关于露天煤矿无柱间支撑的门式刚架库房设计

关于露天煤矿无柱间支撑的门式刚架库房设计

摘要：通过对无柱间支撑门式刚架库房的分析 ,对无柱间支撑、 大柱距的

门式刚架库房设计进行了探讨。介绍了无柱间支撑特殊门式刚架库房的纵向稳定

措施及基础设计方法。

关 键 词：门式刚架库房 纵向稳定措施 基础设计

Abstract: through between the columns support door to no frame of the

analysis of the warehou, to no between the columns support, and from the pillars of

the door frame of warehou design are also discusd. Is introduced between the

columns support special door frame of longitudinal stabilization measures and

warehou bad design method.

Clo key words: the door frame of longitudinal stabilization measures the

foundation design warehou

1工程概况

本工程为大唐国际发电股份有限公司胜利东二号露天煤矿的外修队设备库,

该库房是为了用于存放工程车及其它设备。外修队设备库为单层单跨双坡门式刚

架 ,刚架跨度 24 m,柱高 7.5m,柱距分别为 12 m、6m,共22榀，屋面坡度1 /10,

地震设防烈度 6度。永久荷载特征值 (水平投影面 ) 0 . 5 kN /m2,可变荷载特征

值取屋面活载与雪荷载中较大值 0 . 5 kN /m2,基本风压 0 . 55 kN /m2,地面粗糙

类别 B类 ,结构安全等级二级。

2结构形式分析

门式刚架的柱距确定应结合刚架的跨度、 屋面荷载、 檩条形式等因数综合

考虑。在刚架跨度较小的情况下 ,选用较大的柱距 ,增加檩条、 墙架体系用钢量

是不经济的。门式刚架最优柱距应在 6 m左右。然而为了满足工艺使用要求 ,

该门式刚架柱距须设为 12 m、6m,且在两榀刚架之间不得设置柱间支撑。这样 ,

设计时就需要摆脱使用斜交叉支撑传递纵向水平荷载至柱脚的常规作法。该库房

在设计过程中就需要重点解决如何保证库房纵向结构稳定的问题。同时 ,随着柱

距的加大 ,结合纵向连接构件的形式 ,梁柱节点构造、 基础设计也应根据具体情

况确定恰当的计算模型。

3结构纵向稳定措施

通常情况下,为了保证门式刚架的纵向稳定 ,设计时往往采用十字形交叉支

撑、人字形支撑等简单的支撑体系。支撑体系在门式刚架轻钢结构体系中具有十

分重要的作用,主要体现在以下几方面:将各个平面刚架连接组成具有空间刚度和

稳定性的整体结构;为结构和构件的平面外整体稳定提供侧向支撑点 ,减少平面

外的计算长度;简捷明了地传递风荷载、 温度应力、 地震力及吊车纵向水平制

动力等纵向荷载。

该库房柱间距分别为12 m、6 m,且为了满足使用要求 ,柱间不得设置常规的

支撑体系。厂房横向 (24m方向)为门式刚架 ,横向的结构稳定是可以得到保证

的，横向荷载可以通过刚架顺利传至基础。至于厂房纵向 (柱距方向 )，作用在

山墙上的水平风荷载 ,大部分需由可靠的柱间支撑传至边柱基础顶部 ,同时地震

力、温度应力也通常通过可靠的柱间支撑传递。倘若不设置柱间支撑 ,门式刚架

本身纵向刚度很小 ,且该库房柱与基础的连接采用铰接 ,纵向结构是不稳定的。

在不设置常规的斜交叉支撑的情况下，如何保证刚架的纵向稳定呢? 设计时我们

对以下方案进行了比选：一种是在门式刚架边柱顶部设置有足够刚度的水平系

杆，系杆与柱顶刚接，在纵向平面内也形成顶部坡度为零的刚架，以确保厂房在

纵向的结构稳定。经计算，满足要求的系杆截面很大，且系杆与刚架立柱的腹板

需刚接，在连接处产生较大的弯矩，局部应力过大，构造处理困难。

另一种方式则是在门式刚架边柱顶部设置平行弦桁架，上、下弦与边柱只需

铰接，就可在纵向平面内也形成顶部水平的刚架，以确保厂房在纵向的结构稳定。

采用桁架时，在桁架端头有较大的力臂来传递弯矩，且造型美观，最终被设计选

定。

3 . 1桁架受力分析（以12m桁架为例）

本桁架由上弦杆、 腹杆和下弦杆组成 ,构件之间通过与节点板焊接相连。

为了减少次应力及焊接应力的影响 ,腹系中不再设置分腹杆。将作用在山墙上对

应区域的风荷载折算成线荷载作用在纵向刚架立柱上 (立柱与基础铰接 )，结合

桁架自重,可求得各杆件的内力。桁架杆件布置示意如图 1。经计算，上弦杆中

1～5号杆件为受压杆 ,下弦杆中 11～12号杆件为受压杆。

3 . 2桁架杆件选择（以12m桁架为例）

桁架设置在相邻横向刚架边柱顶部之间，间距12m的两支座之间无任何侧

向支撑 ,在选择上、 下弦截面时，弦杆垂直桁架平面的翼缘应有足够的宽度才

能保证弦杆在桁架平面外的稳定性。为此 ,上、 下弦截面选择组合不等边角钢

(短边组合 )较为合理。弦杆组合截面需满足 GB 500172 2003 《钢结构设计规

范 》[ 1 ]对受压构件容许长细比的规定：

l / i≤150

式中 l— — — 压杆出平面的计算长度;

i— — — 组合截面绕平行于填板方向的回转半径。

这时，弦杆平面外的计算长度 l不应简单地取为12 m,而应取根据桁架受力

分析得出的弦杆受压段的长度作为计算长度 l (采用桁架结构后 ,本工程由 12

m变为了 10 m,减少 1 /6)。选出符合要求的截面后 ,再进行受压构件的整体稳定

性计算：

σ=N /φA ≤ f

式中 σ— — — 压杆正应力;

N— — — 压杆轴向力;

φ— — — 轴心受压构件的稳定系数;

A— — — 杆件毛截面面积;

f— — — 钢材的抗压强度设计值。

桁架中的受拉杆件长细比λ不宜超过 350。

经计算 ,最终选定的桁架上、下弦截面为 2L140 × 90 × 8 (短边组合)。截面

形式见图 2。

3 . 3桁架节点设计

桁架设计的成功与否，除了合理选择杆件截面外 ,节点构造也至关重要。

3 . 3 . 1节点杆件布置

实践经验证明，节点处杆件布置直接影响节点的承载能力。节点处构件布置

见图 3。

a．杆件节点中如果两杆件边缘之间的间隙太大 ,虽然施工制作方便，但节

点刚度较差。为提高节点刚度，可减少节点处腹杆之间的间隙，但这又有可能导

致焊缝重叠和腹杆受力重叠，为了兼顾两者一般取20 mm。

b．应使腹杆中心线尽量相交于弦杆中心线,当其偏心小于弦杆连接肢宽度的

1 /6时,偏心影响可予以忽略,否则应考虑腹杆偏心的影响,进行偏心计算。

c. 节点板应伸出弦杆 10～15 mm,以便焊接。

d. 桁架节点板的形状应简单，如矩形、 梯形等。以制作简便及切割钢板时

能充分利用材料为原则。节点板的平面尺寸应根据杆件截面尺寸和腹杆端部焊缝

长度来确定，长度和宽度宜为 5 mm的倍数 ,在满足传力要求的焊缝布置的前提

下 ,节点板尺寸应尽量紧凑。一般采用放样确定具体尺寸。