邢振宇

【摘 要】 以一新建鐵路旅客車站站臺雨棚為例，對鋼結(jié)構(gòu)平面桁架單臂懸挑站臺雨棚的結(jié)構(gòu)方案、結(jié)構(gòu)計算受力分析進行了介紹，提出了拉桿角度與拉桿位置的選取、下弦桿強度與平面外穩(wěn)定、格構(gòu)柱柱頂位移與強度控制是影響結(jié)構(gòu)設(shè)計結(jié)果的主控因素，應(yīng)用MIDAS GEN通用有限元計算軟件進行對比分析，得到了合理的拉桿角度與拉桿位置、設(shè)置下弦桿隅撐、設(shè)置格構(gòu)式雙肢斜向支撐、適當設(shè)置尾翼的方法可以使結(jié)構(gòu)達到更優(yōu)的受力狀態(tài)。

【關(guān)鍵詞】 旅客車站 站臺雨棚 拉桿 合理夾角 平面外穩(wěn)定 斜向支撐 尾翼

1 引言

伴隨著國民經(jīng)濟的發(fā)展，站臺雨棚作為鐵路客運車站的重要組成部分，其結(jié)構(gòu)形式歷經(jīng)著混凝土結(jié)構(gòu)到鋼結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)變，應(yīng)運而生了一系列規(guī)?？涨暗拇罂臻g、大跨度鋼結(jié)構(gòu)雨棚。無疑，對于這種造型各異的大空間跨度雨棚，鋼結(jié)構(gòu)是首當其沖的結(jié)構(gòu)材料，同時，也對相關(guān)工程提出了更高的設(shè)計要求，本文就鋼結(jié)構(gòu)平面桁架單臂懸挑站臺雨棚進行了受力分析研究。

2 結(jié)構(gòu)方案

根據(jù)建筑造型及結(jié)構(gòu)受力等特點，實際結(jié)構(gòu)設(shè)計中將站臺雨棚分為三個結(jié)構(gòu)區(qū)段，分別為：主站房區(qū)段，主站房東側(cè)區(qū)段、主站房西側(cè)區(qū)段，因主站房西側(cè)區(qū)段雨棚沿軌道方向超長，為了有效減少溫度應(yīng)力影響，在主站房西側(cè)設(shè)置了一道伸縮縫，基本控制在每120-150米設(shè)置一道伸縮縫，通過結(jié)構(gòu)縫的設(shè)置，將雨棚分為明確的受力單元，分別進行結(jié)構(gòu)設(shè)計與計算。

單臂懸挑鋼結(jié)構(gòu)雨棚的懸挑鋼梁多采用H型鋼，本工程根據(jù)建筑造型要求，采用了鋼結(jié)構(gòu)平面桁架型式，雨棚結(jié)構(gòu)采用鋼管混凝土雙肢格構(gòu)柱、平面桁架梁與拉桿組成，此種結(jié)構(gòu)通過初算及桁架構(gòu)造要求，桁架端部高度取其懸挑長度的1/8到1/10，按照懸挑長度13m計，桁架端部高度1.5米。受建筑造型及梁柱節(jié)點安全可靠原則的限制，將各榀平面桁架端部高度取為一致，即都取為1.5m。混凝土雙肢格構(gòu)柱單柱截面為直徑350mm的鋼管混凝土柱，格構(gòu)柱雙肢間距1000mm，雙肢間通過柱間撐桿連接，撐桿沿柱長方向距離為1500mm。鋼管混凝土柱柱頂位置設(shè)置一拉桿拉結(jié)于平面桁架梁上弦。站臺雨棚單榀與整體結(jié)構(gòu)計算模型如圖1、圖2。

3 設(shè)計主要參數(shù)及荷載取值

3.1 設(shè)計主要參數(shù)

1）結(jié)構(gòu)設(shè)計使用年限50年；

2）建筑結(jié)構(gòu)安全等級為二級，結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)1.0；

