门式钢架结构铁路维修车间材料棚结构设计实例

刘冰

摘 要：梁、柱及其支撑构成了门式钢架结构的主体，其作为一种常见的结构形式，在铁路维修车间的建设中广泛被使用， 在设计过程中需要对安全性、稳定性和适用性进行充分考虑，并根据实际情况，合理选择其结构形式和布置方式。本文结合工程应用对门式钢架结构的设计要点进行阐述和总结，提出了门式钢架结构实施的可行性和优点，结合门式钢架实际中的运用指出它的经济合理安全可靠的特点。

关键词：门式钢架;结构设计;运用

门式钢架结构作为一种轻型钢结构，因它的性能好，造价低，工程周期短且成本费用较低， 被广泛应用于工业厂房、仓库、大型体育场以及展览厅、铁路维修车间材料棚等建筑结构中。

一、门式钢架结构铁路维修车间应用必要性

门式钢架结构不仅具有一般钢架结构中的钢材强度高、整体重量轻、高强度的韧性、极强的可塑造性和运用周期端的特点，还自己本身具有用料省、方便制造、造型美观、空间充分利用、快速安装，对环境污染小和综合性能优异的特点。同时，钢构件在现场拼装前可根据设计要求提前生产，前期制作环节也使得整个建设工期大幅度缩减，施工成本进一步降低。

二、门式钢架结构的维修车间结构设计

（一）门式钢架结构的链接方式

门式钢架维修车间需要根据实际情况确定其柱脚连接方式。通常情况下，门式钢架结构中的柱脚按铰接进行处理，《门规》第10.2.15条第1款规定，门式钢架 柱脚宜采用平板式铰接柱脚。铰接柱脚仅承受轴心压力和水平剪力，一般用无吊车或5t桥式吊车吊运，应用于房屋跨度和高度相对较小的轻钢结构房屋。当用于维修车间且有5T以上桥式吊车时，宜将柱脚设计成刚接。在一定的条件下，吊车是决定柱脚连接方式的一个关键因素，但并非决定性因素。刚接柱脚需承受弯矩，柱下独立基础比铰接方式耗费更多的混凝土材料，钢架多采用强度更高的Q345B钢材。在实际设计中应综合考虑钢量、材料牌号、基础形式和维护等多方面的因素，通过反复比较确定柱脚连接形式，特别是在地基承载力低的场地，选择合适的连接方式可以取得更好的经济效益。

（二）门式钢架结构支撑系统设计

门式钢架结构刚性系杆构件由型钢和钢管，通过与钢架螺栓铰接，它的截面受力满足压力的稳定性，可以通过受力计算得出，因此只需要考虑干架转角和屋脊梁链接出，它的间距由它的构件平面稳定性决定。它的水平支撑分为拉杆支撑和压杆支撑，拉力主要平衡较小的水平力以及水平方向的唯一和变形的要求，压杆主要平衡垂直方向力和位移等作 用，水平支撑的最佳位置设在中部，必须将屋梁和柱间的水平支撑设置在同一开间，其支撑间距满足规程规定，在需要考虑空间协同作用的加设水平支撑。水平支撑系统截面大小与纵向水平力大小有关，需要通过受力计计算。

（三）檀条与主门式结构的选择

檀条现今多采用C型或者Z型薄壁型钢材，截面大小与受力相关。由于C型截面在强弱轴的力学性能壁Z型截面差，又与钢架的链接多采用铰接，从力学分析和物理学角度采用Z型截面比较合理，所以除非有优先考虑的条件外，首先采用Z型截面，檀条和房屋的间距不超过1，5米，经过分析压型钢板、复合板依托内附檀条组成围护结构。

（四）门式钢架结构屋面设计

轻钢结构屋面设计中两个重要的子项目为屋盖支撑和排水系统。在屋面设计中需要对水平支撑、屋面檩条、 屋面拉条、檩托和隅撑结构进行合理布置，通常在钢架的第一跨和最后一跨设置柱间支撑并在相应位置的檐口部位设置水平撑杆，屋面檩条的间距一般取1.5m，檩条中应设置拉条，屋脊所在位置设置双檩条。在进行排水系统设计时，为保屋面的排水效果，屋面多选择使用夹芯的彩钢板，同时根据排水需要设置合适的坡度以达到预设的排水效果。根据相关技术规定要求，坡度应大于5°。

