斜拉钢结构雨棚体系设计.docx

该【斜拉钢结构雨棚体系设计 】是由【夜紫儿】上传分享，文档一共【8】页，该文档可以免费在线阅读，需要了解更多关于【斜拉钢结构雨棚体系设计 】的内容，可以使用淘豆网的站内搜索功能，选择自己适合的文档，以下文字是截取该文章内的部分文字，如需要获得完整电子版，请下载此文档到您的设备，方便您编辑和打印。斜拉钢构造雨棚体系设计
李红飙;余洋
【摘要】通过对斜拉钢构造雨棚体系的设计,重点分析比较对于不同斜拉初始拉力的取值,该雨棚构件的受力特点,以及对斜拉构件和斜拉节点的重点设计,从而对该体系的受力特点有了更深的生疏,并得出合理的受力体系.
【期刊名称】《铁道标准设计》
【年(卷),期】2023(000)006
【总页数】4页(P108-111)
【关键词】钢构造雨棚;斜拉体系;初始应力;位移
【作者】李红飙;余洋
【作者单位】铁道第三勘察设计院建筑分院,天津,300251;铁道第三勘察设计院建筑分院,天津,300251
【正文语种】中文
【中图分类】TU226
国外斜拉式钢构造雨棚以其颖的构造形式,轻松、美丽的美学造型,被广泛的用于车站、机场等处,而我国斜拉体系的站台雨棚尚属空白。本次构造设计,把斜拉式构造体系应用于中、小型站台雨棚中,其优点在于:增大站台雨棚的纵向柱距,削减柱子数量,从而增大站台使用面积,进一步满足运输通行要求;构造自重轻,地震作用大幅度减小,根底也因此得以轻量化;转变以往钢筋混凝土构造雨棚现场
浇筑混凝土量大,施工工期长,污染噪声大等缺点;钢构造构件承受标准化、工厂
化制作,构造自重轻、运输便利、小型机具吊装,因而劳动强度轻,施工速度快,综合施工费用低;钢构造无粉尘的干施工工艺及可回收并重复利用的特点,格外符合环保及可持续进展的时代主题。承受斜拉构造形式,能较为有效地降低构造的用钢量。
主要设计内容及技术关键(1)斜拉钢构造雨棚体系的争论
本设计斜拉钢构造雨棚站台宽度共分为12、8m两种,其中12m为双柱雨棚,8m为单柱雨棚。斜拉钢构造雨棚最初斜拉形式考虑为两种:一种斜拉杆仅与纵
向拉结,对于同一根钢柱,有2个斜拉点;另一种除与纵向拉结外,斜拉杆还将
与横向拉结,对于同一根钢柱,有4个斜拉点。通过计算分析,得出设置横向斜拉对于该构造体系作用不大,且从建筑角度讲,略显凌乱。因此本设计考虑按纵向设置斜拉杆,由钢柱顶部设置斜拉点直接与刚性的纵桁梁相连。斜拉杆为刚性屋盖构造供给了一系列的弹性中间支撑,使刚性屋盖以较小材料作到大跨度,且传力路线简捷,斜拉杆的制作安装也较为便利。
本设计斜拉式钢构造12m宽站台雨棚构造形式为双柱门式刚架两侧挑悬臂梁,如“YY”型,见图1;8m宽站台雨棚构造形式为单柱两侧挑悬臂梁,如“Y”型,见图2;纵向柱距均为12m,纵向柱间设置12m圆钢管桁架梁,横梁为每4m一道,见图3。
图1双柱斜拉雨棚侧立面(单位:mm)图2单柱斜拉雨棚侧立面(单位:mm)图3斜拉雨棚正立面(单位:mm)
设计荷载:,,。本设计荷载工况考虑为以下7种:①恒载+活载;②恒载+半跨活载;③恒载+风载(压力);
④恒载+风载(吸力);⑤恒载+活载+风载(压力);⑥恒载+活载+风载(吸力);⑦恒
载+活载+地震(抗震设防烈度为7度,)(2)斜拉杆形式、材料、节点受力特点、计算方法及初始应力的设计
本构造的主要特色就是斜拉杆的工作。当构造承受风压力时,斜拉杆的应力值到达最大,如此大的应力要依靠纵梁上斜拉杆的锚固点传递给纵梁。所以这些节点对整个构造有着至关重要的意义,它们的安全与否直接关系到构造能否正常工作。
本构造斜拉杆承受直径为32mm圆钢,斜拉杆承受两侧为螺母式的花篮螺栓拧紧方式,其在该受力体系中仅为受拉单元。斜拉杆的拉力,对于纵梁相当于集中力。从受力角度讲,期望这些比较大的集中力能够以一个比较短的牢靠传力路径,使其在纵梁上通过节点板快速集中。这样在节点设计时就要考虑以下几个问题:①要保证节点的受力合理与安全,并使节点有足够的安全储藏;②避开在纵梁的锚固节点区产生比较大的应力集中,使内力分布均匀,保证构造安全;③从挂拉杆施工的角度讲,此节点应保证斜拉杆的张拉及以后的换索;④该锚固节点的布置要考虑到加工、制作及焊接的便利与牢靠性。
