台风多发地区大悬挑雨篷结构设计方案比选

2022-08-06沈意

科学技术创新 2022年24期

沈意

（浙江建设职业技术学院，浙江杭州 311231）

因建筑的功能要求，在主楼标高4.700 处设置雨篷，北侧雨篷悬挑长度为2.600m，东侧悬挑2.100m，东北角大雨篷最大跨度约13.1m，如图1 所示。北侧和东侧雨篷较长，因此通过抗震缝与角部大雨篷脱开。

图1 大悬挑雨篷建筑平面图

项目位于浙江舟山，风荷载较大。悬挑大雨篷采用钢结构，充分发挥其自重小、抗震性能较强、承载力较高等优点。但钢雨篷悬挑大，主楼可供支承的框架柱少，对于承受地震作用和风荷载均较大的大悬挑钢雨篷，选择怎么样的结构布置方式，既安全又经济，是结构工程师面临的难题[1-2]。结合工程实际，对比分析比较常用的四种结构方案，为其他类似项目提供参考。

1 结构布置方案

大雨篷相邻主楼采用现浇钢筋混凝土框架结构，能够提供支承作用的仅四根柱子和边梁。大雨篷上盖玻璃，因此大雨篷采用钢结构。在不增加立柱的前提下，针对悬挑较大的结构设计难题，分别采用下方设置斜撑或者上方采用拉杆的两种结构方案；后来在这两者初步设计的基础上，在不影响大厅门口的交通的情况下，从地下室顶板楼面梁上抬两根立柱，成为第三种结构布置方案。

1.1 斜撑结构方案

从立柱根部设置两根斜撑，如图2 所示，斜撑中心线长度约为5.83m，从支撑上端点起算，最大悬挑跨度仍有7.0m。

图2 方案一斜撑方案结构布置

1.2 拉杆结构方案

栏杆模型则是在常规悬挑梁布置方式上，通过拉杆减少钢结构承担的荷载。钢拉杆采用实芯圆棒，长度约为10.4m，从拉杆下端点可以看到，悬挑最大距离4.06m，见图3。

图3 方案二斜拉杆方案结构布置

图4 方案三新增立柱方案结构布置

1.3 增柱结构方案

1.4 树杈结构方案

为了更进一步减小悬挑跨度，在立柱顶部设立树杈柱，如图5。

图5 方案四新增树杈方案结构布置

2 杆件截面与荷载取值

针对上述四个不同结构布置方案分别进行建模分析，钢材等级选为Q355B，钢梁截面规格以H450×200×9×14 和H250×125×6×9 为主，柱脚刚接。方案一斜撑两端铰接，斜撑、与之相邻的杆件截面增大到H550×300×11×18。方案二拉杆采用SR150实腹钢棒，两端铰接，与拉杆相邻的杆件截面同样采用H550×300×11×18。方案三新增立柱采用P450×9 的圆钢管，方案四树杈杆截面均为P245×9 的圆钢管。

结构自重程序自动计算，并放大1.1 倍以考虑构件节点加强等措施。针对雨篷上覆玻璃及固定用玻璃爪的重量，附加恒载取为0.4kN/m2。雨篷活荷载取0.5kN/m2，雪荷载基本雪压也是0.5kN/m2，二者不重复计算。基本风压取值0.85kN/m2（50 年一遇），风吸力体型系数取为1.4，风振系数取为1.5[1]。钢结构玻璃雨棚，重量较轻，分析时不考虑地震作用。

3 计算结果比较

主要比较不同结构方案对应的竖向变形、风吸力下向上的竖向变形，以及各种组合工况下杆件最大稳定应力比。风荷载主要考虑上吸不利工况，工况组合时风荷载负号代表雨篷作用同样大小的风压力，对于接近平面的雨篷，风压力为零，因此在荷载组合时去掉风荷载负号的情况。

3.1 竖向变形

在“1.0 恒+1.0 活”标准组合下，四种方案所对应的竖向变形结果见图6，最大竖向变形较为接近，在55.7～71.0mm 之间。不同的是，方案一和方案二最大变形主要出现在雨篷中间悬挑最大的端部，而方案三和方案四，新增立柱减少了雨篷的悬挑长度，最大变形出现在两侧。风吸力下雨篷的变形分布类似图5，方向相反，结果如表1 所示，新增立柱可有效地将向上变形减小约一半。