鋼結(jié)構(gòu)通廊的計算與設(shè)計

鋼結(jié)構(gòu)通廊的計算與設(shè)計引言近年來，我國的工業(yè)迅速發(fā)展、規(guī)?？焖贁U大鋼鐵、有色金屬、礦山、煤炭、水泥等行業(yè)工廠內(nèi)的運輸量愈來愈大．像各類礦石、煤炭、球團等在生產(chǎn)過程的運輸采用汽車等運輸機器難以保證生產(chǎn)的大量連續(xù)需要，運輸成本也很大。連續(xù)運輸?shù)臋C械化設(shè)備(皮帶、管帶等)不僅能保證連續(xù)足量供應(yīng)、成本低廉，還能實現(xiàn)自動化控制。機械化運輸?shù)男б嬗l(fā)體現(xiàn)的應(yīng)用也愈來愈廣泛，規(guī)模愈來愈大，輸送高度也更高。過去，此類通廊往往采用鋼筋混凝土支架、磚混廊身結(jié)構(gòu)，其自重大，廊身跨度較?。加脠龅剌^多。隨著我國鋼鐵工業(yè)的迅速發(fā)展．皮帶通廊正逐漸過渡為鋼結(jié)構(gòu)。1、鋼結(jié)構(gòu)通廊的受力分析鋼結(jié)構(gòu)通廊通常由廊身、支架組成。廊身一般可以簡化成由兩側(cè)的兩榀豎向平面桁架、屋面平面桁架、走道板平面桁架、端部平面框架組成．端部框架可以看做四榀桁架的支座。四榀桁架互為平面外的支撐點保證每榀桁架的平面外穩(wěn)定．每榀桁架單獨受力分析時均可以看做平面桁架．端部的框架依靠四榀平面桁架的支撐保證平面外的穩(wěn)定，端部的框架受力分析時可以看做平面框架。廊身一般落在鋼支架上，七度以下地區(qū)．通廊的兩端廊身也可直接落在其它構(gòu)筑物(如轉(zhuǎn)運站等)上．荷載也直接傳給該構(gòu)筑物。廊身的各類豎向荷載(主要是各類重力荷載)通過屋面梁板和走道梁板傳給豎向桁架．豎向桁架通過各弦腹桿的拉壓受力將豎向荷載傳給端部框架．作為端部框架的豎向荷載G1、G2。垂直廊身的橫向水平荷載(主要是風荷載和地震荷載)通過廊身兩側(cè)的豎向梁板傳給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桿的拉壓受力將橫向水平荷載傳給端部框架．作為端部框架的水平荷載v1、v2平行廊身的縱向水平荷載(主要是地震荷載和設(shè)備運行荷載)一般較?。ㄟ^廊身的四榀桁架各弦腹桿的拉壓受力直接傳至端部框架的支座處水平力v3．一般直接傳給固定支架．端部框架受力分析時一般可以不考慮縱向水平荷載的影響廊身端部的平面框架作為廊身的豎向抗側(cè)力構(gòu)件將豎向荷載G1或G2和橫向水平荷載v1、v2傳至支架柱頂面為了人員設(shè)備的通行．端部框架一般無法設(shè)置支撐．只能做成平面純框架，受力特性為受彎和壓彎，材料性能難以充分利用．但端部框架占鋼材比例較小。通過廊身結(jié)構(gòu)的受力分析可以看出．除了端部框架，廊身的主要結(jié)構(gòu)構(gòu)件可以簡化為平面桁架．主要受力特性均為軸向力，材料性能得到充分利用，但廊身的單個構(gòu)件設(shè)計受力分析時還應(yīng)適當考慮具體桿件的彎矩．特別是走道板的直腹桿．同時兼做走道板的橫梁，承受設(shè)備和人員的豎向荷載．彎矩較大．不能忽略通廊支架柱可以分為單片支架和固定支架．單片支架只承受豎向荷載G1或G2和橫向水平荷載V1、V2。