3）抗震設(shè)防烈度8度，設(shè)計基本地震加速度0.2g，設(shè)計地震分組為第一組，場地為III類場地。

3.2 荷載標準值

1）自重：程序自動計算；

2）恒載：0.5kN/m2（含屋面作法）；

3）活載：不上人屋面0.5kN/m2，基本雪壓0.35kN/m2，比活荷載小，二者取大值；

4）風(fēng)荷載：地面粗糙度類別為B類，50年一遇基本風(fēng)壓為0.55 kN/m2；

5）溫度：±30℃。

3.3 荷載組合

荷載組合考慮了恒載、活載、風(fēng)荷載、溫度作用、地震作用等各項荷載按照荷載規(guī)范要求進行了組合，本文重點給出了三組典型控制情況下的荷載組合。

第一組（恒荷載、風(fēng)吸力與升溫組合）

1）1.0恒荷載+1.4左風(fēng)吸+1.4×0.6升溫

2）1.0恒荷載+1.4右風(fēng)吸+1.4×0.6升溫

3）1.0恒荷載+1.4×0.6左風(fēng)吸+1.4升溫

4）1.0恒荷載+1.4×0.6右風(fēng)吸+1.4升溫

第二組（恒荷載、活荷載、風(fēng)壓與降溫組合）

1）1.2恒荷載+1.4活荷載+1.4×0.6左風(fēng)壓+1.4×0.6降溫

2）1.2恒荷載+1.4活荷載+1.4×0.6右風(fēng)壓+1.4×0.6降溫

3）1.2恒荷載+1.4×0.7活荷載+1.4左風(fēng)壓+1.4×0.6降溫

4）1.2恒荷載+1.4×0.7活荷載+1.4右風(fēng)壓+1.4×0.6降溫

5）1.2恒荷載+1.4×0.7活荷載+1.4×0.6左風(fēng)壓+1.4降溫

6）1.2恒荷載+1.4×0.7活荷載+1.4×0.6右風(fēng)壓+1.4降溫

7）1.35恒荷載+1.4×0.7活荷載+1.4×0.6左風(fēng)壓+1.4×0.6降溫

8）1.35恒荷載+1.4×0.7活荷載+1.4×0.6右風(fēng)壓+1.4×0.6降溫

第三組（恒荷載、活荷載、地震與風(fēng)壓組合）

1）1.2（恒荷載+0.5活荷載）+1.3Ex+1.4×0.2左風(fēng)壓

2）1.2（恒荷載+0.5活荷載）+1.3Ex+1.4×0.2右風(fēng)壓

3）1.2（恒荷載+0.5活荷載）+1.3Ey+1.4×0.2左風(fēng)壓

4）1.2（恒荷載+0.5活荷載）+1.3Ey+1.4×0.2右風(fēng)壓

4 結(jié)構(gòu)受力分析的主控因素

結(jié)構(gòu)受力計算采用通用有限元軟件MIDAS GEN進行分析計算，現(xiàn)將結(jié)構(gòu)受力分析中影響設(shè)計結(jié)果的主控因素介紹如下。

該實際工程位于內(nèi)蒙古地區(qū)，基本風(fēng)壓較大，在風(fēng)吸力和風(fēng)壓力的交互作用下，懸挑平面桁架的懸挑端位移的控制是影響設(shè)計結(jié)果的主控因素之一，通過設(shè)置拉桿可以很好的控制平面桁架的懸挑端位移，經(jīng)過試算，鋼管混凝土柱與拉桿角度及拉桿拉結(jié)桁架上弦的位置對于計算結(jié)果有著較大影響，通過多種拉桿角度的對比計算分析，最終確定了拉桿與雨棚柱角度在65度左右時，在滿足同樣的結(jié)構(gòu)應(yīng)力比及桁架撓度情況下，拉桿軸力最小，過大與過小的角度都使得拉桿承擔(dān)了更大的軸力，從而使結(jié)構(gòu)受力不利。換言之，拉桿與雨棚柱角度在65度左右時，可達到最優(yōu)的受力狀態(tài)，使得結(jié)構(gòu)更為經(jīng)濟、合理。

在一般荷載作用下，平面桁架下弦桿是支撐整個平面桁架體系的關(guān)鍵，桁架梁與格構(gòu)柱交接的梁柱節(jié)點處下弦桿的強度控制及下弦平面外穩(wěn)定是影響設(shè)計結(jié)果的又一主控因素，經(jīng)過模型對比試算，在風(fēng)壓力、恒荷載、活荷載及降溫荷載組合情況下，下弦應(yīng)力達到最大值。在計算平面外，由于桁架上弦桿有上部檁條及屋蓋的支撐，平面外計算長度可以分段計算，平面外穩(wěn)定性較好。而平面桁架的下弦，平面外沒有支撐，平面外穩(wěn)定計算長度應(yīng)按照懸挑構(gòu)件考慮，下弦平面外的穩(wěn)定成為平面桁架最為重要的控制因素，在實際工程中，通過設(shè)置輕巧的隅撐，隅撐將下弦桿與屋面檁條拉結(jié)一起，減小了平面外下弦桿計算長度，可以很好的保證下弦桿的平面外穩(wěn)定。

