皮带机通廊的设计思路

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【摘 要】本文着重介绍皮带通廊的系统构成，整体受力分析及设计的依据和设计思路，也阐述了钢结构在现代的建设领域应用的优势。

【关键词】桁架；支架；钢筋混凝土；钢结构

随着建筑事业的蓬勃发展，建筑结构形式日新月异，钢结构由于具有强度高、自重轻、抗震性好、施工快、建筑基础费用低、结构占用面积少和工业化程度高，并有良好的延伸性、抗震性和施工周期短等特点，得到了人们的广泛重视，尤其在钢铁、矿山等行业，运输量愈来愈大。像各类矿石、焦粉等在生产过程的运输如采用过去的钢筋混凝土或砖通廊自重又大跨度又小，施工周期长，钢结构有明显的优势，也能提早投入使用，使企业效益扩大化。钢结构除了具有自重较轻、材质均匀、应力计算准确可靠、加工制造简单、工业化程度高、运输安装方便等特点外，一般还具有取材方便、施工周期短等特点，受到建设单位普遍的欢迎。

1.通廊的结构体系构成

首先要对钢结构通廊整个结构体系要有个初步认识，通常原料或产品通过皮带通廊向两端转运站输送，完整的输送体系由n个转运站和皮带通廊、通廊支架相互连接而成。支架根据转运站之间总的距离和皮带机的荷载考虑分为固定支架和活动支架。

钢结构通廊的整体布置，在通廊设计时，首先根据工艺布置以及总图位置，考虑通廊总的长度，通过整体受力分析，对通廊的跨距也是支架的位置进行合理布置，合理设计通廊的跨度。

2.通廊及支架的构件选择

1）通廊本身一般可以分解为由竖向的两榀平面桁架、水平屋面平面桁架、水平的走道板平面桁架、端部平面框架组成。桁架本身由上弦杆、腹杆和下弦杆组成，其连接方式有焊铆接和高强螺栓等形式。选用时根据各构件的受力特点，结合节点构造和施工便利。皮带机通廊的构件一般采取热轧型钢构件：首先竖向的两榀平面桁架，上弦杆主要作为压杆.一般采用宽翼缘H型钢或者采用双角钢组合截面，下弦杆主要作为拉杆.一般采用窄翼缘或中翼缘H型钢或者采用双角钢组合截面；直腹杆和斜腹杆一般均采用双角钢组合截面 。通廊水平屋面平面桁架，屋面梁兼做直腹杆按压弯考虑.一般采用槽钢或窄翼缘H型钢.斜腹杆受力较小.一般采用张紧的十字交叉圆钢或者单角钢。通廊水平走道板平面桁架，走道板横梁兼做直腹杆按压弯考虑，一般采用槽钢或窄翼缘H型钢，斜腹杆受力较小，一般采用张紧的十字交叉圆钢或者单角钢；满铺钢板时，通廊竖向桁架弦杆为H型钢的，斜腹杆可以取消。端部框架一般梁柱均采用窄翼缘或中翼缘H型钢，通过框架梁柱的受弯传递水平力，一般梁柱均采用窄翼缘或中翼缘H型钢，柱脚可采用铰接，梁柱连接必须采用刚接，以保证水平力有效的传递，端部框架与支架连接一般为铰接。活动支架一般为单片支架，单片支架一般为框架--支撑结构体系，其构件的选择，由于平面外没有支撑点，框架柱一般采用窄翼缘H型钢，H型柱强轴用在平面外保证平面外的稳定，H型柱弱轴用在平面内，梁柱节点一般采用铰接.由于带支撑的框架梁弯矩很小.一般按压杆设计，可选用宽翼缘H型钢或角钢组合截面，斜支撑一般采用角钢组合截面设计。固定支架一般为四柱框架--支撑结构，由于四个方向均设支撑。框架柱可采用小规格的宽翼缘H型钢或角钢，梁柱节点一般采用铰接。其截面参单片支架。

