王威　王靈飛

[摘要]在建筑行業(yè)發(fā)展的過程中，施工技術(shù)在不斷的發(fā)展，同時建筑的形式也在不斷的創(chuàng)新，大跨度鋼結(jié)構(gòu)在建筑施工中成為了一種十分常見的一種結(jié)構(gòu)形式，這種結(jié)構(gòu)在設(shè)計和施工的過程中對每一個部分都有著十分嚴(yán)格的要求，同時在這一過程中雨蓬也是一個十分重要的環(huán)節(jié)，其設(shè)計的質(zhì)量對整個結(jié)構(gòu)的質(zhì)量有著重大的影響。本文主要結(jié)合工程實(shí)例對大跨度鋼結(jié)構(gòu)雨蓬設(shè)計，以供參考和借鑒。

[關(guān)鍵詞]雨蓬；拱結(jié)構(gòu)；異形截面梁

文章編號：2095-4085（2016）04-0069-02

當(dāng)前，大跨度鋼結(jié)構(gòu)已經(jīng)成為一種十分常見的建筑結(jié)構(gòu)形式，同時這種結(jié)構(gòu)的體積比較大，和一般的結(jié)構(gòu)形式相比存在著比較大的差異，所以其在設(shè)計施工的過程中都提出了更高的要求，對每一個構(gòu)件和環(huán)節(jié)都應(yīng)該嚴(yán)格的控制，雨蓬作為大跨度鋼結(jié)構(gòu)當(dāng)中的一個重要的構(gòu)件也應(yīng)該受到人們的關(guān)注和重視。

1.工程概況

某工程為觀演類的大跨度鋼結(jié)構(gòu)建筑，大門的雨蓬是進(jìn)入到主體建筑中必須要經(jīng)過的一個區(qū)域，同時它也是觀眾對整個建筑形成第一印象的關(guān)鍵點(diǎn)，因此建筑設(shè)計師在對雨蓬的整體造型和構(gòu)件形狀的具體尺寸進(jìn)行設(shè)計的過程中都有了更高的標(biāo)準(zhǔn)和更加嚴(yán)格的要求，之所以這樣做是因?yàn)槟軌蚴沟糜昱钤诔蔀橐粋€結(jié)構(gòu)的同時也能獨(dú)立的成為一個建筑，也就是說機(jī)構(gòu)的構(gòu)件要處在完全外露的狀態(tài)，雨蓬的玻璃面板上可以根據(jù)設(shè)計的需要設(shè)置一些裝飾，其余的部分都是和諧統(tǒng)一且不帶裝飾的。

2.結(jié)構(gòu)布置

雨蓬的結(jié)構(gòu)剖面圖如圖1所示，從圖中我們可以知道雨蓬主要是由以下幾個結(jié)構(gòu)組成的，它們分別是兩道混凝土墻、5道圓錐管拱、異形截面梁、幕墻立挺和4根室內(nèi)的鋼柱構(gòu)。Gl是異形截面梁懸挑一側(cè)的封口元件，所以其不會設(shè)置到拱腳的位置上，只是扮演了橫向連系梁的角色，其自身的截面積也不是很大。G2和G3明顯朝著結(jié)構(gòu)主體的方向傾斜，所以它也成為了室內(nèi)部分和室外部分的一個重要的分界，在這個平面的內(nèi)部還要完成幕墻立挺結(jié)構(gòu)的設(shè)置工作，幕墻的下端要直接固定在主體結(jié)構(gòu)和地下室外墻的最上端。G5設(shè)置在了豎直面的內(nèi)部，和c4直接交叉在了地下室墻的頂部，G2、G3、G4、和G5借助異形截面鋼梁形成了一個整體，實(shí)現(xiàn)了無縫連接，這個整體具有良好的穩(wěn)定性。在結(jié)構(gòu)運(yùn)行的過程中G3借助豎向短柱將整個建筑的荷載都傳遞給了混凝土墻，混凝土墻再將這些荷載傳遞給建筑的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)。在室內(nèi)的四根鋼柱會和結(jié)構(gòu)頂端的鋼梁形成一個完整的框架結(jié)構(gòu)體系，這樣也就對室內(nèi)的異性鋼梁和懸挑梁構(gòu)成了一定的支撐作用，在結(jié)構(gòu)中要對背面的鋼柱設(shè)置牛腿，這樣就可以對相鄰的混凝土結(jié)構(gòu)形成支撐。異形梁截面如圖2所示，從G2開始到G5形成了一個貫通的梁，其截面為D高度h主要是要按照建筑建設(shè)的實(shí)際需求來進(jìn)行一定的線形變化的，只是連接G2和G3的異形梁可以選擇截面E，其高度h也是隨著建筑自身的變化而出現(xiàn)對應(yīng)變化的，順著拱的方向，異形梁的高度也不是一成不變的，同時在方向上也可能產(chǎn)生一定的轉(zhuǎn)變高度變化的范圍是450～600mm，拱頂位置截面的高度達(dá)到了最大水平，拱腳處的截面高度達(dá)到了最低水平。

