鋼結(jié)構(gòu)平面桁架單臂懸挑站臺(tái)雨棚結(jié)構(gòu)受力分析研究

邢振宇

【摘 要】 以一新建鐵路旅客車(chē)站站臺(tái)雨棚為例，對(duì)鋼結(jié)構(gòu)平面桁架單臂懸挑站臺(tái)雨棚的結(jié)構(gòu)方案、結(jié)構(gòu)計(jì)算受力分析進(jìn)行了介紹，提出了拉桿角度與拉桿位置的選取、下弦桿強(qiáng)度與平面外穩(wěn)定、格構(gòu)柱柱頂位移與強(qiáng)度控制是影響結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)結(jié)果的主控因素，應(yīng)用MIDAS GEN通用有限元計(jì)算軟件進(jìn)行對(duì)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(dāng)設(shè)置尾翼的方法可以使結(jié)構(gòu)達(dá)到更優(yōu)的受力狀態(tài)。

【關(guān)鍵詞】 旅客車(chē)站 站臺(tái)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(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，站臺(tái)雨棚作為鐵路客運(yùn)車(chē)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(yùn)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(wú)疑，對(duì)于這種造型各異的大空間跨度雨棚，鋼結(jié)構(gòu)是首當(dāng)其沖的結(jié)構(gòu)材料，同時(shí)，也對(duì)相關(guān)工程提出了更高的設(shè)計(jì)要求，本文就鋼結(jié)構(gòu)平面桁架單臂懸挑站臺(tái)雨棚進(jìn)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(diǎn)，實(shí)際結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中將站臺(tái)雨棚分為三個(gè)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(zhǎng)，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(guò)結(jié)構(gòu)縫的設(shè)置，將雨棚分為明確的受力單元，分別進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與計(jì)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(guò)初算及桁架構(gòu)造要求，桁架端部高度取其懸挑長(zhǎng)度的1/8到1/10，按照懸挑長(zhǎng)度13m計(jì)，桁架端部高度1.5米。受建筑造型及梁柱節(jié)點(diǎn)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(guò)柱間撐桿連接，撐桿沿柱長(zhǎng)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(tái)雨棚單榀與整體結(jié)構(gòu)計(jì)算模型如圖1、圖2。

3 設(shè)計(jì)主要參數(shù)及荷載取值

3.1 設(shè)計(jì)主要參數(shù)

1）結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)使用年限50年；

2）建筑結(jié)構(gòu)安全等級(jí)為二級(jí)，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(jì)基本地震加速度0.2g，設(shè)計(jì)地震分組為第一組，場(chǎng)地為III類(lèi)場(chǎng)地。

3.2 荷載標(biāo)準(zhǔn)值

1）自重：程序自動(dòng)計(jì)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(lèi)別為B類(lèi)，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(xiàng)荷載按照荷載規(guī)范要求進(jìn)行了組合，本文重點(diǎn)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(jì)算采用通用有限元軟件MIDAS GEN進(jìn)行分析計(jì)算，現(xiàn)將結(jié)構(gòu)受力分析中影響設(shè)計(jì)結(jié)果的主控因素介紹如下。

該實(shí)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(jì)結(jié)果的主控因素之一，通過(guò)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(guò)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(duì)于計(jì)算結(jié)果有著較大影響，通過(guò)多種拉桿角度的對(duì)比計(jì)算分析，最終確定了拉桿與雨棚柱角度在65度左右時(shí)，在滿(mǎn)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(guò)大與過(guò)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(shí)，可達(dá)到最優(yōu)的受力狀態(tài)，使得結(jié)構(gòu)更為經(jīng)濟(jì)、合理。

在一般荷載作用下，平面桁架下弦桿是支撐整個(gè)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(diǎn)處下弦桿的強(qiáng)度控制及下弦平面外穩(wěn)定是影響設(shè)計(jì)結(jié)果的又一主控因素，經(jīng)過(guò)模型對(duì)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(dá)到最大值。在計(jì)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(jì)算長(zhǎng)度可以分段計(jì)算，平面外穩(wěn)定性較好。而平面桁架的下弦，平面外沒(méi)有支撐，平面外穩(wěn)定計(jì)算長(zhǎng)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(shí)際工程中，通過(guò)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(jì)算長(zhǎng)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(lái)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(qiáng)度及柱頂位移控制是影響設(shè)計(jì)結(jié)果的另一主控因素，通過(guò)模型對(duì)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(wú)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(duì)平面桁架單臂懸挑站臺(tái)雨棚的建筑造型要求，通過(guò)結(jié)構(gòu)模型的試算對(duì)比分析，提出如下幾點(diǎn)結(jié)論及建議。

