架空热力管道特殊跨越桁架设计探讨

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翻新时间：2015-09-10

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架空热力管道特殊跨越桁架设计探讨

摘要：架空热力管道在遇到过河、过街等特殊跨越时经常会用到钢桁架结构。钢桁架由于质量轻、抗震性能好、可跨越的距离大，在热力管网的特殊跨越中得到广泛应用。文章通过对桁架结构的分析，提出了桁架结构设计的优化方案。

关键词：架空热力管道；钢桁架；纵向受力桁架；水平支撑桁架；特殊跨越桁架文献标识码：A

架空热力管道在遇到过河、过街等特殊跨越时经常会用到钢桁架结构。钢桁架由于质量轻、抗震性能好、可跨越的距离大，在热力管网的特殊跨越中得到广泛应用。本人针对钢桁架在施工图设计及现场安装过程中常常遇到的情况及问题做了以下总结。

1 特殊跨越桁架的结构体系

特殊跨越桁架结构实际上是一个空间结构体系，它通常由两榀纵向受力桁架和上弦、下弦水平支撑系统

构成。

纵向受力桁架由上弦杆、下弦杆和及腹杆组成，承受顶部和底部横梁传来的竖向荷载。上弦杆和下弦杆是能够拼接的连续杆。腹杆通过节点板与上下弦连接。桁架的上弦杆、下弦杆及腹杆一般采用H型钢、槽钢或角钢背靠背设置，跨度大时也常采用钢管。节点分格通常按照等分原则按偶数划分，间距在2.2～2.5米左右。桁架上下弦杆和腹杆之间的角度一般控制在35°～55°。

上下弦水平支撑桁架通过水平支撑及横梁连接，形成水平方向桁架，传递水平荷载。水平支撑应采用交叉型腹杆，可以更好地承受侧向传来的水平荷载，交叉腹杆的角度通常控制在40°～50°比较合适。

纵向桁架和水平桁架共同组成空间受力体系。因为在特殊跨越桁架的内部要考虑支撑管道和供工作人员检修和通行，无法设置交叉支撑，所以这个空间桁架是可变体系。为了防止风荷载作用下上、下弦水平桁架产生错动，保证横向刚度和侧向稳定，在桁架的端部应设置门型封闭刚架。此刚架作为上弦和下弦水平支撑桁架的支点，将传来的水平力传给支座。

2 特殊跨越桁架构件设计

2.1 纵向受力桁架构件设计

纵向受力桁架构件通常采用型钢或钢管，因为纵向受力桁架与平面外水平支撑桁架的分格是一样的，不妨将其平面内外的计算长度取相同值，均为0.9L，L为腹杆。除了在端部和有支点的位置采用封闭刚架的杆件兼做直腹杆之外，其他部位均按照纵向受力桁架的计算内力进行设计。在计算桁架上弦杆和下弦杆的设计内力时注意，不仅要考虑受力桁架的计算结果，尚应将上弦、下弦水平支撑桁架在风荷载作用下产生的最不利内力叠加进去。

2.2 水平支撑桁架构件设计

水平支撑桁架的上弦杆、下弦杆和纵向受力桁架的设计方法是一样的，根据水平支撑桁架的计算结果设置交叉腹杆，交叉腹杆应按受拉杆件设计；竖直腹杆的轴力，除了在端部和有支点的位置采用封闭刚架的杆件兼做直腹杆之外，其他部位均按照水平支撑桁架的计算内力进行设计。同时，还要将直接承受管道荷载所产生的弯矩和剪力加上，并按压弯构件计算。为了提高构件的抗弯能力，水平支撑桁架的直腹杆宜选用工字钢或

钢管。

2.3 封闭刚架构件设计

端部门型封闭刚架的构件可按框架进行内力计算，并按压弯构件设计。横梁和钢立柱通常采用工字钢、H型钢或大直径钢管，构件的平面外计算长度可以以构件的几何长度取值。底部支承桁架的柱可以采用钢柱或混凝土柱，柱脚在平面内外均应做成刚接。通常情况下，为避免特殊跨越桁架在地震或其他偶然荷载作用下，沿纵向伸缩时产生的对于支承柱的附加弯矩或产生的位移差引起的破坏，可将特殊跨越桁架的支座一端做成固定铰支座（支座开圆孔），另一端做成可沿桁架纵向自由滑动的支座（开长圆孔）。这样可使桁架对其下部支承柱在平面外几乎没有约束作用，该柱在平面外的计算长度可按悬臂柱计算，取2.0L。

3 用正确计算模型分析纵向桁架

4 桁架的杆件截面的优化设计

综合以上优点可见，钢管结构在钢桁架结构形式中可以作为优先选用的基本结构形式之一。

5 结语

本文通过对架空热力管道钢桁架结构体系、结构计算方法的分析，指出在特殊跨越桁架设计中应注意的问题，并提出了相应的优化措施，希望能对此类工程的设计提供一点借鉴。

参考文献

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