淺析拉桿雨蓬設(shè)計的關(guān)鍵點

雷力

摘 要 本文基于某酒店的拉桿雨蓬，建立拉桿與主體結(jié)構(gòu)之間的計算模型，模擬分析了影響埋件的承載力因素。在計算模型中，考慮了不同形式轉(zhuǎn)接件對埋件承載力的影響;分析結(jié)果顯示：雨蓬拉桿與主體結(jié)構(gòu)采用不同形式轉(zhuǎn)接件，對其埋件承載力有較為顯著影響。

關(guān)鍵詞 欄桿雨蓬;轉(zhuǎn)接件;埋件;焊縫

引言

雨蓬通常會作為建筑物出入口的構(gòu)筑物，不僅起裝飾作用，在雨雪天氣也能為室內(nèi)和室外提供一個過渡場所。當(dāng)雨蓬上方安裝有建筑幕墻或其他裝飾件時，也可以為人員進出提供防護措施。

雨蓬的形式千變?nèi)f化、形態(tài)各異，小到雨蓬鋼梁懸挑1m，多達懸挑十幾米。隨著雨蓬形式的多樣化發(fā)展，隨之出現(xiàn)的問題也越來越多，其中以雨蓬結(jié)構(gòu)的安全性更為突出，主要體現(xiàn)在雨蓬設(shè)計、選材或安裝不合理等方面上，導(dǎo)致其自身的剛度和強度不足以抵抗其在荷載作用下產(chǎn)生的效應(yīng)值，不但影響美觀和使用性，更為嚴(yán)重的是存在來自安全方面的威脅。眾所周知：“安全、適用、經(jīng)濟和美觀”是建筑設(shè)計的四要素，其中安全是首要的，假如安全得不到保障，其余均為零。倘若一味地追求安全，不合理的加大桿件規(guī)格，又違背經(jīng)濟要素，因此選擇一個合理體系的結(jié)構(gòu)，對雨蓬的設(shè)計至關(guān)重要。值得反思的是：2014年4月上海某酒店由于拉桿與主體結(jié)構(gòu)連接的埋件出現(xiàn)質(zhì)量安全問題，導(dǎo)致埋件拔出雨蓬坍塌，造成不小的經(jīng)濟損失。

雖然目前存在一些關(guān)于研究雨蓬的文獻，但現(xiàn)存的文獻均局限于雨蓬鋼梁角度[1-2]，關(guān)于不同形式轉(zhuǎn)接件對埋件產(chǎn)生影響的研究較為缺乏，因此，本文的研究恰好能彌補此領(lǐng)域的不足。本文將基于某酒店（下文簡稱本工程）的實際工程案例出發(fā)，考慮不同形式轉(zhuǎn)接件對埋件產(chǎn)生的影響。本次研究能為類似雨蓬工程設(shè)計提供經(jīng)驗，也可為相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的制定給出建議。

1模型建立

本文主要目的是建立一個雨蓬拉桿與主體結(jié)構(gòu)連接位置的計算模型，分析不同形式轉(zhuǎn)接件對埋件產(chǎn)生效應(yīng)的影響。為簡化研究，在模擬分析中僅考慮自重、風(fēng)荷載、雪荷載和活荷載作用。由于拉桿兩端鉸接，中間也不受其他荷載作用，為二力桿件，通過受力分析暫定拉桿軸向力設(shè)計值為100.0kN。埋件規(guī)格采用400×400×20mm厚Q235B埋板，9根直徑為16mm的HRB400錨筋，最外層錨筋中心間距為300mm;混凝土等級為C30。

通過簡化本工程所研究的對象如圖1所示：圖A為拉桿與轉(zhuǎn)接件在同一條直線上，圖B為轉(zhuǎn)接件為水平方向。上述兩種不同形式轉(zhuǎn)接件除轉(zhuǎn)接件耳板外，其他構(gòu)配件、安裝方式和完成面均一致。

2埋件受力分析

從上文知：圖1中1點和3點荷載設(shè)計值均為100.0kN，方向平行于拉桿方向，拉桿與混凝土柱子之間的角度為60°，連接拉桿與轉(zhuǎn)接件（耳板）之間的螺栓距離埋件的垂直距離L=500mm。

由于圖1A中轉(zhuǎn)接件與拉桿平行，故此處埋件無力臂效應(yīng)對其影響，因此2點埋件的彎矩值為0，按照荷載傳遞原則有F1=F2=100.0kN。由于轉(zhuǎn)接件與埋件成60°，將2點的荷載按平行四邊形法則分解成垂直于埋件表面的F2n和平行于埋件表面的F2v，此處有F2v=Fv=F×cos60°=100.0×0.5=50.0kN，F(xiàn)2n=Fn=F×sin60°=100.0×0.866=86.6kN。

同理，將3點的荷載按平行四邊形法則分解成垂直于埋件表面的Fn和平行于埋件表面的Fv，按照荷載傳遞原則對于4點位置有垂直荷載F4v=Fv=50.0kN，F(xiàn)2n=Fn=86.6kN。由于圖1B中轉(zhuǎn)接件與拉桿成30°，此處埋件有一個力臂L=500mm作用，故埋件承受剪力產(chǎn)生的彎矩M=F4v×L=50.0*0.5=25kN·m。

按《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》GB50010相關(guān)規(guī)定通過計算知：圖1A形式轉(zhuǎn)接件對應(yīng)埋板所需錨筋截面積為707mm2，圖1B形式轉(zhuǎn)接件對應(yīng)埋板所需錨筋截面積為1241mm2。從上述計算結(jié)果可知：兩種不同形式雨蓬拉桿轉(zhuǎn)接件在相同荷載作用下，兩者的所需預(yù)埋件錨筋截面面積相差竟達到1.75倍。從計算結(jié)果可知：力臂越長，產(chǎn)生的彎矩也就越大，為了抵抗彎矩，需要更大錨筋截面積或設(shè)計抗剪鍵或采用更大規(guī)格的埋件。

3結(jié)束語

本文主要建立了以拉桿雨蓬為基礎(chǔ)，拉桿與主體結(jié)構(gòu)連接之間不同形式的轉(zhuǎn)接件模型，運用結(jié)構(gòu)力學(xué)模擬分析;在模型中，主要分析了不同形式雨蓬拉桿轉(zhuǎn)接件對埋件承載力的影響。本文的計算結(jié)果表明：在其他條件一致情況下，上述轉(zhuǎn)接件采用水平形式時，對應(yīng)埋件承受的荷載明顯大于轉(zhuǎn)接件與拉桿在同一條直線上對埋件產(chǎn)生的荷載。最后，拉桿雨蓬的研究還可以推廣到焊縫、耳板形式及拉點位置等多因素對其承載力影響的研究。

參考文獻

[1] 蔡麗平.大跨度雨蓬、采光頂鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計要點淺析[J].中國科技財富，2012，（8）：234.

[2] 王威，王靈飛.某大跨度鋼結(jié)構(gòu)雨蓬設(shè)計[J].居業(yè)，2016，（4）：69-70.