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雨篷 | 轻钢雨篷设计的常见问题及解决方案-西创系统

2022-03-21 08:07:45 阅读:

雨篷 | 轻钢雨篷设计的常见问题及解决方案-西创系统(图1)


近五年来,在深圳地区幕墙及外装饰工程的施工图强制性审查及咨询过程中,发 现有较多的轻钢雨篷设计不符合规范要求,出现安全隐患。本文针对轻钢雨篷施工图设计 与规范要求不相符等常见问题,进行分析,并提出相应的解决方案。 

【关键词】轻钢雨篷;长期荷载;悬挑;扭转

轻钢雨篷的饰面材料主要有夹胶钢 化玻璃、铝板、不锈钢板等,属于建筑 的外围护结构,其外型美观、新颖,常被用于民用建筑和工业建筑中,尤其广泛应用于民用建筑的公共建筑和居住建筑。

与轻钢雨篷有关的规范主要有:《建 筑结构荷载规范》GB50009-2012、 《混凝土结构设计规范》GB50010-2010、《 钢结构设计规范》GB50017- 2003、《混凝土结构后锚固技术规程》 JGJ145-2013、《建筑玻璃应用技术规程》JGJ113-2015等。

雨篷 | 轻钢雨篷设计的常见问题及解决方案-西创系统(图2)

雨篷 | 轻钢雨篷设计的常见问题及解决方案-西创系统(图3)

雨篷 | 轻钢雨篷设计的常见问题及解决方案-西创系统(图4)

雨篷 | 轻钢雨篷设计的常见问题及解决方案-西创系统(图5)

雨篷 | 轻钢雨篷设计的常见问题及解决方案-西创系统(图6)

其中,对跨中无侧向支撑点的简支 梁,l1 为其跨度。如本工程雨篷纵梁选用 H300x180x10x12 的 H 型钢,材质为 Q235B,在拉杆处设置侧向支撑杆件, 荷载作用在上翼缘,简支梁的跨度为 4500mm,翼缘板宽度 b1 为 180mm, 则其比值为 4500/180=25,比表 4.2.1 的 13 大,应按 4.2.2 条公式 Mx/φbWx ≤ f 进行整体稳定性验算,其中 φb 为梁的 整体稳定系数,应按《钢结构设计规范》 GB50017-2003 的附录 B 确定。对悬挑 构件,仅其前端有侧向支撑时,其 l1 可 按其跨度取值计算。

1.1.3.5 雨篷拉杆,在深圳等基本风压较大的地区,并非真的仅是“拉杆”, 如果只考虑恒载与活载的组合作用,即N/A ≤ f,拉杆截面较小,在较大的负风压作用下,杆件会失稳。为避免失稳, 应考虑拉杆在受压力作用时的稳定系数因素,即 N/φA ≤ f,其中 φ 为轴心受 压杆件的稳定系数,按《钢结构设计规范》GB50017-2003 的 附 录 C 采 用,C 为 0~1 的数值。因受压杆件的稳定系数 φ 是由计算出来的长细比 λ 及杆件截面属性,按《钢结构设计规范》GB50017- 2003 的附录 C 采用的。《钢结构设计规范》 的第 5.3.8 条及 5.3.8 表,如果拉杆按支撑类考虑,雨篷拉杆在轴心受压作用时, 其长细比取 λ ≤ 200,则杆件会比较粗。在该规范第 5.3.9 条的受拉构件的容 许长细比取值表 5.3.9 下的注释第 5 条, 受拉杆件在永久荷载作用与风荷载组合作用受压时,其长细比不宜大于 250,即 λ ≤ 250,雨篷拉杆刚好适用该条解释。一般情况下,建筑师不希望杆件太粗大, 长细比容许值大,其杆件截面会小些, 相对美观些。

经过修改优化后的雨篷钢架平面布 置图,见图 3。

雨篷 | 轻钢雨篷设计的常见问题及解决方案-西创系统(图7)

其中,经过优化、修改的, 主要有:

a 所有的雨篷纵梁根部与主体结构预 埋件铰接;

b 纵梁前端的小横梁改成通长的大横梁,大横梁由带拉杆的 ZL01 纵梁支承, 大横梁作 ZL02、ZL03 纵梁的梁端的支承点。ZL02、ZL03 纵梁的前端与方钢 管大横梁铰接,避免大横梁的扭转。

