[钢结构工业通廊设计] 皮带通廊设计规范

钢结构工业通廊设计

李欣 王燕

（青岛理工大学土木工程学院，山东 青岛 266033）

提要：工业通廊是工业企业中常见的构筑物，在生产工艺中主要为生产用料运输的通道。本文以某胶带机通廊的设计为例，阐述了钢结构通廊的受力特点及设计应注意的问题。通廊的结构特点是横向刚度较小，容易产生横向摆动，运用MTS钢结构设计软件分析了结构的动力特性，可供类似工程参考。

关键词：工业通廊；钢桁架；横向动力特性；自振周期

冶金企业生产工艺中为了完成各种原料及成品的运输，普遍采用通廊工程。本文通过唐山某钢铁有限公司120万吨钢技改工程高炉项目矿石上料系统中胶带机通廊的结构设计，对钢结构通廊设计作一简述。

1．工程概况

在该上料系统设计中，根据工艺的要求，固矿料从地面输送到13.8m的混凝土转运站时，总长达67.9m，需使用较长的胶带输送机来输送，因而需修建相应长度的通廊来托放胶带运输机。

图1 胶带机通廊布置图

通廊的宽度为满足胶带运输机的宽度并且在两侧留出设备检修通道。通廊内的净空高度由工艺提出最低要求。通廊的角度亦应严格按照工艺的要求。由于胶带输送机距离较长，在通廊三分点处设立两个钢支架来支承连接通廊，所形成的通廊跨度为21.7m。钢桁架通廊具有自重轻、跨度大、结构简洁、施工方便等特点，因此相比混凝土结构，采用钢桁架

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482 通廊在技术和经济上更加合理、可行。通廊立面及

剖面布置见图1、图2。

2．通廊结构概述

该通廊采用两榀大跨度钢桁架作为纵向受力

构件。通过在两榀钢桁架的横向设置水平支承、用

立撑将桁架与上弦水平支撑相连以及在纵向钢桁

架的两端设置端部刚架来保证整体结构的稳定性。

端部刚架简支于钢支架顶部，支架的地面位置是在

钢桁架的经济跨度内并且结合地面的综合情况下

做合理的调整确定的。 图2 通廊剖面图

3．通廊受力特点

图

3 恒荷载作用下桁架受力计算简图

图4 恒荷载作用下桁架杆件截面及内力计算结果图

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钢结构通廊的重力荷载（恒、活）主要是由胶带机支腿传来的集中荷载，该荷载通过与纵向桁架平行的承重梁传至下弦水平支撑，再经水平支撑传至纵向桁架下弦节点。屋面荷载（包括雪荷载、积灰荷载、活荷载以及恒荷载）由屋面板传至檩条，经檩条传至上弦水平支撑，再经水平支撑传至纵向桁架上弦节点。墙面恒载由墙面板传至墙梁，经墙梁传至纵向桁架竖腹杆。以上钢桁架承受通廊地面、屋面以及墙面的荷载，通过在钢桁架两端与支架铰接将这些竖向荷载传递至支架顶部，最终经支架传至基础。

通廊的横向水平荷载（包括风荷载以及地震荷载）由墙面板传至墙梁，经墙梁传至纵向钢桁架竖腹杆，再传至水平桁架节点，经上、下弦水平支撑传递至钢桁架两端的端部刚架，由端部刚架与支架顶端铰接传递至支架顶端。支架为横向加支撑的钢结构框架，最终荷载通过支架与基础铰接连接传递至基础。

由于恒载起控制作用，按照公式(1)进行内力组合,恒载作用下钢桁架受力计算简图及内力计算结果图见图3、图4。钢桁架的下弦杆、竖腹杆及水平支撑的直腹杆为有节间荷载作用的杆件，因此均按拉弯、压弯杆件计算，其余杆件均按轴心受力杆件计算。

S=1.35GK S +1.4i QiK S ?∑ (1)

4．桁架的水平支撑形式

由于风荷载方向不定，对相同荷载作用下不同结构形式的杆件内力进行比较后，本工程钢桁架上、下弦水平支撑采取如图5、图6

所示的形式。

图

5 桁架上弦平面布置图

图6 桁架下弦平面布置图 5．节点设计

根据通廊结构的特点，在节点设计时注意到以下几方面的问题：

1）由于水平支撑直腹杆承受较大的节间荷载，杆件承受弯矩，因此上、下弦水平支撑直腹杆均采用了国产热轧H 型钢，其余水平支撑斜腹杆仍采用了两等边角钢组成的T 型截面，节点连接见图7。

484 2）为了保证通廊端部刚架具有足够的刚度，选用了轧制工字钢立柱以及轧制工字钢横梁。上部节点为刚接，横梁加腋，刚架下部铰接与支架顶部见图8。

3）滑动支架用两工字钢立柱、立柱顶部设置工字钢横梁以及两立柱间加支撑构成横向刚架。支架顶部横梁与立柱刚接，纵向钢桁架支承于横梁的上翼缘，用螺栓连接见图9，支架底部立柱与基础用地脚锚栓及平板支座铰接连接。

