雨棚设计方法分析

雨棚设计方法分析摘要：对混凝土结构雨棚构件进行了稳定性验算，验证了雨篷梁两端锚入混凝土柱（墙）的必要性。另外对雨棚构件进行了配筋计算。关键词：雨篷梁；倾覆；承载力；配筋面积Designmethodanalysisofcanopy（BeijingaviationoilconstructionCo.，Ltd）ZhangchuanleilitaojunAbstract：Thestabilitycheckingcalculationofconcretestructurecanopymembersiscarriedout，thenecessityofanchoringconcretecolumn（wall）atbothendsofawningbeamisverified.Inaddition，thereinforcementcalculationofcanopymembersiscarriedout.Keywords：AwningbeamCapsizingBearingcapacityReinforcementarea在建筑设计中，经常需要布置混凝土雨棚。作为一个常用构件，混凝土雨棚的设计是个常见的问题，雨棚设计最核心的为雨棚的抗倾覆，以及雨篷梁构件的设计。在砌体结构中，雨篷梁夹在承重墙中，承重墙本身重度较大，且传导楼屋面板的荷载，在承重墙自重以及上层楼屋面荷载作用下，雨棚较容易保持稳定。但在混凝土框架结构或者框剪结构中，由于填充墙为自承重墙，本身自重较小，且不传导楼屋面荷载，这样仅依靠自承重墙的作用难以保持稳定，下面以具体实例来定量说明这个问题。计算实例某三层框架结构办公楼，墙体采用A3.5蒸压加气混凝土砌块，墙厚250mm，在一层门洞顶设混凝土雨棚，如图1所示。图1雨棚平面布置示意图2雨棚剖面做法示意为方便设计计算，将该雨棚建筑图简化为计算模型如下图所示。图3雨篷计算剖面示意图4雨篷计算平面示意一、雨棚抗倾覆稳定计算。数据准备墙厚L1=0.25m，墙体采用蒸压加气混凝土砌块，蒸压砌块加装修层做法取8KN/m3。根据图2雨棚做法，砂浆自重取20KN/m3，细石混凝土自重取24KN/m3,聚苯板自重取0.02KN/m，钢筋混凝土自重取25KN/m3，门洞宽度b=1.5，在雨棚端部（翻沿上方）设F=1KN的检修荷载。计算抗倾覆力矩雨篷埋入砌体墙的长度即为墙厚L1=0.25m，根据《砌体结构设计规范》，hb=0.4m，L1=0.25<2.2xhb=2.2x0.4=0.88m，则雨篷的计算倾覆点x0=0.13x0.25=0.0325m。雨篷抗倾覆荷载为图4虚线范围内墙体自重。该范围墙体几何尺寸为：L3=0.5x1.5=0.75m，L4=1.6-0.75=0.85m，L5=L3+0.6+1.5+0.6+L3=4.2m,墙体及装修层自重：Gr=[L5x(L3+L4)-0.5xL32x2]xL1x8=]4.2x(0.75+0.85)-0.5x0.752x2]x0.25x8=12.315KN,Gr计算点距离墙边缘L2=0.125m,则抗倾覆力矩为Mr=0.8Grx(L2-x0)=0.8x12.315x(0.125-0.0325)=0.9113KN.m。由此结果可看出，由于蒸压砌块为轻质材料，自重很小，产生的抗倾覆力矩数值非常小，而由于建筑标高的限制，不能随意加大上覆墙体高度，即使增加墙体高度效果也很差。3.计算倾覆力矩根据图2雨棚装修做法，雨棚板装修层自重q1=0.007x20+0.03x14+0.02x2+0.005x20=0.7KN/m2根据图4雨棚板结构尺寸，雨棚板自重q2=0.5x(0.13+0.1)x25=2.875KN//雨棚端部翻沿板q3=0.8x0.25x25=5KN/m，雨棚板长度L=1.275-0.08=1.195恒载下倾覆力矩：mov1=(q1+q2)xLx(0.5xL+x0)+q3xLx(0.5xL+x0)=(0.7+2.875)x1.195x(0.5x1.195+0.0325)+5x(1.195+0.0325)=8.83KN.m/m，则。Mov1=8.83x(b+2x0.6)=8.83x(1.5+2x0.6)=23.84KN.m活载(检修荷载)下的倾覆力矩：Mov2=Fx(L+x0)=1x(1.195+0.0325)=1.228KN.m可看出恒载下倾覆力矩远大于活载下倾覆力矩，荷载组合由恒载控制。