图4 12m宽站台纵梁详图(单位:mm)图5 8m宽站台纵梁(单位:mm)
针对上述要求,重点设计纵梁,钢柱与斜拉杆的斜拉节点,但必需知道初始应力的大小。因此,本设计的另一个难点是如何确定初始拉力的大小。12m宽站台雨棚
的斜拉杆为单根,8m宽站台雨棚的斜拉杆为2根,首先假定初始拉力为10kN,得出相应的内力值及位移值。
通过不同初始拉力的施加,屡次试算,得出该构造的不同的受力状态,并得出该构造最适宜的初始拉力值,见表1、表2。最终的初始拉力值详见表3。从表2、表3可以看出:无斜拉杆的构造,构造的最大位移均不满足要求;而施加的初始拉力过大,也会使构造构件产生向上的挠曲,造成变形,给人以不美观的感觉。
表1 12m宽站台雨棚斜拉杆受力分析初始拉力/kN周期/sX向位移/mmY向位
移/mmZ向位移/mm00 69512 67 95-34 9100 70015 210 0-30
7200 70722 511 7-26 6300 73119 513 6-22 4400 78117 616
422 1
表2 8m宽站台雨棚斜拉杆受力分析初始拉力/kN周期/sX向位移/mmY向位移
/mmZ向位移/mm00 68130 46 70-51 1200 83734 01 90-47
2401 01037 89 22-43 3601 14640 612 4-41 2801 29043 414
246 2
表3 最终斜拉杆初始拉力取值 kN站台宽度初始拉力8m25(单根)12m25本设计荷载取值见表4。
表4 荷载等级选用表(设计值) kPa恒载+雪(活)荷载风荷载1 060 7
12m跨纵桁梁主梁构造形式及受力特点
本设计12m宽斜拉钢构造雨棚12m纵向主梁形式为平面圆钢管桁架,见图4。8m宽斜拉构造雨棚纵向主梁形式为空间三角圆钢管桁架,见图5。
钢管构造的优点在于圆管的对称截面形式使得截面惯性矩对各轴一样,有利于单一杆件的稳定性设计;截面的闭合提高了抗扭刚度;对板件局部稳定性而言,闭合截面也优于有悬挑板件的开口截面。对于本建筑来说,承受圆钢管的桁架比较美观,且钢管外外表积相对同样承载性能的开口截面钢构件往往要小,这就削减了防腐防火涂层的材料消耗和涂装工作量。本设计圆钢管桁架使用的节点类型均为相贯节点。承受相贯节点的钢管构造与承受其他节点形式的钢管构造相比,一个显著的区分表现在于,杆件和节点设计的独立性削减,打算杆件承载性能的那些材料和几何要素也同时打算了节点的性能。合理的设计应寻求杆件和节点力学性能的最正确结合点。由于瘦长杆件的端部约束弯矩不大,且弦杆管壁抗弯刚度较小,相贯节点在构造中均按铰接处理,未考虑次应力的影响。
相贯节点的主要破坏模式有:(1)弦杆管壁塑性破坏,由腹板内力中垂直弦杆杆轴
的分力导致管壁产生局部弯曲所致;(2)弦杆管壁冲剪破坏,严峻时管壁被彻底剪断;(3)腹杆与弦杆的连接焊缝破坏;(4)腹杆拉坏。
大量的试验资料说明,节点几何外形及其尺度中与承载强度有关的主要因素有:(1)弦杆壁厚,壁厚越大节点承载强度越高,当节点设计由前述第一种破坏模式掌握时,节点承载强度与弦杆厚度的平方成正比;(2)腹杆与弦杆的外径比,比值越小对圆
管节点承载越不利;(3)腹杆对弦杆的倾角,倾角较大时,腹板轴力垂直杆件轴线的重量变大;(4)K型节点中腹杆间隙也对节点承载性能有影响,其他条件一样时,腹杆间隙较大者节点承载强度较低,在空间K型节点中,与弦杆不共面的两相邻
腹杆间距不同,造成破坏模式和承载力的不同;(5)节点承载强度也与节点的受力状况有关。弦杆轴压力大小对节点承载力有肯定的影响;空间节点中,支杆轴力的符号及大小,直接影响节点承载强度。
下面就12m宽站台雨棚和8m宽站台雨棚分别进展设计说明。
