某框架结构房屋外挑轻型钢桁架雨蓬设计

张宏伟;国君;宗琛

【摘 要】根据我省大兴安岭地区某框架结构房屋外部悬挑轻型钢桁架雨篷的设计实践,论述了轻型钢桁架雨篷的组成及支撑布置、内力计算、钢材的截面选择、连接节点的设计过程,为类似工程的设计提供了参考. 【期刊名称】《低温建筑技术》 【年(卷),期】2012(034)011 【总页数】2页(P83-84)

【关键词】框架;悬挑;轻型;钢桁架雨蓬 【作 者】张宏伟;国君;宗琛

【作者单位】中国移动通信集团设计院有限公司黑龙江分公司,哈尔滨150080;哈尔滨工业大学建筑设计研究院,哈尔滨150090;中国移动通信集团设计院有限公司黑龙江分公司,哈尔滨150080 【正文语种】中 文 【中图分类】TU375.4

在大兴安岭地区某工程的结构设计时，沿纵向外墙设置的钢桁架结构雨蓬从主体挑出长度达5.0m，长度近百米。虽然外挑轻型钢桁架雨蓬不是房屋的主体结构，但是其结构方案、材料选择和构造措施都与主体结构紧密相关，应该引起结构设计者的重视。现结合该工程的设计，针对轻型钢桁架雨蓬的结构设计，谈谈自己的看法

和体会。 1 工程概况

大兴安岭某工程为四层框架结构房屋，纵向相邻框架柱的柱距为8m，沿纵向外墙设置的钢桁架结构雨蓬从主体挑出长度5.0m，钢桁架结构雨蓬的平面布置如图1所示。

2 轻型钢屋盖结构的组成及支撑布置

(1) 轻型钢结构的钢材选用。轻型钢结构的受力构件一般用Q235钢，机械性能应保证抗拉强度fu、伸长率10、屈服强度fy等三项，化学成分应保证碳、硫、磷的极限含量。但对承受动力荷载，特别是所处环境计算温度≤－30℃时，应选用Q235镇静钢，同时应有－20℃冲击韧性的保证。《工业企业采暖通风和空气调节设计规范》中冬季空气调节室外计算温度，大兴安岭地区值为－40℃，如前所述，选用Q235镇静钢，其焊接性能好、成本低廉，比较适宜。

(2) 轻型钢屋盖结构组成。轻型钢屋盖尤其是圆钢、小角钢组成的结构形式最常用的有芬克(三角形再分)式和三角拱式，两者均适用于较陡的屋面坡度，这类屋架具有用料省、自重轻、抗震性能好等特点。当然，还有其它的形式，如倾斜式平行弦桁架，常用于单坡屋面的屋盖如雨蓬，为便于排水而将屋架上、下弦做成一定坡度的倾斜。

在此设计中，雨蓬形式为梯形，只将上弦做成了倾斜，下弦保持水平。由雨蓬挑出长度5.0m定出根部高度为1.25m，排水坡度3%定出端部高度为1.10m;然后再布置腹杆，腹杆的数量宜少，总长度要短，可使较长的杆件受拉，较短的杆件受压，杆件夹角宜在30～60°之间;尽量使上弦节点受荷，避免节间荷载引起上弦杆局部弯曲。

钢屋盖结构体系分有檩和无檩两种，有檩体系轻钢屋盖结构应用较广，可采用的屋

面材料种类较多，屋架间距可定得较大且较灵活;而无檩体系结构则无上述优点，屋架的间距常受预制屋面构件长度的限制布置不大灵活，且屋盖结构自重大对抗震不利，多在坡度较小的屋盖中采用。

该雨蓬采用有檩体系，屋架是通过预埋钢板支承在柱子上的，屋架间距就是檩条的跨度即相邻柱距8m。檩条是支承屋面材料的，通过研究经验来看，在一定范围内，采用大檩距比小檩距要经济些，近年来由于压型钢板等轻型屋面材料的出现，使用大跨度大间距的有檩屋盖日增多，取该雨棚檩条间距为1.25m，均布置在上弦节点。

综上所说，雨蓬的几何尺寸可确定下来，雨篷与房屋主体结构柱的位置示意如图2所示。

(3) 支撑布置。钢屋架是铰接于钢筋混凝土柱子上的，属平面结构体系，这种体系仅仅依靠檩条把屋架联系起来是不够的，必须设置必要的支撑，把平面屋架联系起来，使之成为一个稳定而刚强的整体结构。本工程设置了斜垂直支撑，下弦系杆。斜垂直支撑以两相邻屋架对应的腹杆为端竖杆，上下弦横向水平支撑的腹杆(L80×6)为弦杆，加上W形交叉腹杆(φ16圆钢)组成垂直于地的平行弦桁架。其所有杆件均按压杆设计，〔λ〕=200，采用两角钢组成的T形截面。下弦系杆为刚性系杆，承受压力。设在垂直支撑所在平面的屋架下弦节点处，按压杆设计，采用单角钢截面。雨蓬结构的支撑布置见图3。 3 轻型钢檩条的内力计算及截面选择 3.1 屋架内力计算