在荷載作用下，單臂的懸挑將產(chǎn)生很大的不平衡彎矩，格構(gòu)柱用來承擔(dān)這一不平衡彎矩。從抵抗這一不平衡彎矩角度上考慮，格構(gòu)柱的強度及柱頂位移控制是影響設(shè)計結(jié)果的另一主控因素，通過模型對比試算，設(shè)置格構(gòu)式雙柱斜向支撐，可以有效降低格構(gòu)柱應(yīng)力比，降低柱頂位移，使得結(jié)構(gòu)受力更為合理。而從如何使結(jié)構(gòu)本身自平衡這一彎矩角度上考慮，尾翼的設(shè)置無疑使得結(jié)構(gòu)能夠降低懸挑結(jié)構(gòu)的不平衡彎矩。

5 結(jié)論及建議

針對平面桁架單臂懸挑站臺雨棚的建筑造型要求，通過結(jié)構(gòu)模型的試算對比分析，提出如下幾點結(jié)論及建議。

（1）合理選取拉桿角度與拉桿位置，就此類單臂懸挑雨棚，拉桿設(shè)置在懸挑長度的2/3，拉桿與雨棚柱角度在65度左右時，可達到最優(yōu)的受力狀態(tài)，使得結(jié)構(gòu)更為經(jīng)濟、合理。同時，需要注意拉桿與桁架相連的銷釘設(shè)計，應(yīng)保證銷釘?shù)募羟衅茐牟惶崆坝诶瓧U的極限受拉破壞。

（2）桁架下弦桿是支撐整個桁架體系的關(guān)鍵，通過設(shè)置隅撐，下弦桿的平面外穩(wěn)定性可以得到滿足。

（3）設(shè)置格構(gòu)式雙肢柱柱間斜向支撐，這樣更能發(fā)揮鋼管混凝土格構(gòu)柱的使用效率，可以有效降低格構(gòu)柱應(yīng)力比，從而降低鋼材用量。

（4）適當設(shè)置尾翼，可以有效平衡單臂懸挑的不平衡彎矩，從而可以達到更大的安全儲備或在同等安全儲備條件下，降低鋼材用量。

（5）上述對此類平面桁架單臂懸挑站臺雨棚的計算方法及受力分析研究與探討可對今后類似工程提供參考。

參考文獻：

[1]《管桁架結(jié)構(gòu)設(shè)計與施工》.中國建筑工業(yè)出版社.

[2]《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計手冊》.中國建筑工業(yè)出版社.

[3]《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》GB50009-2012.

[4]《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》GB50017-2003.

[5]《鋼管混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計與施工規(guī)程（CECS28：90）》.中國計劃出版社.

[6]《midas Gen工程應(yīng)用指南》.中國建筑工業(yè)出版社.endprint

【摘 要】 以一新建鐵路旅客車站站臺雨棚為例，對鋼結(jié)構(gòu)平面桁架單臂懸挑站臺雨棚的結(jié)構(gòu)方案、結(jié)構(gòu)計算受力分析進行了介紹，提出了拉桿角度與拉桿位置的選取、下弦桿強度與平面外穩(wěn)定、格構(gòu)柱柱頂位移與強度控制是影響結(jié)構(gòu)設(shè)計結(jié)果的主控因素，應(yīng)用MIDAS GEN通用有限元計算軟件進行對比分析，得到了合理的拉桿角度與拉桿位置、設(shè)置下弦桿隅撐、設(shè)置格構(gòu)式雙肢斜向支撐、適當設(shè)置尾翼的方法可以使結(jié)構(gòu)達到更優(yōu)的受力狀態(tài)。

【關(guān)鍵詞】 旅客車站 站臺雨棚 拉桿 合理夾角 平面外穩(wěn)定 斜向支撐 尾翼

1 引言

伴隨著國民經(jīng)濟的發(fā)展，站臺雨棚作為鐵路客運車站的重要組成部分，其結(jié)構(gòu)形式歷經(jīng)著混凝土結(jié)構(gòu)到鋼結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)變，應(yīng)運而生了一系列規(guī)?？涨暗拇罂臻g、大跨度鋼結(jié)構(gòu)雨棚。無疑，對于這種造型各異的大空間跨度雨棚，鋼結(jié)構(gòu)是首當其沖的結(jié)構(gòu)材料，同時，也對相關(guān)工程提出了更高的設(shè)計要求，本文就鋼結(jié)構(gòu)平面桁架單臂懸挑站臺雨棚進行了受力分析研究。

