鋼結(jié)構(gòu)大懸臂構(gòu)件設(shè)計(jì)

金艷潔

（沈陽(yáng)機(jī)電研究設(shè)計(jì)院，遼寧，沈陽(yáng)，110006）

鋼結(jié)構(gòu)大懸臂構(gòu)件設(shè)計(jì)

金艷潔

（沈陽(yáng)機(jī)電研究設(shè)計(jì)院，遼寧，沈陽(yáng)，110006）

本文就鋼結(jié)構(gòu)中大懸臂構(gòu)件如雨篷的設(shè)計(jì)進(jìn)行了剖析，并提出了關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)的處理方法。

鋼結(jié)構(gòu)；大懸臂構(gòu)件；節(jié)點(diǎn)

一、引言

隨著城市建設(shè)的不斷發(fā)展，鋼結(jié)構(gòu)大懸臂構(gòu)件如鋼雨篷應(yīng)運(yùn)而生。由于主體建筑的條件限制以及后期增設(shè)雨篷對(duì)構(gòu)件造型等各方面的要求不同，使構(gòu)件的設(shè)計(jì)采取不同的處理方法，不同的計(jì)算模型。在較大的風(fēng)載或雪荷載的作用下發(fā)生結(jié)構(gòu)破壞屢見(jiàn)不鮮。本文對(duì)鋼結(jié)構(gòu)大懸臂構(gòu)件受力情況進(jìn)行總結(jié)，分類，并對(duì)每種類型的構(gòu)件適應(yīng)的情況及優(yōu)缺點(diǎn)，提出相應(yīng)的設(shè)計(jì)要點(diǎn)。

二、大懸臂構(gòu)件連接分類

以鋼雨篷為例（見(jiàn)圖一）：

根據(jù)實(shí)際情況，可分為四類。

1、為使用兩根拉桿對(duì)整片雨篷起到支撐作用，縱橫桿件采用剛接節(jié)點(diǎn)。拉桿則按拉壓桿考慮，考慮在風(fēng)荷載作用下承受壓力，以抵抗風(fēng)吸力作用。該類型雨篷支座節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)支座均較為簡(jiǎn)潔；縱橫向水平桿件大小均勻，較為美觀，但縱橫梁剛接節(jié)點(diǎn)處理較復(fù)雜。

2、與前者基本相同。拉桿則按單位拉桿考慮，不考慮在風(fēng)荷載作用下承受壓力，風(fēng)吸力作用由支座剛接節(jié)點(diǎn)抵抗。該類型雨篷支座節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)制作均較為復(fù)雜；但拉桿由于是單拉桿，因此長(zhǎng)細(xì)比限制較小，所以較細(xì)，感官上更為輕盈。

3、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(duì)整片雨篷起到支撐作用，該類型雨篷縱向桿件很細(xì)，可在一定程度上滿足建筑對(duì)雨篷結(jié)構(gòu)的輕盈性的要求；但上部拉桿較粗，通長(zhǎng)圓管桿略顯復(fù)雜。

4、與前者基本相同，拉桿則按單拉桿考慮受壓失效。該類型雨篷除前者的優(yōu)缺點(diǎn)外，又改善了拉桿的粗度，使得雨篷更加輕盈。

三、荷載、作用及荷載組合

1、荷載

（1）永久荷載

（2）活荷載及施工檢修荷載

活荷載按不上人屋面活荷載取用0.5kN/m2,組合值系數(shù)0.7；

施工檢修荷載為每隔1.0m取集中荷載1.0 kN。

此兩項(xiàng)荷載取其中一項(xiàng)。

（3）雪荷載

SK=μrs0

雪荷載組合值系數(shù)0.7。

（4）風(fēng)荷載

ωk=βgzμs1μzω0

式中系數(shù)，按《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》7.2條取用。

（5）地震作用

根據(jù)《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》可按豎向地震反應(yīng)譜方法計(jì)算或按（5）條簡(jiǎn)化計(jì)算。在采用反應(yīng)譜方法計(jì)算時(shí)可取水平地震影響系數(shù)的0.65倍來(lái)定義豎向反應(yīng)譜（《網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》（JGJ61-2003）4.4.5條）。

2、荷載組合

根據(jù)《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》采用荷載效應(yīng)的基本組合對(duì)結(jié)構(gòu)承載力極限狀態(tài)進(jìn)行驗(yàn)算，對(duì)基本組合的規(guī)定：

