钢结构通廊的优化设计

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钢结构通廊的优化设计

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钢结构通廊的优化设计

第41卷第24期2015年8月

文章编号：1009-6825（2015）24-0045-03

SHANXI

山西

ARCHITECTURE

建筑

Vol．41No．24Aug．2015

·45·

钢结构通廊的优化设计

冯晓霞

摘

许先杰高雅如

（中冶建筑研究总院有限公司，北京100088）

要：以实际工程为例，对钢梁式和钢桁架式两种结构形式进行了计算，确定了其构件截面及布置形式，并对用钢量进行了对比

分析，说明了两种钢通廊形式各自的优缺点，最终得出钢桁架通廊更加适合该工程，达到了对钢结构通廊进行优化设计的目的。关键词：钢梁式通廊，钢桁架通廊，优化设计中图分类号：TU391

文献标识码：A

钢梁式通廊主要由钢梁、支架、围护刚架几部分组成，走道板

首先皮带机支腿要落在走道平台根据工艺要求布置在梁板位置，

板平台梁上，平台梁应首先沿通廊纵向布置，这样支腿布置比较

灵活，不用确定具体某一点的位置，支腿沿梁纵向均可布置，然后3m左右布置横向钢梁，将支腿荷载、平台自重及平台活载传递到边主梁上，边主梁再将荷载通过支座传递于转运站和支架上。平

平台梁上铺设花纹钢台纵向及横向钢梁一般选用窄翼缘H型钢，

板，既可作为行走通道，亦可防止物料、灰尘等高空坠落。当皮带

角度大于12°时，皮带两侧走道设置成台阶形式。走道板平台铺设钢板后可以保证平面稳定，可以不设置交叉支撑。钢板下部设

a为置加劲肋，保证钢板的强度，走道平台梁板布置见图1（其中，HN150×75，b为HN200×100）。

钢梁

3000

DOI:10.13719/j.cnki.cn14-1279/tu.2015.24.022

0引言

随着我国工业近年来的迅猛发展，由于汽车运输物料已经难

以满足大规模生产的需求，所以胶带机运输在冶金、煤炭、化工、矿山等行业中得以广泛应用，然而钢筋混凝土及砖混结构通廊结

施工周期长，已然不能适应如今工业发展的需要，钢结构自重大、

构有自重轻、施工周期短、抗震性能好、材料强度高等特点，目前

钢结构通廊的应用日趋广泛。钢结构通廊按照结构形式可分为钢梁式和钢桁架式通廊，本文结合工程实例对上述两种钢通廊进

说明两种钢通廊各自的优缺点。行计算对比分析，

1工程概况

工程为某公司钢渣加工生产线中的一条皮带通廊，内装0．8m

宽胶带输送机1条，通廊长度为24m，爬升高度为6m～12m，倾角13．5°，为全封闭钢通廊。考虑人行、检修通道及工艺的要求，通廊宽度设为3m，通廊高度设为2．6m，该工程抗震设防烈度为

28度，建筑物场地土类别为Ⅱ类，基本风压为0．40kN/m，基本雪

压为0．35kN/m。一种方案为钢梁结构形式，中间设置一个钢支

aab

-5a

-5

钢梁

8×3000=24000

两个12m跨的钢梁支撑到两端转运站及中间支架上；另一种架，

方案为钢桁架结构形式，设置一榀24m跨的钢桁架，无需再设置钢桁架两端支撑到转运站上。以下就此两种方案进行对比支架，分析。

图1走道平台布置图

2．1．1

边主梁计算

2计算模型

本文利用中国建筑科学研究院建筑工程软件研究所开发的PKPM2010V2．2版本的结构设计软件中STS模块工具箱的简支梁对钢梁进行计算。

2．1钢梁式通廊计算作用于边主梁上的恒载包括屋面彩板、屋面檩条、屋面支撑、櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅

将建筑和结构实现一体化，不用再将建筑和结构分开；5）因其截面一般较小，如不能满足承载力的要求则可以选用组合截面，因此对组合截面的承载性能的研究就变得很有必要；6）对连接节点

对支撑、剪力墙等抗侧构件的影响的设计及其抗震性能的研究，

和研究，组合墙体对侧向刚度的影响和应用还有待进一步加深；

7）施工人员和技术水平良莠不齐，技术设备也不够完善，缺乏必要的专业培训，这使得施工质量难以得到保证；8）我国的设计方法采用的是概率理论为基础的极限状态设计方法，以分项系数设

而国外则采用多种设计法，如：容许应力设计计表达式进行计算，

法、荷载抗力系数设计法以及极限状态设计法，其适用范围较广；9）关于蒙皮效应，我国相对国外的研究晚几十年，所以这方面的

对于考虑蒙皮效应的设计及准则还不完善，对研究还比较滞后，

于材料的选用及适用范围，我国的规范及准则相对较保守，范围

也较小，且在一些参数的确定中，我国忽略了许多重要的因素，而国外是考虑了的；10）对于冷弯薄壁型钢结构在低层的研究及应用较多层房屋的多，可考虑其在多层房屋中的应用。

