劉冰

摘 要：梁、柱及其支撐構(gòu)成了門式鋼架結(jié)構(gòu)的主體，其作為一種常見的結(jié)構(gòu)形式，在鐵路維修車間的建設(shè)中廣泛被使用， 在設(shè)計過程中需要對安全性、穩(wěn)定性和適用性進行充分考慮，并根據(jù)實際情況，合理選擇其結(jié)構(gòu)形式和布置方式。本文結(jié)合工程應(yīng)用對門式鋼架結(jié)構(gòu)的設(shè)計要點進行闡述和總結(jié)，提出了門式鋼架結(jié)構(gòu)實施的可行性和優(yōu)點，結(jié)合門式鋼架實際中的運用指出它的經(jīng)濟合理安全可靠的特點。

關(guān)鍵詞：門式鋼架;結(jié)構(gòu)設(shè)計;運用

門式鋼架結(jié)構(gòu)作為一種輕型鋼結(jié)構(gòu)，因它的性能好，造價低，工程周期短且成本費用較低， 被廣泛應(yīng)用于工業(yè)廠房、倉庫、大型體育場以及展覽廳、鐵路維修車間材料棚等建筑結(jié)構(gòu)中。

一、門式鋼架結(jié)構(gòu)鐵路維修車間應(yīng)用必要性

門式鋼架結(jié)構(gòu)不僅具有一般鋼架結(jié)構(gòu)中的鋼材強度高、整體重量輕、高強度的韌性、極強的可塑造性和運用周期端的特點，還自己本身具有用料省、方便制造、造型美觀、空間充分利用、快速安裝，對環(huán)境污染小和綜合性能優(yōu)異的特點。同時，鋼構(gòu)件在現(xiàn)場拼裝前可根據(jù)設(shè)計要求提前生產(chǎn)，前期制作環(huán)節(jié)也使得整個建設(shè)工期大幅度縮減，施工成本進一步降低。

二、門式鋼架結(jié)構(gòu)的維修車間結(jié)構(gòu)設(shè)計

（一）門式鋼架結(jié)構(gòu)的鏈接方式

門式鋼架維修車間需要根據(jù)實際情況確定其柱腳連接方式。通常情況下，門式鋼架結(jié)構(gòu)中的柱腳按鉸接進行處理，《門規(guī)》第10.2.15條第1款規(guī)定，門式鋼架 柱腳宜采用平板式鉸接柱腳。鉸接柱腳僅承受軸心壓力和水平剪力，一般用無吊車或5t橋式吊車吊運，應(yīng)用于房屋跨度和高度相對較小的輕鋼結(jié)構(gòu)房屋。當(dāng)用于維修車間且有5T以上橋式吊車時，宜將柱腳設(shè)計成剛接。在一定的條件下，吊車是決定柱腳連接方式的一個關(guān)鍵因素，但并非決定性因素。剛接柱腳需承受彎矩，柱下獨立基礎(chǔ)比鉸接方式耗費更多的混凝土材料，鋼架多采用強度更高的Q345B鋼材。在實際設(shè)計中應(yīng)綜合考慮鋼量、材料牌號、基礎(chǔ)形式和維護等多方面的因素，通過反復(fù)比較確定柱腳連接形式，特別是在地基承載力低的場地，選擇合適的連接方式可以取得更好的經(jīng)濟效益。

（二）門式鋼架結(jié)構(gòu)支撐系統(tǒng)設(shè)計

門式鋼架結(jié)構(gòu)剛性系桿構(gòu)件由型鋼和鋼管，通過與鋼架螺栓鉸接，它的截面受力滿足壓力的穩(wěn)定性，可以通過受力計算得出，因此只需要考慮干架轉(zhuǎn)角和屋脊梁鏈接出，它的間距由它的構(gòu)件平面穩(wěn)定性決定。它的水平支撐分為拉桿支撐和壓桿支撐，拉力主要平衡較小的水平力以及水平方向的唯一和變形的要求，壓桿主要平衡垂直方向力和位移等作 用，水平支撐的最佳位置設(shè)在中部，必須將屋梁和柱間的水平支撐設(shè)置在同一開間，其支撐間距滿足規(guī)程規(guī)定，在需要考慮空間協(xié)同作用的加設(shè)水平支撐。水平支撐系統(tǒng)截面大小與縱向水平力大小有關(guān)，需要通過受力計計算。

（三）檀條與主門式結(jié)構(gòu)的選擇

檀條現(xiàn)今多采用C型或者Z型薄壁型鋼材，截面大小與受力相關(guān)。由于C型截面在強弱軸的力學(xué)性能壁Z型截面差，又與鋼架的鏈接多采用鉸接，從力學(xué)分析和物理學(xué)角度采用Z型截面比較合理，所以除非有優(yōu)先考慮的條件外，首先采用Z型截面，檀條和房屋的間距不超過1，5米，經(jīng)過分析壓型鋼板、復(fù)合板依托內(nèi)附檀條組成圍護結(jié)構(gòu)。

（四）門式鋼架結(jié)構(gòu)屋面設(shè)計

輕鋼結(jié)構(gòu)屋面設(shè)計中兩個重要的子項目為屋蓋支撐和排水系統(tǒng)。在屋面設(shè)計中需要對水平支撐、屋面檁條、 屋面拉條、檁托和隅撐結(jié)構(gòu)進行合理布置，通常在鋼架的第一跨和最后一跨設(shè)置柱間支撐并在相應(yīng)位置的檐口部位設(shè)置水平撐桿，屋面檁條的間距一般取1.5m，檁條中應(yīng)設(shè)置拉條，屋脊所在位置設(shè)置雙檁條。在進行排水系統(tǒng)設(shè)計時，為保屋面的排水效果，屋面多選擇使用夾芯的彩鋼板，同時根據(jù)排水需要設(shè)置合適的坡度以達到預(yù)設(shè)的排水效果。根據(jù)相關(guān)技術(shù)規(guī)定要求，坡度應(yīng)大于5°。

