全钢结构输煤栈桥设计
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【摘 要】随着钢结构的迅速发展，全钢结构栈桥也应被广泛应用。文章通过对钢支架、桁架组合楼板的分析，阐明全钢结构栈桥的设计思路和方法，解决了栈桥设计方便性和施工效率问题，对全钢结构栈桥的设计和应用具有一定的参考价值。
【关键词】钢支架；桁架；组合楼板；栈桥
栈桥作为选煤厂运输系统的重要组成部分，承担着为工厂运送原料和产品的重担，其结构形式的安全、合理对保证工厂的正常运行有着重要作用。传统的钢筋混凝土支架，钢筋混凝土托架梁，砌体维护结构，其结构自重大，抗震性能差，施工周期长，外观效果差；即使用钢桁架虽然缩短了施工周期，但结构计算时很难建立合适的模型，使其与实际的传力形式接近。而全钢结构栈桥在自重、抗震、施工周期、外形等方面有无法比拟的优势，而且跟接近力学假设。本文是本人在做的钢结构输煤栈桥设计中遇到的一些问题，而进行的总结，作为今后的工程设计参考。
1. 结构布置
（1）与大多数建筑物不同，输煤栈桥平面形状呈细长条形。通常输煤栈桥不动铰接支座（若倾斜栈桥则在低侧设），承担竖向荷载、水平风载及纵向地震作用效应，另一侧滑动支座（若倾斜栈桥则在高侧设），承担竖向荷载及风载。保证纵向变位，纵向地震效应作用全部铰接座端承担，各支柱承担竖向荷载(见图1)。横向地震作用效应及风荷载由钢支架及其他支撑结构承担。也可在栈桥中部设单排柱支架，钢柱强轴沿纵向，钢柱之问设支撑，但抵抗纵向地震作用效应能了较弱，一般不宜应用于较高栈桥上。
图1（2）输煤栈桥与相邻建筑物之间应设防震缝，防震缝宽度可参照GB 50011-2010建筑抗震设计规范的有关规定设置。一般的，当7度～9度时，其宽度分别不宜小于105 mm ，135 mm，180mm，也可在栈桥与相邻建筑之间设置支撑防撞，防震缝宽度可适当减小。在布置栈桥支架时，在厂区允许的情况下，宜尽量调整支架间距，使多榀桁架跨度相等，减少桁架的规格，以减少设计施工工作量。当输煤栈桥长度超过120m时，应设伸缩缝。
2. 钢支架的设计
可结合3D3或PMSAP等软件直接建立空间任意模型进行计算（三维立体模型见图2）。在选择支柱截面尺寸时，影响因素包括：强度应力比、平面内稳定应力比、长细比等，输煤栈桥支柱高度相对较高，通常截面尺寸的确定由平面内稳定应力比或长细比控制。支柱平面内稳定性应满足N／ΨA≤f，其中，Ψ为支柱的轴压杆稳定系数，根据支柱的长细比、钢材屈服强度和GB 50017-2003钢结构设计规范表5.1.2-1、表5.1.2-2的截面分类按附录C采用。
图2 三维立体模型根据GB 50017-2003钢结构设计规范，柱的容许长细比为150，对有抗震要求的输煤栈桥，支柱容许长细比参照建筑抗震设计规范有关规定，当6度～8度时不应大于120 235/fay，9度时不应大于100 235/fay 。柱的长细比入=lo／i，其中，lo为构件对主轴的计算长度；i为构件截面对主轴的回转半径。
承受风荷载部位是钢支架柱顶部，即风荷载主要集中作用于结构顶部，栈桥自重相对较轻，栈桥高度较高，因此对风荷载比较敏感，基本风压应适当提高。支柱柱脚通常采用外露式刚接柱脚，有抗震要求的柱脚，柱脚与基础连接的极限承载力应满足 ≥1.2 MPa的要求，柱脚锚栓不宜用以承受柱脚底部的水力，此水力由柱脚底板与混凝土基础间的摩擦力承受，摩擦系数可取0.4，当水力较大，摩擦力承受不了时应设置抗剪键承受。
3. 钢桁架栈桥(楼面为组合楼板)的设计
3.1 钢桁架设计。楼面活载4KN／m2，屋面活荷载0.7 kN／m2桁架上下弦杆间需加水平支撑以保证将横向风压传至支座。桁架端应有足够刚度，以抵抗整段栈桥的风荷载（见图3桁架端部做法）。
图3 桁架端部做法3.2 组合楼板设计。
3.2.1 结构工作阶段设计。组合板强边(顺肋)方向的正弯矩和挠度，按承受全部荷载的简支单向板计算；不考虑弱边(垂直肋)方向的正负弯矩。需考虑的荷载：水泥砂浆面层自重，细石混凝土台阶，混凝土自重，楼面活荷载（根据实际情况考虑设备荷载）需进行如下验算：算组合楼板的抗弯、抗剪、变形，以及负弯矩部分混凝土裂缝宽度和自振频率。
3.2.2 结构工作阶段设计。根据设计实际情况确定，压型钢板几跨连续，混粘土楼面厚度，以确定所需压型钢板正截面承载力。确定施工时压型钢板的挠度。《高层民用建筑钢结构技术规程》规定，当压型钢板跨中挠度w>20 mm时，需增设临时支撑。通过如上两结论即可确定压型钢板的最优板型。
注：如图集或压型钢板生产厂家有以上技术参数，可以直接取用。
4. 维护结构
采用c型钢作为檩条和墙架，屋面板和墙板均采用压型钢板或复合板。
5. 结论
（1）全钢结构彩板维护输煤栈桥，其结构自重轻，结构延性好，结构抗震性能好。
（2）结构计算时，能整体建三围模型，整体分析，减少设计计算量，与结构实际工作情况接近。结构传力明确，更符合力学假设。
（3）施工阶段，钢构件加工与施工现场分离，更能保证施工质量；施工现场技术组织间歇要少，有力缩短工期。
（4）施工时高空作业部位减少，高空作业部位便于维护，有利于安全施工。
参考文献
［1］ JGJ 99-98，高层民用建筑钢结构技术规程.
［2］ GB 50017-2003，钢结构设计规范.
［3］ GB 50205-2001，钢结构工程施工质量验收规范.
［4］ 黄建文 姚正治等 【某电厂输煤栈桥结构加固设计】 建筑结构 2007.
［5］ 李海旺 张鑫等 【某输煤栈桥的设计】 工业建筑 2007.