劉冰

摘 要：梁、柱及其支撐構(gòu)成了門(mén)式鋼架結(jié)構(gòu)的主體，其作為一種常見(jiàn)的結(jié)構(gòu)形式，在鐵路維修車(chē)間的建設(shè)中廣泛被使用， 在設(shè)計(jì)過(guò)程中需要對(duì)安全性、穩(wěn)定性和適用性進(jìn)行充分考慮，并根據(jù)實(shí)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(duì)門(mén)式鋼架結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)要點(diǎn)進(jìn)行闡述和總結(jié)，提出了門(mén)式鋼架結(jié)構(gòu)實(shí)施的可行性和優(yōu)點(diǎn)，結(jié)合門(mén)式鋼架實(shí)際中的運(yùn)用指出它的經(jīng)濟(jì)合理安全可靠的特點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：門(mén)式鋼架;結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì);運(yùn)用

門(mén)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(jià)低，工程周期短且成本費(fèi)用較低， 被廣泛應(yīng)用于工業(yè)廠房、倉(cāng)庫(kù)、大型體育場(chǎng)以及展覽廳、鐵路維修車(chē)間材料棚等建筑結(jié)構(gòu)中。

一、門(mén)式鋼架結(jié)構(gòu)鐵路維修車(chē)間應(yīng)用必要性

門(mén)式鋼架結(jié)構(gòu)不僅具有一般鋼架結(jié)構(gòu)中的鋼材強(qiáng)度高、整體重量輕、高強(qiáng)度的韌性、極強(qiáng)的可塑造性和運(yùn)用周期端的特點(diǎn)，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(duì)環(huán)境污染小和綜合性能優(yōu)異的特點(diǎn)。同時(shí)，鋼構(gòu)件在現(xiàn)場(chǎng)拼裝前可根據(jù)設(shè)計(jì)要求提前生產(chǎn)，前期制作環(huán)節(jié)也使得整個(gè)建設(shè)工期大幅度縮減，施工成本進(jìn)一步降低。

二、門(mén)式鋼架結(jié)構(gòu)的維修車(chē)間結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

（一）門(mén)式鋼架結(jié)構(gòu)的鏈接方式

門(mén)式鋼架維修車(chē)間需要根據(jù)實(shí)際情況確定其柱腳連接方式。通常情況下，門(mén)式鋼架結(jié)構(gòu)中的柱腳按鉸接進(jìn)行處理，《門(mén)規(guī)》第10.2.15條第1款規(guī)定，門(mén)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(wú)吊車(chē)或5t橋式吊車(chē)吊運(yùn)，應(yīng)用于房屋跨度和高度相對(duì)較小的輕鋼結(jié)構(gòu)房屋。當(dāng)用于維修車(chē)間且有5T以上橋式吊車(chē)時(shí)，宜將柱腳設(shè)計(jì)成剛接。在一定的條件下，吊車(chē)是決定柱腳連接方式的一個(gè)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(dú)立基礎(chǔ)比鉸接方式耗費(fèi)更多的混凝土材料，鋼架多采用強(qiáng)度更高的Q345B鋼材。在實(shí)際設(shè)計(jì)中應(yīng)綜合考慮鋼量、材料牌號(hào)、基礎(chǔ)形式和維護(hù)等多方面的因素，通過(guò)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(chǎng)地，選擇合適的連接方式可以取得更好的經(jīng)濟(jì)效益。

（二）門(mén)式鋼架結(jié)構(gòu)支撐系統(tǒng)設(shè)計(jì)

門(mén)式鋼架結(jié)構(gòu)剛性系桿構(gòu)件由型鋼和鋼管，通過(guò)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(guò)受力計(jì)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(kāi)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(guò)受力計(jì)計(jì)算。

（三）檀條與主門(mén)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(qiáng)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(guò)1，5米，經(jīng)過(guò)分析壓型鋼板、復(fù)合板依托內(nèi)附檀條組成圍護(hù)結(jié)構(gòu)。

（四）門(mén)式鋼架結(jié)構(gòu)屋面設(shè)計(jì)

輕鋼結(jié)構(gòu)屋面設(shè)計(jì)中兩個(gè)重要的子項(xiàng)目為屋蓋支撐和排水系統(tǒng)。在屋面設(shè)計(jì)中需要對(duì)水平支撐、屋面檁條、 屋面拉條、檁托和隅撐結(jié)構(gòu)進(jìn)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(jìn)行排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，為保屋面的排水效果，屋面多選擇使用夾芯的彩鋼板，同時(shí)根據(jù)排水需要設(shè)置合適的坡度以達(dá)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(mén)式鋼架結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)設(shè)計(jì)

由于門(mén)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(guò)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(shí)際設(shè)計(jì)中需要經(jīng)過(guò)充分的地質(zhì)分析來(lái)選擇那一種方法。

（六）門(mén)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(mén)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(shí)，應(yīng)進(jìn)行地震組合的效應(yīng)驗(yàn)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(lái)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(shí)的條件下發(fā)揮作用，不僅與本身的截面和焊接高度長(zhǎng)度有關(guān)：還與是否密實(shí)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(shí)例

長(zhǎng)期以來(lái)鐵路維修工區(qū)材料棚多采用門(mén)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(shì)，根據(jù)這一情況，由中鐵第四勘察設(shè)計(jì)院運(yùn)用門(mén)式鋼架結(jié)構(gòu)技術(shù)為滬昆車(chē)間設(shè)計(jì)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(dòng)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(chē)荷載，1臺(tái)電動(dòng)單梁起重機(jī)，起重量為10t，跨度為16.5m ;工作級(jí)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(guó)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(jìn)行結(jié)構(gòu)分析：

1、內(nèi)力計(jì)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(jì)算：按照柱腳鋼架側(cè)移計(jì)算公式得出水平方向等效的柱頂力作用下和水平吊車(chē)荷載等效柱頂力作用下的側(cè)移值。

通過(guò)對(duì)鋼架結(jié)構(gòu)布局的計(jì)算得出，當(dāng)材料棚門(mén)式框架高度大于《門(mén)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(shí)， 地面有橋式吊車(chē)柱頂位移h/150時(shí)，那么柱頂最大位移達(dá)到180mm， 這必然影響到吊車(chē)的正常使用，柱頂位移取1/500又與門(mén)式框架結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)相勃，造成斷面過(guò)大，沒(méi)有使用這個(gè)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(jì)

由于材料棚高度的特殊性和水平荷載大的特點(diǎn)，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(jì)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(guò)螺栓和焊接鏈接。對(duì)于結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)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(dá)到優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)。

四、鋼結(jié)構(gòu)施工注意的問(wèn)題

（一）焊接質(zhì)量《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50017對(duì)焊縫質(zhì)量做出明確要求，我國(guó)的檢驗(yàn)等級(jí)都是B級(jí)。

（二）涂裝承重鋼材表面必須除銹，且至少為Sa2.5級(jí)。

（三）做好結(jié)構(gòu)特殊需求的保溫隔熱防水工作。

五、結(jié)語(yǔ)

鋼結(jié)構(gòu)門(mén)式框架比傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)有著體積小、施工周期端、造價(jià)低和綜合效益高等優(yōu)點(diǎn)，給現(xiàn)代的建筑帶來(lái)巨大的變革，但是需要完善和解決的問(wèn)題依然很多，只有對(duì)門(mén)式結(jié)構(gòu)的深入研究和開(kāi)發(fā)，才能設(shè)計(jì)出經(jīng)濟(jì)合理和安全可靠的建筑，也才能是它的優(yōu)點(diǎn)擴(kuò)大化。

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