同定支架除r承受G1或G2和v1、v2以外．還承受縱向水平荷載v3廊身的豎向荷載通過的端部框架直接傳給通廊支架．橫向水平荷載作為廊身的豎向抗側(cè)力構(gòu)件將荷載傳至支架柱頂面，縱向水平荷載通過廊身傳給固定支架通常．單片支架一般設(shè)計成平面框架一支撐結(jié)構(gòu)形式．同定支架設(shè)計成四柱框架一支撐結(jié)構(gòu)形式，豎向力由柱直接傳給柱基礎(chǔ)．水平力通過支撐結(jié)構(gòu)傳至柱基礎(chǔ)，這里的柱與支撐的受力同平面桁架相同．結(jié)構(gòu)構(gòu)件主要受力特性均為軸向力．材料性能得到充分利用。2．鋼結(jié)構(gòu)通廊的構(gòu)件選擇根據(jù)各構(gòu)件的受力特點．結(jié)合節(jié)點構(gòu)造和施工便利．皮帶機通廊的構(gòu)件一般采取熱軋型鋼廊身構(gòu)件的選擇：廊身側(cè)桁架，上弦桿主要作為壓桿．一般采用寬翼緣H型鋼：下弦桿主要作為拉桿．一般采用窄翼緣或中翼緣H型鋼；直腹桿和斜腹桿一般均采用雙角鋼組合截面廊身屋面水平桁架．屋面梁兼做直腹桿按壓彎考慮．一般采用槽鋼或窄翼緣H型鋼．斜腹桿受力較小．一般采用張緊的十字交叉圓鋼。廊身走道板水平桁架．走道板橫梁兼做直腹桿按壓彎考慮，一般采用槽鋼或窄翼緣H型鋼．斜腹桿受力較?。话悴捎脧埦o的十字交叉圓鋼．滿鋪鋼板時十字交叉圓鋼可以取消．這時整個走道板在承受橫向水平荷載時可以認為是一個薄腹鋼梁．兩側(cè)H型鋼可以看做薄腹鋼梁的翼緣．走道鋪板和走道板橫梁看做薄腹鋼梁的腹板。端部框架通過框架梁柱的受彎傳遞水平力，一般梁柱均采用窄翼緣或中翼緣H型鋼．柱腳可采用鉸接．梁柱連接必須采用剛接．以保證水平力有效的傳遞支架構(gòu)件的選擇：單片支架一般為框架一支撐結(jié)構(gòu)．由于平面外沒有支撐點．框架柱一般采用窄翼緣H型鋼．H型柱強軸用在平面外保證平面外的穩(wěn)定．H型柱弱軸用在平面內(nèi)，梁柱節(jié)點一般采用鉸接．巾于帶支撐的框架梁彎矩很小．一般按壓桿設(shè)計．可選用寬翼緣H型鋼或角鋼組合截面．斜支撐一般采用角鋼方便連接。定支架一般為四柱框架一支撐結(jié)構(gòu)．由于四個方向均設(shè)支撐．框架柱可采用小規(guī)格的寬翼緣H型鋼或角鋼．梁柱節(jié)點一般采用鉸接．由于帶支撐的框架梁彎矩很小，一般按壓桿設(shè)計．可選用寬翼緣H型鋼或角鋼組合截面．斜支撐一般采用角鋼方便連接。3、截面型式的選擇3.1弦桿、水平桁架直腹桿、豎向桁架端豎桿的選擇由于豎向桁架下弦及水平桁架直腹桿有較大節(jié)間荷載，桿件承受彎矩，同時也為減少焊接量，提高施工速度，推廣新型建材-國產(chǎn)熱軋H型鋼，弦桿、水平桁架直腹桿均采用了國產(chǎn)熱軋H型鋼，為了提高通廊端部的剛度，豎向桁架的端豎桿也采用了H型鋼。3.2其余腹桿的選擇由于鋼結(jié)構(gòu)通廊桁架的特殊性，其所有桿件的平面內(nèi)、平面外的幾何長度相等，由表一可知，支座斜腹桿的平面內(nèi)、外的計算長度相等loy=l0x，為滿足桿件兩個主軸方向的長細比相等（對壓桿來說，則意味著，桿件在兩個主軸方向等穩(wěn)定），所選擇截面必須具備iy=ix，我采用了兩個不等邊角鋼以長邊相連的T形截面；對于其余腹桿，由于loy=1.25l0x，在設(shè)計中采用了二等邊角鋼組成的T形截面。