摘  要： 主要针对地铁车辆段单层厂房屋盖结构形式采用网架结构时，几种跨度的网架用钢量进行计算统计，分析网格尺寸、网架高度对网架用钢量的影响；对连续网架与单跨网架的用钢量进行分析比较，阐述连续网架在经济上的优越性。

关键词： 地铁；网格尺寸；网架高度；连续网架；经济性分析

 

      随着国内城市大型化趋势日益明显，越来越多的城市开始修建轨道交通来解决群众日渐增长的出行需求。由于轨道列车的特性，决定了其厂房（运用库、检修库、大修库、综合库等）具有柱距大，跨度大，吊挂设备及管线分布密集等特点，常用的结构形式有以下几种：钢筋混凝土上人屋盖、实腹钢梁、梯形屋架、空间桁架以及钢网架。由于轨道交通的工艺要求，近来出现了跨度越来越大的趋势，常大于 24m，如 27m，30m，36m 等，并且还出现了连续跨，柱距常采用9m,12m 等，对于此类厂房屋盖结构，一般考虑采用空间桁架或网架结构，其中网架结构应用较早，技术已经非常成熟，广州地铁车辆段单层厂房广泛采用网架结构，实践证明其应用是完全可行的。就经济性而言也是应用成熟的网架结构比空间桁架优越。而对于多跨厂房的屋盖结构采用连续网架，有不少成功实施的项目，如广州一号线西朗车辆段、八号线赤沙车辆段、二号线嘉禾车辆段、三号线厦滘车辆段、四号线新造车辆段、五号线鱼珠车辆段、广佛线夏南车辆段等七个建成的车辆段和在建的六号线浔峰岗停车场项目（网架结构已完工验收）等。通过对这些项目情况的分析总结，笔者认为采用连续网架结构形式完全适用，且其在经济性方面更具优势。当然采用连续网架结构形式有一定的适用条件，其中比较重要的一点是网架各支承柱基础沉降要均匀，沉降差不应过大。

 

      屋盖结构所占比重较大。因此，对屋盖结构进行精细化设计优化，分析总结屋盖结构的用钢量对降低工程造价很有意义。而对于屋盖结构形式采用网架时，不同网格尺寸、网架高度对网架用钢量的影响如何？连续网架相对于简直网架是否节省用钢量，能节约多少？针对这些疑问，笔者以广州地铁车辆段某一温度单元网架屋盖为例，柱距，柱顶侧向刚度，屋面荷载等条件均按该厂房车间实际情况取值。该车间实际为高低跨组合屋盖，其中 H-X 轴线为三跨连续网架屋盖，跨度分别为 27.6m，35.1m，36.5m；为了能对网架经济性进行全面的分析，根据该车间实际情况，分别取单跨简支网架，两跨连续网架，三跨连续网架进行分析比较。

      网架计算分析软件采用浙江大学空间结构研究中心编制的计算软件“空间结构分析设计软件 MST2008”，网架结构形式采用正方四角锥网架。荷载取值依据《建筑结构荷载规范》2006年版（GB50009-2001）以及工艺设备专业提供资料，作用于网架上计算取值具体如下（网架自重程序自动计算）：屋面静载：网架上弦取0.3kN/m²，网架下弦取0.3kN/m²，屋顶气楼取3.0kN/点，屋面活载：0.5kN/m²，接触网悬挂荷载：竖向2.5kN/点，水平向0.8kN/点，基本风压取0.6kN/m²，网架计算温度0℃-60℃，抗震设防烈度为 7 度，场地类别：II 类。杆件容许长细比：压杆 180，拉杆 180（考虑实际使用过程中可能出现工况组合所不能包含的状况）故拉压杆长细比统一按照180 取值。网架控制最大应力取设计强度值的 0.9 倍。

      2.2.1 网格尺寸对网架用钢量的影响 为了分析网格尺寸对网架用钢量的影响，本文对单跨简支网架，两跨连续网架，三跨连续网架均作了两种不同网格尺寸情况下网架用钢量分析比较。根据《网架结构设计与施工规程》（JGJ7-91），对钢檩条屋面体系的网架网格数取（6~8）+0.07L，（L 为跨度），27.6~36.5 米跨度方向网格数宜取8-12，最终本文确定跨度方向网格 3m，柱距 12 米，柱距方向均取 4格，即网格尺寸取 3m*3m，柱距方向另取 3 格，即网格尺寸 3m*4m。本文中起坡网架均采用各跨上面起坡 5%，跨度网架尺寸每跨坡面示意图见图 1：

      对这两种网格尺寸用钢量的比较，根据以往设计项目的工程经验，本文以网架端部高度取值按1.5 米，1.8 米，2.1 米，2.4 米分别计算。经过计算 3m*3m 网格的单跨简支网架在不同端部高度情况下计算结果如表 1 所示。

      两种不同网格尺寸在各种情况下的计算结果如表2所示。根据表二数据对比分析后可以看出，在不同的端部高度情况下，无论是单跨简支网架，还是两跨连续网架，三跨连续网架，3m*4m 网格的网架用钢量均小于 3m*3m 网格的网架用钢量。

      2.2.2 连续网架起坡对用钢量的影响 对于连续网架，类似连续梁结构的受力特性。可以设想网架矢高不变（即不起坡）时受力可能更合理，经济性应该更好。针对上述设想，笔者对 3m*3m 网格，两跨连续及三跨连续网架进行了不起坡情况下的计算分析，对其结果进行整理，得到连续网架是否起坡时的用钢量对比，如表3 所示。

      根据表3 可以看出不起坡与起坡最优用钢量对比，两跨连续网架为33.1:34.0，三跨连续网架为30.1:30.6，起坡时比不起坡时更节约一些。同时工业厂房屋面为了满足排水等方面要求，屋面是必须起坡的。若网架不起坡，或网架坡度小于屋面坡度时，可通过网架上弦球上加小立柱（支托）找坡来满足屋面的坡度要求。该方法需额外增加支托的用钢量，而且采用支托找坡有以下缺点：①支托自身稳定不易确保；②采用该办法会增加山墙面女儿墙墙架柱的悬挑长度，结构不太合理。综上所述，连续网架起坡时要比不起坡更具经济性。

      2.2.3 连续网架的用钢量优势 网架在单跨简支，两跨连续，三跨连续情况下，网架端部矢高取值在1.5~2.4m范围内以0.3m为变化幅度进行计算分析。取用钢量一项数据汇总整理后可得出，在各自最优端部矢高处，连续网架相对简支网架用钢量节省的百分比，如表4 所示。由表可见。连续网架比简支网架的用钢量节省比例约21.3%~30.2%。

      网架结构用钢量的大小取决于网架布置的合理程度。通过上述分析，可以得到一下结论：

      ①网格数在《网架结构设计与施工规程》（JGJ7-91）中表 2.0.10所列范围内，采用较大网格尺寸时网架用钢量更节省。

      ②对连续网架，网架起坡比采取支托起坡方式，网架用钢量略省，采用各跨网架双面起坡方式更合  理。

      ③连续网架比简支网架用钢量节省可达 20%~30%。

      ④网架用钢量随端部矢高变化明显，一般情况下取其跨度的1/15~1/20时用钢量最节约。

 

[1]GB50157-2003 地铁设计规范[S].北京：中国计划出版社，2003.

[2]GB50017-2003 钢结构设计规范[S].北京：中国计划出版社，2003.

[3]GB50009-2001建筑结构荷载规范[S].北京：中国建筑工业出版社，2006.

[4]JGJ7-91网架结构设计与施工规程[S].北京：中国建筑工业出版社，1991.