工学论文：喷煤工程皮带机运输钢结构通廊的设计

 引言 　　
　　随着中国工业近年来的迅猛发展，由于汽车运输物料方式已经难以满足大规模生产的需求，所以皮带机运输方式在冶金、煤炭、化工、矿山等行业中得以广泛应用；通廊是工业企业中常见的构筑物，在生产工艺中主要作为生产用料运输的通道，冶金企业为了完成各种原料及成品的运输，也普遍采用通廊结构；然而钢筋混凝土与砖混结构通廊由于结构自重大、施工周期长，已然不能适应如今工业发展的需要，钢结构通廊是一个新的设计方向。
　　
　　1工程概况 　　
　　本工程为福建某钢铁有限公司20万t镍铁项目煤粉制备与输送系统子项上料系统中原煤胶带运输机通廊的结构设计，该项目工艺设计要求将原煤从-4.0m高的煤场运送到制粉框架27m标高平台，最终进入框架底部的磨煤机，将其磨成粉状。
　　
　　该工程通廊总水平距离为238 m,斜段为38m,坡度为16°，如图1所示。中间设有7个钢结构通廊支架和一个钢结构转运站。该通廊与小型通廊相比，其长度相当于小型通廊的10倍左右，设计中对整体布置的控制，以及各段单个通廊的设计均要求严格、精准。
　　
　　通廊的宽度需满足胶带运输机的宽度，并且需在两侧留出设备检修通道。通廊内的净空高度由工艺方面提出最低要求。由于现场各建筑物布局复杂，所以采用钢结构支架，纵向钢桁架，横向水平支撑。
　　
　　由于本项目位于福建地区，南方气温较高且多雨，故业主只要求屋面墙面采用钢檩条和彩色压型钢板即可。
　　
　　2工程设计介绍 　　
　　2.1设计荷载
　　
　　1）永久荷载1:钢结构通廊自重；2）永久荷载2:设备荷载（胶带运输机、张紧设备以及除铁设备等）；3）可变荷载：楼面均布活荷载、积灰荷载、风荷载、皮带机上煤荷载等。
　　
　　2.2内力分析
　　
　　钢结构通廊的重力荷载（恒、活荷载）主要是从胶带运输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。墙面恒荷载由墙面板传至墙梁，经墙梁传至纵向桁架竖腹杆。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部。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。
　　
　　2.3节点设计注意事项
　　
　　根据通廊结构的特点，在节点设计时应注意以下几方面的问题：
　　
　　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两等边角钢组成的T型截面。
　　
　　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连接。
　　
　　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，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。
　　
　　2.4钢结构支架设计
　　
　　2.4.1钢支架结构形式
　　
　　因通廊总长度较大，在满足通廊下部交通所需净空和施工吊装要求的前提下，需将通廊分成若干部分。本通廊中间共设置7个钢结构通廊单片活动支架、1个固定支架、1个钢结构转运站。考虑通廊纵向的温度伸缩变形，分别在固定支架两端，转运站一端设有滑动支座，共计3个。
　　
　　2.4.2荷载
　　
　　支承通廊的支架主要承受通廊桁架传来的竖向荷载、水平风荷载、地震作用以及其它管线、设备等挂于支架上的荷载。
　　
　　2.4.3钢通廊支架的内力分析
　　
　　通廊支架的计算应采用不完全铰接的平面杆系类型进行内力分析。根据通廊支架所承受的竖向力和水平力，按胶带运输机运行或空载的状态进行计算，这两种状态下都应考虑下列两种内力组合：
　　
　　1）垂直荷载+地震作用+风荷载；2）垂直荷载+风荷载。
　　
　　2.5其他设计
　　
　　2.5.1纵向钢桁架的节点设计
　　
　　由于节点均采用铰接方式，因此钢桁架节点均采用节点板加焊接的处理方法。该桁架两端应设置门型钢架，以增加通廊桁架的整体刚度。
　　
　　2.5.2单片活动支架的处理
　　
　　活动支架由H型钢分肢加角钢支撑构成横向桁架支架，顶部为H型焊接型钢。
　　
　　2.5.3固定支座
　　
　　固定支座与地下通廊采用螺栓连接，并设置抗剪键，以抵抗整个通廊所有纵向水平力的作用。
　　
　　2.5.4活动支座
　　
　　当通廊一端支撑在其他建筑物上时，应使滑动支座能够在温度变化及地震作用下有足够的伸缩自由，一般采用辊轴支座。
　　
　　3结束语
　　
　　（1）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，分别按拉 弯、压 弯 或 者 轴 心 受 力 构 件 选 取 合 适 的截面。
　　
　　（2）在构造和节点设计上力求使计算模型接近结构的实际受力状况。
　　
　　（3）设计时采用可靠的构造措施和计算方法，就可保证设计可靠、经济实用。
　　
　　（4）钢结构具有自重轻、施工周期短、抗震性能好、材料强度高等特点，目前钢结构通廊的应用日趋广泛。
　　
　　参考文献：
　　
　　[1]GB50017-2003钢结构设计规范[S].北京：中华人民共和国建设部，2003.
　　
　　[2]GB50009-2012建筑结构荷载规范[S].北京：中华人民共和国住房和城乡建设部，2012.
　　
　　[3]GB50009-2010建筑结构抗震设计规范[S].北京：中华人民共和国住房和城乡建设部，2010.