（1）合理選取拉桿角度與拉桿位置，就此類(lèi)單臂懸挑雨棚，拉桿設(shè)置在懸挑長(zhǎng)度的2/3，拉桿與雨棚柱角度在65度左右時(shí)，可達(dá)到最優(yōu)的受力狀態(tài)，使得結(jié)構(gòu)更為經(jīng)濟(jì)、合理。同時(shí)，需要注意拉桿與桁架相連的銷(xiāo)釘設(shè)計(jì)，應(yīng)保證銷(xiāo)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(gè)桁架體系的關(guān)鍵，通過(guò)設(shè)置隅撐，下弦桿的平面外穩(wěn)定性可以得到滿(mǎn)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(dāng)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(dá)到更大的安全儲(chǔ)備或在同等安全儲(chǔ)備條件下，降低鋼材用量。

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

參考文獻(xiàn)：

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

[2]《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)手冊(cè)》.中國(guó)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(jì)規(guī)范》GB50017-2003.

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

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

【摘 要】 以一新建鐵路旅客車(chē)站站臺(tái)雨棚為例，對(duì)鋼結(jié)構(gòu)平面桁架單臂懸挑站臺(tái)雨棚的結(jié)構(gòu)方案、結(jié)構(gòu)計(jì)算受力分析進(jìn)行了介紹，提出了拉桿角度與拉桿位置的選取、下弦桿強(qiáng)度與平面外穩(wěn)定、格構(gòu)柱柱頂位移與強(qiáng)度控制是影響結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)結(jié)果的主控因素，應(yīng)用MIDAS GEN通用有限元計(jì)算軟件進(jìn)行對(duì)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(dāng)設(shè)置尾翼的方法可以使結(jié)構(gòu)達(dá)到更優(yōu)的受力狀態(tài)。

【關(guān)鍵詞】 旅客車(chē)站 站臺(tái)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(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，站臺(tái)雨棚作為鐵路客運(yùn)車(chē)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(yùn)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(wú)疑，對(duì)于這種造型各異的大空間跨度雨棚，鋼結(jié)構(gòu)是首當(dāng)其沖的結(jié)構(gòu)材料，同時(shí)，也對(duì)相關(guān)工程提出了更高的設(shè)計(jì)要求，本文就鋼結(jié)構(gòu)平面桁架單臂懸挑站臺(tái)雨棚進(jìn)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(diǎn)，實(shí)際結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中將站臺(tái)雨棚分為三個(gè)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(zhǎng)，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(guò)結(jié)構(gòu)縫的設(shè)置，將雨棚分為明確的受力單元，分別進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與計(jì)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(guò)初算及桁架構(gòu)造要求，桁架端部高度取其懸挑長(zhǎng)度的1/8到1/10，按照懸挑長(zhǎng)度13m計(jì)，桁架端部高度1.5米。受建筑造型及梁柱節(jié)點(diǎn)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(guò)柱間撐桿連接，撐桿沿柱長(zhǎng)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(tái)雨棚單榀與整體結(jié)構(gòu)計(jì)算模型如圖1、圖2。

3 設(shè)計(jì)主要參數(shù)及荷載取值

3.1 設(shè)計(jì)主要參數(shù)

1）結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)使用年限50年；

2）建筑結(jié)構(gòu)安全等級(jí)為二級(jí)，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(jì)基本地震加速度0.2g，設(shè)計(jì)地震分組為第一組，場(chǎng)地為III類(lèi)場(chǎng)地。

3.2 荷載標(biāo)準(zhǔn)值

1）自重：程序自動(dòng)計(jì)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(lèi)別為B類(lèi)，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(xiàng)荷載按照荷載規(guī)范要求進(jìn)行了組合，本文重點(diǎn)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(jì)算采用通用有限元軟件MIDAS GEN進(jìn)行分析計(jì)算，現(xiàn)將結(jié)構(gòu)受力分析中影響設(shè)計(jì)結(jié)果的主控因素介紹如下。