c 拉杆的上端和下端设置连接耳板和销轴,形成典型的二力杆。

d 拉杆的长细比按照 λ ≤ 250 考虑。

e 在纵梁的侧向设置侧向撑杆,确保纵梁的整体稳定。


1.2 雨篷钢化玻璃的强度设计值问题

按《建筑玻璃应用技术规程》 JGJ113-2015 的 4.1.9 表的短期荷载作用取值有误,如 4mm~12mm 钢化玻璃的强度设计值为 84N/mm ,应按 4.1.10条及 4.1.10 表的长期荷载作用下的强度设计值取值,即钢化玻璃的强度设计值 分 别 为:4mm~12mm 为 42N/mm2。从字面看,玻璃长期荷载作用下的应力计算,只需取长期荷载即恒载进行计算, 这样的理解是错误的,该规范的 8.2.6 条 抄摘内容如下:“雨篷的最大应力设计 值应按弹性力学计算,且最大应力不得超过长期荷载作用下的强度设计值”, 即在恒载与活载的设计值组合、风荷载与恒载的设计值组合作用下,玻璃的最 大应力不得超过长期荷载作用下的玻璃 强度设计值。

1.3 悬挑雨篷后埋件普通化学螺栓的计算问题

悬挑雨篷纵梁后埋件采用普通化学 螺栓,但没有按照《混凝土结构后锚固 技 术 规 程》JGJ145-2013 的 第 6.2.2 条 的要求进行校核。一般悬挑较长(如 ≥ 1.5m)的雨篷纵梁,在长期荷载即恒载作用下,其根部弯矩较大,按照该规 范的第 6.2.2 条和第 6.2.4 条的公式计算, 普通化学锚栓难以满足规范要求。该规 范第 6.2.2 条内容抄摘如下:普通化学锚 栓承受长期荷载作用,发生混合破坏时, 其受拉承载力应符合下列规定:

群 锚 NhRd,l ≤ 0.55× NRk,p/γRp (6.2.2-2)

其中,NRk,p 为无间距、边距影响时,

单个锚栓的受拉承载力标准值(N), 按本规程第6.2.4条计算。第6.2.4 条:锚栓混合破坏受拉承载力标准值 NRk,p=π×d×hef×τRK

其中 τRK 为粘结强度标准值(N/ mm2), 按本规程第 6.2.5 条取用。第 6.2.5 条抄摘如下:

τRK 应根据锚栓产品的认证报告确 定,无认证报告时,在符合相应产品及 基材混凝土强度等级不低于 C25 等规定 情况下,可按表 6.2.5 取用。

第 6.2.2 条和第 6.2.4 条的公式中, 有一个关键参数,即普通化学锚栓粘结 强度标准值 τRK,如果普通化学锚栓的 外侧有玻璃、铝板等装饰面板,锚栓处 于类似室内的环境,则应认为属于室内 环境;如果锚栓外侧只有抹灰、墙砖或 直接裸露,则应属于室外环境。

举例:

悬挑雨篷采用 M12x160 普通化学螺 栓,6 个锚栓,锚固深度 110mm,没有间距及边距因素影响,螺杆公称直径为 12mm,处于室外环境,雨篷属于外装饰构件,即非结构构件。在长期荷载(恒载) 作用下:

锚栓混合破坏受拉承载力标准值 NRk,p=π×12×110×4×0.4 = 6632(N)

群锚栓混合破坏受拉承载力设计值 NhRd,l=0.55× NRk,p/γRp=0.55×6632/1.8 = 2026(N)

该群锚栓混合破坏受拉承载力设计 值数值仅为国内厂家的普通化学锚栓的 抗拉力设计值 17200N 的 12%,可见,悬挑雨篷的纵梁采用普通化学锚栓,很难满足该规程的受力要求。怎么处理? 按照该规程,后埋件锚栓可采用特殊倒锥形化学锚栓、扩孔型锚栓等锚栓,则不受《混凝土结构后锚固技术规程》 JGJ145-2013 的第 6.2.2 条的约束。

雨篷 | 轻钢雨篷设计的常见问题及解决方案-西创系统(图8)

2. 施工图设计的预埋件问题

2.1 雨篷预埋件锚筋为HRB335或HRB400,钢板为 Q235B,选用 E50 系列焊条,是错误的,不同强度等纸的母材焊接,其焊条应就低不就高,即应选择 E43 系列焊条。

2.2 雨篷预埋件的锚筋长度都按 15 倍锚筋直径的长度取值是错误的,《玻璃幕墙工程技术规范》JGJ102-2003 的 附录 C 的 C.0.5 之第 3 条的抄摘内容“当 锚筋的拉应力设计值小于钢筋抗拉强度 设计值 fy 时,其锚固长度可适当减小, 但不应小于 15 倍锚固钢筋直径。”

