【摘要】本文通過對我校110m滬寧高鐵動車運輸演練沙盤鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計，總結(jié)了鋼結(jié)構(gòu)沙盤在結(jié)構(gòu)重要性、通用性、及其組合以及其他細(xì)部結(jié)構(gòu)設(shè)計方面的一些特點， 為今后此類結(jié)構(gòu)的設(shè)計提供一些參考。

【關(guān)鍵詞】鋼結(jié)構(gòu);沙盤設(shè)計;探討

引言

近年來，隨著我國高鐵建設(shè)開放的不斷深入，中國高鐵總里程達(dá)到10463公里，居世界第一位。高速鐵路安全、便捷、高效、綠色發(fā)展，造福人類已是我國目前戰(zhàn)略性產(chǎn)業(yè)之一。各地方鐵路培訓(xùn)機(jī)構(gòu)、鐵路專業(yè)院校相繼投入了大量資金建設(shè)了鐵道運輸沙盤，鐵道運輸沙盤模擬教學(xué)系統(tǒng)是一種全新的教學(xué)手段，學(xué)生學(xué)習(xí)的過程類似參加企業(yè)實戰(zhàn)，讓學(xué)生直接面對各種問題，可以有效激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，激發(fā)學(xué)習(xí)潛能，培養(yǎng)實作性技能型人才。鐵道運輸教學(xué)沙盤即為在盤上模擬調(diào)度系統(tǒng)運行的整個過程，它運用獨特直觀的鐵道運輸教具，提供了鐵道運輸調(diào)度系統(tǒng)的各個環(huán)節(jié)模擬，隨著鐵道運輸教學(xué)沙盤結(jié)構(gòu)朝著大型化、多樣化、復(fù)雜化的趨勢發(fā)展，沙盤結(jié)構(gòu)建造也從最初由施工制作單位自己設(shè)計、自己施工階段逐步發(fā)展到專業(yè)化設(shè)計、專業(yè)化制作施工階段。在滿足要求的同時， 沙盤結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性尤為重要。

1.沙盤結(jié)構(gòu)特點

目前國內(nèi)尚無相關(guān)的沙盤結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范，由于鐵道運輸演練沙盤模擬教學(xué)時往往有大量學(xué)生。因此，沙盤自身結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性極為重要。沙盤結(jié)構(gòu)與其他固定的建筑結(jié)構(gòu)相比，主要有如下一些不同特點：

（1）沙盤屬于輕型建筑結(jié)構(gòu)，但一般使用年限在十年以上，考慮日后的維護(hù)，盡可能選擇能夠抗白蟻蟲柱且耐腐蝕金屬結(jié)構(gòu);

（2）大部分建設(shè)場地在室內(nèi)是不允許現(xiàn)場焊接，沙盤應(yīng)多采用鋼、鋁合金結(jié)構(gòu)，所有的構(gòu)件均在工廠加工，然后在現(xiàn)場通過螺栓連接進(jìn)行安裝，這種方便、安全做法符合場地對于沙盤快速搭建要求;

（3）沙盤結(jié)構(gòu)在現(xiàn)場不能做基礎(chǔ)，以免會損壞室內(nèi)結(jié)構(gòu)，使得柱腳設(shè)計有所不同;

（4）通過沙盤結(jié)構(gòu)深化設(shè)計，借助于沙盤結(jié)構(gòu)本身，根據(jù)現(xiàn)場要求來設(shè)置LED燈帶和音響設(shè)備等。

通過此次110m滬寧高鐵動車運輸演練沙盤鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計，其使用效果良好，得到學(xué)校的高度評價，本文對鋼結(jié)構(gòu)沙盤設(shè)計中的一些特點進(jìn)行探討。同時為后續(xù)鐵道運輸演練沙盤結(jié)構(gòu)設(shè)計工作提供一些借鑒。

2.工程實例

2.1 工程概況

該鐵道運輸演練沙盤平面呈“L”型，長110m寬2.44m高0.84m，總建筑面積約268.4m2。是按滬寧高鐵一定比例制作沙盤模擬教學(xué)場境，共分為8個站（南京南、鎮(zhèn)江南、丹陽北、常州北、無錫東、蘇州北、昆山南、上海虹橋）

圖1 沙盤平面布置圖

沙盤盤體采用金屬管材框架結(jié)構(gòu)（鋼架組件）組合拼接。臺面采用實心細(xì)木工板制作，沙盤裙邊采用1.5毫米優(yōu)質(zhì)冷軋鋼板表面噴塑處理，裙邊上沿口護(hù)板采用1.2毫米不銹鋼拉絲板45°造型收邊。正線線路真實模擬8個車站的線路、道岔及信號機(jī)的布置，并設(shè)置模擬站房、車站值班員控制臺以及車站信號操作終端。

圖2 正在調(diào)試中的沙盤

圖3 正在施工中的沙盤

2.2 結(jié)構(gòu)設(shè)計

在沙盤結(jié)構(gòu)設(shè)計中主要考慮以下幾個方面的內(nèi)容。

2.2.1 結(jié)構(gòu)形式

大型建筑平臺結(jié)構(gòu)由于無調(diào)節(jié)腳，因此無法做到水平度調(diào)節(jié)（運輸演練沙盤使用要求表面平整度≦3毫米），為保證結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性，需要在結(jié)構(gòu)上設(shè)置抗側(cè)力構(gòu)件來抵抗和傳遞側(cè)向力，通常采用的是剛性斜桿。而沙盤結(jié)構(gòu)設(shè)計不同，側(cè)向力不是太大，通常采用的做法是上下水平拉桿。這樣既可以保證結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定，又方便制作。