2）桁架其余腹杆的选择

由于钢结构通廊由四面桁架组成共同工作，其所有杆件的平面内、平面外的几何长度相近， 所选择截面一般iy=ix。

3）桁架高度一般按（1/8～1/10）考虑，在确定高度时还应与建筑净空的高度协调。

4）桁架节间以斜腹杆倾角40度～50度间较适宜，节间划分时节间数尽量一般为偶数。

3.通廊及支架的受力分析

通过钢结构通廊本身的组成对其进行受力分析。共四榀桁架，每榀桁架单独受力分析时均可以按平面桁架考虑，而四榀桁架互为平面外的支撑点保证每榀桁架的平面外稳定。端部的框架承接四榀桁架的内力传递，四榀平面桁架也作为支撑体系来保证端部的框架平面外的稳定，端部的框架受力分析时可以看做平面框架。通廊一般座落在钢支架上，两端一般座在转运站上。

通廊承受各类荷载，通过水平屋面平面桁架、水平的走道板平面桁架传给竖向桁架，通过竖向桁架传给横向水平桁架。荷载主要考虑：杆件自重、围护檩条结构自重、雪荷载、积灰荷载、屋面活荷载、设备运行荷载及风荷载和地震荷载。竖向桁架通过各弦腹杆的拉压受力将竖向荷载传给端部框架。垂直通廊的横向水平荷载（主要是风荷载和地震荷载）通过通廊两侧的竖向梁板传给上下的水平平面桁架，水平平面桁架各弦腹杆的拉压受力将横向水平荷载传给端部框架，平行通廊的纵向水平荷载，主要是地震荷载和设备运行荷载，此荷载要纵向统一考虑，主要是验算固定支架。通过通廊的四榀桁架各弦腹杆的拉压受力直接传至端部框架的支座处水平力，一般直接传给固定支架。端部框架受力分析时一般可以不考虑纵向水平荷载的影响 ，通廊端部框架作为通廊的竖向抗侧力构件将竖向荷载和横向水平荷载传至支架柱顶面，端部框架一般做成平面框架，受力特性为受弯和压弯。通过通廊结构的受力分析可以看出，除了端部框架，通廊的主要结构构件可以简化为平面桁架.主要受力特性均为轴向力，但通廊的单个构件设计受力分析时还应适当考虑具体杆件的弯矩，特别是走道板的直腹杆，同时兼做走道板的横梁，承受皮带设备和人员的竖向荷载，弯矩较大，要单独考虑受力，尤其是承受设备拉紧装置或其它要求的设备的梁。通廊支架柱可以分为活动支架和固定支架，活动支架只承受竖向荷载和横向水平荷载。固定支架承受竖向荷载和横向水平荷载外，还承受纵向水平荷载。通廊的竖向荷载通过的端部框架直接传给通廊支架，横向水平荷载作为通廊的竖向抗侧力构件将荷载传至支架柱顶面，纵向水平荷载通过通廊传给固定支架。固定支架竖向力由柱直接传给柱基础，水平力通过支撑结构传至柱基础，这里的柱与支撑的受力同平面桁架相同，结构构件主要受力特性均为轴向力。

4.杆件计算长度的确定与容许长细比

1）杆件计算长度的确定：

杆件的计算长度按《钢结构设计规范》（GB50017-2003）表5.3.1 取值。

2）桁架杆件的容许长细比：

杆件的容许长细比按《钢结构设计规范》（GB50017-2003）表5.3.8 确定。

5、设计时算需要注意的问题

在杆件的设计计算时，注意了以下几个方面的问题：

1）桁架杆件无节间荷载作用时，如通廊桁架的所有斜腹杆，竖向桁架的上弦杆，均按轴心受力构件计算；有节间荷载作用的杆件，如通廊桁架的所有竖（ 直） 腹杆，竖向桁架的下弦杆，均按拉弯或压弯构件来计算，计算方法与柱子相同。

2）桁架杆件的重心线应尽可能在节点处交于一点，否则应考虑偏心的影响。

在本桁架的设计中，按上述原则进行荷载的分配、确定杆端约束等，分别进行了水平桁架和竖向桁架的内力计算，然后按上述原则进行内力组合。总之，设计时要全面考虑每个影响因素，做到经济、合理、安全设计。

参考文献：

[1]《建筑抗震设计规范》中国建筑工业出版社2010.

[2]《建筑结构荷载规范》中国建筑工业出版社2002.

[3]《钢结构设计规范》中国计划出版社2003.