兰新铁路第二双线三十里风区彩钢房抗风研究

朱昌岳，牛叔强

（中铁二十一局集团有限公司，甘肃兰州730000）

1 工程概况

1.1 自然环境情况

兰新铁路第二双线（新疆段）LXTJ7标段地处世界著名的三十里风区，根据2008年铁二局三十里风区设置观测站气象统计资料及2004～2005年气象资料，大风不小于8级的天数为105 d，每次持续时间为4.7 h。达坂城至乌鲁木齐的达坂城风区：根据达板城气象站资料，年均大风日数（不小于8级）为156.8 d。

1.2 工程项目情况

兰新铁路第二双线（新疆段）LXTJ7标段工程位于吐鲁番市和乌鲁木齐市达坂城区境内，线路东起DK1717+239，沿既有兰新铁路南侧向西以隧道群穿越天山至白杨河特大桥头（DK1751+657）,线路全长34.383 km，主要工程内容有：路基24.256 km，断面方4327268.72 m3。特大桥5座，共计长2824 m，大桥5座，共计长1504 m，中桥3座，共计长328 m，涵洞71座，共计长2164横延米，1 km以上的隧道4座，共计长5655 m，1 km以下的隧道1座，共计长334 m，轨道工程68.766 km。防风明洞18.9 km。箱梁场1处。

2 问题的提出

兰新铁路第二双线（新疆段）LXTJ7标段工程工期5 a，由于自然环境因素的影响，有限施工时间短，工程量大，施工难度大的特点，要求施工单位必须保证必要的人力。而在强风区的施工人员驻房抗风安全显得尤为重要。

施工人员驻地临时房屋，由于建点时间在冬季，大多采用彩钢房。彩钢房如果不进行必要抗风措施，有可能危及施工人员安全。

3 解决方案

考虑彩钢房的主体结构稳固、实用，以及方便屋顶加固，房屋立柱采用H型钢，型号为HW 125×125×6.5/9，立柱间横撑采用槽钢，型号为C 126×53×5.5/9。设计抗风等级为15级，为了考虑彩钢房主体构件的内力，检算过程采用有限元数值计算方法。

3.1 彩钢房安全设计及检算

3.1.1 彩钢房荷载分析

彩钢房立柱间距横向为5.75 m，纵向间距为3.45 m，高度为3.0 m，其平面布置见图1所示。根据结构的受力性质，取其中一个单元（见图2所示）进行分析。

根据《兰新铁路新疆有限公司文件》（新铁安质201033号）提供的风级凤速换算表（见表1）及《铁路桥涵设计基本规范》中的4.4.1条确定风荷载的大小。

《铁路桥涵设计基本规范》中的4.4.1条规定，作用于结构物上的风荷载强度可按下式计算：

W=K1K2K3W0（1）

式中:W——风荷载强度,Pa；

K1——风载体形系数，对桥墩可参照《铁路桥涵设计基本规范》中表4.4.1-1，其它构件为1.3；

K2——风压高度变化系数，可参照《铁路桥涵设计基本规范》中表4.4.1-2，风压随离地面或常水位的高度而异，除特殊高墩个别计算外，为简化计算，桥梁工程中全桥均取轨顶高度处的风压值；

K3——地形、地理条件系数，可参照《铁路桥涵设计基本规范》中表4.4.1-3。

表1 风级风速换算表

针对该工程场地实际特点，取k1=1.3，k2=1.0，k3=1.3。取风级10以下的风速为28.4 m/s，风级12以下的风速为36.9 m/s，风级15以下的风速为50.8 m/s。计算得每延米的荷载强度分别为：风级10为2.94 kN/m，风级12为4.96 kN/m，风级15为9.44 kN/m，计算过程见表2所示。

表2 风级与风荷载强度大小汇总表

3.1.2 彩钢房立柱强度、稳定性及整体倾覆检算

立柱采用H型钢，型号为HW 125×125×6.5/9，立柱间横撑采用槽钢，型号为C 126×x53×5.5/9。有限元模型见图3。

3.1.3 风级15结构性能抗风验算

风级15时的风荷载和结构自重荷载组合进行立柱的强度、稳定及基础倾覆验算。

3.1.3.1 立柱的强度及稳定性验算

在15级风荷载和结构自重作用下，构件的应力见图4所示。

从图4可知，在立柱底截面的应力最大，最大压应力数值为148 MPa。横撑最大压应力为76 MPa。《铁路桥梁钢结构设计规范》中3.2.1条的规定，Q235钢的弯曲基本容许应力为140 MPa。在主力+风力组合下，容许应力提高系数为1.2倍，所以提高后的弯曲容许应力为140×1.2=168（MPa）。从分析结果上看，立柱及横撑最大应力数值均小于168 MPa，故在风级15+结构自重状态下，立柱及横撑的强度基本满足规范要求。

从稳定角度看，立柱的截面积为3.03×10-3m2,惯性矩为8.47×10-6m4,立柱自由段长度为1.5 m,长细比为28，容许应力折减系数为0.9，所以考虑稳定影响后的结构受压容许应力为0.9×168=151（MPa）。横撑的截面积为1.57×10-3m2,惯性矩为3.88×10-6m4,立柱自由段长度为5.75 m,长细比为115，容许应力折减系数为0.48，所以考虑稳定影响后的结构受压容许应力为0.48×168=67（MPa）。从图4分析结果看，立柱及横撑的稳定性均满足规范要求。

3.1.3.2 整体倾覆验算

根据风荷载和基础重力作用下受力分析、计算，整体稳定性满足要求。

3.2 施工方法

以上检算及设计只是考虑房屋结构的整体效果，未曾考虑房屋结构的细部连接方式和连接件的应力等问题。所以在施工时尽可能考虑多种削弱风力损毁的因素。

3.2.1 彩钢房屋的选址及朝向必须遵循的原则

（1）该标段主导风向主要是西北风，选址时优先考虑背风的地方，如有条件考虑将高出的土方挖掉，在迎风面形成挡风坝，以削减风力。

（2）在施工时，考虑每排房屋纵向和风向一致，房屋横向为迎风面。

（3）施工时，尽可能将避免屋顶出檐，以免兜风而将屋面掀掉。

3.2.2 彩钢房加固方案

（1）在屋顶用5 mm厚、宽50 mm的钢板压条压住屋顶，用螺丝连接钢板压条和彩钢房槽钢横梁，使得屋顶和钢结构形成一整体。

（2）在彩钢房端头用Φ50钢管及钢管扣件进行加固。如图5所示。

4 结语

兰新铁路第二双线（新疆段）LXTJ7标管段，所有的彩钢房，经历2010年4月23日14级大风的考验，大风后能够依然完好无损，证明所采用的方法是正确的，是经得起考验的。为今后工作打下了坚实的基础。

[1]GB5001722003,钢结构设计规范[S].

[2]TB10002.1-2005,铁路桥涵设计基本规范[S].

[3]TB 10002.2-2005,铁路桥梁钢结构设计规范[S].