钢结构通廊结构设计要点探析

盛云锦

1.钢结构通廊组成

钢结构通廊组成主要包括桁架和支架两个方面。

2.通廊桁架设计

2.1 桁架荷载组成

桁架荷载主要由上游专业的性质确定，比如工艺专业、设备专业、电气专业、水道专业等，主要荷载包括如下。

（1）皮带机荷载：根据工艺提供资料，布置受力位置及大小。胶带机头部，中间架和驱动装置等工艺提供的荷载按恒载输入，头轮或尾轮的合力为水平力，按活载输入，合力方向为朝向胶带所在方向。工艺提供的超载系数和动力系数需要累乘，但此累乘值不与地震作用组合，故此超载系数和动力系数累乘增大的值应作为活荷载单独输入并参与组合。

（2）走道荷载：活荷载一般按照2.0kN/m2，恒载：根据板厚计算。

（3）皮带张紧装置荷载：在通廊末端，一般需要搁置皮带张紧装置，此装置会产生额外荷载，需要单独布置。

（4）封墙荷载、屋面荷载：若钢结构通廊需要外包封墙，就需要输入封墙荷载，荷载的大小根据屋面和封墙的做法确定。

（5）管道荷载（水管等）：根据上游专业资料输入，一般荷载作用在竖杆上。

（6）电缆桥架荷载：根据电气资料，布置荷载。

（7）料渣或积灰荷载：根据现场实际情况发现构件上常常伴有料渣或积灰形成的堆积物，料渣或积灰荷载一般取0.3kN/m2～0.8kN/m2。根据皮带机带宽和实际情况设计人员酌情考虑。

2.2 桁架主立面布置

通廊的结构布置形式一般应规则对称，并具有足够的空间刚度。桁架主立面布置形式一般有a、b 两种（图1）。

图1 桁架主立面腹杆布置形式

选择哪一种布置形式，一般是根据桁架是否需要外包封墙决定的。若桁架无封墙，一般选择a 类形式，没有封墙系统，桁架平面外风荷载传到支座竖杆上的压力较小，支座竖杆可以承受更多桁架平面内传来的荷载，所以支座斜杆设计为拉杆较合理；若桁架有封墙系统，一般选择b 类形式，把支座斜杆设计为压杆，主要承受平面内压力，支座竖杆主要承受平面外风荷载传来的压力。

2.3 桁架平面外水平支撑布置

桁架平面外水平支撑布置形式一般有如下两种（图2）。

图2 平面外水平支撑布置形式

a类形式，是把水平支撑按压杆设计，支撑长细比一般控制在200 以内；b 类形式，是把水平支撑按拉杆设计，支撑长细比一般控制在350 以内。实际的水平支撑一般做成交叉支撑比较合适，支撑杆件的强度应力比比较容易满足要求，一般是由长细比控制。水平支撑对于整个结构来说是次要构件，此类构件截面宜贴着规范要求的长细比选取，使桁架用钢量减少。

2.4 桁架构件的计算长度、容许长细比、容许挠度

计算桁架杆件的长细比时，其计算长度需按《钢结构设计规范》（GB50017）第7.4.1 条确定。受压、受拉杆件的允许长细比需满足《钢结构设计规范》（GB50017）第7.4.6、7.4.7 条规定[1]。

构件的挠度和变形要求按以下要求控制：一般楼面次梁1/250，支撑头尾轮和驱动装置的次梁1/350。通廊支架顶部支撑通廊桁架的梁1/400，通廊桁架整体挠度当跨度≤24m 时应≤1/400，当跨度＞24m 时应≤1/500，≥24m 跨度的桁架制作时宜起拱，墙面和屋面檩条按1/200。

2.5 桁架与支架的连接

通廊桁架一般一端做固定连接，另一端做滑动连接。滑动连接一般采用滚动支座，摩擦系数取0.1，如果荷载较大造成辊轴设计困难可以采用镜面不锈钢加润滑支座，摩擦系数取0.15。固定支座一般采用焊接，并设置在通廊低位。支架两侧如果通廊跨度相差较大时应在图纸中注明施工安装阶段应先安装跨度较小一侧的桁架，然后再安装跨度较大一侧的桁架[2]。

2.6 通廊封闭及走道

由于环保要求，一般都要对通廊进行封闭处理。通廊封闭可采用空间桁架的结构型式也可采用门式刚架的结构型式。封闭刚架的间距宜根据通廊的桁架节间距离确定，一般控制在4m～6m 左右，刚架应垂直于地面。刚架立柱柱底按铰接设计，安装螺栓采用4M20，柱底板和横梁采用现场围焊，柱脚位置处的支撑横梁面外应设置通长槽钢以限制横梁扭转。封闭刚架纵向柱间支撑间距控制在40m左右，支撑不要放置在两个桁架交界位置，屋面支撑位置同柱间支撑。

