鹿翰，戴素娟，錢敏

（山東省土木工程防災(zāi)減災(zāi)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，山東 青島 266590）

0 前 言

現(xiàn)代建筑工程中，雨篷是建筑物不可或缺的輔助構(gòu)件，一般有鋼筋混凝土雨篷和鋼結(jié)構(gòu)雨篷兩種。鋼筋混凝土雨篷自重較大，抗彎、抗裂性能較差。鋼結(jié)構(gòu)雨篷與鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)雨篷相比，具有強(qiáng)度高、自重輕、結(jié)構(gòu)形式靈活、抗傾覆能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)[1]。從而備受關(guān)注，因此對其受力特性的分析也顯得尤為重要。鋼結(jié)構(gòu)雨篷為懸挑結(jié)構(gòu)，其上既有風(fēng)、雪等均布荷載，也存在施工荷載、拉桿作用的集中荷載，結(jié)構(gòu)有反彎點(diǎn)，存在正負(fù)彎矩集中的現(xiàn)象。若在保證其安全、耐久性能的同時(shí)，對其進(jìn)一步進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，適當(dāng)調(diào)整雨篷的懸吊位置，使正負(fù)彎矩相接近，對鋼結(jié)構(gòu)雨篷的實(shí)用性、經(jīng)濟(jì)性具有重要意義。本文僅就鋼結(jié)構(gòu)上拉桿式雨篷[2]的懸吊位置進(jìn)行優(yōu)化分析，使鋼結(jié)構(gòu)雨篷受力充分合理，更加經(jīng)濟(jì)。

1 優(yōu)化分析

1.1 上拉桿式雨篷的組合形式

鋼結(jié)構(gòu)上拉桿式雨篷的計(jì)算簡圖有以下兩種情況：在進(jìn)行鋼結(jié)構(gòu)上拉壓桿式雨篷設(shè)計(jì)，雨篷與主體建筑為鉸接時(shí)，其計(jì)算模型如圖1(a)所示；當(dāng)雨篷與建筑主體剛接時(shí)，其計(jì)算模型如圖1(b)所示。雨篷的懸挑長度為L，拉桿與主體建筑連接點(diǎn)和雨篷與主體建筑連接點(diǎn)的距離AB 為h，拉桿與雨篷的角度為α，拉桿與雨篷連接點(diǎn)到雨篷端部的距離AC 為b=h/tanα，拉桿與雨篷連接點(diǎn)到雨篷懸挑端的距離CD 為α=L-b。

1.2 雨篷與建筑主體鉸接

與建筑主體鉸接的雨篷的受力簡圖如圖2 所示，其中N 為拉桿的軸力、q 為組合均布荷載、P 為施工荷載、F 為建筑主體對雨篷端部的支撐力。對A 點(diǎn)取矩，由力矩平衡方程，可得到拉桿軸力N。

以懸臂端D 點(diǎn)為原點(diǎn)，列出雨篷的彎矩表達(dá)式。

并作彎矩圖， 由圖2 可知負(fù)彎矩的最大值在x=a 處，為，而正彎矩的最大值，對式（2）求導(dǎo)可得，位于x=

這兩處的彎矩較大，通過調(diào)整雨篷的懸吊位置，使正負(fù)彎矩相近，從而使鋼材用料最省，可達(dá)到優(yōu)化目的。

1.3 雨篷與建筑主體剛接

與建筑主體剛接的雨篷的受力簡圖如圖3，在外力作用下雨篷拉桿在鉸接點(diǎn)產(chǎn)生的位移量在垂直方向上的矢量代數(shù)和等于拉桿在軸力作用下產(chǎn)生的位移量在垂直方向上的矢量。

1.3.1 外力作用下雨篷拉桿在鉸接點(diǎn)產(chǎn)生的位移量在垂直方向上的量

①均布荷載作用下鉸接點(diǎn)垂直方向的位移量δ1。

均布荷載作用下的MP圖與在C 點(diǎn)虛設(shè)單位荷載作用下的圖，如圖4(a)所示。

②施工荷載P 作用下鉸接點(diǎn)垂直方向的位移量δ2。

施工荷載作用下的MP圖與在C 點(diǎn)虛設(shè)單位荷載作用下的圖，如圖4(b)所示。

③拉桿軸力作用下鉸接點(diǎn)垂直方向的位移量δ3。

拉桿軸力作用下的MP圖與在C 點(diǎn)虛設(shè)單位荷載作用下的圖，如圖4(c)所示。

外力作用下雨篷拉桿在鉸接點(diǎn)產(chǎn)生的位移量在垂直方向上的矢量代數(shù)和為：

1.3.2 拉桿在軸力作用下產(chǎn)生的位移量在垂直方向上的矢量，其中LT為拉桿的長度，LT=h/sinα。

因此，由δ=δ'可以得出：

以雨篷懸臂端D 點(diǎn)為原點(diǎn)，列出雨篷彎矩的表達(dá)式。

并作彎矩圖， 由圖3 可知負(fù)彎矩的最大值在x=a 和x=L處，分別為；正彎矩的最大值，對式（4）求導(dǎo)可得，位于處，為M2=Nsinα。這三處的彎矩較大，同樣，通過調(diào)整雨篷的懸吊位置，使正負(fù)彎矩近似，也可達(dá)到優(yōu)化目的。

1.4 常用雨篷的最優(yōu)懸吊位置

當(dāng)雨篷與建筑主體鉸接時(shí)， 其上作用的均布荷載有風(fēng)荷載、雪荷載、雨篷面活荷載以及雨篷面恒荷載，根據(jù)荷載規(guī)范計(jì)算常用雨篷上的組合均布荷載為q=7.36N/mm。另外，施工荷載為P=980N， 懸吊高度為h=1500mm， 當(dāng)雨篷懸挑長度分別為L=1.5m、1.8m、2.1m、2.4m、2.7m、3m 時(shí)，各最優(yōu)懸吊位置可按下表查詢。

最優(yōu)懸吊位置（mm）

同理， 雨篷與建筑主體剛接的情況也可按此思路進(jìn)行計(jì)算。

2 結(jié) 論

上表提供了上拉桿式鋼結(jié)構(gòu)雨篷的不同懸挑長度與其懸吊位置的關(guān)系，從而方便了雨篷懸吊位置的查找，為結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供了參考。

[1] 沈雪,楊秋偉,李小琪.大跨度鋼結(jié)構(gòu)雨篷在現(xiàn)代建筑工程的應(yīng)用[J].門窗,2012(10).

[2] 王靜峰,王波.鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與應(yīng)用范例[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社,2012.