4）对于有节间荷载作用的杆件，如纵向桁架的竖腹杆、下弦杆以及竖向水平支撑，均按拉弯或压弯杆件计算；对于无节间荷载作用的杆件，如纵向桁架的斜腹杆、上弦杆以及斜向水平支撑，均按轴心受力构件计算。

图7 水平支撑节点

图

图8 通廊端部刚架示意图 图9 滑动支架顶部节点(图8 1-1剖面)

6．通廊动力特性分析

通廊的结构特点是横向刚度较小，容易产生横向摆动。导致钢通廊横向摆动的原因主要是由于结构横向自振周期（主频）与该地区场地土的特征周期很接近，使通廊结构易于受到附近震源对结构的干扰，产生在结构自振主频范围内的小幅横向摆动。本文对该工程中钢通廊进行了动力特性分析。

该通廊为钢桁架结构，全长67.9m，通廊端部13.8m 位置处支承在混凝土转运站上，

9.4m 和5m 位置处支承在钢支架上，纵向钢桁架在支承连接处设置端部刚架并与钢支架采取可靠的横向构造连接。

该地区抗震设防烈度为8度，设计地震分组为一组，属于II 类场地，其特征主频为

2.857HZ（T=0.35s），运用MTS 钢结构设计软件分析钢通廊动力特性，图10为钢通廊计算模型图。计算得到钢通廊前三阶自振周期（自振频率）见表

1。由计算结果可知，钢通廊

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的自振频率不在场地土的特征主频范围内，不会导致因共振而产生影响使用的横向摆动。钢通廊横向位移幅值计算见表2，由计算结果可知，钢通廊的横向位移幅值在钢结构构件

所允许的变形范围之内。

图10 钢通廊计算模型图

表1 钢通廊横向自振周期表 振型序号

周期（s） 频率（Hz） 一阶振型

1.313 0.762 二阶振型

0.775 1.290 三阶振型

0.506 1.976

表2 钢通廊横向位移幅值计算结果 计算位置

A B C D 位移幅(mm)

0 0.175 0.297 0.302 /H ? 0 1/74354 1/29077 1/14106 —— 计算位置点处通廊横向位移值；H——计算位置点处通廊高度。

从表2计算结果可知，钢通廊端部支承在混凝土转运站上，由于混凝土转运站刚度较大，计算时可以将其作为固定支座约束考虑。在B、C、D 位置处横向位移值均满足文献[2]

规定的允许变形范围以内（/H ?<1/1000）

，通廊横向刚度满足设计要求。 7．结语

1）本文以某胶带机通廊的设计为例，介绍了钢通廊的结构特点及受力状况。确定桁架及水平支撑形式后，计算出各种荷载效应组合作用下桁架各杆件的内力，并且分别按拉弯、压弯或者轴心受力构件选取合适的截面。其次在构造和节点设计上也力求使计算模型接近结构的实际受力状况。

2）利用混凝土转运站做钢通廊端部的支点，以及在通廊三分点处设立两个钢支架来支承连接通廊。在纵向钢桁架两端设置端部刚架并与钢支架采取可靠的横向构造连接，保证通廊结构的刚度及整体稳定。

3）对钢通廊进行的横向动力特性分析表明，其横向摆动的自振频率不在场地土的特征?

主频范围内，不会产生自振频率范围内较明显的摆动。钢通廊的横向位移幅值满足文献[2]规定的允许变形范围。

参考文献

[1] 罗邦富，魏明钟等，钢结构设计手册(第三版)。北京：中国建筑工业出版社，2003。

[2] 中华人民共和国建设部，GB50017-2003钢结构设计规范。北京：中国计划出版社，2003。

[3] 中华人民共和国建设部，GB50009-2001 建筑结构荷载规范。北京：中国建筑工业出版社，2001。

[4] 中华人民共和国建设部，GB50009-2001 建筑结构抗震设计规范。北京：中国建筑工业出版社，2001。

DESIGN OF A STEEL INDUSTRIAL CORRIDOR

LI Xin WANG Yan

(School of Civil Engineering, Qingdao Technological University, Qingdao 266033) Abstract: Industrial corridor with steel trusses is a common structure in industrial enterprises. In the production process, it is a transport channel mainly used for the production of materials. Based on a belt corridor design as an example, this paper describes the loading features of the stress truss and the problems to which attention should be paid in design. Steel structural corridor is characterized by a smaller lateral rigidity, easily lead to horizontal swing. This paper analyses the structural horizontal dynamic characteristics by the use of MTS design software, which can referred for the similar projects.

Key Words:industrial corridor steel truss horizontal dynamic characteristics natural period of vibration

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