3.整體模型分析

分析軟件采用3D3S9.0，異型截面按照實(shí)際情況建模，變高度異型梁做分段處理。

3.1荷載工況與組合

荷載考慮恒荷載、活荷載、雪荷載、風(fēng)荷載、溫度荷載和地震作用等6個工況。其中風(fēng)荷載考慮前風(fēng)、后風(fēng)、左風(fēng)、右風(fēng)四種情況。

荷載組合考慮如下情況：

（1）1.35恒載+1.40x0.70活載；（2）1.20恒載+1.40活載；（3）1.20恒載+1.40風(fēng)載；（4）1.00恒載+1.40風(fēng)載；（5）1.20恒載+1.10溫度荷載；（6）1.00恒載+1.10溫度荷載；（7）1.20恒載+1.40活載+1.40x0.60風(fēng)載+1.10x0.70溫度荷載；（8）1.20恒載+1.40x0.70活載+1.40xO.60風(fēng)載+1.10溫度荷載；（9）1.20恒載+1.40x0.70活載+1.40風(fēng)載+1.10x0.70溫度荷載；（10）1.00恒載+1.40風(fēng)載+1.10x0.70溫度荷載；（11）1.20恒載+1.20x0.50雪載+1.30水平地震+1.30x0.5豎向地震。

3.2結(jié)構(gòu)動力特性

動力結(jié)構(gòu)從某種角度上來說就是結(jié)構(gòu)自身的重量和剛度分布在宏觀上的具體表現(xiàn)，它可以對結(jié)構(gòu)在地震作用下的整體性予以判斷，同時也可以對暴露在外的結(jié)構(gòu)對地震作用較為敏感的薄弱部位予以確認(rèn)。其動力性特征如圖3所示。

第1振型為室內(nèi)部分的側(cè)向平動，原因是北側(cè)柱牛腿承擔(dān)了相對自身側(cè)向剛度來說很大的豎向荷載。第2振型和第3振型為G2及其所連的異型鋼梁上下振動，這說明由于G2是斜放的拱，豎向剛度被削弱，從受力上更接近一根曲梁，異型鋼梁做為懸挑構(gòu)件支承著G2，由此可見結(jié)構(gòu)的豎向地震力不容忽視。第4振型為第1振型的高階形式，之后的許多階陣型均表現(xiàn)為第1和第2振型的高階或組合形式。

3.3線性屈曲分析

在恒+風(fēng)（風(fēng)壓力）作用下，結(jié)構(gòu)線性屈曲特征值最低，第1階屈曲特征值為17.3，第2階屈曲特征值為19.9，可見線性結(jié)構(gòu)穩(wěn)定系數(shù)遠(yuǎn)高于網(wǎng)殼規(guī)范規(guī)定的穩(wěn)定系數(shù)5。

3.4內(nèi)力計算結(jié)果

G2、G4和G5內(nèi)力主要是軸力，G2最大軸壓力為831.6 kN，出現(xiàn)在柱腳部位，G2出平面計算長度取第1階線性屈曲模態(tài)的1/4波長，近似為15m，長細(xì)比為147，穩(wěn)定應(yīng)力比0.47。G4、G5平面內(nèi)外均有支撐構(gòu)件，基本是強(qiáng)度控制，G4最大軸壓力為1550kN，應(yīng)力比0.32，G5最大軸壓力718kN，應(yīng)力比0.34。G3受力較復(fù)雜，軸力、彎矩、剪力、扭矩均不可忽略，最大應(yīng)力比為0.68。

3.5位移計算結(jié)果

室內(nèi)北側(cè)柱頂最大水平位移為25mm，最大容許位移為7648/300=25.5mm；拱3頂部水平位移23.7mm，拱豎向矢高7808，按H/300控制，最大容許位移為7808/300=26/03mm，水平位移滿足規(guī)范要求。

室外部分最大豎向撓度93/4-12/9=80.5mm，懸臂跨度L=12696mm，撓跨比為1/315；室內(nèi)部分主梁最大撓度20.1mm，跨度11583mm，撓跨比1/576；室內(nèi)部分次梁最大 撓度17mm，跨度16560mm，撓跨比l/974，豎向撓度滿足規(guī)范要求。

4.結(jié)語

在對某工程的雨棚設(shè)計進(jìn)行全面論述之后，我們可以看出來，雨蓬結(jié)構(gòu)自身具有著十分明顯的復(fù)雜性，同時構(gòu)件是異形截面的形式，模型采用的是真實(shí)的截面形狀模擬形式，這樣也就使得計算的誤差降到了最小的水平。其次是在異型復(fù)雜截面構(gòu)件計算的過程中，并沒有一個相對較為統(tǒng)一的依據(jù)，所以一定要對其開展更加全面的分析，只有這樣才能保證構(gòu)件設(shè)計的安全性和科學(xué)性。