（五）門式鋼架結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)設(shè)計

由于門式框架結(jié)構(gòu)重量輕，基礎(chǔ)縱向負(fù)荷小，水平荷載成為基礎(chǔ)大小的控制因素，由于基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)具有偏心過大且不均勻性，基礎(chǔ)可能發(fā)生偏移，影響結(jié)構(gòu)的正常使用。我們可以加大基礎(chǔ)的壓重、基礎(chǔ)深埋、偏心基礎(chǔ)和使用樁基等方法，實際設(shè)計中需要經(jīng)過充分的地質(zhì)分析來選擇那一種方法。

（六）門式鋼架結(jié)構(gòu)抗剪設(shè)置

輕鋼結(jié)構(gòu)具有良好的抗震性能，《門規(guī)》第3.1.4 條規(guī)定，當(dāng)抗震設(shè)防烈度在7度（0.1g）及以上時，應(yīng)進行地震組合的效應(yīng)驗算。在負(fù)載較大或者需要防烈程度較高結(jié)構(gòu)體系中，其基地的水剪力往往較大，這也就需要在柱底加上抗剪來減弱柱底板和混凝土之間產(chǎn)生摩擦力的影響，抗剪鍵是截面剛度較大的工字鋼垂直焊接在柱底板的底面，操作比較復(fù)雜，只有在柱底板下的空隙密實的條件下發(fā)揮作用，不僅與本身的截面和焊接高度長度有關(guān)：還與是否密實有關(guān)?？辜翩I以平行柱底板最佳且不與基礎(chǔ)面接觸，保留一定的空間，確?？辜翩I發(fā)揮作用。

三、應(yīng)用實例

長期以來鐵路維修工區(qū)材料棚多采用門式鋼架結(jié)構(gòu)，其體現(xiàn)出了平面布局上的靈活，工期比較短，投入資金比較小，綜合收益高等優(yōu)勢，根據(jù)這一情況，由中鐵第四勘察設(shè)計院運用門式鋼架結(jié)構(gòu)技術(shù)為滬昆車間設(shè)計了新的材料棚---材料棚外墻采用保溫的雙層壓型墻面，主體鋼結(jié)構(gòu)，具有極好的采光通風(fēng)作用。

主體建筑所需要滿足的條件：1）屋面及墻面靜荷載為每平方米30KN ;2）屋面活動荷載為每平方米0.5KN ;3）基本風(fēng)壓為每平方米0.45KN ;4）雪壓荷載為每平方米0.45KN ;5）吊車荷載，1臺電動單梁起重機，起重量為10t，跨度為16.5m ;工作級別A5.6）抗震設(shè)防烈度6度。

（一）結(jié)構(gòu)內(nèi)力

本工程采用中國建筑科學(xué)研究院K.MCAD工程部編制的結(jié)構(gòu)分析程序PKPM2010V2.2-STS（2015年6月26日版）進行結(jié)構(gòu)分析：

1、內(nèi)力計算，根據(jù)彈性方法確定各種荷載所要滿足的條件下的各中內(nèi)力。

2、側(cè)移計算：按照柱腳鋼架側(cè)移計算公式得出水平方向等效的柱頂力作用下和水平吊車荷載等效柱頂力作用下的側(cè)移值。

通過對鋼架結(jié)構(gòu)布局的計算得出，當(dāng)材料棚門式框架高度大于《門式鋼架輕型房屋結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》所規(guī)定是適宜高度時， 地面有橋式吊車柱頂位移h/150時，那么柱頂最大位移達到180mm， 這必然影響到吊車的正常使用，柱頂位移取1/500又與門式框架結(jié)構(gòu)的特點相勃，造成斷面過大，沒有使用這個結(jié)構(gòu)的必要。選擇合適的位移值相當(dāng)重要的。

（二）結(jié)構(gòu)設(shè)計

由于材料棚高度的特殊性和水平荷載大的特點，采用等截面的V字型柱和變截面〃工〃字型衡量，在橫截面尺寸、內(nèi)力和側(cè)移計算都要滿足結(jié)構(gòu)的需求，屋面檀條和墻架使用膜式卷邊型型鋼且通過螺栓和焊接鏈接。對于結(jié)構(gòu)的設(shè)計也考慮到保溫和通鳳采光的條件，施工工程中的墻板屋面板與檀條的鏈接是用明裝和暗裝結(jié)合的方法達到優(yōu)勢互補。

四、鋼結(jié)構(gòu)施工注意的問題

（一）焊接質(zhì)量《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》GB50017對焊縫質(zhì)量做出明確要求，我國的檢驗等級都是B級。

（二）涂裝承重鋼材表面必須除銹，且至少為Sa2.5級。

（三）做好結(jié)構(gòu)特殊需求的保溫隔熱防水工作。

五、結(jié)語

鋼結(jié)構(gòu)門式框架比傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)有著體積小、施工周期端、造價低和綜合效益高等優(yōu)點，給現(xiàn)代的建筑帶來巨大的變革，但是需要完善和解決的問題依然很多，只有對門式結(jié)構(gòu)的深入研究和開發(fā)，才能設(shè)計出經(jīng)濟合理和安全可靠的建筑，也才能是它的優(yōu)點擴大化。

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