Mov=1.35Mov1+0.7x1.4xMov2=1.35x23.84+0.7x1.4x1.228=33.39KN.m从以上计算分析得出，Mr<<Mov，对于框架(框剪)结构，单纯依靠围护墙砌块的自重远远无法保证雨棚的倾覆稳定，因此需将雨棚梁两端锚入混凝土柱或墙内，将倾覆弯矩通过雨篷梁传到至柱(墙)，再通过柱(墙)传导至整个结构和基础。这样可保证雨棚板的稳定(如图6所示，雨篷梁两端锚入框架柱和构造柱)。二、雨篷梁构件配筋计算。1.受力分析将雨篷梁锚入框架柱和构造柱内，此时雨棚的倾覆荷载由框架柱和构造柱承受，能够保持稳定，则雨棚的设计主要为雨篷梁构件的设计问题。将雨篷梁简化为两端固结梁，在使用工况下，雨棚梁承受的荷载为：恒载：墙体自重，雨棚板及其装修层自重，雨棚板翻沿自重，以及雨篷梁自重。活载：考虑F=1KN的检修荷载。在以上荷载作用下，雨棚梁为弯剪扭构件，在承托砌体隔墙自重作用下受弯以及受剪；在雨棚自重及装修层重作用下雨篷梁受扭，其受力计算简图如图5所示。图5雨篷梁内力分布图示意从计算简图可看出，雨棚梁在端部支座处同时受有较大的弯矩、剪力、扭矩，最不利截面位于支座处，下面进行雨棚梁的配筋设计。数据准备雨篷梁净跨z=1.5m，已知雨棚梁截面尺寸bxh=250x400mm，C30混凝土(fc=14.3N/^)，混凝土重度25KN/m3，采用HRB400钢筋，钢筋保护层厚度25mm。取受拉钢筋合力点距离梁下边缘距离as=40m，则梁截面有效高度h0=360mm。纵筋采用三级钢(HRB400)；箍筋采用一级钢(HPB300)。雨篷梁内力计算雨篷梁上覆墙体高度hw=1.6m>1/2x1.5=0.75m，根据《砌体结构设计规范》7.2.2条，则考虑h1=0.75m高度墙体自重，为g1=8h1xL1=8x0.75x0.25=1.5KN/m。雨棚板及其装修自重：g2=q1xL1+q2xL1=0.7x1.195+2.875x1.195=4.272KN/m，由上述得，雨棚板翻沿自重q3=5KN/m；雨篷梁自重g3=bxhx25=0.25x0.4x25=2.5KN/m.恒载下雨棚梁支座所受弯矩：Mg=1/12x(g1+g2+g3+q3)z2=1/8x(1.5+4.272+2.5+5)x1.52=3.733KN.m恒载下雨篷梁支座所受扭矩：Tg=[(q1xL1+q2xL1)x1/2xL1+q3xL1]x0.5z=[(0.7x1.195+2.875x1.195)x1/2x1.195+5x1.195]x0.5x1.5=6.4KN.m恒载在雨篷梁所受剪力：Vg=1/2x(g1+g2+g3+q3)z=1/2x(1.5+4.272+2.5+5)x1.5=9.954KN.m检修荷载下雨篷梁支座处弯矩：Mq=1/8xFz=1/8x1x1.5=0.188KN.m检修荷载下雨篷梁支座处剪力：Vq=1/2F=1/2x1=0.5KN检修荷载下雨篷梁支座处扭矩：Tq=Fx1/2z=1x1/2x1.5=0.75KN.m可看出恒载下内力远大于活载下内力，荷载组合由恒载控制：M=1.35Mg+0.7x1.4Mq=1.35x3.733+0.7x1.4x0.188=5.223KN.mV=1.35Vg+0.7x1.4Vq=1.35x9.954+0.7x1.4x0.5=13.93KNT=1.35Tg+0.7x1.4Tq=1.35x6.4+0.7x1.4x0.75=9.375KN.m配筋计算受扭纵筋应均匀分布在梁截面的四周边，且间距不大于200mm2,该梁截面宽度250mm，按如图6所示。图6受扭纵筋分布示意在顶底板板布置两根纵筋，其间距：250-2x25-10=190mm<200mm，满足规范间距要求。分上中下三层设纵筋，竖向间距=400mm-2x25-10=170mm<200mm，满足规范间距要求。底层受拉纵筋+受扭纵筋截面积A底=200+365/3=321.7mm2，采用3C12，As=339mm2>321.7mm2中部、上部所需截面积分别为365/3=121.7mm2，2C10，As=157mm2>121.7mm2，如图7所示，从以上计算分析可得出，雨篷梁配筋计算面积较小，一般为构造配筋。三、结论通过以上实例分析，定量分析了雨篷梁框架结构雨篷梁的稳定及配筋问题，框架结构中，雨篷梁必须要锚入混凝土和构造柱内，否则无法保持稳定。在雨