大跨度大懸臂鋼結(jié)構(gòu)雨棚結(jié)構(gòu)方案

陳道耘

廈門(mén)永榕置業(yè)有限公司（361012）

大跨度大懸臂鋼結(jié)構(gòu)雨棚結(jié)構(gòu)方案

陳道耘

廈門(mén)永榕置業(yè)有限公司（361012）

通過(guò)對(duì)大跨度大懸臂雨棚結(jié)構(gòu)、美觀、規(guī)劃等方面的深入分析，提出了一個(gè)可行的水平拱橋式桁架、豎向三角式桁架的復(fù)雜空間桁架結(jié)構(gòu)體系方案，該方案的靈感及分析有助于拓展類似項(xiàng)目分析思路。

大懸臂；大跨度；鋼結(jié)構(gòu)；雨棚；拱橋；桁架

1 工程概況

該雨棚所在項(xiàng)目為我公司開(kāi)發(fā)的超高層綜合樓項(xiàng)目（塔樓為酒店、裙房為商業(yè)）——寶嘉中心，

為了酒店入口美觀及遮光擋雨的需要，在酒店大堂主入口設(shè)置懸臂13 m的雨棚,見(jiàn)圖1（最終效果圖）。

圖1 雨棚效果圖

2 雨棚結(jié)構(gòu)體系的選定

2.1 結(jié)構(gòu)現(xiàn)狀

根據(jù)室內(nèi)裝修設(shè)計(jì)理念的需要，在雨棚下方需設(shè)計(jì)成向外凸的弧形玻璃幕墻及酒店大堂入口（圖2弧1），另外根據(jù)規(guī)劃及外立面設(shè)計(jì)要求，雨棚上方是向內(nèi)凹的圓弧形狀玻璃幕墻（圖2弧2），并且兩弧是相切的，由此造成Z1與Z2間不允許設(shè)置中間柱以減少跨度，這樣使得雨棚Z1與Z2間跨度達(dá)到24 m，見(jiàn)圖2。

圖2 酒店入口一層平面圖

2.2 雨棚結(jié)構(gòu)體系

根據(jù)上述已知條件，雨棚可采用網(wǎng)架式、懸臂桁架式、三角桁架式體系，它們的特點(diǎn)見(jiàn)表1。

表1 各方案結(jié)構(gòu)體系特點(diǎn)

圖3 方案1、2簡(jiǎn)圖

圖4 方案3簡(jiǎn)圖

綜上分析，采用方案3較為理想，但會(huì)遇到如下問(wèn)題,導(dǎo)致無(wú)法設(shè)置梁A:①根據(jù)剛度要求梁A高約24 000/20=1 200 mm左右，會(huì)影響酒店大堂空間品質(zhì)；②如果Z1與Z2間設(shè)直梁，建筑面積應(yīng)沿著直梁計(jì)算，總建筑面積會(huì)超過(guò)規(guī)劃要求（根據(jù)當(dāng)?shù)匾?guī)劃面積計(jì)算規(guī)則，只能沿著弧2輪廓邊算建筑面積）；③為了保證入口雨棚的簡(jiǎn)潔及美觀,標(biāo)高7.4 m處雨棚厚度只允許控制在300 mm左右,因此無(wú)論梁A上反還是下凸，水平直梁均會(huì)凸出雨棚面；④如果多增設(shè)一道拉壓桿3（圖5），可減少支座A的Y向剪力至可忽略的程度（圖6），但由于還需承擔(dān)較大的X向軸力，所以梁A會(huì)很寬，會(huì)影響酒店大堂空間品質(zhì)。

圖6 方案3增設(shè)拉壓桿前后剪力對(duì)比（SM Solver）

為了解決上述問(wèn)題,遍歷目前常見(jiàn)的結(jié)構(gòu)形式，可以找到既可控制支座A截面，又可規(guī)避直梁的例子——拱橋。拱形結(jié)構(gòu)是一種推力結(jié)構(gòu)，構(gòu)件跨中受壓，而兩端支座受剪力及壓力，這個(gè)特點(diǎn)如何運(yùn)用到雨棚中呢?視X向軸力為豎向力，支座A為拱形構(gòu)件，那么桿件A的受力方式正如水平擱置的拱形結(jié)構(gòu)。為了減輕自重及控制截面尺寸，雨棚結(jié)構(gòu)采用鋼結(jié)構(gòu)，另外為了控制長(zhǎng)細(xì)比及避免失穩(wěn)，考慮增設(shè)拉壓桿3（與上文中為了減少支座反力的措施不謀而合）給水平桿件提供側(cè)向支承，由此形成了水平拱橋式桁架、豎向三角式桁架的復(fù)雜空間桁架體系，具體見(jiàn)圖7。

圖7 最終渲染圖

3 雨棚的結(jié)構(gòu)分析

鋼材采用Q345-B，并采用3d3s 9.0建模分析，設(shè)計(jì)參數(shù)及分析結(jié)果如下:

3.1 風(fēng)及地震設(shè)計(jì)參數(shù)

表2 風(fēng)及地震設(shè)計(jì)參數(shù)

3.2 荷載組合

按《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》、《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》考慮承載力極限狀態(tài)基本組合、正常使用極限狀態(tài)標(biāo)準(zhǔn)組合。

表3 主要振型地震周期

表4～6轉(zhuǎn)下頁(yè)。

4 與主體結(jié)構(gòu)連接

該雨棚跨度大、懸臂長(zhǎng)、支座反力大并且作用于主體框架柱、框架梁跨中范圍，對(duì)與主體結(jié)構(gòu)連接的可靠性要求高。如果采用常規(guī)的錨板＋錨筋的做法，錨筋數(shù)量多且無(wú)法解決集中力對(duì)主體結(jié)構(gòu)不利的問(wèn)題。因此結(jié)合上部大跨度的需要，采用勁性柱及勁性梁。這些梁柱內(nèi)型鋼通過(guò)加勁板及錨板與雨棚連接,這樣既保證連接節(jié)點(diǎn)受力的連續(xù)性，又保證雨棚與主體結(jié)構(gòu)連接安全及主體結(jié)構(gòu)安全。

表4 主要桿件內(nèi)力及選型

表5 支座內(nèi)力

表6 主要節(jié)點(diǎn)位移

5 施工措施

基于本雨棚桿件尺寸的特點(diǎn)，桿件的運(yùn)輸、吊裝、連接技術(shù)要求也相應(yīng)較高，這個(gè)需要由鋼構(gòu)深化單位合理的拆圖及施工單位詳盡的施工方案來(lái)保證。由于篇幅原因，就不再展開(kāi)討論。

6 結(jié)論

任何結(jié)構(gòu)的實(shí)現(xiàn)，都基于基本結(jié)構(gòu)概念，只不過(guò)有時(shí)需要化整為零，有時(shí)需要化零為整。暫且不討論是否可避免非常規(guī)結(jié)構(gòu)的可能，當(dāng)按常規(guī)思路無(wú)法處理時(shí)，我們應(yīng)該開(kāi)闊思路去思考新的解決辦法。百變不離其蹤，結(jié)合雨棚的客觀條件，從受力、支承需求出發(fā)，結(jié)合拱的受力特性，成功解決了大跨度水平力傳遞問(wèn)題及大懸臂問(wèn)題。

[1]GB 50009-2012,建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范[S].北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社,2012.

[2]GB 50017-2003鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社,2003.

[3]GB 50011-2010建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范[S].北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社,2010.