重型钢桁架设计技术总结

【摘要】文中主要介绍了新疆准东煤田五彩湾矿区三号露天煤矿原煤缓冲仓，仓顶钢结构的设计要点，针对其跨度大、荷载大、工艺布置复杂等特点，着重对结构形式的选择及设计中须注意的设计要点做了阐述。

【关键词】跨度大；荷载大；工艺布置复杂

1. 引言

新疆准东煤田五彩湾矿区三号露天煤矿，原煤缓冲仓为直径均为36米，高度60米，单仓储量3万吨的4连个连续仓组成。仓顶运煤通廊宽14米，高9米，通廊底板标高50米，跨度36米，端部悬挑长度8.440米。每个通廊上作用的设备竖向荷载450吨，作用的设备水平荷载110吨，通廊顶部设2台6吨单轨吊，通廊底部设1台4吨单轨吊。本工程建筑抗震设防烈度：7度，设计基本地震加速度值为0.10g，设计地震分组：第二组，场地类别为一类。雪荷载标准值 ：每平米0.8KN，基本风压：每平米0.6KN，楼面活荷载：每平米6KN。每个通廊由2榀钢桁架和与其上、下翼缘相连接的钢梁、水平支撑组成。本文重点探讨钢桁架的设计技术问题。

2. 结构形式的确定

2.1钢桁架形式的确定。仓顶钢结构常用的结构形式有：门式刚架、钢框架、钢桁架等。门式刚架是梁、柱单元构件的组合体。通长用于仓库或是吊车吨位较小的厂房类结构。对于竖向及水平向荷载较大的通廊则不适合。钢框架是多层钢结构建筑中采用最为广泛的主体结构体系，由钢梁和钢柱通过适当的方法连接而成。具有建筑平面布置灵活，能满足建筑大跨度、大空间要求，能适应各种使用功能的要求。但是对于本工程，因通廊跨度为36米，每个通廊上作用的设备竖向荷载450吨，作用的设备水平荷载110吨，采用钢框架结构显然不是最经济合理的方案。钢桁架结构主要是由轴心受力构件（拉杆和压杆）组成的格构式受弯构件/结构，广泛应运与各种大跨度、高耸的工程结构中。与实腹式受弯构件（如钢框架结构）相比，采用钢桁架可节省钢材且施工方便，结构的跨度或高度越大，优势就越明显。就本工程的实际特点而言，采用钢桁架是最合理的结构形式。

2.2桁架几何尺寸的确定。 钢桁架的高度首先需要满足工艺专业净高的要求，其次还要满足结构受力合理性的要求。钢桁架高度太小，则上、下弦杆截面会较大，钢桁架高度太大，则上、下弦杆截面会较小。选取较合适的钢桁架高度，则上、下弦杆截面也会合适。本工程还需考虑通廊楼面设备布置的要求。在满足通廊楼面设备布置要求（也就是上、下弦杆结节长度）、满足通廊楼面横梁（即与钢桁架下弦所连接的钢梁）与钢桁架连接节点设计的要求，及钢桁架斜腹杆与其上、下弦杆交角在35度～55度范围内的要求的前提下，经反复计算，最终确定的钢桁架几何尺寸高度为8.500米，总高为9.000米。

2.3钢桁架支座简支、滑动端的确定。通长钢桁架的支座端为简支端。简支端只传递竖向荷载和水平荷载。当桁架跨度较大时，为了释放由于温差产生的温度应力，一般将一端支座设为滑动端，让桁架在温度应力下能自由滑动。虽然本工程水平荷载较大（110吨），在水平荷载作用下，水平位移会很大。但是考虑到钢桁架跨度为36.000米，且新疆地区昼夜温差较大，最终将钢桁架左端支座设为滑动端，桁架右端支座设为简支端。水平荷载主要为自右向左的刮板机张紧力，将右端支座设为简支端，在其底部设抗剪键，水平力由抗剪键承担。滑动端采用长螺栓孔而不是滚轴支座，主要是考虑滚轴支座在很小的温度应力作用下就会滑移，而长螺栓孔，由于桁架底板与柱顶预埋件间存在摩擦力，在较小的温度应力作用下不会滑移，当温度应力较大时才会滑移。

2.4钢桁架连接节点。钢桁架上、下弦杆与立柱采用高强螺栓连接，为铰接节点。其余节点均采用焊接连接，为铰接节点。

2.5钢桁架上、下弦为焊接H型钢，竖腹杆及立杆为轧制H型钢，斜腹杆为热轧无缝钢管。钢桁架及通廊楼面钢梁、通廊屋面钢梁材质全部为Q345B，楼面支撑、屋面支撑、围护系统均采用Q235B钢材。

2.6通廊底板采用钢筋混凝土现浇楼板，通廊顶部及墙面采用保温彩钢板围护。

2.7钢桁架及楼面钢梁、屋面钢梁、钢筋混凝土现浇楼板均采用中国建筑科学研究院PKPM（2010版）系列软件进行结构计算。

2.8本工程设计中的难点。

2.8.1水平荷载大。一般走廊上面不作用水平荷载，即使有水平荷载也是很小的，往往只有几吨。本工程单个走廊上面的水平荷载为110吨，在保证走廊一端为水平滑动端的情况下，如何处理110吨的水平荷载是本工程的难点之一。本工程采用在走廊简支端支座设抗剪键的办法来抵消水平荷载。这样既保证了在温差较大的情况下，走廊能沿水平向自由伸缩，又解决掉了走廊上面作用的水平荷载传递问题。

2.8.2竖向荷载大。一般的走廊上面竖向荷载只有十几吨，荷载大的也就是几十吨。本工程走廊上面作用的竖向荷载重达450吨，远远大于常规走廊上面的竖向荷载。本工程采用加高走廊高度的办法来解决竖向荷载大的问题。通常走廊的跨高比取值范围为1/12～1/8，本工程走廊的跨高比取值为1/4。