某移动工棚结构方案设计

来源：职称驿站所属分类：建筑设计论文
发布时间：2012-12-16浏览：60次

　　摘要：本文结合工程实例提出了移动工棚的几种结构方案，通过方案的对比，只有门式刚架符合全部工程设计要求，从而设计了以门式刚架作为结构主体及两种移动机构的方案，供同行业人员参考。

　　关键词：移动工棚,门式刚架,结构方案设计

　　一、工程背景

　　在某工业工程中，施工现场作业是在露天完成，工程设计需要满足以下要求：第一，当地气候条件恶劣，经常刮强风，这就要求工棚结构牢固可靠，可以抵御强风;第二，为了防止施工中的有害粉尘扩散，要求在施工阶段工棚具有很好的密闭性;第三，该工棚属于特殊的施工垃圾，不能回收利用;第四，不同施工地点相距很近，且不需要同时施工。为了节约成本，减少施工垃圾，综合上述因素，本文决定设计一个可移动工棚。

　　二、结构方案的确定

　　目前关于结构设计规范等并没有关于移动工棚的设计准则，因此本文结合工程实际提出几个设计方案，然后通过比较材料经济性、施工便捷性等选出最优方案。

　　方案一：拱形钢屋顶

　　拱形钢屋顶是用专门的成型机组将彩涂板压制成具有折皱波纹的弧形钢槽板，经锁缝连接并安装就位而形成的屋盖结构。这里考虑落地拱，拱形钢屋顶直接与混凝土条形基础通过预埋件连接，条形基础大概2m左右一段，用锚栓相互连接。

　　优点：无梁无檩无屋架，节省钢材，防水性能好。

　　不足：在相同跨度的情况下达不到工棚高度要求，施工空间较小。

　　方案二：集装箱

　　优点：利用旧集装箱做成的建筑节约环保，吊装容易，整体性好。

　　不足：尺寸比较小，都是固定尺寸，不能满足工程设计要求，更适用于施工用房。

　　方案三：篷房、充气帐篷

　　篷房由可移动框架和篷布组成，框架由优质钢、铝型材构成，坚固安全。

　　充气帐篷由充气龙骨支撑，，气囊采用pvc涂层布高频热合而成，电动泵或者脚踏泵充气即可快速成型。

　　优点：这两种结构最适用于临时建筑，简单易拆装，自重轻，便于运输，篷布用完可以直接烧掉，减少建筑垃圾。

　　不足：篷房与地面连接方式一般都是打钢钎或者膨胀螺栓，而充气帐篷自重太轻，共同的缺点就是抵抗强风荷载能力不足，而施工现场经常刮强风。

　　方案四：门式钢架

　　优点：抵抗风荷载能力强，牢固可靠，用途广泛，结构体系的设计、制作与施工标准比较完善。

　　不足：拆装次数有限，同时需要补充新的构件。

　　通过和以上几种方案的比较，最终决定选用方案四：门式刚架。

　　因为门式刚架不仅满足了工程设计的全部要求，可以抵御强风，密封性好，而且结构构件可全部在工厂制作，工业化程度高，构件单元可根据运输条件划分，单元之间在现场用螺栓连接，安装方便快速，土建施工量小，施工周期短。

　　三、上部结构设计

　　工棚跨度12m，长度为27~45m不等，设计刚架类型为檐口高5m，坡度1/15，柱距为9m，，跨数对应3~5跨，施工方根据要求调整刚架跨数并采取相应构造措施。。

　　1. 建筑材料：

　　屋面和墙面选用彩色压型钢板或者具有防火资质的pvc材料篷布，根据施工现场情况选择。当强度起控制作用时，刚架主体材料宜选用Q345钢;当稳定起控制作用时，宜选用Q235钢，从而减少用钢量。经过计算比较，Q345钢用量更省。