（五）门式钢架结构基础设计

由于门式框架结构重量轻，基础纵向负荷小，水平荷载成为基础大小的控制因素，由于基础结构具有偏心过大且不均匀性，基础可能发生偏移，影响结构的正常使用。我们可以加大基础的压重、基础深埋、偏心基础和使用桩基等方法，实际设计中需要经过充分的地质分析来选择那一种方法。

（六）门式钢架结构抗剪设置

轻钢结构具有良好的抗震性能，《门规》第3.1.4 条规定，当抗震设防烈度在7度（0.1g）及以上时，应进行地震组合的效应验算。在负载较大或者需要防烈程度较高结构体系中，其基地的水剪力往往较大，这也就需要在柱底加上抗剪来减弱柱底板和混凝土之间产生摩擦力的影响，抗剪键是截面刚度较大的工字钢垂直焊接在柱底板的底面，操作比较复杂，只有在柱底板下的空隙密实的条件下发挥作用，不仅与本身的截面和焊接高度长度有关：还与是否密实有关。抗剪键以平行柱底板最佳且不与基础面接触，保留一定的空间，确保抗剪键发揮作用。

三、应用实例

长期以来铁路维修工区材料棚多采用门式钢架结构，其体现出了平面布局上的灵活，工期比较短，投入资金比较小，综合收益高等优势，根据这一情况，由中铁第四勘察设计院运用门式钢架结构技术为沪昆车间设计了新的材料棚---材料棚外墙采用保温的双层压型墙面，主体钢结构，具有极好的采光通风作用。

主体建筑所需要满足的条件：1）屋面及墙面静荷载为每平方米30KN ;2）屋面活动荷载为每平方米0.5KN ;3）基本风压为每平方米0.45KN ;4）雪压荷载为每平方米0.45KN ;5）吊车荷载，1台电动单梁起重机，起重量为10t，跨度为16.5m ;工作级别A5.6）抗震设防烈度6度。

（一）结构内力

本工程采用中国建筑科学研究院K.MCAD工程部编制的结构分析程序PKPM2010V2.2-STS（2015年6月26日版）进行结构分析：

1、内力计算，根据弹性方法确定各种荷载所要满足的条件下的各中内力。

2、侧移计算：按照柱脚钢架侧移计算公式得出水平方向等效的柱顶力作用下和水平吊车荷载等效柱顶力作用下的侧移值。

通过对钢架结构布局的计算得出，当材料棚门式框架高度大于《门式钢架轻型房屋结构技术规程》所规定是适宜高度时， 地面有桥式吊车柱顶位移h/150时，那么柱顶最大位移达到180mm， 这必然影响到吊车的正常使用，柱顶位移取1/500又与门式框架结构的特点相勃，造成断面过大，没有使用这个结构的必要。选择合适的位移值相当重要的。

（二）结构设计

由于材料棚高度的特殊性和水平荷载大的特点，采用等截面的V字型柱和变截面〃工〃字型衡量，在横截面尺寸、内力和侧移计算都要满足结构的需求，屋面檀条和墙架使用膜式卷边型型钢且通过螺栓和焊接链接。对于结构的设计也考虑到保温和通凤采光的条件，施工工程中的墙板屋面板与檀条的链接是用明装和暗装结合的方法达到优势互补。

四、钢结构施工注意的问题

（一）焊接質量《钢结构设计规范》GB50017对焊缝质量做出明确要求，我国的检验等级都是B级。

（二）涂装承重钢材表面必须除锈，且至少为Sa2.5级。

（三）做好结构特殊需求的保温隔热防水工作。

五、结语

钢结构门式框架比传统结构有着体积小、施工周期端、造价低和综合效益高等优点，给现代的建筑带来巨大的变革，但是需要完善和解决的问题依然很多，只有对门式结构的深入研究和开发，才能设计出经济合理和安全可靠的建筑，也才能是它的优点扩大化。

参考文献：

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