《钢结构平面桁架单臂悬挑站台雨棚结构受力分析研究》由会员分享，可在线阅读，更多相关《钢结构平面桁架单臂悬挑站台雨棚结构受力分析研究（7页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、钢结构平面桁架单臂悬挑站台雨棚结构受力分析研究 【摘 要】 以一新建铁路旅客车站站台雨棚为例，对钢结构平面桁架单臂悬挑站台雨棚的结构方案、结构计算受力分析进行了介绍，提出了拉杆角度与拉杆位置的选取、下弦杆强度与平面外稳定、格构柱柱顶位移与强度控制是影响结构设计结果的主控因素，应用MIDAS GEN通用有限元计算软件进行对比分析，得到了合理的拉杆角度与拉杆位置、设置下弦杆隅撑、设置格构式双肢斜向支撑、适当设置尾翼的方法可以使结构达到更优的受力状态。 【关键词】 旅客车站 站台雨棚 拉杆 合理夹角 平面外稳定 斜向支撑 尾翼 1 引言 伴随着国民经济的发展，站台雨棚作为铁路客运车站的重要组成部分，
2、其结构形式历经着混凝土结构到钢结构的转变，应运而生了一系列规模空前的大空间、大跨度钢结构雨棚。无疑，对于这种造型各异的大空间跨度雨棚，钢结构是首当其冲的结构材料，同时，也对相关工程提出了更高的设计要求，本文就钢结构平面桁架单臂悬挑站台雨棚进行了受力分析研究。 2 结构方案 根据建筑造型及结构受力等特点，实际结构设计中将站台雨棚分为三个结构区段，分别为：主站房区段，主站房东侧区段、主站房西侧区段，因主站房西侧区段雨棚沿轨道方向超长，为了有效减少温度应力影响，在主站房西侧设置了一道伸缩缝，基本控制在每120-150米设置一道伸缩缝，通过结构缝的设置，将雨棚分为明确的受力单元，分别进行结构设计与计算
3、。 单臂悬挑钢结构雨棚的悬挑钢梁多采用H型钢，本工程根据建筑造型要求，采用了钢结构平面桁架型式，雨棚结构采用钢管混凝土双肢格构柱、平面桁架梁与拉杆组成，此种结构通过初算及桁架构造要求，桁架端部高度取其悬挑长度的1/8到1/10，按照悬挑长度13m计，桁架端部高度1.5米。受建筑造型及梁柱节点安全可靠原则的限制，将各榀平面桁架端部高度取为一致，即都取为1.5m。混凝土双肢格构柱单柱截面为直径350mm的钢管混凝土柱，格构柱双肢间距1000mm，双肢间通过柱间撑杆连接，撑杆沿柱长方向距离为1500mm。钢管混凝土柱柱顶位置设置一拉杆拉结于平面桁架梁上弦。站台雨棚单榀与整体结构计算模型如图1、图2。
4、 3 设计主要参数及荷载取值 3.1 设计主要参数 1）结构设计使用年限50年； 2）建筑结构安全等级为二级，结构重要性系数1.0； 3）抗震设防烈度8度，设计基本地震加速度0.2g，设计地震分组为第一组，场地为III类场地。 3.2 荷载标准值 1）自重：程序自动计算； 2）恒载：0.5kN/m2（含屋面作法）； 3）活载：不上人屋面0.5kN/m2，基本雪压0.35kN/m2，比活荷载小，二者取大值； 4）风荷载：地面粗糙度类别为B类，50年一遇基本风压为0.55 kN/m2； 5）温度：30。 3.3 荷载组合 荷载组合考虑了恒载、活载、风荷载、温度作用、地震作用等各项荷载按照荷载规范要
5、求进行了组合，本文重点给出了三组典型控制情况下的荷载组合。 第一组（恒荷载、风吸力与升温组合） 1）1.0恒荷载+1.4左风吸+1.40.6升温 2）1.0恒荷载+1.4右风吸+1.40.6升温 3）1.0恒荷载+1.40.6左风吸+1.4升温 4）1.0恒荷载+1.40.6右风吸+1.4升温 第二组（恒荷载、活荷载、风压与降温组合） 1）1.2恒荷载+1.4活荷载+1.40.6左风压+1.40.6降温 2）1.2恒荷载+1.4活荷载+1.40.6右风压+1.40.6降温 3）1.2恒荷载+1.40.7活荷载+1.4左风压+1.40.6降温 4）1.2恒荷载+1.40.7活荷载+1.4右风压+
6、1.40.6降温 5）1.2恒荷载+1.40.7活荷载+1.40.6左风压+1.4降温 6）1.2恒荷载+1.40.7活荷载+1.40.6右风压+1.4降温 7）1.35恒荷载+1.40.7活荷载+1.40.6左风压+1.40.6降温 8）1.35恒荷载+1.40.7活荷载+1.40.6右风压+1.40.6降温 第三组（恒荷载、活荷载、地震与风压组合） 1）1.2（恒荷载+0.5活荷载）+1.3Ex+1.40.2左风压 2）1.2（恒荷载+0.5活荷载）+1.3Ex+1.40.2右风压 3）1.2（恒荷载+0.5活荷载）+1.3Ey+1.40.2左风压 4）1.2（恒荷载+0.5活荷载）+1.