在通廊封闭结构的风荷载计算中，封闭刚架应考虑阵风系数，屋面檩条和墙梁应考虑端部、角部等边缘区域风荷载效应加大的因素。对全封闭通廊中的胶带机两侧上托辊必须设置安全栏杆，尾部附近下托辊处也需设置安全栏杆；对于胶带机长度大于150m、角度大于3.5°的连续斜坡一般在30m～50m 左右的距离在两侧走道设置安全门。

封闭式胶带机通廊的走道面至屋面梁底的净空一般为：当胶带机带宽为650mm～1200mm 时为2500mm；当胶带机带宽为1400mm～1600mm 时为2700mm；当胶带机带宽为1800mm 以上时为3000mm，此高度已考虑了通廊内电缆桥架所占位置，设计应注意资料中的高度是否符合此要求，不要盲目增加此高度。如果遇到胶带机跨梯则应在楼梯位置局部预留凸起空间，不要因为楼梯而抬高通廊高度。

通廊走道板一般做成花纹钢板，花纹钢板底部做加劲肋。皮带机底部一般也需要封闭，此处一般仅有积灰荷载，荷载较小，钢板可做薄，仅作挡料封闭之用。走道板倾斜角度大于6°小于12°时，走道钢板需设置防滑条；大于12°时，走道钢板需增设钢踏步。

2.7 钢构件运输

根据项目经验，钢构件整体运输条件为宽度≤7500，高度≤4200，但此条件应结合输出项目具体施工地点和施工方确认后方可开展设计，故设计时应注意尽量避免过大的整体构件，如确实需要应先绘制出初步外形图，在施工图方案确认后再继续深化设计。

3.支架设计

3.1 单片支架设计

单片支架平面外计算长度取全高，平面内计算长度取节间长度。支架两侧如果通廊跨度相差较大，应注意尽量减少通廊在支架顶部的偏心做法，可以采用大跨度桁架支座和支架对中，小跨度桁架现场和大跨度桁架支座连接的做法，如果一定要偏心连接应注意加强支座处支架梁和支架柱的抗扭加强构造。

3.2 固定支架设计

在有条件的情况下一般在一个温度区段的中部设置一个固定支架，固定支架间距不宜大于150m。固定支架计算水平地震力时，附加质量的长度应取固定点到滑动点的长度，这部分长度上的通廊恒载和活载转化为质量附加到固定支架上，附加质量=恒载+0.5 活载。如果支架立柱受力不是抗震组合控制，则立柱的长细比、板件宽厚比按钢结构设计规范弹性设计要求控制，反之则还要满足构筑物抗震规范的要求。

3.3 柱间支撑设计

柱间支撑可设计成十字交叉支撑、人字形支撑、单斜杆支撑等。每一种支撑形式都有不同的受力特点。从受力能力的强弱、经济性角度考虑，建议选用十字交叉支撑。十字交叉支撑可按拉杆设计，长细比可按钢结构设计规范的要求控制在350 以内，但当按拉杆设计时，建议支撑杆件的截面应力比不大于0.5。

支撑应布置在外围四周，内部支撑不宜太多，可以隔一个框架布置一处，支撑应上下对齐，如果由于条件限制则错开的支撑只能错开一个柱距。支撑布置应避开门和行人通行位置，避开外部通廊接口位置，避开内部头尾轮及驱动装置位置。

3.4 柱脚设计

通廊支架一般做外露式铰接柱脚。外露式柱脚有铰接柱脚和刚接柱脚之分。判断柱脚是否满足刚接要求时，还要从锚栓位置、底板厚度、是否设置靴梁、是否设置底板加劲肋等各种因素综合考虑[3]。

柱脚底板的锚栓开孔孔径，为安装方便，一般铰接柱脚底板开孔直径为1.5d（d 为螺栓直径），刚接柱脚底板锚栓的开孔直径宜取1.2d。锚栓需采用双螺母固定，实验证明，双螺母防止松动能力比单螺母强许多，结构更加可靠。

柱脚底板下需做二次浇灌层，主要目的是调平，二次浇灌的细石混凝土对柱脚初期刚度具有非常大的影响，所以一般应采用微膨胀细石混凝土。支架立柱做外包混凝土防腐时，外包混凝土宽度做到钢柱外边100mm，顶面做里高外低10%坡度。

4.计算软件

通廊桁架与支架的计算，根据本人的经验，可使用Midas 软件进行上部整体计算，也可采用PK 进行二维计算。Midas软件对结构基础无法计算，需要其他软件（如理正软件等）配合补充计算，PK 内有基础模块，可直接建模计算。梁柱连接节点、梁梁连接节点、柱脚节点等建模时按实际节点做法点铰接或直接刚接连接。

5.结语

综上所述，钢结构通廊结构设计涉及许多钢结构设计的基本知识，设计人员只有较全面地掌握这些知识，才能在实际的工程设计中较好地完成任务，并能使钢结构具备安全性的同时还具有很好的经济性。