　　2. 荷载参数：

　　门式刚架承受荷载包括恒荷载，活荷载，风荷载，雪荷载及积灰荷载等，其中活荷载不与雪荷载同时考虑，取较大值，这里取0.3KN/ 。积灰荷载应与雪荷载或屋面均布活荷载中的较大值同时考虑。风荷载取0.7kN/ ，不与地震作用同时考虑。恒荷载包括彩钢板和檩条自重以及设备取0.5KN/ 。

　　3. 截面设计：

　　等截面在构造连接及加工制造比变截面方便，考虑到将来的拆装，这里选用等截面进行设计。柱和梁均选用焊接H型截面，根据结构弹性分析计算，选取相应截面型号。构件截面腹板主要以受剪为主, 翼缘以抗弯为主，设计时可考虑利用腹板厚度增大时板件屈曲后的强度。

　　4.节点设计：

　　门式刚架柱与斜梁的连接以及斜梁本身的拼接均采用刚接，根据钢梁受力的特点，把刚架梁的连接节点选在梁1/3左右，因为该位置大约是反弯点，弯矩和剪力较小，并且选用摩擦型高强度螺栓，以保证水平承载力。门式刚架的柱脚形式可分为铰接柱脚和刚接柱脚两种。该工棚不设吊车，且要移动，所以选用平板式铰接柱脚，设一对地脚螺栓。

　　5. 抗风柱设计：

　　由于钢结构自振周期较长，而结构自重较轻，水平地震作用相对较小，水平控制荷载基本为风荷载，因此考虑在边榀刚架设3根抗风柱。抗风柱柱脚与基础铰接，柱顶与屋架通过弹簧片连接。按这种布置方法，屋面荷载全部由刚架承受。抗风柱不承受上部刚架传递的竖向荷载，只承受墙体和自身的重量和风荷载。

　　6. 檩条、隅撑及支撑设计：

　　刚架长45m，为使结构具有可靠的整体稳定性，使主要承重体系由单一的平面结构延展成空间的整体结构，在两边榀和相邻榀之间设两道柱间支撑和屋盖的水平支撑。

　　刚架侧向刚度可藉檩条和墙梁的隅撑保证，以减少纵向刚性构件和减小翼缘宽度。屋面从檐口第一道檩条开始，每隔一道檩条设一道隅撑，墙面从柱顶第一道墙梁设一道隅撑。

　　四、移动机构设计

　　本文设计移动机构目的在于工棚在施工完成后属于特殊的施工垃圾，不能回收利用，要进行特殊处理。为此，要减少材料的使用量，把材料利用率达到最大化。

　　1. 独立基础吊装

　　刚架基础采用钢筋混凝土独立基础，基础底面应平整，基础上设有吊环，吊环应与基础钢筋绑扎或焊接，把基础上的土清理干净后再吊装。工棚移动时可重复使用此基础，如下图所示。采用这种形式，基础单独吊装，门式刚架分榀吊装，二次组装。不足之处在于焊接的构件不能再用，需要补充新的构件。该方法适用于刚架重复组装次数较少的情况。

　　2. 行走机构

　　刚架每根柱下对应一个车轮，下设钢轨，施工时采用夹轨器将其固定，通过夹轨器将拔力传递给基础以保持结构稳定。刚架沿着轨道整体移动时场地必须先找平，该方法需结构结合设备工种共同设计。该方法适用于施工场地较平整且分段开挖的情况。

　　本文中阐述的门式刚架结构形式因为其设计方便，施工灵活、经济高效的应用前景，可以广泛适用于一般工业厂房配套使用的临时工棚或者建筑等，为有某些特殊要求的临时性厂房提供了一种具体解决问题的结构方案。

　　参考文献

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　　[2] CECS102:2002《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》.

　　[3] 张国强,王雪.抗风柱的设计理念与建议[J].才智,2011,05:53.

　　[4] 章海滨,邹兵.28.5m×24m移动风雨棚设计[J].广船科技,2009,03:29-31.

《某移动工棚结构方案设计》

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