该条文的不应小于 15D 是基本条件, 不是充分条件,注意是“不应小于”, 钢筋的抗拉强度利用率分别为 30% 和 95%,其锚筋锚固长度要求明显是不同的。

2.3 锚筋与钢板采用手工焊,但没有标注角焊缝的焊脚高度,应按《玻璃幕 墙工程技术规范》JGJ102-2003 的附录 C 的 C.0.4 条执行,焊缝高度不宜小于 0.6d(HRB335 或 HRB400 级钢筋),d 为钢筋直径。

2.4 当预埋件的锚筋计算长度较长时,需要采用机械锚固时,应按《混凝土结构设计规范》GB50010-2010的 第 8.3.3 条及表 8.3.3 的机械锚固形式设 置。锚筋末端采用机械锚固时,其锚固长度(包括弯钩或锚固端头在内的锚固 长度 < 投影长度 >)可按计算长度 La 的 60%。锚筋末端主要的机械锚类型,如 图4所示。

雨篷 | 轻钢雨篷设计的常见问题及解决方案-西创系统(图9)


2.5 当预埋件存在扭矩时,在预埋件计算时,漏考虑扭矩对预埋件的不利影响,预埋件的设计也未考虑抗扭转因素。在存在扭矩作用的预埋件设计中,建议采用扭剪焊栓、开口型钢(如十字型钢、 工字钢等)单独作为抗扭构造,并应抗 扭构造进行扭剪验算。

3. 旧楼改造的轻钢雨篷后埋件问题

《混凝土结构后锚固技术规程》 JGJ145-2013 的 第 3.1.3 条: 基材混凝土强度等级不应低于 C20。对于旧楼改造项目,主体混凝土强度经常低于 C20,则不允许采用后锚栓,可改用穿过 砼梁的对穿螺栓连接,但对穿做法应征 得主体结构设计单位或具有相应资质单位的认可。《混凝土结构后锚固技术规程》 JGJ145-2013 的 第 6.2.5 条: 基材混凝土强度等级不应低于 C25,否则,不应采用普通化学锚栓锚固。

4. 施工图设计的其他常见问题

4.1 雨篷一般用于建筑的出入口,除有遮雨作用,还起着防止其上部物体 掉落对人体伤害等保护作用。玻璃倒置 (即玻璃面板朝下)的点驳接雨篷,一般难以起到保护作用,建议不采用该种 类型的雨篷,如果一定要使用,则建议在玻璃上方设置金属网,或对该类玻璃雨篷按相关规定进行撞击试验,确认安全后方可使用。

4.2 对采用有组织排水、面积较大的 雨篷,设计单位应与主体建筑设计单位 共同核实其上部建筑墙面落下的雨水量及雨篷板面的雨水量,是否在雨篷排水天沟及落水管的容纳量许可范围内。一 般应在排水天沟的端头设置溢水孔。

4.3 对于整体外形较厚且较宽的带拉杆雨篷,如高度超过 1.0m,宽度(进出位) 大于 3.0m,其两个及以上的拉杆不应平行(正看)设置。如果平行设置,拉杆上下端为铰接,在侧风压作用下,雨篷会有一定量的摆动,至少应有两个拉杆应优化为对称的小角度倾斜(正看)。

4.4 铝板雨篷,图纸中常忽略铝板加强筋的截面、间距等信息,计算书也常漏掉了铝板加强筋的校核。铝板加强筋宜用铝板加工图的形式表达,并应明确铝板脚码的间距等信息。

4.5 雨篷整体斜水过小,或玻璃及铝板板块过大、板块较薄、板块刚度较小, 导致雨篷积水积灰。参照《采光顶与金 属屋面技术规程》JGJ255-2012 的 4.3.6 条,雨篷表面的斜水坡度不应小于 3%。

4.6 由独立钢柱支承的轻钢雨篷,立柱根部没有按规范采用保护措施。《钢结构设计规范》GB50017-2003 的 8.9.3 强制性条文“柱脚在地面以下的部分应 采用强度等级较低的混凝土包裹(保护 层厚度不应小于 50mm),并应使包裹 的混凝土高出地面不小于 150mm。当柱 脚底面在地面以上时,柱脚底面应高出 地面不小于 100mm”,应按规范要求执行。

5. 小结

轻钢雨篷的设计,牵涉到较多的规范,要考虑建筑、机械、结构、力学计 算等诸多方面的因素,其根本的出发点 就是安全。本文从轻钢雨篷施工图强制 性审查及咨询的角度,提出相关问题, 指出适用规范的相关条文,应考虑的相 关因素及构造措施,确保轻钢雨篷的安 全。

作者为:谢得亮 

中国建筑装饰协会幕墙专家

深圳市土木协会幕墙专家

深圳市幕墙施工图审查专家

雨篷 | 轻钢雨篷设计的常见问题及解决方案-西创系统(图10)

雨篷 | 轻钢雨篷设计的常见问题及解决方案-西创系统(图11)

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