2 結(jié)構(gòu)方案

根據(jù)建筑造型及結(jié)構(gòu)受力等特點，實際結(jié)構(gòu)設(shè)計中將站臺雨棚分為三個結(jié)構(gòu)區(qū)段，分別為：主站房區(qū)段，主站房東側(cè)區(qū)段、主站房西側(cè)區(qū)段，因主站房西側(cè)區(qū)段雨棚沿軌道方向超長，為了有效減少溫度應(yīng)力影響，在主站房西側(cè)設(shè)置了一道伸縮縫，基本控制在每120-150米設(shè)置一道伸縮縫，通過結(jié)構(gòu)縫的設(shè)置，將雨棚分為明確的受力單元，分別進行結(jié)構(gòu)設(shè)計與計算。

單臂懸挑鋼結(jié)構(gòu)雨棚的懸挑鋼梁多采用H型鋼，本工程根據(jù)建筑造型要求，采用了鋼結(jié)構(gòu)平面桁架型式，雨棚結(jié)構(gòu)采用鋼管混凝土雙肢格構(gòu)柱、平面桁架梁與拉桿組成，此種結(jié)構(gòu)通過初算及桁架構(gòu)造要求，桁架端部高度取其懸挑長度的1/8到1/10，按照懸挑長度13m計，桁架端部高度1.5米。受建筑造型及梁柱節(jié)點安全可靠原則的限制，將各榀平面桁架端部高度取為一致，即都取為1.5m。混凝土雙肢格構(gòu)柱單柱截面為直徑350mm的鋼管混凝土柱，格構(gòu)柱雙肢間距1000mm，雙肢間通過柱間撐桿連接，撐桿沿柱長方向距離為1500mm。鋼管混凝土柱柱頂位置設(shè)置一拉桿拉結(jié)于平面桁架梁上弦。站臺雨棚單榀與整體結(jié)構(gòu)計算模型如圖1、圖2。

3 設(shè)計主要參數(shù)及荷載取值

3.1 設(shè)計主要參數(shù)

1）結(jié)構(gòu)設(shè)計使用年限50年；

2）建筑結(jié)構(gòu)安全等級為二級，結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)1.0；

