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      行業資訊

      雨篷設計

      來源:湖南華墅建筑科技開發有限公司    時間:2020-04-22    瀏覽次數:715
       

      作者:左曉明,中國中元國際工程有限公司

      高級工程師、一級注冊結構工程師

      一級注冊建造師、PMP,從事結構設計及工程管理相關工作。

      1 引言

          在公共建筑中,大懸挑鋼結構雨篷的應用較為廣泛。在實際工程中,由于主體建筑的條件限制,以及建筑對雨篷各方面的造型要求不同,使得大懸挑鋼結構雨篷的設計需要采取不同的處理方法,并因此對應有不同計算模型?,F有建成的鋼結構雨篷,經??梢姴缓侠碇?,如在較大風荷載或雪荷載的作用下很容易發生結構的破壞,并且在雪災、地震中這種雨篷的破壞數見不鮮。本文對此類雨篷的情況進行了總結分類,分析了每種類型的雨篷所適應的主體情況,及建筑美觀的優缺點,并且提出了各種雨篷類型相應的設計要點。

      2 大懸挑雨篷的主體連接條件

          對于大懸挑雨篷一般高度設置在首層頂標高處,即 2 層地面標高。因此其鋼梁可與 2 層框架梁直接連接,鋼梁間距也可小于柱距。對于拉桿上部連接點,一般由于 2 層層高較大(一般大于 4m),而建筑又對拉桿上部拉結點高度有一定限制,所以拉桿上部連接點一般無法設置在 3 層框架梁上,只能設置在柱上;根據以上特點,拉桿的位置與數量都受到了一定的限制。

      3 大懸挑雨篷的受力體系類型

          根據實際情況,提出以下六種形式的雨篷結構(見圖 1~圖 6)。

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      各種類型雨蓬關鍵節點的連接方式及受力特征見表 1。

          為敘述方便,現定義垂直于建筑物方向的梁為橫向梁,平行于建筑物方向的梁為縱向梁。

          各類型雨篷特點如下:

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       A 類型雨篷:為使兩根拉桿對整片雨篷起到支撐作用,縱橫桿件采用剛接節點。雨篷支座節點設計為鉸接節點,拉桿則按拉壓桿考慮,以抵抗風吸力作用。該類型雨篷支座節點設計制作均較為簡潔;縱橫向水平桿件大小均勻,較為美觀,但縱橫梁剛接節點處理較復雜。

          B 類型雨篷:與 A 類型基本相同。不同點是雨篷支座節點設計為剛接節點,拉桿則按單拉桿考慮,風吸力作用由支座剛接節點抵抗。該類型雨篷支座節點設計制作均較為復雜;但拉桿由于是單拉桿,因此長細比限制較小,所以較細,感官上更為輕盈。

          C 類型雨篷:縱橫向水平桿件大小相差較大。橫向桿件截面較大,縱向桿件截面很小。并且為使兩根拉桿對整片雨篷起到支撐作用,在整片雨篷上方設置一根通長的圓管桿件??v橫桿件采用鉸接節點,縱向桿件起到對橫向桿件的側向支撐作用,以減小橫向桿件的長細比。支座節點及拉桿均同 A 類型一樣考慮。該類型雨篷縱向桿件很細,可在一定程度上滿足建筑對雨篷結構的輕盈性的要求;但上部拉桿較粗,通長圓管桿略顯復雜。

          D 類型雨篷:與 C 類型基本相同,不同之處為雨篷支座節點設計為剛接節點;拉桿則按單拉桿考慮, 在風吸力作用下,雨篷支座承擔負彎矩,此時拉桿考慮受壓失效。該類型雨篷除 C 型的優缺點外,又改善了拉桿的粗度,使得雨篷更加輕盈。

          E 類型雨篷:與 C 類型雨篷也比較相近。不同之處為,該類型雨篷設置四根空間拉桿,因此使得上部通長圓管桿件的粗度減小。同時在建筑美觀方面使得雨篷較 C 類型雨篷更加輕盈,但拉桿的數量增多,而且從正立面來講,出現了斜向線條。

          F 類型雨篷:與 E 類型雨篷也比較相近。不同之處為該類型雨篷支座節點設計為剛接節點;拉桿則按單拉桿考慮。該類型進一步使得拉桿粗度減小,較 E類型更為輕盈。

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      4.1.5 地震作用

          根據《建筑抗震設計規范》可按豎向地震反應譜方法計算或按 5.3.3 條簡化計算。在采用反應譜方法計算時可取水平地震影響系數的 0.65 倍來定義豎向反應譜 。

      4.2 荷載組合

          根據《建筑結構荷載規范》采用荷載效應的基本組合對結構承載力極限狀態進行驗算,對基本組合的規定:

          屋面活荷載及雪荷載與風荷載反向,因此不同時組合;

          在永久荷載對結構有利時分項系數取1.0

          由以上得到基本組合如下。

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      5 桿件截面控制

      5.1 雨篷橫向梁

          主要由計算應力與變形控制,一般變形為控制因素。長細比控制一般 150。

      5.2 雨篷縱向梁

          對于 A、B 兩種類型仍然受應力與變形控制,一般長細比 150。其余均按支撐控制 200。

      5.1 雨篷拉桿

          對于 A、C、E 三種類型雨篷需按拉壓桿控制,但由于在風載下受壓控制 250。

          對于 B、D、F 三種類型按拉桿控制長細比 400, 考慮在風荷載作用下桿件失效。

      6 關鍵節點處理

      5.1 縱橫梁剛接點

          縱橫梁連接節點見圖 7。

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      對于 A、B 兩種類型雨篷可采用 1 方式連接,但對于 A 型由于在風吸力作用下連接板受壓,應適當加勁板以減小連接板的寬厚比,以滿足受壓要求。連接板可布置于雨篷上玻璃縫位置,便于安裝。C、D 兩種類型雨篷拉桿可采用 2、3 兩種連接方式。對于E、F 兩種類型雨篷拉桿應采用 2 連接方式,由于拉桿對于連接板有平面外的拉力,因此采用 2 方式,可使通長圓管平衡該力,雨篷梁通過連接板與通長圓管連接,此時,連接板仍然保持軸向受力,避免了在平面外的弱方向受力,受力合理。

      7 算例對比分析

          按雨篷在北京地區進行算例分析,則基本荷載及參數如表 2。

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      8 結語

          大懸挑鋼結構雨篷經常有不合理之處,在各種災害或滿載情況下出現事故也數見不鮮。本文對大懸挑鋼結構雨篷的設計過程進行詳盡總結,提出了桿件控制因素與關鍵節點的設計方式,并通過具體算例給出了設計建議,為今后的大懸挑鋼結構雨篷的設計提供參考。




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