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高架工程门洞的方案设计优化 　　[摘要]门洞方案设计不合理，既容易发生安全事故，造成人员伤亡和经济损失，也可能会导致造价过高。为了平衡造价控制与安全需求，文章结合某高架工程，进行了门洞方案优化与安全分析，以期对今后的门洞方案设计起到借鉴作用。　　[关键词]门洞设计；安全性分析；方案优化；造价控制　　设置门洞是高速公路、铁路、市政工程跨线桥梁现浇常见、常用的施工方案。如果设计方案不能满足安全需要，会造成门洞部分或整体坍塌，导致重大人员伤亡事故和重大经济损失。例如：XX年12月19日重庆某工地土建工程门型墩盖梁模板钢管支撑架发生坍塌，造成9人死亡，6人受伤。由于当前部分施工方案编制与审核人员缺乏专业设计与验算技能，或者导致部分工程达不到安全技术要求而造成安全事故隐患，或者盲目加大支撑构件尺寸、缩小构件间距、提高构件强度等级，导致安全系数过高，增加成本，造成浪费。为了兼顾经济效益与安全需求，本文对某高架工程门洞设计方案进行了安全验算并对方案优化进行了初步探讨，为施工方案提供优化思路。　　1门洞施工方案介绍　　该工程为某市区高架桥，上部结构为40m现浇箱梁，梁高，桥面宽，桥底宽。钢筋混凝土自重G1k与模板自重G2k合计/m2。门洞支护采用Q345工字钢（I40a型）+Q235空心钢管柱结构。钢管柱高5m，直径，厚，柱与柱间横桥向轴心距3m，横桥向一行5根，纵桥向轴心距，共5列，每根钢管柱顶部布置10根工字钢，门洞外侧采用碗扣式脚手架支撑。钢管柱下设高C30混凝土条形基础，如图1所示。工字钢、钢管柱部分力学性能参数。参考《建筑施工模板安全技术规范JGJ162-XX》[1]、《建筑结构荷载规范GB50009-XX》[2]（本文以后分别简称“模板规范”、“荷载规范”）并结合现场实际情况，取施工人员及设备荷载标准值Q1k、振捣混凝土产生的荷载标准值Q2k、倾倒混凝土时对垂直面模板产生的水平荷载标准值Q3k、风荷载标准值Q4k分别为/m2、2kN/m2、2kN/m2、/m2。　　2门洞方案验算与优化　　本文以模板规范、《钢结构设计规范GB50017-XX》[3]（本文以后简称“钢结构规范”）、《建筑施工碗扣式钢管脚手架安全技术规范JGJ166-XX》[4]（本文以后简称“脚手架规范”）的相关条文以及材料力学、结构力学相关公式为依据进行门洞方案安全性验算。脚手架规范规定：当模板支撑架设置门洞时，门洞转换横梁的受弯和受剪承载力、稳定性和挠曲变形验算应符合钢结构规范规定），因为脚手架规范相关规定、计算结果与模板规范基本一致，因此，本文仅按照模板规范和钢结构规范进行验算。本文计算所涉及所有参数都按照规范取值。公式、参数介绍模板规范节《荷载组合》一节摘抄如下：按极限状态设计时，其荷载组合必须符合下列规定：（1）对于承载能力极限状态，应按荷载效应的基本组合采用，并应采用下列设计表达式进行模板设计：r0S≤R（）式中：r0─结构重要性系数，其值按采用；S─荷载效应组合的设计值；R─结构构件抗力的设计值，应按各有关建筑结构设计规范的规定确定。（2）对于基本组合，荷载效应组合的设计值S应从下列组合值中取最不利值确定：①由可变荷载效应控制的组合：S=rG∑Gik+rQ1Q1k（）S=rG∑Gik+∑rQiQik（）式中rG─永久荷载分项系数，按模板规范表取；rQi─第i个可变荷载的分项系数，其中rQi为可变荷载Q1的分项系数，按表取；Gik─按永久荷载标准值Gk计算的荷载效应值；Qik─按可变荷载标准值计算的荷载效应值，其中Qik为诸可变荷载效应中起控制作用者；n─参与组合的可变荷载数。②由永久荷载效应控制的组合：S=rG∑Gik+∑rQiQik（）注：基本组合中的设计值仅适用于荷载与荷载效应为线性的情况；当对Qik无明显判断时，轮次以各可变荷载效应为Qik，选其中最不利的荷载效应组合；当考虑以竖向的永久荷载效应控制的组合时，参与组合的可变荷载仅限于竖向荷载。（2）对于正常使用极限状态应采用标准组合，并应按下列设计表达式进行设计：S≤C（）式中：C─结构或结构构件达到正常使用要求的规定限值，应符合本规范第节各条款中有关变形值的规定。对于标准组合，荷载效应组合设计值S应按下式采用：S≤∑Gik（）本文中所涉及的结构力学公式如下：M工字钢=q极限L4/8（1）式中q极限为承载能力极限状态下工字钢每延米竖向均布荷载值，q极限=，S计算方法见上文摘录的模板规范节公式~。Τ≈Q/h1d（2）式中，T表示承载能力极限状态下工字钢截面所受剪应力。Q表示工字钢横截面上的剪力，Q=，计算过程参考q极限，h1为腹板高度，d为腹板厚度。对I40a而言，h1=，d=。W工字钢=5q标准L4/（384EI工字钢）（3）式中W工字钢为正常使用极限状态下工字钢跨中挠度；q标准为正