简介:摘要:在钢铁厂设计中,通廊能够充当运输工具,起到辅助生产的作用。钢结构自重轻,施工速度快,钢通廊在工业厂房中大量应用。本文主要对钢通廊的设计进行了简单的介绍,并对钢桁架通廊的受力性能进行了分析。 关键词:通廊;桁架;受力性能 引言 钢结构自重轻,构件在工厂易于加工,现场拼装快,生产效率高,钢通廊在工业厂房中大量应用。对钢结构通廊进行优化设计,能够减少用钢量,降低工程造价。因此本文对钢通廊设计进行介绍,并对钢桁架通廊的受力性能进行分析。 1. 荷载选取 屋面活载,雪载,积灰荷载根据工程具体情况按规范[1]确定,桥面荷载根据工艺要求确定。需注意的是,在计算风荷载标准值时,通廊的风荷载体型系数应按规范[2]确定,如图1所示。 图1 通廊风荷载体型系数 2. 通廊形式 对于钢通廊,可以选择桁架式通廊或梁式通廊。主要由跨度和通廊高度确定通廊的形式。当跨度较小时;场地高度有所限制,要求通廊较矮时,采用梁式通廊比较合适。跨度小于12m,采用梁式通廊比较经济;跨度大于15m,采用桁架式通廊比较经济。研究表明,跨度为30m,桁架式通廊的用钢量仅为梁式通廊用钢量的50%[3]。 3.支座类型 钢结构通廊长度较大,且不设保温措施,需考虑温度变形产生的影响。设计时,通过设置滚动支座来来释放温度应力。在一个温度区段内,通常将通廊高度较低的一端设为固定端,另一端设为滚动端。通廊会有一定的水平力传到固定端,柱子越高,柱顶水平力对其影响越不利,所以将固定端设于低处。 4.桁架式通廊 桁架式通廊腹杆有3种布置形式:(1)人字形腹杆(2)上升式腹杆(3)混合式腹杆。某胶带机通廊位于福建省罗源县,抗震设防类别为丙类;抗震设防烈度为6度,加速度0.05g,地震分组为第二组,场地类别为Ⅲ类。基本风压0.80kN/m2(A类)。通廊宽3.4m(单通廊),跨度为25m,通廊桥面活载2.5kN/m2,胶带荷载4kN/m,屋面活载0.5,屋面积灰荷载0.5,雪载为0。屋面为双坡屋面,每边挑出0.4m。桥面恒载取1kN/m2,屋面恒载取0.5kN/m2. 设计了如图2所示的4种桁架(尺寸标注单位为mm)。这4个桁架截面尺寸和所受的荷载均形同。上弦节点恒载2.6kN,活载5.3kN,下弦节点恒载5.7kN(包括1.45kN墙皮荷载),活载15.6kN。 桁架各杆件截面选取时,1.承载力满足要求;2.长细比满足规范[2]要求。PKPM中的桁架模块仅能计算平面内荷载,未考虑平面外的风荷载,为确保结构的安全性,杆件截面应比计算大5%~15%[4]。 桁架上、下弦截面为HM244x175x7x11,端部斜腹杆截面为两个L110x8角钢组成的T形截面,其余斜腹杆截面为两个L90x8角钢组成的T形截面,端部竖腹杆截面为HW200x200x8x12。其余竖腹杆截面为两个L70x6角钢组成的十字形截面,采用PKPM软件建模,建模时,桁架各杆件均按柱布置,计算得到的轴力如图2所示,轴力单位为kN,拉为正,压为负。 图2(a)人字形腹杆桁架,除端部竖腹杆外,其余竖腹杆均为零杆,受力较小。斜腹杆轴力拉压交替,轴力绝对值从两端向中间逐渐减小。 图2(b)上升式腹杆桁架,斜腹杆轴力绝对值从两端向中间逐渐减小,除中间两根斜腹杆外,其余斜腹杆均受拉。竖腹杆受压,从端部向中间,竖腹杆轴压力逐渐减小。与人字形腹杆桁架相比,上下弦轴力最大值较为接近,但上升式桁架上下弦轴力变化较为均匀。两者斜腹杆轴力绝对值相同,但上升式桁架斜腹杆大多数受拉,受拉杆件不用考虑稳定性问题,可以选用较小截面。上升式腹杆桁架,竖腹杆受力较大,应选用较大截面。 图2(c)混合式腹杆桁架,斜腹杆轴力绝对值从两端向中间逐渐减小。端部第一第二竖腹杆和最中间的竖腹杆为零杆,受力较小。竖腹杆从端部第三根向中间,轴压力逐渐减小。与上升式桁架相比,端部斜腹杆受压,应选取较大截面。端部第一第二竖腹杆受力小,可选取较小的截面。除端部第一节间外,其余节间受力与上升式桁架均相同。 图2(d),上升式腹杆桁架,桁架高度为2m。与图2(b)相比,仅桁架高度不同。两者竖腹杆所受的轴压力基本相同,高度为2m的桁架上弦,下弦,斜腹杆受力明显增大。规范[2]桁架的高跨可取1/10~1/14,封闭式通廊,计算高度≥2.2m。由于工艺要求和场地限制,跨高比可能不在1/10~1/14之间。 图2 桁架轴力图 对于封闭式通廊,侧面风荷载会通过墙皮檩条传到中间的竖腹杆上。上升式和混合式桁架,竖腹杆轴压力较大,处于压弯状态,双向受力。未考虑风荷载时,图2(b),端部第二根竖腹杆,应力比为0.8. 本通廊位于沿海地区,其所受的风荷载较大,竖腹杆平面外弯矩较大,对于双角钢组成的十字形截面,受弯性能差,应对其进行压弯验算,确保其安全可靠。 5.总结 根据通廊跨度和场地高度要求确定通廊形式。桁架式通廊,桁架腹杆布置形式不同,受力特点也不同。对于上升式和混合式桁架,承受较大风荷载时,应对桁架的竖腹杆进行压弯验算。设计时应对钢结构通廊进行优化设计,减少用钢量,降低工程造价。
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