Onexplorationofapplicationofcold-formedthin-walledsteelstructureinlow-floorhouses

CaoLu

（SchoolofCivilEngineeringandArchitecture，SouthwestUniversityofScienceandTechnology，Mianyang621010，China）

Abstract：Thepapersurveysthedevelopmentofthecold-formedthin-walledsteelstructureathomeandabroad，sumsupthebasicinformationforthestructuralsystemofthemainstream，andpointsoutitsfeaturesandproblems，soitisimportantfortheresearchanddevelopmentofthesteelstructuresystem．

Keywords：cold-formedthin-walledsteel，low-floorhouse，developmentstatus，structuresystem

14收稿日期：2015-06-作者简介：冯晓霞（1983-），女，工程师；

许先杰（1979-），男，工程师；高雅如（1984-），女，工程师

·46·

第41卷第24期2015年8月

山西建筑

围护刚架及围护檩条、彩板等上部自重，另外还包括走道板平台梁、板及加劲肋自重，对应活载包括屋面及走道平台积灰荷载

20．5kN/m2、走道板活荷载2．5kN/m、工艺提供的皮带支腿荷载225．0kN、《建筑结屋面活荷载0．5kN/m、雪荷载0．35kN/m，根据

a为HM148×100，b为钢。屋面水平支撑具体布置见图4（其中，

L63×5）。

构荷载规范》第5．4．3条，积灰荷载与雪荷载或不上人屋面均布活

［1］

12m跨的边主梁选荷载两者中的较大值同时考虑。通过计算，

择H型钢，截面选型为HN550×200，其截面选择主要由挠度控

钢梁在恒载和活载作用下的跨中最大挠度值为26．5mm，小于制，

《钢结构设计规范》通廊跨度的1/400，即30mm，满足对主梁挠度

［2］

容许值的规定。

图3竖向钢桁架计算模型简图

主桁架

3000

2．1．2

支架计算

支架是支撑通廊的受力构件，由于跨度不是特别大，所以采用单片支架，水平向温度应力及地震荷载由通廊低端的转运站即取3m，高度9m，柱间支撑承担。支架宽度与通廊宽度一致，

“十”采用字交叉斜向支撑加横向支撑，经过计算，支架计算简图A为HN248×124，B为2L63×5，C为+如图2所示（其中，2L50×5）。

1500

主桁架

8×3000=24000

图4屋面水平支撑布置图

2．2．3

端门架布置

CBB1500

通廊两端门式刚架是支撑形成的水平桁架的支点，使通廊两侧单独的竖向桁架形成刚性整体，将通廊的竖向和水平作用力传递给支座，将通廊的竖向作用力和水平作用力传递到支架或者建筑物上，为了能够保证通廊横向的刚度和稳定性，通廊端部门式刚架通常刚度较大，所以端门架各节点均设为刚接，立柱下端铰

端门架的横梁和立柱一般选用H型钢，而且立柱的接于支架顶，

截面一般会很大，保证其刚度。

1500

CBB

1500

2．2．4

外围护结构

3000

图2支架计算简图

外围护结构采用轻钢檩条和压型钢板对墙体和屋面进行围

护，墙体压型钢板可以横铺，亦可竖铺，可根据业主要求所定。

2．2钢桁架通廊计算

3经济性比较

钢桁架式通廊廊身由两侧竖向桁架、走道板平面支撑、屋面

水平支撑、端部门式刚架组成，刚度较大的端门架可视为钢桁架的支座，将荷载传递至转运站或支架上。为了计算方便，设计人

四榀桁架互为平面外的支员通常采用平面单片桁架的计算方式，

撑，以保证每榀桁架的平面外稳定，每榀桁架单独计算时均可视

［3］

为平面桁架。

通过对钢梁式及钢桁架式两种方案的计算，现就经济性进行两种方案的用钢量见表1。由于围护檩条及彩钢板两种方比较，

案用钢量是一样的，所以此处不列入表内。

表1

钢梁式结构形式钢桁架结构形式

边主梁5453．76竖向桁架4350．4

两种方案用钢量

围护刚架926．93屋面支撑886．12

支架770．84用钢量9963．93

akg用钢量11877．94

走道板平面4726．41走道板平面4726．41

2．2．1

竖向钢桁架计算

24m桁架划分为8个节间，每个节间长度为3m。恒荷载包括屋面系统、走道板平面系统及围护系统等自重，活荷载包括积灰荷载、雪荷载、屋面和走道平面活荷载及皮带支腿荷载等，荷载通过支撑、梁等构件传递至桁架节点上。利用PKPM结构设计软件中STS模块进行计算。建模计算时假定一个节点处的所有杆件轴线在同一平面上相交于一点，且按照理论铰接点考虑，采用安全及施工等方面的要单斜腹杆式的布置形式。考虑到经济、求，通常上弦杆、斜腹杆采用T型双角钢，下弦杆采用H型钢，端部竖腹杆采用H型钢，中间竖腹杆采用十字型双角钢，通过建模

a计算比较，最终确定竖向桁架各杆件的型号，具体见图3（其中，b为HN175×90，c为HW175×175，d为+2L56×5，e为2L110×8，