3）抗震設(shè)防烈度8度，設(shè)計基本地震加速度0.2g，設(shè)計地震分組為第一組，場地為III類場地。

3.2 荷載標準值

1）自重：程序自動計算；

2）恒載：0.5kN/m2（含屋面作法）；

3）活載：不上人屋面0.5kN/m2，基本雪壓0.35kN/m2，比活荷載小，二者取大值；

4）風(fēng)荷載：地面粗糙度類別為B類，50年一遇基本風(fēng)壓為0.55 kN/m2；

5）溫度：±30℃。

3.3 荷載組合

荷載組合考慮了恒載、活載、風(fēng)荷載、溫度作用、地震作用等各項荷載按照荷載規(guī)范要求進行了組合，本文重點給出了三組典型控制情況下的荷載組合。

第一組（恒荷載、風(fēng)吸力與升溫組合）

1）1.0恒荷載+1.4左風(fēng)吸+1.4×0.6升溫

2）1.0恒荷載+1.4右風(fēng)吸+1.4×0.6升溫

3）1.0恒荷載+1.4×0.6左風(fēng)吸+1.4升溫

4）1.0恒荷載+1.4×0.6右風(fēng)吸+1.4升溫

第二組（恒荷載、活荷載、風(fēng)壓與降溫組合）

1）1.2恒荷載+1.4活荷載+1.4×0.6左風(fēng)壓+1.4×0.6降溫

2）1.2恒荷載+1.4活荷載+1.4×0.6右風(fēng)壓+1.4×0.6降溫

3）1.2恒荷載+1.4×0.7活荷載+1.4左風(fēng)壓+1.4×0.6降溫

4）1.2恒荷載+1.4×0.7活荷載+1.4右風(fēng)壓+1.4×0.6降溫

5）1.2恒荷載+1.4×0.7活荷載+1.4×0.6左風(fēng)壓+1.4降溫

6）1.2恒荷載+1.4×0.7活荷載+1.4×0.6右風(fēng)壓+1.4降溫

7）1.35恒荷載+1.4×0.7活荷載+1.4×0.6左風(fēng)壓+1.4×0.6降溫

8）1.35恒荷載+1.4×0.7活荷載+1.4×0.6右風(fēng)壓+1.4×0.6降溫

第三組（恒荷載、活荷載、地震與風(fēng)壓組合）

1）1.2（恒荷載+0.5活荷載）+1.3Ex+1.4×0.2左風(fēng)壓

2）1.2（恒荷載+0.5活荷載）+1.3Ex+1.4×0.2右風(fēng)壓

3）1.2（恒荷載+0.5活荷載）+1.3Ey+1.4×0.2左風(fēng)壓

4）1.2（恒荷載+0.5活荷載）+1.3Ey+1.4×0.2右風(fēng)壓

4 結(jié)構(gòu)受力分析的主控因素

結(jié)構(gòu)受力計算采用通用有限元軟件MIDAS GEN進行分析計算，現(xiàn)將結(jié)構(gòu)受力分析中影響設(shè)計結(jié)果的主控因素介紹如下。

該實際工程位于內(nèi)蒙古地區(qū)，基本風(fēng)壓較大，在風(fēng)吸力和風(fēng)壓力的交互作用下，懸挑平面桁架的懸挑端位移的控制是影響設(shè)計結(jié)果的主控因素之一，通過設(shè)置拉桿可以很好的控制平面桁架的懸挑端位移，經(jīng)過試算，鋼管混凝土柱與拉桿角度及拉桿拉結(jié)桁架上弦的位置對于計算結(jié)果有著較大影響，通過多種拉桿角度的對比計算分析，最終確定了拉桿與雨棚柱角度在65度左右時，在滿足同樣的結(jié)構(gòu)應(yīng)力比及桁架撓度情況下，拉桿軸力最小，過大與過小的角度都使得拉桿承擔(dān)了更大的軸力，從而使結(jié)構(gòu)受力不利。換言之，拉桿與雨棚柱角度在65度左右時，可達到最優(yōu)的受力狀態(tài)，使得結(jié)構(gòu)更為經(jīng)濟、合理。

在一般荷載作用下，平面桁架下弦桿是支撐整個平面桁架體系的關(guān)鍵，桁架梁與格構(gòu)柱交接的梁柱節(jié)點處下弦桿的強度控制及下弦平面外穩(wěn)定是影響設(shè)計結(jié)果的又一主控因素，經(jīng)過模型對比試算，在風(fēng)壓力、恒荷載、活荷載及降溫荷載組合情況下，下弦應(yīng)力達到最大值。在計算平面外，由于桁架上弦桿有上部檁條及屋蓋的支撐，平面外計算長度可以分段計算，平面外穩(wěn)定性較好。而平面桁架的下弦，平面外沒有支撐，平面外穩(wěn)定計算長度應(yīng)按照懸挑構(gòu)件考慮，下弦平面外的穩(wěn)定成為平面桁架最為重要的控制因素，在實際工程中，通過設(shè)置輕巧的隅撐，隅撐將下弦桿與屋面檁條拉結(jié)一起，減小了平面外下弦桿計算長度，可以很好的保證下弦桿的平面外穩(wěn)定。

在荷載作用下，單臂的懸挑將產(chǎn)生很大的不平衡彎矩，格構(gòu)柱用來承擔(dān)這一不平衡彎矩。從抵抗這一不平衡彎矩角度上考慮，格構(gòu)柱的強度及柱頂位移控制是影響設(shè)計結(jié)果的另一主控因素，通過模型對比試算，設(shè)置格構(gòu)式雙柱斜向支撐，可以有效降低格構(gòu)柱應(yīng)力比，降低柱頂位移，使得結(jié)構(gòu)受力更為合理。而從如何使結(jié)構(gòu)本身自平衡這一彎矩角度上考慮，尾翼的設(shè)置無疑使得結(jié)構(gòu)能夠降低懸挑結(jié)構(gòu)的不平衡彎矩。

5 結(jié)論及建議

針對平面桁架單臂懸挑站臺雨棚的建筑造型要求，通過結(jié)構(gòu)模型的試算對比分析，提出如下幾點結(jié)論及建議。

（1）合理選取拉桿角度與拉桿位置，就此類單臂懸挑雨棚，拉桿設(shè)置在懸挑長度的2/3，拉桿與雨棚柱角度在65度左右時，可達到最優(yōu)的受力狀態(tài)，使得結(jié)構(gòu)更為經(jīng)濟、合理。同時，需要注意拉桿與桁架相連的銷釘設(shè)計，應(yīng)保證銷釘?shù)募羟衅茐牟惶崆坝诶瓧U的極限受拉破壞。