該實(shí)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(jì)結(jié)果的主控因素之一，通過(guò)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(guò)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(duì)于計(jì)算結(jié)果有著較大影響，通過(guò)多種拉桿角度的對(duì)比計(jì)算分析，最終確定了拉桿與雨棚柱角度在65度左右時(shí)，在滿(mǎn)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(guò)大與過(guò)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(shí)，可達(dá)到最優(yōu)的受力狀態(tài)，使得結(jié)構(gòu)更為經(jīng)濟(jì)、合理。

在一般荷載作用下，平面桁架下弦桿是支撐整個(gè)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(diǎn)處下弦桿的強(qiáng)度控制及下弦平面外穩(wěn)定是影響設(shè)計(jì)結(jié)果的又一主控因素，經(jīng)過(guò)模型對(duì)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(dá)到最大值。在計(jì)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(jì)算長(zhǎng)度可以分段計(jì)算，平面外穩(wěn)定性較好。而平面桁架的下弦，平面外沒(méi)有支撐，平面外穩(wěn)定計(jì)算長(zhǎng)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(shí)際工程中，通過(guò)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(jì)算長(zhǎng)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(lái)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(qiáng)度及柱頂位移控制是影響設(shè)計(jì)結(jié)果的另一主控因素，通過(guò)模型對(duì)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(wú)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(duì)平面桁架單臂懸挑站臺(tái)雨棚的建筑造型要求，通過(guò)結(jié)構(gòu)模型的試算對(duì)比分析，提出如下幾點(diǎn)結(jié)論及建議。

（1）合理選取拉桿角度與拉桿位置，就此類(lèi)單臂懸挑雨棚，拉桿設(shè)置在懸挑長(zhǎng)度的2/3，拉桿與雨棚柱角度在65度左右時(shí)，可達(dá)到最優(yōu)的受力狀態(tài)，使得結(jié)構(gòu)更為經(jīng)濟(jì)、合理。同時(shí)，需要注意拉桿與桁架相連的銷(xiāo)釘設(shè)計(jì)，應(yīng)保證銷(xiāo)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(gè)桁架體系的關(guān)鍵，通過(guò)設(shè)置隅撐，下弦桿的平面外穩(wěn)定性可以得到滿(mǎn)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(dāng)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(dá)到更大的安全儲(chǔ)備或在同等安全儲(chǔ)備條件下，降低鋼材用量。

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

參考文獻(xiàn)：

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

[2]《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)手冊(cè)》.中國(guó)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(jì)規(guī)范》GB50017-2003.

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

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

【摘 要】 以一新建鐵路旅客車(chē)站站臺(tái)雨棚為例，對(duì)鋼結(jié)構(gòu)平面桁架單臂懸挑站臺(tái)雨棚的結(jié)構(gòu)方案、結(jié)構(gòu)計(jì)算受力分析進(jìn)行了介紹，提出了拉桿角度與拉桿位置的選取、下弦桿強(qiáng)度與平面外穩(wěn)定、格構(gòu)柱柱頂位移與強(qiáng)度控制是影響結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)結(jié)果的主控因素，應(yīng)用MIDAS GEN通用有限元計(jì)算軟件進(jìn)行對(duì)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(dāng)設(shè)置尾翼的方法可以使結(jié)構(gòu)達(dá)到更優(yōu)的受力狀態(tài)。