12m宽站台雨棚纵桁梁的相贯节点为Y形和K形。斜拉杆吊点选在距纵梁端部
,为削减应力集中及焊接变形,。本设计钢材均为Q235B,焊缝为E43XX。分析中钢材假定为抱负的弹塑性材料,不计剩余应力的影响。纵梁与钢柱承受焊接连接,按半刚性节点处理。相贯节点为T形及K形节点。本设计承受同济大学钢构造软件“”进展计算,求出各杆件的轴向力,依据平面圆钢管节点公式计算节点强度。
对于8m宽斜拉钢构造雨棚来讲,纵梁的设计尤为重要。该纵向梁受弯、剪、扭等简单应力。因该构造为单柱雨棚,悬挑长度相对较大,在不均匀荷载的作用下,对纵梁产生较大的扭矩。纵梁与钢柱连接承受刚接焊接节点。经计算,工况⑵起掌握作用,横梁对纵桁梁产生的最大扭矩为80kN·m。因此承受平面桁架不满足强度、刚度的要求。通过加强纵梁的平面外刚度,承受空间立体三角钢管桁架来满足
受力要求。因空间三角圆钢管桁架的节点计算没有现成的计算公式,以平面桁架的
节点计算作为参考。
3 结语
经济比较
通过对斜拉钢构造雨棚的设计,对斜拉钢构造雨棚在各种荷载工况下的受力性能进展分析;对斜拉杆与梁、柱连接节点的设计,对斜拉杆初始应力的施加进展了深入争论,为以后作类似构造供给了技术储藏。通过对该构造体系的争论,深入了解了轻钢构造的受力特点,材料本身的特点等。该构造体系的承受,能较为有效降低构造的用钢量。
对于不同站台宽度在有无斜拉杆的状况下用钢量的比较见表5。
表5 用钢量的比较 kg/m2站台宽度无斜拉杆有斜拉杆8m53 67458512m36 7730 04
钢柱形式、受力特点的设计
本设计斜拉构造雨棚钢柱承受焊接圆钢管柱,属于压弯构件。因轻钢构造荷载小,特别值得留意的是稳定性的问题(特别是单柱),而不是强度的问题。对于有集中荷载作用处,即斜拉杆与钢柱连接处,设置加劲肋,实行肯定的构造措施,来保证钢柱的局部稳定。
节点构造、节点防护的设计
本设计斜拉杆节点为铸造一体的,通过销钉将斜拉杆与钢柱、钢梁连接,施工便利,受力合理。两端通过花篮螺母与铸造体相连,销钉的螺母应与杆件电焊,以防止螺母松动及人为破坏的可能性。
更换拉杆的可能性设计
斜拉杆承受圆钢两端花篮螺母拧紧的形式,一旦该拉杆失效,如何保证有更换的可能性是至关重要的。本设计可以做到斜拉杆的更换,马上销钉取下,将拉杆换下。
但更换时应保证纵梁的刚度,加设临时支撑,保证构造的正常工作状态。
温度影响的设计
本设计考虑了温度的影响,依据标准,按钢框架要求220m设置一道伸缩缝,并通过在檩条上设置椭圆孔的形式加以实现。
风振影响的设计
本构造属于开敞式的柔性屋盖,该屋盖具有质量轻、柔性大、阻尼小、自振频率较低等特点,对风荷载格外敏感。当风流经屋面时,在屋面的大局部区域产生强大的吸力,并引起柔性屋面的风振。风振计算应按随机振动理论进展。依据《建筑构造荷载标准》(GB50009—2023),并结合本工程的特点,该建筑物为轻钢构造,对风荷载很敏感,但该建筑高度较小,未考虑风振的影响。
施工安装的设计
施工安装程序应按《门式刚架轻型房屋钢构造技术规程》(CECE102:2023)执行。对于本工程来说,施工的重点在于斜拉杆的安装及初始应力的施加。
防腐及防火措施
钢材简洁锈蚀是其主要缺陷之一,钢构造的腐蚀是长期使用过程中不行避开的一种自然现象,由腐蚀引起的经济损失在国民经济中占有肯定的比例,因此防止构造过早的腐蚀,提高其使用寿命,是设计、施工、使用单位的共同使命。由于该雨棚属于露天构造,防腐刻不容缓,在钢构造外表涂装防腐涂层,是防止腐蚀的主要手段。钢构造的耐火性能差是另一主要缺陷,钢构造外表喷涂防火涂料是提高其耐火极限的主要方法。
参考文献:
[1]GBJ50017—2023,钢构造设计标准[S].
GBJ18—2023,冷弯薄壁型钢构造技术标准[S].
[M].北京:***,1998.
CECS102:2023,门式刚架轻型房屋钢构造技术规程[S].
[5]GB50009—2023,建筑构造荷载标准[S].