钢结构通廊常规设计方法的局限性

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　　摘    要：钢结构通廊是工业厂区中常见的构筑物，一般搭载带式输送机，实现散物料在各转接机房之间的的输送功能。由于带式输送机的荷载较小，所以钢结构通廊的质量和刚度都比较小，也正由于轻质的特点，几乎任何构筑物之间都有它的身影。近年来，转接机房的功能性越来越多，高度也越来越高，很多通廊都同时具有大跨度和高支架的特点，此时，常规设计方法会出现局限性，设计时应给与特别注意。
　　关键词：钢结构通廊 滑动支座 风荷载
　　1  前言
　　常规设计中，钢结构通廊分为桁架部分和支架部分。支架又分为固定支架和活动支架。竖向荷载由桁架传导至支架，水平荷载则由支架直接承担。沿着通廊方向的水平荷载主要为地震力，全部由固定支架承担;垂直通廊方向的水平荷载主要为风荷载，由固定支架和活动支架共同承担。当钢结构通廊的高度超过30m时， 钢支架对水平荷载非常敏感，有以下两个问题需要特别注意。
　　2  地震力作用下的滑动支座问题
　　常规设计中，一般以120m为一个地震区段。当支架高度高于40m时，考虑柱脚上拔力的限制，应减小地震区段。以实际工程为例：某国内大型煤焦化项目，通廊总长度117m，高度46m，7度区0.1g，地震分组第三组，Ⅲ类场地。基本风压0.6kN/m2，A类场地。通廊两端支撑在转接机房上，均为滑动支座。见图1。
　　为了减少地震力产生的上拔力，可以将桁架一端与固定支架的连接设计为滑动支座，这样每一个地震区段为39m，即每个固定支架承担39m的水平地震力。本工程设计软件采用3D3S v14.10.7，计算得到通廊地震作用下的位移图，见图2。
　　然而，上述设计思想是建立在两个基本假设前提下的。第一，固定支架刚度足够大，柱顶位移很小;第二，滑动支座能够释放水平地震位移，能够“滑起来”。当通廊很高时，固定支架本身的柱顶位移已经很大，设置滑动支座没有实际意义。更大的问题是市场上的滑动支座大多由聚四氟乙烯组成，即使是理想状态，聚四氟乙烯也有一定的摩擦系数，也就是说滑动支座实际上并不能完全释放水平地震力，算出的结果并不准确。本项目中固定支架高度超过40m，柱顶每增加10kN的水平力，柱脚就多增加100kN的上拔力。这个数量级是非常可观的。因此，本项目建议取消桁架与固定支架的滑动支座，改为铰接，这样两个固定支架共同承担117m水平地震力，更贴近实际情况，结构也更加安全。
　　4  风荷载计算问题
　　GB 50009—2012《建筑结构荷载规范》中8.4.3条，对于一般竖向悬臂型结构，例如高层建筑和构架、塔架、烟囱等高耸结构，需要考虑风振系数。常规设计中，在垂直带式输送机方向，起控制作用的是风荷载，标准风压往往不考虑风振系数。但是当支架高度很高时，从现场工作人员的反馈情况中得知，大风天气中钢结构廊道在高处抖动的非常明显，无论从舒适度方面还是安全方面考虑，都应该考虑风振系数的影响。
　　《建筑结构荷载规范》8.4.3～8.4.6条中列举了风振系数的计算公式，通过对比计算，该系数的大小对风荷载的影响很大，本项目的风振系数经过计算可达2.07，即将常规设计的风荷载标准值扩大2倍，这对钢构件的计算和柱脚锚栓影响非常大，如果不加以考虑，会造成安全隐患。规范中没有规定钢结构通廊需要考虑风振系数的高度界限，这就需要设计人员在项目中继续探索总结。
　　钢结构通廊的封闭形式同样对风荷载有所影响。本项目廊身为开敞桁架形式，也应该按《建筑结构荷载规范》表8.3.1中第33项考虑多榀桁架的体型系数。此外，开敞形式的桁架迎风面积还应该考虑皮带机挡风面高度，但是规范中没有规定如何综合考虑两者的影响，有待于今后进一步研究。
　　5  结语
　　总之，水平荷载对一定高度钢结构通廊具有非常显著的影响。钢结构通廊本身是一种柔性结构，高度很高时，采用地震反应谱法计算得到的地震力往往很小，固定支架本身类似于摇摆柱，柱脚无论做成铰接还是刚接对柱顶位移都没有显著影响。如果为了控制柱顶位移而加大固定支架刚度，会造成很大的浪费，也违背了设计的初衷。因此，“一柱一滑”的做法不适合此时应用。此外，垂直带式输送机方向的风荷載往往对柱脚上拔力起控制作用，所以风振系数和体型系数的正确取值直接影响设计的质量。千里之堤，毁于蚁穴，由于水平有限，上述问题有待于更深入的研究，欢迎各位工程师批评指导。
　　参考文献：
　　[1] GB 50011—2010.建筑抗震设计规范[S].
　　[2] GB 50191—2012.构筑物抗震设计规范[S].
　　[3] GB 50017—2003. 钢结构设计规范[S].
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