浅谈悬挑结构.doc

浅谈悬挑雨篷王从远（西南交通大学，四川成都611756）摘要：随着现代社会的发展和人们物质精神生活的需要，悬挑结构在人们的生活起居环境中随处可见。本文从整体结构、受力特点、破坏形式和发展前景对悬挑雨篷做了较全面的剖析论述。关键词：悬挑雨篷；悬挑结构；力学特点；破坏形式一、引言悬挑雨篷、外廊、阳台、挑檐等是建设工程中常见的结构形式。随着大跨度空间钢结构在大型建筑物中越来越广泛的应用，悬挑结构，尤其是悬挑雨篷，以其优美的外观造型和凸显特色的建筑造型，在工程建设中的应用也越来越广泛。从结构自重和舒适美观考虑，悬挑雨篷多采用型钢悬挑骨架，而其上多覆盖以供采光以及防雨防尘用的玻璃，随着社会经济的发展，受规划、实用、美观等因素的影响和制约，对悬挑雨篷的造型美观及力学美观提出了进一步的要求。现就悬挑雨篷的一些常见问题提出粗浅的看法，仅起抛砖引玉作用，与大家共同探讨。二、悬挑雨篷的受力随着人们对工程建筑的美观要求，悬挑雨篷在工程建筑中广泛的被应用，从而也加紧了人么对其受力特性的研究。超长的悬挑结构雨篷是一种典型的风敏感结构。特别当处于强风地区时，其上的风荷载和由此引起的风致振动问题是控制结构设计的主要因素。由于超长悬挑雨篷结构虽然外型不是很复杂，但由于其通常比较低矮，处在大气边界层内湍流度高的近地区域，因此其绕流和空气动力作用非常复杂。对于体型独特的悬挑结构，现行的荷载规范很难确定其表面的风压分布，因而一般是通过模型风洞测压试验来获得悬挑雨篷表面的风压特性。通过风洞试验可发现雨篷上的压力主要以负压为主，不考虑阵风脉动和风振效应时，其表面上的风压绝对值最大的负压要大于最大的正压。考虑结构设计的整体平均风压时，最不利风向是当来流风垂直吹向雨篷时的风向，即风向角分别为和。在来流风作用下雨篷受正压作用，但数值很小；在雨篷前缘部分负压逐渐占主要地位，绝对值也较小；在雨篷顶部，由于来流分离和涡流作用，负压较大，在风向下游的后缘，负压又逐渐减小。当风向角为时，雨篷处于上游的轻轨商城的尾流区中，因此尽管雨篷结构沿中轴线对称，其风压分布与风向角时有显著差别。雨篷上的负压与相比有较大的减小，这与上游建筑导致的来流中紊流度的增加，削弱了雨篷顶部气流的分离有关。为了尽量减少风压对悬挑雨篷的影响，可采取相应的措施来削弱这一因素，把悬挑的雨篷做成仿生态的流线型或者做成更美观的树叶型，均可降低风压对悬挑雨篷的影响。再者，也可以在悬挑雨篷的顶部开洞来减小风压作用。除了受风作用力外，悬挑结构的自重力对超长悬挑雨篷也是一种挑战，随着高科技与现代优质材料的发展，高强、轻质高性能的材料在悬挑雨篷中得到了充分的利用。尤其是型钢以其强度高、整体稳定性和局部稳定性好以及足够的刚度在悬挑雨篷中充当了绝对的骨架结构。由于最近地震的频繁，对悬挑雨篷的抗震能力也有一定要求。结构的抗震要求结构必须有一定的整体柔度，当地震波突来时，结构要有足够的变形能力来抵消其传来的巨大能量，对于悬挑雨篷要从其连接结构等方面来考虑，比如在玻璃与钢板的连接处要设置必要的弹性支座，可利用沿各个方向都能满足变形要求的盆式橡胶支座。三、悬挑雨篷的破坏悬挑结构的破坏形式有：1、挑梁倾覆破坏， 当挑梁埋入端气体强度较高而埋入长度较短时，由于抗倾覆力矩较小从而使挑梁结构发生倾覆破坏；2、挑梁下砌体局部受压破坏，当挑梁埋入端气体强度较低而埋入长度较长时，由于砌体局部受压强度不足而使挑梁结构发生局部受压破坏；3、挑梁本身的破坏，当挑梁本身的正截面和斜截面承载能力不足时， 挑梁本身将发生破坏。悬挑结构的破坏形式中，倾覆破坏是最为严重和最为危险的破坏，为防止这种破坏，应按下式进行验算：，是悬挑结构的抗倾覆力矩设计值，是悬挑结构荷载设计值对计算倾覆点的倾覆力矩。当然悬挑雨篷的破坏并不只是由于此上提到的，它还受到各种因素的影响，比如施工的质量以及运营后的维护就是其中很重要的一个方面。施工单位工程质量意识淡薄，未能严格按照设计图纸及施工质量验收规范要求进行施工，现场质量监理单位未能对施工过程进行有效的控制，严把工程质量关等都会对悬挑结构的安全产生致命的影响；物业管理部门应加强社区内装修管理与宣传力度，严格按照行业规范和设计要求进行使用，严禁住户随意改变原结构形式和使用功能，以及增加使用荷载的行为。根据现场调查及对现有结构验算结果表明：很多雨篷垮塌事故主要由于悬挑板根部受力钢筋位置严重下移，截面有效高度严重降低，导致悬挑板结构抗力远远低于荷载效应，承载能力严重不足，造成悬挑雨篷板根部受压区混凝土首先脆性破坏而突然跨塌；其次住户私自改变悬挑雨篷的使用功能，引起结构超载，促使了悬挑雨篷安全事故的发生。为减少悬挑雨篷安全事故的发生，现结合实际情况,浅谈一些防治措施：1加强对设计质量的监督检查,从源头上治理因设计失误引起的悬挑结构质量问题，突出抓好以下工作： (1)、严格实行执业资格审查制度,杜绝无证上岗、超资质设计行为，确保设计主体合法有效性。(2)、严格实行施工图审查制度。由审图机构对设计图纸执行国家强制性标准及技术规范情况进行全面审查。通过抽查结构计算式,对重点结构构件的结构设计准确性严格复核,尽可能减少失误。(3)、严格执行图纸会审和图纸交底制度。审图机构对设计文件的审查属政府对设计质量的监督行为,而由建设或监理单位组织、参建单位技术负责人参加的图纸会审则属于专家复核行为，两种制度并重,能最大限度的排出图纸中隐存的错、漏、碰、撞等缺陷。另外通过图纸交底,施工、监理等单位能够最大程度的了解设计意图及关键工序的技术操作要领，最终提高工程质量。2加强对施工质量的监督检查,确保结构实体质量是防止悬挑结构质量问题的关键。通常除了设计原因外,导致悬挑构件(如挑梁生产)质量问题的主要原因是由于施工质量问题造成的。3采取构造措施,控制施工过程是防止外包厢房悬挑梁上部砌体裂缝的有效措施之一。采取挑梁根部和头部加构造柱、悬挑梁上部墙体用砖、水泥砂浆且构造柱间每隔加两根通筋与两端构造柱连接的办法,可以有效防止悬挑梁上墙体裂缝。四、悬挑雨篷的未来展望悬挑结构以其美观的造型以及轻盈的受力特点，给人以视觉上的享受，从而奠定了汽油广阔的发展前景，随着高强轻质材料的不断出现，悬挑结构也逐步走向简洁大跨；随着仿生学的不断进步，悬挑雨篷也从单一的平板型转向造型美观的曲线型、“叶子”型和“蜻蜓翅膀