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設計雨棚時應該考慮哪些問題

發布時間:2020-08-04 06:53:20人氣: 223

                                                                       設計雨棚時應該考慮哪些問題
 
雨蓬的設計是一個很寬的話題,結構布置、截面選擇、支座條件、荷載計算及組合、節點構造、排水等等,很難全講清楚。根據鑫距華公司多年來對雨蓬的設計,下面主要針對非獨立雨蓬的設計表達一下自己的觀點。

1、荷載計算

雨蓬的荷載主要包括恒載、活載、雪載、地震荷載、風荷載,其中活載和雪載不同時考慮。⑴恒載:恒載沒什么好說的,計算玻璃考慮玻璃的自重,計算構件要考慮玻璃、構件等本身的自重。⑵活載:活載一般取0.5KN/m2,活載可以覆蓋施工荷載,檢修荷載等。⑶雪載:有積雪的地方才有雪載,按照《荷載規范取值》,雪載不與活載同時考慮,兩者中應取較大者。 ⑷ 地震荷載:6、7度設防地區的雨蓬一般可以不考慮地震荷載,如果考慮的話應該是豎向地震,不必考慮水平地震。 ⑸ 風荷載:風荷載是最難也最有爭議的荷載;我先談一下高度變化系數,得到高度變化系數有兩種方法,一是采用《荷載規范》條文說明中的公式,二是直接查《荷載規范》的表7.2.1;但高度比較小時,兩者得到的數據有較大的差異,應該以《荷載規范》表7.2.1為準。

負風壓體型系數取為-2.0,這基本上沒有爭議,正風壓體形系數則無相關規范可以遵循,大家莫衷一是,有人不考慮,有人取0.2,有人取0.6,有人取1.0,還有人取為1.5;有人認為可以參考《荷載規范》中“單坡及雙坡頂蓋”,獨立雨蓬正風壓體形系數可以遵循此條取為1.0(也可以稍微保守一點取為1.3或1.4),我認為大門口的雨蓬和獨立雨蓬不一樣,雖然說建筑物周圍氣流的方向是非常紊亂的,很難把握,但是我相信氣流在建筑物周圍主要還是向上的,所以正風壓體形系數應該比獨立雨蓬要小,正風壓體形系數應該小于1.0,至于具體是多少絕對不是我們幾個搞鋼結構的人在這里討論討論就可以決定的,這是要經過大量的風洞試驗才能確定的,如果《荷載規范》不對此做出規定,此爭議將長期存在;另外,從工程事故來看,也從來都是聽說雨蓬被掀翻,從來沒聽說過被風壓塌,如果按照有些人把體形系數取為1.5的話,那么向下組合比向上組合還大,應該是向下破壞,顯然與實際不符。 因為氣流向上,非獨立雨蓬考慮向下組合時我個人一般不考慮風荷載,下面的荷載組合可以看到。

2、荷載組合

1)向上組合

1.4風荷載標準值-1.0恒載標準值

這里不能考慮活載和雪載

2)向下組合

活載起控制作用:1.2恒載標準值+1.4* Max{活載標準值,雪載標準值}

恒載起控制作用:1.35恒載標準值+1.4*0.7*Max{活載標準值,雪載標準值}

取上面兩種組合的較大值。

雖然有些情況一眼就看出向上荷載起重要控制作用,但是,對于非雙軸對稱截面梁來說,向下組合可能會引起失穩問題。我舉個例子,如果雨蓬主梁采用T型鋼截面,向下組合可能導致T型梁腹板自由一側失穩,向上組合則沒有這個問題。

3、拉桿長細比問題

《鋼結構規范》規定長細比不宜大于150,但是對于雨蓬的拉桿來說,這個要求太苛刻了,拉桿粗了笨重難看,細了又不滿足150的要求。我覺得我們要好好領會鋼結構規范“不宜”這兩個字,“不宜”不是不可以,只是要慎重對待,既作為受力構件又作為裝飾構件的拉桿就“宜”適當放寬,建議長細比在200以內,當然也不是一定不能超過,我就曾經做過長細比是220的,只要考慮實際的長細比所對應的穩定系數計算通過即可。我經??吹接信笥芽紤]負風壓時“假設”或者“認為”拉桿(其實是壓桿)不起作用了,這是要不得的,假設都是有條件的,拉桿只要不失穩,就仍然起著主要的作用,你這一假設,就與實際情況相差十萬八千里了。