屋面活荷載不與雪荷載同時(shí)組合；屋面活荷載及雪荷載與風(fēng)荷載反向，因此不同時(shí)組合；

在永久荷載對(duì)結(jié)構(gòu)有利時(shí)分項(xiàng)系數(shù)取1.0。

由以上得到基本組合如下。

（1）由可變荷載控制的基本組合

（2）由永久荷載控制的基本組合

（3）包括地震效應(yīng)的基本組合

在只計(jì)算豎向地震效應(yīng)時(shí)水平地震效應(yīng)的分項(xiàng)系數(shù)γEh=0.0 ，且對(duì)一般結(jié)構(gòu)在與地震效應(yīng)組合時(shí)，對(duì)于一般結(jié)構(gòu)構(gòu)件風(fēng)荷載系數(shù)ψw=0.0

S=γG SGE +γEvSEvk

按《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》5.3.3條，對(duì)于8度取SEvk=0.1SGE 。

（4）正常使用狀態(tài)荷載組合

對(duì)于結(jié)構(gòu)的正常使用計(jì)算狀態(tài)進(jìn)行驗(yàn)算時(shí)，應(yīng)采用荷載效應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)組合

S7=1.0 SGK+1.0 Ssnow K

四、桿件截面控制

1、橫向梁

主要由計(jì)算應(yīng)力與變形控制，一般變形為控制因素。長(zhǎng)細(xì)比控制一般150。

2、縱向梁

對(duì)于1、2兩種類型仍然受應(yīng)力與變形控制，一般長(zhǎng)細(xì)比150。

3、拉桿

對(duì)于 2、3、三種類型雨篷需按拉壓桿控制，但由于在風(fēng)載下受壓控制250（《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》5.3.9條注5規(guī)定為250）

對(duì)于B、D、三種類型按拉桿控制長(zhǎng)細(xì)比400，考慮在風(fēng)荷載作用下桿件失效。

五、關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)處理

1、縱橫梁連接節(jié)點(diǎn)見(jiàn)圖2

上下翼緣建議采用貼板予以加強(qiáng)，以保證節(jié)點(diǎn)剛度，也使得實(shí)際的受力與計(jì)算模型吻合。

2、橫梁支座剛接點(diǎn)見(jiàn)圖3。

可采用一般栓焊連接方式，實(shí)現(xiàn)剛接節(jié)點(diǎn)。

3、拉桿與梁連接點(diǎn)

拉桿下端節(jié)點(diǎn)見(jiàn)圖4、圖5。

對(duì)于1、2兩種類型雨篷可采用1方式連接，3、4兩種類型雨篷拉桿可采用2連接方式。

六、各類結(jié)構(gòu)形式分析

按雨篷在沈陽(yáng)地區(qū)進(jìn)行算例分析，在基本荷載及參數(shù)如表。

表1 沈陽(yáng)地區(qū)雨篷基本荷載及參數(shù)

表2 荷載標(biāo)準(zhǔn)值

根據(jù)以上情況經(jīng)計(jì)算，得到較為經(jīng)濟(jì)合理的構(gòu)件截面尺寸及最終計(jì)算數(shù)據(jù)（表3）。

表 3 計(jì)算結(jié)果數(shù)據(jù)

（1）各種類型控制因素均為位移，在此情況下各種類型的桿件（除拉桿外）截面相差不大，另結(jié)合施工難度考慮，各類型雨篷的經(jīng)濟(jì)性相差不大。

（2）對(duì)于2、4三種類型雨篷，在風(fēng)荷載作用下向上的位移客觀，甚至2型向上位移已經(jīng)達(dá)到位移限值，因此在風(fēng)荷載作用下雨篷的受力體系應(yīng)酌情嚴(yán)謹(jǐn)考慮。

（3）3型雨篷縱向梁應(yīng)力比很小，設(shè)計(jì)時(shí)可直接按長(zhǎng)細(xì)比控制。

（4）3、4型雨篷通長(zhǎng)圓管梁應(yīng)力比相對(duì)較大，在設(shè)計(jì)時(shí)可以作為主要調(diào)節(jié)對(duì)象，以使位移滿足限值要求。

（5）對(duì)于2型、4型雨篷在設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)需要對(duì)拉桿進(jìn)行設(shè)置，使其為單拉桿，受壓時(shí)失效。

八、結(jié)語(yǔ)

大懸挑鋼結(jié)構(gòu)雨篷經(jīng)常有不合理之處，在各種災(zāi)害或滿載情況下出現(xiàn)事故也屢見(jiàn)不鮮。本文對(duì)大懸挑鋼結(jié)構(gòu)雨篷的設(shè)計(jì)過(guò)程進(jìn)行詳盡總結(jié)，提出了桿件控制因素與關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)方式，并通過(guò)具體算例給出了設(shè)計(jì)建議，為今后的大懸挑鋼結(jié)構(gòu)雨篷的設(shè)計(jì)提供參考。

[1] GB50009-2001（2006年版）建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范[S].

[2] GB50011-2010 建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范 [S].

[3] GB50010-2002混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[4] GB50017-2003鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[5] JGJ61-2003網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程[S].

TU394

【文章編號(hào)】1674-3954（2011）03-0195-02