（2）桁架下弦桿是支撐整個桁架體系的關(guān)鍵，通過設(shè)置隅撐，下弦桿的平面外穩(wěn)定性可以得到滿足。

（3）設(shè)置格構(gòu)式雙肢柱柱間斜向支撐，這樣更能發(fā)揮鋼管混凝土格構(gòu)柱的使用效率，可以有效降低格構(gòu)柱應(yīng)力比，從而降低鋼材用量。

（4）適當設(shè)置尾翼，可以有效平衡單臂懸挑的不平衡彎矩，從而可以達到更大的安全儲備或在同等安全儲備條件下，降低鋼材用量。

（5）上述對此類平面桁架單臂懸挑站臺雨棚的計算方法及受力分析研究與探討可對今后類似工程提供參考。

參考文獻：

[1]《管桁架結(jié)構(gòu)設(shè)計與施工》.中國建筑工業(yè)出版社.

[2]《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計手冊》.中國建筑工業(yè)出版社.

[3]《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》GB50009-2012.

[4]《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》GB50017-2003.

[5]《鋼管混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計與施工規(guī)程（CECS28：90）》.中國計劃出版社.

[6]《midas Gen工程應(yīng)用指南》.中國建筑工業(yè)出版社.endprint

【摘 要】 以一新建鐵路旅客車站站臺雨棚為例，對鋼結(jié)構(gòu)平面桁架單臂懸挑站臺雨棚的結(jié)構(gòu)方案、結(jié)構(gòu)計算受力分析進行了介紹，提出了拉桿角度與拉桿位置的選取、下弦桿強度與平面外穩(wěn)定、格構(gòu)柱柱頂位移與強度控制是影響結(jié)構(gòu)設(shè)計結(jié)果的主控因素，應(yīng)用MIDAS GEN通用有限元計算軟件進行對比分析，得到了合理的拉桿角度與拉桿位置、設(shè)置下弦桿隅撐、設(shè)置格構(gòu)式雙肢斜向支撐、適當設(shè)置尾翼的方法可以使結(jié)構(gòu)達到更優(yōu)的受力狀態(tài)。

【關(guān)鍵詞】 旅客車站 站臺雨棚 拉桿 合理夾角 平面外穩(wěn)定 斜向支撐 尾翼

1 引言

伴隨著國民經(jīng)濟的發(fā)展，站臺雨棚作為鐵路客運車站的重要組成部分，其結(jié)構(gòu)形式歷經(jīng)著混凝土結(jié)構(gòu)到鋼結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)變，應(yīng)運而生了一系列規(guī)?？涨暗拇罂臻g、大跨度鋼結(jié)構(gòu)雨棚。無疑，對于這種造型各異的大空間跨度雨棚，鋼結(jié)構(gòu)是首當其沖的結(jié)構(gòu)材料，同時，也對相關(guān)工程提出了更高的設(shè)計要求，本文就鋼結(jié)構(gòu)平面桁架單臂懸挑站臺雨棚進行了受力分析研究。

2 結(jié)構(gòu)方案

根據(jù)建筑造型及結(jié)構(gòu)受力等特點，實際結(jié)構(gòu)設(shè)計中將站臺雨棚分為三個結(jié)構(gòu)區(qū)段，分別為：主站房區(qū)段，主站房東側(cè)區(qū)段、主站房西側(cè)區(qū)段，因主站房西側(cè)區(qū)段雨棚沿軌道方向超長，為了有效減少溫度應(yīng)力影響，在主站房西側(cè)設(shè)置了一道伸縮縫，基本控制在每120-150米設(shè)置一道伸縮縫，通過結(jié)構(gòu)縫的設(shè)置，將雨棚分為明確的受力單元，分別進行結(jié)構(gòu)設(shè)計與計算。

