简述钢结构栈桥设计徐加夷

简述钢结构栈桥设计徐加夷

徐加夷

美建建筑系统（中国）有限公司上海201199

摘要：钢结构栈桥在现代工业建设中用途越来越广泛，本文从钢栈桥的设计原理和相关的规范出发，通过具体的工程设计项目，从各个方面对钢栈桥设计作了简单论述，为达到设计经济合理，造型美观，确保安全的目的。

关键词：钢栈桥钢桁架桁架支撑结构体系

在煤矿、工业建筑、物流系统中都需要设置输送机系统，在现有的各种输送形式设计中，需要选择一个可以布置灵活，建设投资快，经济效益优的设计方案。架空钢栈桥就具有以上这些优点，成为各建设方首选的结构形式。下图1为物流系统的双层钢栈桥结构布置图：

图1物流系统的双层钢栈桥结构布置图

1.钢栈桥结构形式的确定。

在上述工业建筑、物流系统中，作为胶带机的输送钢栈桥，形式多样，根据栈桥的跨度大小，荷载重量的不同，钢栈桥一般可采用梁式钢栈桥和桁架式钢栈桥。

2.梁式钢栈桥一般适用荷载轻，栈桥宽度不大，跨度适中情况下使用。梁式钢栈桥的钢梁一般采用H型钢，钢栈桥的纵向钢梁与钢柱采用刚接或铰接连接，梁式钢栈桥横向为钢框架结构。这种结构形式钢栈桥的特点是制作和安装简单，横向迎风面高度小，所以在输送设备轻，柱距不大的情况下一般均采用这种结构形式。一般钢梁截面选用HN型钢，某工程设计的钢栈桥长度18米，宽度1.7米，经pkpm计算钢梁采用HN500x200x10x16，同时在两根钢梁之间间隔一定距离设置槽钢10与钢梁焊接连接，既用于设备荷载的支点，对控制钢梁的侧向稳定也有利。

梁式钢栈桥的钢梁设计既要满足强度，稳定性的规范要求，又要满足挠度的规范要求。其中对钢梁稳定性计算，《钢结构设计规范》GB50017-2003与GB50017-2017有所不同，GB50017-2003版《钢结构设计规范》规定，梁上无板情况下，当受压翼缘的自由长度L1与其宽度b1之比满足规范第4.2.1时，不需要验算整体稳定；而GB50017-2017版《钢结构设计规范》规定，在梁上无板情况下所有钢梁都需要按规范要求进行钢梁的整体稳定计算。

梁式钢栈桥为保证结构的纵向稳定和空间刚度，必须设置可靠的支撑系统，根据《钢结构设计规范》规定，露天结构的温度区段长度值为120米，钢栈桥在每一个温度区段内，应设置独立的空间稳定支撑系统，同时尽可能在间距不大于60米的每一列柱设置柱间支撑系统。梁式钢栈桥横向采用钢梁与钢柱刚接加柱间支撑的形式。

3．对那些跨度大，荷载重的钢栈桥设计成梁式钢栈桥就不经济了，宜采用纵向为桁架结构，横向为框架结构体系的桁架式钢栈桥。通常整个输送系统长度有达到几百米，采用桁架式栈桥布置就比较灵活，钢栈桥单跨跨度一般为15~36米。承重钢桁架一般采用两种结构形式，即平行弦杆桁架和下撑式桁架。

平行弦杆桁架的高度一般取L/8~L/12（L为纵向跨度），同时要满足栈桥从底板到顶板的最小高度不应小于2.2米的建筑要求，两端的门架高度不小于1.9米。桁架宽度方向的尺寸有工艺设计人员根据胶带机的型号及排列布置来确定，图1中的栈桥宽度为6.9米，单跨栈桥纵向长度为28米。由于栈桥上输送荷载比较重，经pkpm计算，上弦和下弦均采用热轧H型钢HW200x200。