用图解法求得各杆件的杆力系数，以求出在上弦节点荷载作用下各杆件的内力。计算荷载时假定屋架自重及檩条传来的荷载均作用在上弦节点，因此在施工和使用过程中不应让下弦及腹杆中间受荷。如图4所示，屋架受节点荷载作用时，所有杆

件均按轴心受力计算。由计算结果知，上弦各杆件均为拉杆，下弦各杆件均为压杆;腹杆有压杆，也有拉杆端竖杆为压杆。

3.2 强度、刚度、整体稳定校核及截面选择

檩条属于受弯构件，应进行强度、刚度、整体稳定三项计算。因对型钢梁来说，腹板和翼缘的宽厚比不大，局部稳定可得到保证，不必进行验算。本工程选用的槽钢为实腹式截面，梁高h取为梁跨的(1/35～1/50，针对6m以内跨度)，由檩条跨度为8m，初选槽钢型号为25a。

①强度校核:M=1/8 ql2，V=1/2ql;弯曲正应力σ =Mx/rz·W≤f=215N/mm2;剪应力τ=Vx/Iz·tw≤f=215N/mm2;②刚度校核:刚度计算须用荷载标准值。挠度:v=5ql2/384EIx＜容许挠度值［v］=1/200mm;③整体稳定校核:规范规定:凡符合下列条件之一者，不必计算梁整体稳定。条件一:有铺板(钢筋混凝土板和钢板)密铺在梁的受压翼缘上与其牢固相连，能阻止梁受拉翼缘的侧向位移时;条件二:梁受压翼缘的L1/b不超过有关规定;当简支梁不满足上述两条件中任意一条时，应进行梁整体稳定校核。

本工程檩条上铺压型钢板，若能从构造上保证钢板在槽钢的上翼缘与其牢固相连，即可不必验算此项。

3.3 进行截面选择:①轴心拉杆强度计算:σ=N/An≤f，由此推出An≥N/f;长细比计算:λ≤［λ］，拉杆［λ］=350;②轴心压杆强度计算:σ =N/An＜f，由此推出An≥N/f;长细比计算:λ≤［λ］，压杆［λ］=150;③稳定计算:N/A≤φf，由此看出压杆比拉杆多了一项稳定性的计算。

4 节点设计

(1) 连接焊缝计算。各腹杆杆端所需连接焊缝计算公式:τ，侧焊缝的计算长度，不得小于8hf和40mm。节点板与预埋板的连接焊缝端焊缝的计算长度，不得小于8hf和40mm。

(2) 预埋钢板的设计。对称配置的直锚筋总面积As≥N/0.8αbfy+M/0.4αrαbfyz。要求:直锚筋和钢板T型焊，锚筋直径≤20mm，宜优先采用压力电弧焊，焊缝高度K≥0.6d，直锚筋至钢板边缘的距离不小于2d和20mm;锚筋间距不小于3d和45mm，不大于300mm。预埋钢板M2设置在混凝土柱的外侧，M1设置在混凝土框架柱的外挑牛腿上面。

(3) 上弦塞焊的设计。塞焊缝只承受集中力的作用:

(4) 加劲肋的设计。加劲肋的作用是加强底板的刚度以便较为均匀的传递支座反力，并加强支座节点的侧向刚度，其要设在支座节点的中心位置，其轴线应支座反力的作用线重合，为了便于施焊，下弦杆与支座底板间应留有一定的距离，其值不小于下弦角钢水平肢的宽度和130mm，加劲肋下端设置在混凝土框架柱的外挑牛腿上。 底板净面积Ac≥R/fc;底板厚度t≥6M/f

综上所述，因为各杆件的内力在节点板上取得平衡，所以钢屋架的连接节点必须构造合理，在做到传力可靠的前提下尽量经济节约。 5 结语

以上针对悬挑钢桁架结构雨蓬的设计过程做了一番简单的介绍，其实悬挑钢桁架结构雨蓬与主体的连接处理方式还有很多种，如在荷载较大的情况下也可以与房屋主体结构做成刚性连接，根据具体情况做具体的分析，才能保证设计经济合理、安全适用，满足工程的要求 参考文献

［1］GB50017－2003，钢结构设计规范［S］.