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带拉杆雨篷的拉杆和耳板的设置原则

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    2021-6-19 14:40
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    [LV.Master]伴坛终老

    发表于 2021-5-15 08:55 | 显示全部楼层 |阅读模式
    同纯悬挑雨篷一样,带拉杆雨篷也常常被设计为静定体系,传力路径中某一环节发生问题,即可导致整体结构体系的破坏,结构容错能力较差。无法形成超静定结构体系所有的多道设防机制,对于设计或者施工缺陷过于敏感,这是带拉杆雨篷事故发生的重要原因。
        拉杆上下节点的强度问题则是拉杆雨篷发生事故的最重要诱因。对于结构体系传力层面的精准把控,拉杆角度等设计数据参数的合理化采用,节点细节设计时的精细化构造则是减少甚至避免事故发生的重要手段。
        虽然拉杆角度,雨篷形式选择,前出距离受建筑设计,主结构设计等方面制约较多,并非可以完全自由选择。但加强自身的理论水平(后埋件问题)、精细化节点构造设计是在其它条件无法自由决定时一个非常有效的加强结构安全手段,也是幕墙结构设计师可以完全掌控的方式方法之一。下文通过几个案例对带拉杆雨篷的拉杆和耳板的设置原则进行讨论和汇总。

      上图明显为拉杆下拉点连接耳板同雨篷梁的连接焊缝拉脱所致。事故雨篷出挑长度10米,左右宽13米,离地高度4.8米,仅仅从图片上分析,事故的直接原因雨篷荷载较大,拉杆下拉点耳板同雨篷梁的连接焊缝承载力不足导致的焊缝破坏,可经过更进一步分析,其事故的原因还有以下三点更深层次的原因:
    1. 悬挑达到十米,使用拉杆雨篷已经不太合适,常规拉杆不应超过六米(后埋件)到八米(预埋件)为宜,从雨篷结构体系选型上应优先采用带柱框架式雨篷。
    2. 拉杆角度设计太小,拉杆的斜拉角度应超过40度,在兼故受力的视觉美观条件下则40度到60度为佳,本事故雨篷估算为34度。雨篷下拉点位置确定后,雨篷拉杆承受拉力的竖向分量G也就确定,其轴向拉力为N=G/sinɵ,拉杆拉力水平分量F= GCtgɵ,显然雨篷拉杆倾角ɵ是决定拉杆拉力的重要因素。拉杆拉力随着倾角ɵ的减小而快速增加(若存在偏心距e,则偏心距e也会随着夹角的减少而增加),拉杆下节点力学分析图详见图1。
    图片

    3. 拉杆耳板设计不甚合理,拉杆线轴方向明显不通过耳板同钢梁连接焊缝中心,会产生偏心矩,此时该焊缝除了正常的拉剪作用外,尚且存在弯矩作用。图2及图3为正确与不合理拉杆节点设计。此拉杆下拉点节点受力分析如图1所示。而且没有设置侧向加筋肋的耳板除了常规的焊缝或者耳板强度破坏外,尚且容易在强大偏心弯距作用下发生侧向失稳破坏。拉杆下节点力学分析图详见图1。
    图片

    4. 虽然不是造成事故的原因,但从照片可以看到,该拉杆节点构造设计明显太过单薄。此雨篷结构设计年代,GB50017《钢结构设计标准》2017版虽然尚未发布,拉杆耳板与销轴的计算尚且不够成熟和完善。但是GB50017《钢结构设计规范》2003版中除了销轴与耳板的局压和抗剪计算外,尚且对耳板孔边距等有明确的确定。而事故照片中的耳板销轴孔边距明显距离偏小,亦同样存在安全隐患。
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