1、探析选煤厂门式刚架及内部模块钢结构的设计方法摘要：文章以钢结构的设计经验，结合选煤厂门式刚架厂房及内部模块钢结构，对其厂房的结构设计特点进行了概述与分析，并提出了选煤厂门式刚架结构设计的要点，以及在设计的过程中应该注意的事项，来提高选煤厂门式刚架结构设计的安全性。 关键词：选煤厂 门式刚架结构设计 节点设计 中图分类号： S611 文献标识码：A 文章编号： 1 引言 到目前为止，已经投产或在建的选煤厂的厂房，绝大多数是采用门式刚架轻型房屋钢结构。在外部挂符合色彩的压型钢板外护围护，内部是划分为几个相互独立的模块，而且模块一般也是采用钢结构，其主要设备直接用 H 型刚框架来支撑。这种钢结构有很
2、多优点：自身重量较轻、取材方便、用料较省、外围护结构与内部模块分开，受力明确，同时又便于维护，施工条件不随季节改变而改变，其构件可工厂化加工、现场组装，内部结构施工和设备的安装可以交叉进行，可以缩短了工期，其工业化程度高、运输安全等优点，使得轻型门式刚架在选煤厂厂房设计中得到了广泛的应用。为此，笔者对选煤厂厂房门式刚架以及内部模块设计方法进行了一些探讨。 2 选煤厂门式刚架各模块设计方法 2.1.刚架模块的设计 2.1.1 内力的计算。对于变截面的门式刚架，要采用弹性分析的方法来确定各种内力，在刚架的梁柱全部为等截面的时候才能使用塑性分析方法，但这种情况在实际工程中是很少采用的。进行内力分时时
3、常常要把刚架当作平面结构来对待，一般不会考虑蒙皮效应，只把它当作安全储备。 变截面门式刚架的内力往往采用杆系单元的直接刚度法来编制程序进行上机计算。在计算的时候，将变截面的梁、柱构件分成若干段，每段的特性当作常量，还可采用楔形单元。对于地震作用的效用，可以采用底部剪力法来分析确定。当需要用手算校核时可以采用一般结构的力学方法进行。 2.1.2 侧移的计算。变截面门式刚架的柱顶的侧移应该采用弹力分析的方法确定。在计算时，荷载取标准值，不用考虑荷载分析系数。此外，侧移计算可以和内力分析一样的在计算机上进行。 规程给出了柱顶侧移的公式，可以在初步选取构件的截面时估算出侧移的刚度，以防因为刚度不足导致
4、的重新调整构件的截面。 2.2 墙梁模块的设计 墙梁的截面一般采用的是冷弯卷边槽钢，有时也会采用卷边 Z 形钢。墙梁在其自身重量、墙体材料和水平风荷载的共同作用下，也是双向的受弯构件。墙板常常做成落地式的样子，并且与基础相连的，枪版的重力会直接传至基础，所以墙梁的最大刚度平面在水平面上。在采用卷边槽型的截面墙梁时，为了便于墙梁与刚架住的连接则把槽口会向上放置，单窗框下沿得的墙梁需要槽口向下来放置。 另外，墙梁要等间距来放置，在墙面的上沿、下沿以及窗框的上沿、下沿处应该放置一到墙梁。为了减少墙梁的竖直扰度以及竖向荷载产生的效应，可以在墙梁上设置拉条，并且在最上面墙梁的地方设置斜拉条将拉力传到刚架
5、住。此外，墙梁可以根据柱距大小做成是跨越一个柱距的简支梁或者是两个柱距的连续梁，不过前者运输起来相对方便，而且节点构件也相对简单些，但是后者受力会合理些，也会节省材料。 2.3 支撑构件的模块设计 选煤厂刚架结构中有交叉支撑和柔性的系杆可以按拉杆来设计，非交叉支撑中的受压杆件以及刚性系杆可以按压杆来设计。根据纵向风荷载要按支撑于柱顶的水平桁架来计算刚架斜梁上横向水平支撑的内力，而且要计入支撑对于斜梁的减少计算长度作用而要承受的力，对交叉支撑可以不计算压杆的受力。对于刚架柱之间支撑的内力，则应根据该柱列所受的纵向风荷载按支撑于柱脚上的竖向悬臂桁架来计算，而且要计入支撑对于柱起减少计算的长度而应该
6、承受的力，对于交叉支撑可以不计算压杆方面的受力。在同一个柱列设有多道柱间的支撑时，纵向力会在支撑间起到平均分配的作用。在支撑的杆件中，拉杆可以采用圆形的钢来制作，还可用特制的并且连续的接件与梁、柱的腹板相连在一起，还要用花兰螺丝来张紧。而压杆要采用双角钢组成的 T 形截面或是十字形截面制成，此外，按压杆设计的刚性系杆也可以采用圆管截面来设计。2.4 节点模块的设计 选煤厂厂房的门式刚架斜梁与柱之间的连接可以采用端板的竖放、端板的平放以及端板的斜放三种形式。在斜梁的拼接时要使端板与构件的边缘垂直。 端板在连接时要按所受的最大内力来设计。对于内力较小的时候，要按能承受的不小于较小被连接截面承受力的
7、一半来世纪。对于主刚架构件的连接一般采用高强度的螺栓来设计。而对于吊车梁与制动梁的连接则要采用摩擦型的高强度螺栓，通常选 M16M24,此外，吊车梁和刚架的连接处要设置长圆孔。檩条与刚架的斜梁以及墙梁与柱子的连接常常采用 M12 普通螺栓。 端板相连的螺栓要成对而且对称的布置，在收到拉翼缘和受压翼缘的内外两侧都应该设置成使每个翼缘的螺栓群的中心和翼缘的中心重合或者接近。螺栓的中心至翼缘板表面的距离应该满足拧紧螺栓时的要求，通常不宜小于 36mm。螺栓端距不应该小于 2 倍的螺栓孔的直径。门式刚架受压的翼缘螺栓也不宜少于两排。在受拉的翼缘两侧各设有一螺栓，在起不能满足承载力的要求的时候，可以再翼
8、缘的内侧增加设置螺栓，其间距可以取值 75mm,而且不小于 3 倍孔的直径。此外，与斜梁端板连接的柱翼缘应该与端板的厚度保持一致，同时，受拉和受剪的螺栓，则应该计算螺栓在拉、剪共同作用下的强度。 3 小结 本文通过结合笔者从事门式刚架厂房的工作经验，结合选煤厂门式刚架厂房及内部模块钢结构，对选煤厂厂房的结构设计特点进行了概述与具体的分析，并提出了选煤厂门式刚架结构设计的要点，以及在设计的过程中应该注意的事项，来提高选煤厂门式刚架结构设计的经济性和安全性。 参考文献： 1 蔡益燕.轻型门式刚架设计中的一个重大问题J.中国建筑金属结构.2012(03). 2 郭春阳,王越,吴铮.门式刚架结构设计探讨J.河南建材.2012(02). 3 周奋生.钢结构厂房设计中应注意的几个问题J.工程建设与设计.2010(11). 4 赵永江.轻型门式刚架厂房结构设计要点探讨J.中国城市经济.2011(09). 5 刘荣来.钢结构厂房设计技术总结J.内蒙古煤炭经济.2011(02).6 张永.大型钢结构工业厂房的结构体系及设计思路J.Chinas Foreign Trade. 2011(16).
