一跨两种桁架截面内力图，图3为双层合体桁架横断面图。
由于本通廊长达281.262米，构造上需要设置变形缝，除了两端建筑外，与两端建筑分开的通廊区段中的支架也需要考虑通廊纵向水平力。此纵向力包括：由于通廊支架约束了通廊纵向温度变形而受到的约束反力；由于胶带机运行中提升材料时的运行阻力等造成的纵向拉力和由于地震产生的纵向地震力。由于现场场地复杂，又靠近陡峭的山体边，沿线基础又有上下各种管线需要避让，同时还需保证山边排洪沟施工期间不影响泄洪，设计起来就考虑的因素就非常多。这就需要根据现场情况，按照力学原理及合理的空间布局布置支架。通廊双层较重，且桥面高，若采用单片支架，支架支腿截面过大，不合适。考虑使结构受力明确、计算合理、且也安全稳定等因素，本通廊各支架均采用交叉腹杆四肢腿固定支架。通廊在每支架间均设一变形缝，桁架一端为固定，另一端设滚动支座（支座反力的水平摩擦系数取0.1）。每个支架及建筑所受纵向水平力各自分担，对温度变形产生的约束反力而言，因支架间距相等或相近，各段纵向水平力也就相互平衡掉了，这样实际考虑水平力减少了且都不大，就很好解决了纵向水平力的问题。
本工程计算时荷载取值如下（均为标准值）：
屋面积灰荷载：0.5KN/m2（原料场区域）；屋面雪荷载：0.65KN/m2；基本风压：0.4KN/m2，按距地面20米高计算；通廊桥面活荷载：2.5KN/m2（走道），0.7 KN/m2（皮带下）；屋面按不上人屋面考虑活荷载0.5 KN/m2；通廊内平台恒荷载：1.2KN/m2；屋面恒荷载：0.5KN/m2；墙体恒荷载：0.35KN/m。
桁架设计时，高度取跨度的1/10～1/14，跨度越大时，比值可取小些，本工程中，工艺要求高度为净空高度2.5+2.5米，为保证通廊刚度及挠度较高要求经结构调整为3+3米，取跨度的1/8左右。
图2如下：
内力分析时，假定所有荷载均通过次梁传递至桁架节点上，各杆件轴线在节点处都能相交于一点，所有杆件均是等截面直杆，所有节点均为理想铰接。上述假设在实际工程中除理想铰接点与实际构造有出入外，一般都能通过结构布置和施工要求控制实现。经分析：当杆件为H形和箱型等刚度较大的截面，且在桁架平面内的杆件截面高度与其节点中心间的几何长度之比大于1/10（对弦杆）或1/5（对腹杆）时，因节点刚性引起的次弯矩才应予以考虑。本例中，弦杆、腹杆均未考虑次弯矩的影响。腹杆布置时，使长腹杆受拉，短腹杆受压，斜腹杆的倾角控制在35o～55o，目的是减小腹杆的截面积。根据内力及构造要求选择上、中、下弦杆，分别为HW300X300X10X15（Q345B）、HN300X150X6.5X9（Q235B）、HW300X300X10X15（Q345B）。其他杆件截面详见图2.
通廊为封闭式钢桁架通廊。通廊桁架为下承式平行弦结构，一般情况上弦用Q235B双角钢，下弦用Q345B H型钢，支座处斜腹杆按压杆设计，其他腹杆据其所受内力按拉杆或压杆设计。通廊端部设门式刚架式结构，刚架的下部桥面连接钢梁两端按铰接设计。桥面不设水平支撑。通廊超过150m时设置一个固定支架，长度大于180m应设置缝宽不小于130mm的伸缩缝。通廊托梁要采取措施与框架柱和牛腿有可靠的连接以保证梁的抗扭的稳定。通廊中间支架下端与基础用螺栓连接并设抗剪件，计算可按上下端铰接计算，支架平面外计算长度系数μ=1.25，长细比λ=150。
为能既经济又合理地进行设计，笔者反复的布置方案建模计算，考虑到各种工况的不利因素，并三维建模复核计算通廊桁架内力分布的正确性，最终顺利完成此非常规通廊的设计任务。
参考文献
[1] YB4358-2013《冶金企业胶带机钢通廊设计规范》
[2] GB50011-2010《建筑抗震设计规范》
[3] GB50009-2012《建筑结构荷载规范》
[4] GB50017-2003《钢结构结构设计规范》
论文作者:丁高龙
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2018年第10期
论文发表时间:2018/8/23
标签：桁架论文; 支架论文; 荷载论文; 截面论文; 纵向论文; 水平论文; 节点论文; 《建筑学研究前沿》2018年第10期论文;