平行弦杆桁架栈桥一般用于需要设置围护结构的栈桥，在栈桥高度范围内，桁架的竖腹杆可以作为围护结构侧墙的立柱。平行弦杆桁架为了保证其结构的整体稳定，沿桁架的上下弦宜通长设置纵向水平支撑，两端设置门形刚架。图1中的纵向水平支撑由于栈桥宽度大，最终确定采用人字形纵向水平支撑，按受压支撑设计。

当栈桥不需要设置设置围护结构时，可采用下撑式桁架，高度可根据跨度决定，高度一般取L/8~L/12（L为纵向跨度），同样需要沿桁架的上下弦宜通长设置纵向水平支撑。当栈桥的支架设计为钢支架时，在栈桥跨度布置时，尽量考虑栈桥各跨的跨度一致或比较接近，这样就可以避免各跨为了保持桁架高度一致，小跨度也用大跨度的桁架高度，节省钢材。

钢桁架栈桥的杆件布置：栈桥组成有承重桁架，水平支撑和端刚架。承重桁架承受的荷载主要有通过横梁传来的上弦楼面及下弦楼面的恒载，活载，还有支撑体系的重量，荷载作用点应加在桁架节点上，所以支承楼面重量的横梁布置位置应该位于桁架节点上。水平荷载（风荷载，地震荷载）与其他荷载相组合作用在承重桁架节点上，一般水平荷载仅占承重桁架作用力的1.5%左右。作用在承重桁架上的水平荷载最终通过桁架上弦和下弦的纵向水平支撑传到桁架两端的门形刚架上。桁架上弦杆受压，下弦杆受拉，弦杆截面形式一般采用双槽钢组合，双角钢组合，H型钢。斜腹杆和竖腹杆一般采用单角钢，单槽钢，方钢管，也可采用双角钢，双槽钢组合截面。由于方钢管在X轴和Y轴方向的截面回转半径相同，所以根据设计计算需要选用方钢管截面构件可以节省钢材。斜杆的角度一般采用35。~55。。桁架大于30米时宜起拱，拼装起拱的拱度v=L/500。弦杆的拼接部位不要放在节点上，应该放在节间的部位。

桁架两端的门形刚架是承重桁架的组成部分，它和栈桥两侧的两榀承重桁架连为整体保证了桁架栈桥的空间稳定和空间刚度，端门形刚架同时承担由桁架纵向水平支撑传递来的横向水平荷载，两端门形刚架的钢柱一般采用HW型钢，钢梁采用HN、HW型钢，钢梁与钢柱刚接形成框架结构。

4.钢栈桥支架

钢栈桥支架承受栈桥传来的竖向荷载和横向荷载，也是整个栈桥体系刚度和稳定的重要保证部分。栈桥支架有空间支架和单片支架，支架宽度一般情况下应与栈桥宽度相同，一个栈桥体系既要有空间支架也有单片支架，空间支架的设置位置一般当不能利用两端建筑物作为不动铰支座时设置空间支架，同时为避免栈桥的侧向变形过大，在跨间适当位置设置一些空间支架；有装紧装置的部位也可综合考虑设置空间支架，其余部位可设置单片支架。栈桥桁架直接支承在支架的立柱上。桁架与支架的连接有可动支座（滑动铰支座、滚动铰支座）和固定铰支座的连接方式，一般在桁架一端设置可动铰支座，另一端设置固定铰支座。可动铰支座设置在高端，可动铰支座可以保证桁架的位移变形，减轻对栈桥支承构件产生的推力。钢支架的立柱一般采用H型钢截面、轧制工字钢或组合截面。

结束语：工程设计是一个需要全面综合考虑的系统工程，需要具体问题具体分析，正确地选择栈桥的结构形式和跨距，确定合理的几何尺寸和构件型号，可以达到外形美观，经济适用又保证安全的目的。

作者介绍：徐加夷.1989出生.助理工程师.主要从事结构设计工作