單臂懸挑鋼結(jié)構(gòu)雨棚的懸挑鋼梁多采用H型鋼，本工程根據(jù)建筑造型要求，采用了鋼結(jié)構(gòu)平面桁架型式，雨棚結(jié)構(gòu)采用鋼管混凝土雙肢格構(gòu)柱、平面桁架梁與拉桿組成，此種結(jié)構(gòu)通過初算及桁架構(gòu)造要求，桁架端部高度取其懸挑長度的1/8到1/10，按照懸挑長度13m計，桁架端部高度1.5米。受建筑造型及梁柱節(jié)點安全可靠原則的限制，將各榀平面桁架端部高度取為一致，即都取為1.5m?；炷岭p肢格構(gòu)柱單柱截面為直徑350mm的鋼管混凝土柱，格構(gòu)柱雙肢間距1000mm，雙肢間通過柱間撐桿連接，撐桿沿柱長方向距離為1500mm。鋼管混凝土柱柱頂位置設(shè)置一拉桿拉結(jié)于平面桁架梁上弦。站臺雨棚單榀與整體結(jié)構(gòu)計算模型如圖1、圖2。

3 設(shè)計主要參數(shù)及荷載取值

3.1 設(shè)計主要參數(shù)

1）結(jié)構(gòu)設(shè)計使用年限50年；

2）建筑結(jié)構(gòu)安全等級為二級，結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)1.0；

3）抗震設(shè)防烈度8度，設(shè)計基本地震加速度0.2g，設(shè)計地震分組為第一組，場地為III類場地。

3.2 荷載標準值

1）自重：程序自動計算；

2）恒載：0.5kN/m2（含屋面作法）；

3）活載：不上人屋面0.5kN/m2，基本雪壓0.35kN/m2，比活荷載小，二者取大值；

4）風(fēng)荷載：地面粗糙度類別為B類，50年一遇基本風(fēng)壓為0.55 kN/m2；

5）溫度：±30℃。

3.3 荷載組合

荷載組合考慮了恒載、活載、風(fēng)荷載、溫度作用、地震作用等各項荷載按照荷載規(guī)范要求進行了組合，本文重點給出了三組典型控制情況下的荷載組合。

第一組（恒荷載、風(fēng)吸力與升溫組合）

1）1.0恒荷載+1.4左風(fēng)吸+1.4×0.6升溫

2）1.0恒荷載+1.4右風(fēng)吸+1.4×0.6升溫

3）1.0恒荷載+1.4×0.6左風(fēng)吸+1.4升溫

4）1.0恒荷載+1.4×0.6右風(fēng)吸+1.4升溫

第二組（恒荷載、活荷載、風(fēng)壓與降溫組合）

1）1.2恒荷載+1.4活荷載+1.4×0.6左風(fēng)壓+1.4×0.6降溫

2）1.2恒荷載+1.4活荷載+1.4×0.6右風(fēng)壓+1.4×0.6降溫

3）1.2恒荷載+1.4×0.7活荷載+1.4左風(fēng)壓+1.4×0.6降溫

4）1.2恒荷載+1.4×0.7活荷載+1.4右風(fēng)壓+1.4×0.6降溫

5）1.2恒荷載+1.4×0.7活荷載+1.4×0.6左風(fēng)壓+1.4降溫

6）1.2恒荷載+1.4×0.7活荷載+1.4×0.6右風(fēng)壓+1.4降溫

7）1.35恒荷載+1.4×0.7活荷載+1.4×0.6左風(fēng)壓+1.4×0.6降溫

8）1.35恒荷載+1.4×0.7活荷載+1.4×0.6右風(fēng)壓+1.4×0.6降溫

第三組（恒荷載、活荷載、地震與風(fēng)壓組合）

1）1.2（恒荷載+0.5活荷載）+1.3Ex+1.4×0.2左風(fēng)壓

2）1.2（恒荷載+0.5活荷載）+1.3Ex+1.4×0.2右風(fēng)壓

3）1.2（恒荷載+0.5活荷載）+1.3Ey+1.4×0.2左風(fēng)壓

4）1.2（恒荷載+0.5活荷載）+1.3Ey+1.4×0.2右風(fēng)壓

4 結(jié)構(gòu)受力分析的主控因素

結(jié)構(gòu)受力計算采用通用有限元軟件MIDAS GEN進行分析計算，現(xiàn)將結(jié)構(gòu)受力分析中影響設(shè)計結(jié)果的主控因素介紹如下。