4、玻璃強度許用問題

我們知道雨蓬和幕墻玻璃的需用強度不一致,這確實是一個令人困擾的問題,對于12mm的鋼化玻璃,幕墻的需用強度是84MPa,而雨蓬的是42MPa,我猜想規范制定者是考慮到雨蓬或采光頂玻璃破碎傷害力更大的原因,所以把安全系數定得更高,但是我們采用夾膠玻璃后就不存在這一問題了,即使破碎也掉不下來。但是既然規范是這樣,建議大家計算雨蓬玻璃時還是按照《建筑玻璃應用技術規程》來吧。

5、玻璃撓度控制問題

幾個原則:小于1/60,不積水(和坡度相關),自重下不能讓人肉眼能容易觀察出來(這個和撓度及雨蓬高度都相關)。

對于雨篷的做法與處理我個人認為得從以下方面綜合考慮:

一、結構方面:

1)、建筑師的外觀設計選擇梁的外觀樣式,根據主體結構選擇雨篷的受力模型。這個里面合理的受力模型是一個關鍵。得分析現有的主體情況,合理的安排力的傳遞方向,從板面到次梁到主梁,這樣一步步的分細地布置過來。

2)、對于拉桿我們應該根據不同的平面寬度,不同的雨篷連接方式采取相應的處理方法。

a、對于小于2000mm點支式的玻璃,一般梁的截面計算結果較小,而玻璃點支空間要求較大,所以為了截面的美觀不便于直接使用計算結果的截面大小,而考慮美觀與人的心理接受截面的大小而設計。這時的單部撓度變形很小,所以如果建筑師在立面要求的拉桿,這時拉桿可以采用非結構件的裝飾拉桿,可不做計算,甚至可以是空心薄壁鋼管。

b、對于較大的平面分格的雨篷我們應根據鋼梁的可連接主體的結構的情況,先安置主受力梁,這多于結構柱的分布位置,一般主體梁不希望在它的受拉區設置較大的外彎與偏心集中載。這樣你可以在柱位置設置主受力梁,此時的梁底部連接可以根據情況設置不同的連接方式,但因減小主體負載與節約埋件成本,建議鉸連接。此處拉桿按負風壓情況分析,按受壓長細比設計不大于1/150。這時不可只考慮成本選取薄壁的鋼材(推薦厚壁細桿,因為厚板的焊縫計算可能不會小于6~8mm,所以拉桿的堵頭板也不會太薄)。主受力梁間采用側向聯系桿連接,一方面增強側向穩定,一方面為布置中間鋼梁,中間鋼梁為考慮整體美觀可采用等截面,也可以采用小截面梁,因為他們的受力形式是簡支梁。

c、對于玻璃肋連接梁,結構上不建議這樣處理,因為雨篷多設置于出入口的安全設計,玻璃的正立面延性不錯,但端部的脆性很強,在側向受力時易于駁接處連接破壞,從而失去結構穩定,并且這種做而面玻璃承受側向剛度,不建議使用。

d、構件式雨篷,這時的鋼梁連接非常穩定,次龍骨對主梁有側向支撐的作用,這時梁截面計算滿足即可。

根據以上的闡述,現總結一下設計雨蓬時應該主要考慮那些問題。

1、材料

一定要采用鋼化夾膠玻璃,最后采用頂片鋼化+內片半鋼化玻璃的夾膠的組合,半鋼化玻璃也叫熱增強玻璃,它的生產工藝與鋼化玻璃相似,只是在急冷過程中的風壓底于鋼化玻璃的工藝標準。半鋼化玻璃的表面應力在24~69Mpa之間,低于鋼化玻璃的表面應力。所以,半鋼化玻璃的強度和抗熱沖擊性能都略低于鋼化玻璃,但相比普通玻璃要提高1~2倍。與鋼化玻璃相比,半鋼化玻璃的最大優點是玻璃的平整性好,光畸變小,而且由于應力較低,不會產生自爆現象。

半鋼化玻璃破碎后,碎片類似普通玻璃,呈現貫通的裂紋,不會在玻璃中心部形成封閉狀態的小碎片,也就不會從建筑物上掉下來,這一點對于雨蓬玻璃來說是十分重要的。所以內片半鋼化玻璃更加安全,而且破壞時玻璃不會下垂,不影響使用功能和美觀,可以保證更換玻璃的時間。