4、桿件計算長度與容許長細比4.1桿件計算長度的確定：桿件的計算長度按《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》（GB50017-2003）表5.3.1取定,因為通廊每一節(jié)點均有側(cè)向支撐，因此平面內(nèi)外幾何長度相等。4.2桁架桿件的容許長細比：囑桿件的容許長剛細比按《鋼結(jié)塞構(gòu)設(shè)計規(guī)范》貞（楊GB5001碗7-200破3市）表架瞞作確定。在確定息長細比時，要連注意個別拉桿幸在活荷載組合市時可能由拉桿潛變?yōu)閴好織U考,惰駛此時要注意其稿壓力值的大小毅，若壓應(yīng)力小遍于或等于其承枕載力的紙50%補時，其容許長具細比為厭200特，否則容許長喊細比取槳150撇5拒、桿件設(shè)計計撞算捐在桿件的設(shè)計盛計算時，我注常意了以下幾個釘方面的問題：春5.爺1允無節(jié)間荷載作鋼用的桁架桿件宮，如通廊桁架胖的所有斜腹桿盯，豎向桁架的掩上弦桿，均按惰軸心受力構(gòu)件正計算；有節(jié)間跟荷載作用的桿羽件，如通廊桁赴架的所有技豎幟(細幅直賴)奸絕腹桿，豎向桁露架的下弦桿，燈均按拉彎或壓就彎構(gòu)件來計算蹲，計算方法與柏柱子相同。厲5.團2本用填板連接而敢成的雙角鋼，崖可按實腹式構(gòu)萍件計算，但填敬板間的距離對賭受拉構(gòu)件不應(yīng)擊超象過灘80警i瞞，對受壓構(gòu)件滅不應(yīng)超喊過圍40霧i炸，且兩個側(cè)向谷支撐點之間的嬌填板數(shù)不得少雷于兩個，其中魄，拋i亡乞為單根角鋼截萌面回轉(zhuǎn)半徑。岔5.叉3埋桁架桿件的重助心線應(yīng)盡可能遲在節(jié)點處交于茂一點，否則應(yīng)口考慮偏心的影徹響。通對誦H搶核型鋼等截面剛批度較大的桿件隔，當弦桿在桁縱架平面內(nèi)的截跟面高度與其幾垮何長度（節(jié)點錄中心間的距離踐）之比大慚于燕1/1殲0軍田時或腹桿的截第面高度與其幾挎何長度之比大旅于攔1/1邁5紡漠時，應(yīng)按桿端順剛接考慮計算北內(nèi)力，并考慮乎節(jié)點剛接次彎評矩驗算截面強搖度右。騾4財糕、當荷載作用渠于節(jié)間時狗，體居應(yīng)考慮節(jié)間彎筒矩，可先把節(jié)錢間荷載分配在困相鄰的兩個節(jié)象點上，按節(jié)點綢荷載求出各桿肚件的軸心力貍，茅摔然后計算節(jié)間縮荷載引起的局毯部彎矩。在本艷桁架的設(shè)計中照，我按上述原瓶則進行荷載的污分配、確定桿姥端約束等，分縱別進行了水平惕桁架和豎向桁燙架的內(nèi)力計算辣，然后按上述薯原則進行內(nèi)力比組合。以下部許水平桁架的豎歪腹桿為例，計損算如下：房經(jīng)計算，梁上冤荷載如圖四所裁示，圖中所示式荷載均為標準利值。桿件局部排彎矩：經(jīng)計算另，桿件最大彎死矩設(shè)計值的為渡21.舒7KN星.m僑粘，初選桿件斷點面因為夕HN200謠×100浪表，加上自重作鐘用，截面最正梯大應(yīng)力泄為維127暖N/m深m寺2瞧，剪應(yīng)力命為錦34N