鋼結構大懸臂構件設計

金艷潔

（沈陽機電研究設計院，遼寧，沈陽，110006）

鋼結構大懸臂構件設計

金艷潔

（沈陽機電研究設計院，遼寧，沈陽，110006）

本文就鋼結構中大懸臂構件如雨篷的設計進行了剖析，并提出了關鍵節點的處理方法。

鋼結構；大懸臂構件；節點

一、引言

隨著城市建設的不斷發展，鋼結構大懸臂構件如鋼雨篷應運而生。由于主體建筑的條件限制以及后期增設雨篷對構件造型等各方面的要求不同，使構件的設計采取不同的處理方法，不同的計算模型。在較大的風載或雪荷載的作用下發生結構破壞屢見不鮮。本文對鋼結構大懸臂構件受力情況進行總結，分類，并對每種類型的構件適應的情況及優缺點，提出相應的設計要點。

二、大懸臂構件連接分類

以鋼雨篷為例（見圖一）：

根據實際情況，可分為四類。

1、為使用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。拉桿則按拉壓桿考慮，考慮在風荷載作用下承受壓力，以抵抗風吸力作用。該類型雨篷支座節點設計支座均較為簡潔；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。

2、與前者基本相同。拉桿則按單位拉桿考慮，不考慮在風荷載作用下承受壓力，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。

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整片雨篷起到支撐作用，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。

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缺點外，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0.7；

施工檢修荷載為每隔1.0m取集中荷載1.0 kN。

此兩項荷載取其中一項。

（3）雪荷載

SK=μrs0

雪荷載組合值系數0.7。

（4）風荷載

ωk=βgzμs1μzω0

式中系數，按《建筑結構荷載規范》7.2條取用。

（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）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（《網殼結構技術規程》（JGJ61-2003）4.4.5條）。

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：

屋面活荷載不與雪荷載同時組合；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。

（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）包括地震效應的基本組合

在只計算豎向地震效應時水平地震效應的分項系數γEh=0.0 ，且對一般結構在與地震效應組合時，對于一般結構構件風荷載系數ψw=0.0

S=γG SGE +γEvSEvk

按《建筑抗震設計規范》5.3.3條，對于8度取SEvk=0.1SGE 。

（4）正常使用狀態荷載組合

對于結構的正常使用計算狀態進行驗算時，應采用荷載效應的標準組合

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。

2、縱向梁

對于1、2兩種類型仍然受應力與變形控制，一般長細比150。

3、拉桿

對于 2、3、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（《鋼結構設計規范》5.3.9條注5規定為250）

對于B、D、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。

五、關鍵節點處理

1、縱橫梁連接節點見圖2

上下翼緣建議采用貼板予以加強，以保證節點剛度，也使得實際的受力與計算模型吻合。

2、橫梁支座剛接點見圖3。

可采用一般栓焊連接方式，實現剛接節點。

3、拉桿與梁連接點

拉桿下端節點見圖4、圖5。

對于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、各類結構形式分析

按雨篷在沈陽地區進行算例分析，在基本荷載及參數如表。

表1 沈陽地區雨篷基本荷載及參數

表2 荷載標準值

根據以上情況經計算，得到較為經濟合理的構件截面尺寸及最終計算數據（表3）。

表 3 計算結果數據

（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，另結合施工難度考慮，各類型雨篷的經濟性相差不大。

（2）對于2、4三種類型雨篷，在風荷載作用下向上的位移客觀，甚至2型向上位移已經達到位移限值，因此在風荷載作用下雨篷的受力體系應酌情嚴謹考慮。

（3）3型雨篷縱向梁應力比很小，設計時可直接按長細比控制。

（4）3、4型雨篷通長圓管梁應力比相對較大，在設計時可以作為主要調節對象，以使位移滿足限值要求。

（5）對于2型、4型雨篷在設計計算時需要對拉桿進行設置，使其為單拉桿，受壓時失效。

八、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屢見不鮮。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。

[1] GB50009-2001（2006年版）建筑結構荷載規范[S].

[2] GB50011-2010 建筑抗震設計規范 [S].

[3] GB50010-2002混凝土結構設計規范[S].

[4] GB50017-2003鋼結構設計規范[S].

[5] JGJ61-2003網殼結構技術規程[S].

TU394

【文章編號】1674-3954（2011）03-0195-02