7、3Ey+1.40.2右风压 4 结构受力分析的主控因素 结构受力计算采用通用有限元软件MIDAS GEN进行分析计算，现将结构受力分析中影响设计结果的主控因素介绍如下。 该实际工程位于内蒙古地区，基本风压较大，在风吸力和风压力的交互作用下，悬挑平面桁架的悬挑端位移的控制是影响设计结果的主控因素之一，通过设置拉杆可以很好的控制平面桁架的悬挑端位移，经过试算，钢管混凝土柱与拉杆角度及拉杆拉结桁架上弦的位置对于计算结果有着较大影响，通过多种拉杆角度的对比计算分析，最终确定了拉杆与雨棚柱角度在65度左右时，在满足同样的结构应力比及桁架挠度情况下，拉杆轴力最小，过大与过小的角度都使得拉杆承担了更大的轴力
8、，从而使结构受力不利。换言之，拉杆与雨棚柱角度在65度左右时，可达到最优的受力状态，使得结构更为经济、合理。 在一般荷载作用下，平面桁架下弦杆是支撑整个平面桁架体系的关键，桁架梁与格构柱交接的梁柱节点处下弦杆的强度控制及下弦平面外稳定是影响设计结果的又一主控因素，经过模型对比试算，在风压力、恒荷载、活荷载及降温荷载组合情况下，下弦应力达到最大值。在计算平面外，由于桁架上弦杆有上部檩条及屋盖的支撑，平面外计算长度可以分段计算，平面外稳定性较好。而平面桁架的下弦，平面外没有支撑，平面外稳定计算长度应按照悬挑构件考虑，下弦平面外的稳定成为平面桁架最为重要的控制因素，在实际工程中，通过设置轻巧的隅撑，
9、隅撑将下弦杆与屋面檩条拉结一起，减小了平面外下弦杆计算长度，可以很好的保证下弦杆的平面外稳定。 在荷载作用下，单臂的悬挑将产生很大的不平衡弯矩，格构柱用来承担这一不平衡弯矩。从抵抗这一不平衡弯矩角度上考虑，格构柱的强度及柱顶位移控制是影响设计结果的另一主控因素，通过模型对比试算，设置格构式双柱斜向支撑，可以有效降低格构柱应力比，降低柱顶位移，使得结构受力更为合理。而从如何使结构本身自平衡这一弯矩角度上考虑，尾翼的设置无疑使得结构能够降低悬挑结构的不平衡弯矩。 5 结论及建议 针对平面桁架单臂悬挑站台雨棚的建筑造型要求，通过结构模型的试算对比分析，提出如下几点结论及建议。 （1）合理选取拉杆角度
10、与拉杆位置，就此类单臂悬挑雨棚，拉杆设置在悬挑长度的2/3，拉杆与雨棚柱角度在65度左右时，可达到最优的受力状态，使得结构更为经济、合理。同时，需要注意拉杆与桁架相连的销钉设计，应保证销钉的剪切破坏不提前于拉杆的极限受拉破坏。 （2）桁架下弦杆是支撑整个桁架体系的关键，通过设置隅撑，下弦杆的平面外稳定性可以得到满足。 （3）设置格构式双肢柱柱间斜向支撑，这样更能发挥钢管混凝土格构柱的使用效率，可以有效降低格构柱应力比，从而降低钢材用量。 （4）适当设置尾翼，可以有效平衡单臂悬挑的不平衡弯矩，从而可以达到更大的安全储备或在同等安全储备条件下，降低钢材用量。 （5）上述对此类平面桁架单臂悬挑站台雨棚的计算方法及受力分析研究与探讨可对今后类似工程提供参考。 参考文献： 1管桁架结构设计与施工.中国建筑工业出版社. 2钢结构设计手册.中国建筑工业出版社. 3建筑结构荷载规范GB50009-2012. 4钢结构设计规范GB50017-2003. 5钢管混凝土结构设计与施工规程（CECS28：90）.中国计划出版社. 6midas Gen工程应用指南.中国建筑工业出版社.