該實際工程位于內(nèi)蒙古地區(qū)，基本風(fēng)壓較大，在風(fēng)吸力和風(fēng)壓力的交互作用下，懸挑平面桁架的懸挑端位移的控制是影響設(shè)計結(jié)果的主控因素之一，通過設(shè)置拉桿可以很好的控制平面桁架的懸挑端位移，經(jīng)過試算，鋼管混凝土柱與拉桿角度及拉桿拉結(jié)桁架上弦的位置對于計算結(jié)果有著較大影響，通過多種拉桿角度的對比計算分析，最終確定了拉桿與雨棚柱角度在65度左右時，在滿足同樣的結(jié)構(gòu)應(yīng)力比及桁架撓度情況下，拉桿軸力最小，過大與過小的角度都使得拉桿承擔(dān)了更大的軸力，從而使結(jié)構(gòu)受力不利。換言之，拉桿與雨棚柱角度在65度左右時，可達到最優(yōu)的受力狀態(tài)，使得結(jié)構(gòu)更為經(jīng)濟、合理。

在一般荷載作用下，平面桁架下弦桿是支撐整個平面桁架體系的關(guān)鍵，桁架梁與格構(gòu)柱交接的梁柱節(jié)點處下弦桿的強度控制及下弦平面外穩(wěn)定是影響設(shè)計結(jié)果的又一主控因素，經(jīng)過模型對比試算，在風(fēng)壓力、恒荷載、活荷載及降溫荷載組合情況下，下弦應(yīng)力達到最大值。在計算平面外，由于桁架上弦桿有上部檁條及屋蓋的支撐，平面外計算長度可以分段計算，平面外穩(wěn)定性較好。而平面桁架的下弦，平面外沒有支撐，平面外穩(wěn)定計算長度應(yīng)按照懸挑構(gòu)件考慮，下弦平面外的穩(wěn)定成為平面桁架最為重要的控制因素，在實際工程中，通過設(shè)置輕巧的隅撐，隅撐將下弦桿與屋面檁條拉結(jié)一起，減小了平面外下弦桿計算長度，可以很好的保證下弦桿的平面外穩(wěn)定。

在荷載作用下，單臂的懸挑將產(chǎn)生很大的不平衡彎矩，格構(gòu)柱用來承擔(dān)這一不平衡彎矩。從抵抗這一不平衡彎矩角度上考慮，格構(gòu)柱的強度及柱頂位移控制是影響設(shè)計結(jié)果的另一主控因素，通過模型對比試算，設(shè)置格構(gòu)式雙柱斜向支撐，可以有效降低格構(gòu)柱應(yīng)力比，降低柱頂位移，使得結(jié)構(gòu)受力更為合理。而從如何使結(jié)構(gòu)本身自平衡這一彎矩角度上考慮，尾翼的設(shè)置無疑使得結(jié)構(gòu)能夠降低懸挑結(jié)構(gòu)的不平衡彎矩。

5 結(jié)論及建議

針對平面桁架單臂懸挑站臺雨棚的建筑造型要求，通過結(jié)構(gòu)模型的試算對比分析，提出如下幾點結(jié)論及建議。

（1）合理選取拉桿角度與拉桿位置，就此類單臂懸挑雨棚，拉桿設(shè)置在懸挑長度的2/3，拉桿與雨棚柱角度在65度左右時，可達到最優(yōu)的受力狀態(tài)，使得結(jié)構(gòu)更為經(jīng)濟、合理。同時，需要注意拉桿與桁架相連的銷釘設(shè)計，應(yīng)保證銷釘?shù)募羟衅茐牟惶崆坝诶瓧U的極限受拉破壞。

（2）桁架下弦桿是支撐整個桁架體系的關(guān)鍵，通過設(shè)置隅撐，下弦桿的平面外穩(wěn)定性可以得到滿足。

（3）設(shè)置格構(gòu)式雙肢柱柱間斜向支撐，這樣更能發(fā)揮鋼管混凝土格構(gòu)柱的使用效率，可以有效降低格構(gòu)柱應(yīng)力比，從而降低鋼材用量。

（4）適當設(shè)置尾翼，可以有效平衡單臂懸挑的不平衡彎矩，從而可以達到更大的安全儲備或在同等安全儲備條件下，降低鋼材用量。

（5）上述對此類平面桁架單臂懸挑站臺雨棚的計算方法及受力分析研究與探討可對今后類似工程提供參考。

參考文獻：

[1]《管桁架結(jié)構(gòu)設(shè)計與施工》.中國建筑工業(yè)出版社.

[2]《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計手冊》.中國建筑工業(yè)出版社.

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[5]《鋼管混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計與施工規(guī)程（CECS28：90）》.中國計劃出版社.

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