大跨度大悬臂钢结构雨棚结构方案

2014-03-20陈道耘

河南建材 2014年4期

关键词：雨棚杆件悬臂

陈道耘

厦门永榕置业有限公司（361012）

大跨度大悬臂钢结构雨棚结构方案

陈道耘

厦门永榕置业有限公司（361012）

通过对大跨度大悬臂雨棚结构、美观、规划等方面的深入分析，提出了一个可行的水平拱桥式桁架、竖向三角式桁架的复杂空间桁架结构体系方案，该方案的灵感及分析有助于拓展类似项目分析思路。

大悬臂；大跨度；钢结构；雨棚；拱桥；桁架

1 工程概况

该雨棚所在项目为我公司开发的超高层综合楼项目（塔楼为酒店、裙房为商业）——宝嘉中心，

为了酒店入口美观及遮光挡雨的需要，在酒店大堂主入口设置悬臂13 m的雨棚,见图1（最终效果图）。

图1 雨棚效果图

2 雨棚结构体系的选定

2.1 结构现状

根据室内装修设计理念的需要，在雨棚下方需设计成向外凸的弧形玻璃幕墙及酒店大堂入口（图2弧1），另外根据规划及外立面设计要求，雨棚上方是向内凹的圆弧形状玻璃幕墙（图2弧2），并且两弧是相切的，由此造成Z1与Z2间不允许设置中间柱以减少跨度，这样使得雨棚Z1与Z2间跨度达到24 m，见图2。

图2 酒店入口一层平面图

2.2 雨棚结构体系

根据上述已知条件，雨棚可采用网架式、悬臂桁架式、三角桁架式体系，它们的特点见表1。

表1 各方案结构体系特点

图3 方案1、2简图

图4 方案3简图

综上分析，采用方案3较为理想，但会遇到如下问题,导致无法设置梁A:①根据刚度要求梁A高约24 000/20=1 200 mm左右，会影响酒店大堂空间品质；②如果Z1与Z2间设直梁，建筑面积应沿着直梁计算，总建筑面积会超过规划要求（根据当地规划面积计算规则，只能沿着弧2轮廓边算建筑面积）；③为了保证入口雨棚的简洁及美观,标高7.4 m处雨棚厚度只允许控制在300 mm左右,因此无论梁A上反还是下凸，水平直梁均会凸出雨棚面；④如果多增设一道拉压杆3（图5），可减少支座A的Y向剪力至可忽略的程度（图6），但由于还需承担较大的X向轴力，所以梁A会很宽，会影响酒店大堂空间品质。

图6 方案3增设拉压杆前后剪力对比（SM Solver）

为了解决上述问题,遍历目前常见的结构形式，可以找到既可控制支座A截面，又可规避直梁的例子——拱桥。拱形结构是一种推力结构，构件跨中受压，而两端支座受剪力及压力，这个特点如何运用到雨棚中呢?视X向轴力为竖向力，支座A为拱形构件，那么杆件A的受力方式正如水平搁置的拱形结构。为了减轻自重及控制截面尺寸，雨棚结构采用钢结构，另外为了控制长细比及避免失稳，考虑增设拉压杆3（与上文中为了减少支座反力的措施不谋而合）给水平杆件提供侧向支承，由此形成了水平拱桥式桁架、竖向三角式桁架的复杂空间桁架体系，具体见图7。

图7 最终渲染图

3 雨棚的结构分析

钢材采用Q345-B，并采用3d3s 9.0建模分析，设计参数及分析结果如下:

3.1 风及地震设计参数

表2 风及地震设计参数

3.2 荷载组合

按《建筑结构荷载规范》、《钢结构设计规范》考虑承载力极限状态基本组合、正常使用极限状态标准组合。

表3 主要振型地震周期

表4～6转下页。

4 与主体结构连接

该雨棚跨度大、悬臂长、支座反力大并且作用于主体框架柱、框架梁跨中范围，对与主体结构连接的可靠性要求高。如果采用常规的锚板＋锚筋的做法，锚筋数量多且无法解决集中力对主体结构不利的问题。因此结合上部大跨度的需要，采用劲性柱及劲性梁。这些梁柱内型钢通过加劲板及锚板与雨棚连接,这样既保证连接节点受力的连续性，又保证雨棚与主体结构连接安全及主体结构安全。