《拱形波纹钢屋盖在铁路房建中的应用》彭江陵

论文标题：拱形波纹钢屋盖在铁路房建中的应用

作者：彭江陵（中铁建柳州勘测设计院，工程师，广西柳州545007）

摘要：通过归纳在铁路房屋建设中拱形波纹钢屋盖的应用经验，提出了在设计上应重视基础抗倾覆、排架柱变形、天沟梁设计、屋面洞口开设等4个问题，在安装上应重视连接节点防护、屋顶吊装组织等2个问题，以保证良好的应用效果。

关键词：拱形波纹钢屋盖；茂名站粮食仓库；设计；施工

中图分类号：TU392.5；TU758.11文献标识码：B文章编号：1006-8686（2007）03-0038-02

拱形波纹钢屋盖是近年来得到迅速推广的一种新型空间结构，它以自重轻，施工速度快，造型美观，可跨越空间能力大，以及单位造价越来越经济等优势而受到市场的青睐。由于这种屋盖结构的工期优势尤为明显，受铁路运输的干扰和影响又很小，在铁路货场仓库、活动场馆、机车整备棚等项目上常有采用。茂名站东货场粮食仓库就采用了这种拱形波纹钢屋盖结构。如何针对波纹钢屋盖结构的技术特点，在设计和施工安装中正确应用，是采用它的工程技术人员所必须掌握的。

1、技术特点

拱形波纹钢屋盖结构应用折板理论，采用专门的成型机组将符合现行国家标准的彩钢板压制成具有折皱波纹的矩形或梯形单元弧形钢槽板，各单元弧形钢槽板经锁缝连接并安装就位形成屋盖结构来承担自重及作用在屋面的风、雪和积灰等各种荷载。

拱形波纹钢屋盖自身刚度较小且为双曲构型，可不考虑温度效应；同时拱形波纹钢屋盖自重较轻，地震作用亦可不予考虑。风荷载和雪荷载是对这种结构影响最大的活荷载，这2种活荷载所产生的荷载效应甚至会超过恒载效应。

2、设计中的重要问题

茂名站东货场粮食仓库长178m，跨度15m，沿仓库长度方向在两边均布置有4m跨悬挑雨棚，总建筑面积3419㎡。茂名地区是沿海地区，每年都有强台风和暴雨袭击，因此在设计中必须考虑风雨等活荷载引起的各种复杂的受力组合情况。通过归纳拱形波纹钢屋盖在这个项目上和其它项目上的应用经验，总结出在设计中要特别注意验算和处理好4个重要问题。

2.1、满足基础抗倾覆要求

拱形波纹钢屋盖的恒载在柱顶产生的水平推力和竖向压力两者大小差不多相等。基础的倾覆力矩是柱顶水平推力与柱顶至基底距离的乘积，基础抗倾覆力矩是竖向压力加上基础自重与基础重心至倾覆边缘距离的乘积。显然前者的距离一般比后者要大得多，故要使基础的抗倾覆力矩大于倾覆力矩，则必须取比较大和比较重的基础才能满足。而在常规的房屋基础设计中是很少会考虑基础的倾覆问题的。

为消除屋面拱顶的水平推力的作用，设计者常见的做法是在屋盖下部的柱顶设置水平拉索来抵消水平推力，然后就不再考虑基础倾覆问题了。这种做法在风压比较小的地区是可以的，但是在风压大的地区如湛江、茂名、海南、北海等地区，还须考虑风荷载作用来验算。因为由风荷载产生的吸力可能会大于屋顶自重，从而对柱顶产生与自重引起的水平推力反方向的力，而水平拉索是无法平衡这反方向的力的，所以同样要进行基础倾覆验算。

2.2、注意验算排架柱的变形

排架柱柱顶受有水平力，而拱形波纹钢屋盖对柱顶的约束很小，其在排架方向一般按悬臂柱来计算分析。悬臂柱在水平推力作用下的柱顶变形与高度的立方成正比，一个很小的力就可能产生很大的变形。也就是说，即使柱子配筋满足要求，但变形却会远远大于规范要求，这是常规设计不会重视的问题。如果按常规设计思路，只计算柱底各方向的弯矩和剪力大小并以此来控制柱的配筋的话，就会由于柱顶变形过大不能通过验收。特别是当设计者为加大使用净空充分利用拱顶上部空间而不在柱顶设拉索时，一般需要很大的柱截面来保证变形要求。

2.3、合理设计屋面天沟梁

支承拱形波纹钢屋盖的排架柱顶的天沟梁受力是很复杂的，竖向有自重和屋顶传来的竖向线性均布力，水平方向有屋顶传来的水平线性均布推力，还有天沟部分产生的扭矩作用。设计中应考虑各种受力组合，选择合适的截面，并满足相应的配筋要求。

2.4正确设置采光带

拱形波纹钢屋盖与普通钢结构彩瓦屋面不同，它通过钢板折曲后所具有的刚度来实现结构的跨越，没有模条和钢架来支撑屋面的自重。因此，如果在屋面随意开设采光天窗和洞口，就会严重削弱屋面自身的刚度，就会造成结构自身失稳而坍塌。故正确做法可以是沿房屋的跨度方向设置通长采光带而不是采光口，采光带的两边与槽板的肋部连成整体，以利于防水。

3、施工中的重要问题

拱形波纹钢屋盖安装是在下部排架结构及相应预埋件施工完成后，用起重机吊装到天沟梁上就位，然后用自攻螺栓或螺钉连接固定。为保证施工过程的安全和结构的耐久性，施工中应处理好2个问题。

3.1、连接角钢和螺栓的防护

自攻螺栓或螺钉通过通长连接角钢将拱形波纹钢屋盖与下部排架结构相连，通长连接角钢固定在天沟梁的预埋铁件上。螺栓和连接角钢的连接节点是保证屋盖与下部结构整体协同工作的关键。而这部分因直接暴露在外部环境极易受到腐蚀。因此，防护好通长连接角钢和预埋件的连接以及连接螺栓是施工质量控制的重点。

3.2、防止屋盖单元板吊装变形

拱形波纹钢屋盖单元板是开口的薄壁构件，吊装点没取好极易发生弯扭失稳，导致屋盖单元板变形过大，造成安装困难。一般先在地面将3块单元板咬合成组合单元板，以组合单元板重心为吊装中心采取对称吊装方案吊装，跨度大时还应进行跨度方向吊装设计验算。还有就是在柱顶设计加有拉索时，吊装时一定要先安装拉索后吊装屋面板。如果起重机必须在跨中走行，吊装时就要逐根安装拉索然后逐块吊装组合单元板。否则可能由于排架柱不能抵抗屋面板的推力而出现倒塌或大的变形等事故。

4、结束语

茂名站东货场粮食仓库于2004年初竣工，至今已经受了多次台风和暴雨的袭击都完好无损。这些年在铁路房屋建设中采用了拱形波纹钢屋盖结构的项目也都取得了良好的效益。这充分显示出其在铁路房屋建设应用上的广阔前景。实践证明采用拱形波纹钢屋盖结构的房屋，只要掌握好它自身的技术特点，慎重对待设计和施工中应注意的事项，就可以避免相应质量事故的发生，并为该结构在铁路房屋建设上的推广应用提供质量保证。

《拱形波纹钢屋盖在铁路房建中的应用》学术论文原文截图

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