【關(guān)鍵詞】 旅客車(chē)站 站臺(tái)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(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，站臺(tái)雨棚作為鐵路客運(yùn)車(chē)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(yùn)而生了一系列規(guī)模空前的大空間、大跨度鋼結(jié)構(gòu)雨棚。無(wú)疑，對(duì)于這種造型各異的大空間跨度雨棚，鋼結(jié)構(gòu)是首當(dāng)其沖的結(jié)構(gòu)材料，同時(shí)，也對(duì)相關(guān)工程提出了更高的設(shè)計(jì)要求，本文就鋼結(jié)構(gòu)平面桁架單臂懸挑站臺(tái)雨棚進(jìn)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(diǎn)，實(shí)際結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中將站臺(tái)雨棚分為三個(gè)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(zhǎng)，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(guò)結(jié)構(gòu)縫的設(shè)置，將雨棚分為明確的受力單元，分別進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與計(jì)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(guò)初算及桁架構(gòu)造要求，桁架端部高度取其懸挑長(zhǎng)度的1/8到1/10，按照懸挑長(zhǎng)度13m計(jì)，桁架端部高度1.5米。受建筑造型及梁柱節(jié)點(diǎn)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(guò)柱間撐桿連接，撐桿沿柱長(zhǎng)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(tái)雨棚單榀與整體結(jié)構(gòu)計(jì)算模型如圖1、圖2。

3 設(shè)計(jì)主要參數(shù)及荷載取值

3.1 設(shè)計(jì)主要參數(shù)

1）結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)使用年限50年；

2）建筑結(jié)構(gòu)安全等級(jí)為二級(jí)，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(jì)基本地震加速度0.2g，設(shè)計(jì)地震分組為第一組，場(chǎng)地為III類(lèi)場(chǎng)地。

3.2 荷載標(biāo)準(zhǔn)值

1）自重：程序自動(dòng)計(jì)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(lèi)別為B類(lèi)，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(xiàng)荷載按照荷載規(guī)范要求進(jìn)行了組合，本文重點(diǎn)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(jì)算采用通用有限元軟件MIDAS GEN進(jìn)行分析計(jì)算，現(xiàn)將結(jié)構(gòu)受力分析中影響設(shè)計(jì)結(jié)果的主控因素介紹如下。

該實(shí)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(jì)結(jié)果的主控因素之一，通過(guò)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(guò)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(duì)于計(jì)算結(jié)果有著較大影響，通過(guò)多種拉桿角度的對(duì)比計(jì)算分析，最終確定了拉桿與雨棚柱角度在65度左右時(shí)，在滿(mǎn)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(guò)大與過(guò)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(shí)，可達(dá)到最優(yōu)的受力狀態(tài)，使得結(jié)構(gòu)更為經(jīng)濟(jì)、合理。

在一般荷載作用下，平面桁架下弦桿是支撐整個(gè)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(diǎn)處下弦桿的強(qiáng)度控制及下弦平面外穩(wěn)定是影響設(shè)計(jì)結(jié)果的又一主控因素，經(jīng)過(guò)模型對(duì)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(dá)到最大值。在計(jì)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(jì)算長(zhǎng)度可以分段計(jì)算，平面外穩(wěn)定性較好。而平面桁架的下弦，平面外沒(méi)有支撐，平面外穩(wěn)定計(jì)算長(zhǎng)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(shí)際工程中，通過(guò)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(jì)算長(zhǎng)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(lái)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(qiáng)度及柱頂位移控制是影響設(shè)計(jì)結(jié)果的另一主控因素，通過(guò)模型對(duì)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(wú)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(duì)平面桁架單臂懸挑站臺(tái)雨棚的建筑造型要求，通過(guò)結(jié)構(gòu)模型的試算對(duì)比分析，提出如下幾點(diǎn)結(jié)論及建議。

（1）合理選取拉桿角度與拉桿位置，就此類(lèi)單臂懸挑雨棚，拉桿設(shè)置在懸挑長(zhǎng)度的2/3，拉桿與雨棚柱角度在65度左右時(shí)，可達(dá)到最優(yōu)的受力狀態(tài)，使得結(jié)構(gòu)更為經(jīng)濟(jì)、合理。同時(shí)，需要注意拉桿與桁架相連的銷(xiāo)釘設(shè)計(jì)，應(yīng)保證銷(xiāo)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(gè)桁架體系的關(guān)鍵，通過(guò)設(shè)置隅撐，下弦桿的平面外穩(wěn)定性可以得到滿(mǎn)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(dāng)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(dá)到更大的安全儲(chǔ)備或在同等安全儲(chǔ)備條件下，降低鋼材用量。

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

參考文獻(xiàn)：

[1]《管桁架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與施工》.中國(guó)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(jì)與施工規(guī)程（CECS28：90）》.中國(guó)計(jì)劃出版社.

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