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行业资讯

雨篷设计

来源:湖南华墅建筑科技开发有限公司    时间:2020-04-22    浏览次数:390
 

作者:左晓明,中国中元国际工程有限公司

高级工程师、一级注册结构工程师

一级注册建造师、PMP,从事结构设计及工程管理相关工作。

1 引言

    在公共建筑中,大悬挑钢结构雨篷的应用较为广泛。在实际工程中,由于主体建筑的条件限制,以及建筑对雨篷各方面的造型要求不同,使得大悬挑钢结构雨篷的设计需要采取不同的处理方法,并因此对应有不同计算模型。现有建成的钢结构雨篷,经常可见不合理之处,如在较大风荷载或雪荷载的作用下很容易发生结构的破坏,并且在雪灾、地震中这种雨篷的破坏数见不鲜。本文对此类雨篷的情况进行了总结分类,分析了每种类型的雨篷所适应的主体情况,及建筑美观的优缺点,并且提出了各种雨篷类型相应的设计要点。

2 大悬挑雨篷的主体连接条件

    对于大悬挑雨篷一般高度设置在首层顶标高处,即 2 层地面标高。因此其钢梁可与 2 层框架梁直接连接,钢梁间距也可小于柱距。对于拉杆上部连接点,一般由于 2 层层高较大(一般大于 4m),而建筑又对拉杆上部拉结点高度有一定限制,所以拉杆上部连接点一般无法设置在 3 层框架梁上,只能设置在柱上;根据以上特点,拉杆的位置与数量都受到了一定的限制。

3 大悬挑雨篷的受力体系类型

    根据实际情况,提出以下六种形式的雨篷结构(见图 1~图 6)。

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各种类型雨蓬关键节点的连接方式及受力特征见表 1。

    为叙述方便,现定义垂直于建筑物方向的梁为横向梁,平行于建筑物方向的梁为纵向梁。

    各类型雨篷特点如下:

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 A 类型雨篷:为使两根拉杆对整片雨篷起到支撑作用,纵横杆件采用刚接节点。雨篷支座节点设计为铰接节点,拉杆则按拉压杆考虑,以抵抗风吸力作用。该类型雨篷支座节点设计制作均较为简洁;纵横向水平杆件大小均匀,较为美观,但纵横梁刚接节点处理较复杂。

    B 类型雨篷:与 A 类型基本相同。不同点是雨篷支座节点设计为刚接节点,拉杆则按单拉杆考虑,风吸力作用由支座刚接节点抵抗。该类型雨篷支座节点设计制作均较为复杂;但拉杆由于是单拉杆,因此长细比限制较小,所以较细,感官上更为轻盈。

    C 类型雨篷:纵横向水平杆件大小相差较大。横向杆件截面较大,纵向杆件截面很小。并且为使两根拉杆对整片雨篷起到支撑作用,在整片雨篷上方设置一根通长的圆管杆件。纵横杆件采用铰接节点,纵向杆件起到对横向杆件的侧向支撑作用,以减小横向杆件的长细比。支座节点及拉杆均同 A 类型一样考虑。该类型雨篷纵向杆件很细,可在一定程度上满足建筑对雨篷结构的轻盈性的要求;但上部拉杆较粗,通长圆管杆略显复杂。

    D 类型雨篷:与 C 类型基本相同,不同之处为雨篷支座节点设计为刚接节点;拉杆则按单拉杆考虑, 在风吸力作用下,雨篷支座承担负弯矩,此时拉杆考虑受压失效。该类型雨篷除 C 型的优缺点外,又改善了拉杆的粗度,使得雨篷更加轻盈。

    E 类型雨篷:与 C 类型雨篷也比较相近。不同之处为,该类型雨篷设置四根空间拉杆,因此使得上部通长圆管杆件的粗度减小。同时在建筑美观方面使得雨篷较 C 类型雨篷更加轻盈,但拉杆的数量增多,而且从正立面来讲,出现了斜向线条。

    F 类型雨篷:与 E 类型雨篷也比较相近。不同之处为该类型雨篷支座节点设计为刚接节点;拉杆则按单拉杆考虑。该类型进一步使得拉杆粗度减小,较 E类型更为轻盈。

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4.1.5 地震作用

    根据《建筑抗震设计规范》可按竖向地震反应谱方法计算或按 5.3.3 条简化计算。在采用反应谱方法计算时可取水平地震影响系数的 0.65 倍来定义竖向反应谱 。

4.2 荷载组合

    根据《建筑结构荷载规范》采用荷载效应的基本组合对结构承载力极限状态进行验算,对基本组合的规定:

    屋面活荷载及雪荷载与风荷载反向,因此不同时组合;

    在永久荷载对结构有利时分项系数取1.0

    由以上得到基本组合如下。

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5 杆件截面控制

5.1 雨篷横向梁

    主要由计算应力与变形控制,一般变形为控制因素。长细比控制一般 150。

5.2 雨篷纵向梁

    对于 A、B 两种类型仍然受应力与变形控制,一般长细比 150。其余均按支撑控制 200。

5.1 雨篷拉杆

    对于 A、C、E 三种类型雨篷需按拉压杆控制,但由于在风载下受压控制 250。

    对于 B、D、F 三种类型按拉杆控制长细比 400, 考虑在风荷载作用下杆件失效。

6 关键节点处理

5.1 纵横梁刚接点

    纵横梁连接节点见图 7。

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对于 A、B 两种类型雨篷可采用 1 方式连接,但对于 A 型由于在风吸力作用下连接板受压,应适当加劲板以减小连接板的宽厚比,以满足受压要求。连接板可布置于雨篷上玻璃缝位置,便于安装。C、D 两种类型雨篷拉杆可采用 2、3 两种连接方式。对于E、F 两种类型雨篷拉杆应采用 2 连接方式,由于拉杆对于连接板有平面外的拉力,因此采用 2 方式,可使通长圆管平衡该力,雨篷梁通过连接板与通长圆管连接,此时,连接板仍然保持轴向受力,避免了在平面外的弱方向受力,受力合理。

7 算例对比分析

    按雨篷在北京地区进行算例分析,则基本荷载及参数如表 2。

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8 结语

    大悬挑钢结构雨篷经常有不合理之处,在各种灾害或满载情况下出现事故也数见不鲜。本文对大悬挑钢结构雨篷的设计过程进行详尽总结,提出了杆件控制因素与关键节点的设计方式,并通过具体算例给出了设计建议,为今后的大悬挑钢结构雨篷的设计提供参考。




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