圖4 結(jié)構(gòu)圖

2.2.2 荷載

荷載包括沙盤結(jié)構(gòu)自重以及沙盤上部設(shè)備重量。運輸演練沙盤教學(xué)期間，因人員密集，流動性大，因而在設(shè)計沙盤時因根據(jù)房屋建筑樓面荷載考慮。通常建筑荷載取為500kg/m2 。

2.2.3 結(jié)構(gòu)分析

對于運輸演練沙盤框架結(jié)構(gòu)來說， 梁柱節(jié)點連接處理成鏈接， 安裝也方便。沙盤屬于輕型建筑， 沙盤的柱腳是不能做基礎(chǔ)的。進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析時， 所有的柱腳均簡化成鏈接， 鏈接柱腳在實際施工中也是比較容易做到的。由于整個結(jié)構(gòu)都是鏈接節(jié)點， 必須在立面兩個方向設(shè)有鋼管以保持結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性。

2.2.4 材料的通用性

目前國內(nèi)一些沙盤企業(yè)仍是在現(xiàn)場制作傳統(tǒng)做法，導(dǎo)致生產(chǎn)工藝技術(shù)難以改進(jìn)，阻礙了企業(yè)向現(xiàn)代化、專業(yè)化、規(guī)?；~進(jìn)的步伐，易造成環(huán)境污染。如果能夠?qū)崿F(xiàn)零部件的標(biāo)準(zhǔn)化與通用性，企業(yè)就可以建立一個標(biāo)準(zhǔn)的零、部件庫。而標(biāo)準(zhǔn)零、部件庫的建立可以顯著地提高生產(chǎn)效率、提升材料利用率、降低生產(chǎn)和運輸成本。

采用零部件組合沙盤，是以幾種規(guī)格的部件，按一定方式用連接件裝配組合起來，并且所有部件規(guī)格均已形成“三化”（標(biāo)準(zhǔn)化、系列化、通用化），便于工廠組織大批量生產(chǎn)。此次設(shè)計采用通用主材骨架部分為40*40*1.5異型冷鍍鋅鋼管，沙盤裙邊為標(biāo)準(zhǔn)定制605*610（630）*1.5優(yōu)質(zhì)冷軋鋼板表面噴塑處理，臺面采用標(biāo)準(zhǔn)2440*1220*18的實心細(xì)木工板。由于模塊化程度高，準(zhǔn)備工作做得較為充分。這些標(biāo)準(zhǔn)尺寸零部件模塊可以通過各種鏈接構(gòu)件連接組合成形狀各異的沙盤，從根本上實現(xiàn)沙盤的創(chuàng)新性、靈活性和可變性。這一類型的沙盤因為其組合單元是一個個標(biāo)準(zhǔn)零部件模塊，類似于小孩子玩的積木。因此，也稱為“積木組合式沙盤”，是現(xiàn)代組合沙盤的主要形式。

圖5 模塊化組合

2.2.5 局部設(shè)計

在沙盤在制作過程中，我們需要大量敷設(shè)線纜及安裝設(shè)備，如何安裝這些線纜及設(shè)備一直是困惱施工人員的問題。由于設(shè)計中采用了組合元素，沙盤裙邊可以在調(diào)試完成后組裝，只要不超過沙盤裙邊高度的電器設(shè)備，無論是線纜安裝還是設(shè)備調(diào)試，都能方便施工人員進(jìn)出。同時也減輕施工人員工作強(qiáng)度。

圖6 上沿口護(hù)板

近幾年來，燈光裝飾常常運用在各類沙盤建設(shè)上。室內(nèi)配置不同亮度或不同顏色的燈光，從某種程度上講破壞了沙盤的整體效果。此次設(shè)計中我們將常用于裝飾建筑物的燈帶通過裙邊上沿口護(hù)板隱藏其中，巧妙的解決燈光直射的問題，以及造成的光污染。通過燈光的區(qū)分使人一目了然。使運輸演練沙盤增添藝術(shù)的色彩，使人感到現(xiàn)代化的氣息。

3.結(jié)語

從以上鐵道運輸演練沙盤設(shè)計中可看出， 運輸演練沙盤結(jié)構(gòu)形式、結(jié)構(gòu)分析和結(jié)構(gòu)柱腳設(shè)計， 均與一般建筑沙盤結(jié)構(gòu)有所不同。目前我國還缺少有關(guān)沙盤結(jié)構(gòu)設(shè)計的規(guī)程，對這些方面沒有做出明確的規(guī)定。

圖7 正在運行中的沙盤

面對越來越復(fù)雜的鐵道運輸演練沙盤結(jié)構(gòu)， 有必要對其結(jié)構(gòu)形式、構(gòu)造、通用性做進(jìn)一步的研究。以達(dá)到拋磚引玉、提高結(jié)構(gòu)設(shè)計水平的目的。

參考文獻(xiàn)

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