門式鋼架結構鐵路維修車間材料棚結構設計實例

劉冰

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

關鍵詞：門式鋼架;結構設計;運用

門式鋼架結構作為一種輕型鋼結構，因它的性能好，造價低，工程周期短且成本費用較低， 被廣泛應用于工業廠房、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構中。

一、門式鋼架結構鐵路維修車間應用必要性

門式鋼架結構不僅具有一般鋼架結構中的鋼材強度高、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，對環境污染小和綜合性能優異的特點。同時，鋼構件在現場拼裝前可根據設計要求提前生產，前期制作環節也使得整個建設工期大幅度縮減，施工成本進一步降低。

二、門式鋼架結構的維修車間結構設計

（一）門式鋼架結構的鏈接方式

門式鋼架維修車間需要根據實際情況確定其柱腳連接方式。通常情況下，門式鋼架結構中的柱腳按鉸接進行處理，《門規》第10.2.15條第1款規定，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，應用于房屋跨度和高度相對較小的輕鋼結構房屋。當用于維修車間且有5T以上橋式吊車時，宜將柱腳設計成剛接。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。在實際設計中應綜合考慮鋼量、材料牌號、基礎形式和維護等多方面的因素，通過反復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濟效益。

（二）門式鋼架結構支撐系統設計

門式鋼架結構剛性系桿構件由型鋼和鋼管，通過與鋼架螺栓鉸接，它的截面受力滿足壓力的穩定性，可以通過受力計算得出，因此只需要考慮干架轉角和屋脊梁鏈接出，它的間距由它的構件平面穩定性決定。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在中部，必須將屋梁和柱間的水平支撐設置在同一開間，其支撐間距滿足規程規定，在需要考慮空間協同作用的加設水平支撐。水平支撐系統截面大小與縱向水平力大小有關，需要通過受力計計算。

（三）檀條與主門式結構的選擇

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

（四）門式鋼架結構屋面設計

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

（五）門式鋼架結構基礎設計

由于門式框架結構重量輕，基礎縱向負荷小，水平荷載成為基礎大小的控制因素，由于基礎結構具有偏心過大且不均勻性，基礎可能發生偏移，影響結構的正常使用。我們可以加大基礎的壓重、基礎深埋、偏心基礎和使用樁基等方法，實際設計中需要經過充分的地質分析來選擇那一種方法。

（六）門式鋼架結構抗剪設置

輕鋼結構具有良好的抗震性能，《門規》第3.1.4 條規定，當抗震設防烈度在7度（0.1g）及以上時，應進行地震組合的效應驗算。在負載較大或者需要防烈程度較高結構體系中，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，操作比較復雜，只有在柱底板下的空隙密實的條件下發揮作用，不僅與本身的截面和焊接高度長度有關：還與是否密實有關?？辜翩I以平行柱底板最佳且不與基礎面接觸，保留一定的空間，確保抗剪鍵發揮作用。

三、應用實例

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

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）抗震設防烈度6度。

（一）結構內力

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

1、內力計算，根據彈性方法確定各種荷載所要滿足的條件下的各中內力。

2、側移計算：按照柱腳鋼架側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移值。

通過對鋼架結構布局的計算得出，當材料棚門式框架高度大于《門式鋼架輕型房屋結構技術規程》所規定是適宜高度時， 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又與門式框架結構的特點相勃，造成斷面過大，沒有使用這個結構的必要。選擇合適的位移值相當重要的。

（二）結構設計

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、內力和側移計算都要滿足結構的需求，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。對于結構的設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合的方法達到優勢互補。

四、鋼結構施工注意的問題

（一）焊接質量《鋼結構設計規范》GB50017對焊縫質量做出明確要求，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）做好結構特殊需求的保溫隔熱防水工作。

五、結語

鋼結構門式框架比傳統結構有著體積小、施工周期端、造價低和綜合效益高等優點，給現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，只有對門式結構的深入研究和開發，才能設計出經濟合理和安全可靠的建筑，也才能是它的優點擴大化。

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