混凝土搅拌站中水泥罐支撑排架结构计算分析

在混凝土揽拌站设备中，粉料称量设备是很重 要的组成部分。而水泥罐作为储料设备，其支撑结 构对搅拌站起到关键作用。通常所用的水泥罐重量 可达到100t,甚至更多。作为水泥罐的支撑排架，其 结构设计计算是否合理，是否能满足生产的需要， 就存在十分重要的意义。本文设计计算采用的是 《钢结构设计规范》（GB50017）规定的设计原则，采 用以概率为基础的极限状态设计方法，用分项系数 的设计表达式进行计算。

2排架的结构组成示意图

污水处理标准规范范本水泥罐支撑排架结构如图1所示。

图1排架的结构组成示意图

水泥罐支撑排架，其截面通常采用钢管和角钢 组合而成（如图2所示），从截面形状和受力情况来 看，整体上属于格构式受压柱。 作为水泥罐支撑排架，应该按照搅拌站的特 点、荷载情况、生产规模进行设计计算。设计计算内 容较多，主要包括：①支撑排架整体稳定性计算② 支撑立杆的稳定性计算③连接杆件的承载力计算

④支撑立杆的竖向变形计算③支撑系统的地基承 载力计算③支撑系统的地基沉降计算等。在本文中 主要计算前兰项的内容。

压构件的分肢也要计算其稳定性、强度和刚度。 GB50017对分肢长细比做出如下的规定：缀材为缀 条时，分支的长细比不应大于构件两方向长细比 (对虚轴取换算长细比)较大值入max的0.7倍。不满 足上述条件时，要进行验算。

永久荷载：水泥罐的 自重、水泥的重力。 可变荷载：风荷载标 准值、支撑安装偏差荷载 的标准值、施工检修人员 及设备荷载的标准值。

图2支撑排架截面示意图

3.2支撑排架整体稳定的计算

支撑排架截面近似属于格构式轴心受力构件， 其绕虚轴屈曲时，由于两个分肢不是实体相连，连 接两分肢的缀件的抗剪刚度比实腹式构件的腹板 弱，考察构件微弯平衡状态时，除弯曲变形外，还需 考虑剪切变形的影响，因此稳定承载力有所降低。 若格构式轴心受压构件绕虚轴（设为X轴)的 长细比为入，则其临界力低于长细比（入）相同的实 腹式轴心受压构件的受力，而今相当于长细比为入 (入>入）的实腹式构件的受力。经放大的等效长细 比入称为格构式构件绕虚轴的换算长细比。若求 得入，用以代替原始长细比入，则格构式构件绕虚 轴稳定性计算与实腹式相同。 支撑排架截面属于四肢组合缀条式格构构件 换算长细比计算为

Ao.=VX.3+40A/A.x

式中，入x为绕虚轴X的换算长细比；入为绕虚轴X 的长细比；A为整个构件的横截面毛面积；A1x为构 件截面中垂直于X轴各斜缀条的毛截面面积之和。 则整体稳定计算为

式中，Φ为轴心受压构件整体稳定系数；A为截面 面积：f为钢材的抗压强度设计值。

3.3支撑立杆的稳定性计算

支撑立杆是排架的分肢。格构式轴心受压构件 的分肢既是整体截面的一部分，在缀件节点间又是 一个单独的实腹式受压构件。所以对格构式轴心受

3.4支撑排架的缀件设计计算

格构式轴心受压构件缀件的作用主要是：一是 联系组成格构式构件的各分支，使其共同工作，再 就是承担构件因变形而产生的横向剪力。GB50017 根据压杆弯曲之中央截面边缘屈服为条件，推导出 横向剪力V的大小，并假定沿整个构件全长不变。

式中，A为构件毛截面面积；f,为钢材的强度设计 值；f为抗压强度设计值。 缀条是以分肢为弦杆的平行弦桁架的腹杆，在 横向剪力的作用下，一个斜缀条所受的轴心力为

N,=. ncosa

式中，V，为分配到一个缀面的剪力，有两个缀面时， V=V/2：n为承担的缀条数目：α为斜缀条倾角。

某公司设计的HZ90型搅拌站，依据安装高度 要求，排架的整体高度为，水泥罐的自重，水泥重量， 排架材料选用Q235钢材，试设计水泥罐支撑排架。

4.1按排架的整体稳定性选择截面尺寸

按排架的整体稳定性选择截面尺寸就是确定 排架的截面情况，所以根据立柱的受力进行分析。

A=N 1234.8103 =103.39cm 0.5555x215

式中，Φ为轴心受压构件整体稳定系数，A为所需 截面面积；为钢材的抗压强度设计值。 根据设计经验，查附录一一型钢表，取四根立 柱为热轧无缝钢管Φ203×7.其主要参数：截面面积

为A=43.10cm,截面惯性矩/=2072.43cm，回转半径 =6.93cm。缀条选用L75×6，其主要参数截面面积为 Al=8.8cm。斜缀条与水平方向的夹角为52°。

4.2排架整体稳定性校核

排架作为整体受压柱，其截面总惯性： I总=4/,+4(A×1152)=2288279.72cm* 各立柱之间的斜缀条不考虑，则截面回转半径

。=5.03，所以整体的刚度 i115.2 满足。

=61.03N/mm<[α]=180N/mm

所以整体稳定性满足。

4.3单个立柱的强度、刚度、

维普资计,http:/w CUVI

F2 =74.56N/mm<180N/mm，单个立 A

有四个缀面形位公差标准，V=V/4=43607/4=10901N

度义较高，因此水泥 罐支撑排架受风荷载 的影响比较明显。风 荷载产生的诱发荷载 对排架立柱有较大影 响。要考虑受力最大 的立柱的情况。

图3风荷载作用下立柱受力示

已知罐体的受风面积s=30m，罐体的重心在 =10m高处。取风压p=441N/m，风振系数β=1.15，

经过分析沥青路面标准规范范本，风荷载引发的诱发荷载对立柱②最 大。立柱②受到的最大诱发压力

=46.77kN 2300/sin45