2、結構

懸挑雨蓬風壓取值按-2.0考慮。

撓度控制盡量嚴格,從影響人的視覺效果考慮。

3、排水

匯水面積不是很大的雨蓬,可以考慮自由排水,這樣建筑效果更加簡潔、美觀。

4、拉桿設置

懸挑3m雨蓬能采用固端連接,盡量采用,可以不設拉桿。

懸挑3m以上雨蓬盡量采用鉸接,減少固端彎矩,建議必須設拉桿。

拉桿設置可以分兩種:A、上下設細拉桿(受拉),例如φ12--16鋼拉桿; B、上設拉管(受拉壓),例如:φ68×4--φ121×7。

講講鋼結構雨篷設計的一些心得體會:

雨篷設計可能是鋼結構設計中最簡單的結構了,但是其實有很多時候也是大家最容易忽視的結構。

1.結構體系

沒有拉桿的雨篷計算的時候中間的次梁可以兩端釋放,根部的支座反力是最大的,預埋件應留有足夠的安全富余;

有拉桿的雨篷如果不是每根主梁都拉的話,如果中間的次梁都是兩端釋放,一般會在雨篷前端做一根通長的大梁,這樣使拉桿可以起到作用。

建議對于中間斷開的次梁都應該兩端釋放,通長的次梁可考慮鋼接,使得拉桿起到作用。

對于懸挑大的雨篷,比如懸挑5~10米,一般會設置一道通長的次梁,拉桿的長細比根據規范控制在250以內。千萬不要認為中間斷開的次梁可以鋼接,這點真的很危險,可以看看正規的鋼結構節點,主梁次梁是如何鋼接的。還有就是懸挑大的雨篷——拉桿就是唯一的結構保障了,所以可以適當減小長細比,還有要看好繪圖員的螺栓連接節點,鋼板的邊距是否標明是2d,螺栓即使是雙剪,也盡量按單剪考慮(因為螺栓很便宜),真的很重要,今年雪災很多雨篷塌了都是拉桿螺栓斷裂,還有就是拉桿的埋件注意會有附加彎矩。

2.荷載問題

自重荷載,施工荷載,雪荷載,風荷載。自重荷載不多說了;施工荷載一般可以加均布荷載0.5,也可以考慮在最不利位置加集中荷載1.0;雪荷載就是當地的基本雪壓,但是要注意雪荷載有分布系數,雨篷一般在建筑側邊,所以類似高低屋面,分布系數是2.0,比如蘇州的基本雪壓是0.4,實際加荷載就是0.8(目前很少有計算書這樣做),并且施工荷載和雪荷載不同時考慮;然后是風荷載,一直有聽說有正風壓之說,可是沒有規范依據,所以我只加-2.0的風荷載,方向向上。

3.結構的美觀

有的雨篷比如懸挑3米,沒有拉桿,間距小的話計算出來可能120的鋼管就夠了,但是建議畫一個側面整體視圖,你會發現管子看上去很小,雨篷看上去會給人一種驚心動魄的感覺,所以雨篷的截面高度適當控制在1/15~1/20,這樣是一個合理的美觀尺寸,有安全感,又有安全儲備。還有就是撓度,現在的幕墻規范只要求1/125,這個數值實在太松了,實際懸挑5m可以下沉40mm,到現場就會發現撓度很大,但是又滿足規范,大大影響美觀,所以適當控制的嚴格一點,還是有好處的。

4.施工質量

圖紙上壁厚是6mm,實際施工可能只有5mm多點,施工方是不會幫你買國標的,所以應力比控制的嚴格一點是有道理的。還有就是埋件,有圖紙會標注等強焊接,簡單一句話,又不用設置加勁肋,但是實際施工等強就意味著二級焊縫要探傷,實際對接焊接的最小厚度是6mm,探傷也沒法探,所以根部埋件還是按照角焊縫計算,考慮施工質量,再加一些加勁鋼板,給些安全儲備。

5.鋼梁開孔  

T型鋼梁建議開孔一定要計算,真的很危險,H型鋼就可以適當放寬一點,腹板畢竟只是是抗剪。

6.雨蓬根部混凝土強度問題

不要認為混凝土強度是無限的,當你的雨篷計算結果根部反力很大時,要適時的和設計院溝通,避免混凝土梁破壞后發生雨篷倒塌。已經遇到很多次發現混凝土梁無法承受雨篷的荷載,這也是要注意的。

7.主梁上翼緣屈曲問題

還有要注意,如果主梁是方鋼管而不是H型鋼的話,要考慮拉桿的耳板焊接在方管的上翼緣,容易出現上翼緣鋼板屈曲,所以要考慮增加加勁肋板,H型鋼就沒有問題了。

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