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雨篷 | 輕鋼雨篷設計的常見問題及解決方案-西創系統

2022-03-21 08:07:45 閱讀:

雨篷 | 輕鋼雨篷設計的常見問題及解決方案-西創系統(圖1)


近五年來,在深圳地區幕墻及外裝飾工程的施工圖強制性審查及咨詢過程中,發 現有較多的輕鋼雨篷設計不符合規范要求,出現安全隱患。本文針對輕鋼雨篷施工圖設計 與規范要求不相符等常見問題,進行分析,并提出相應的解決方案。 

【關鍵詞】輕鋼雨篷;長期荷載;懸挑;扭轉

輕鋼雨篷的飾面材料主要有夾膠鋼 化玻璃、鋁板、不銹鋼板等,屬于建筑 的外圍護結構,其外型美觀、新穎,常被用于民用建筑和工業建筑中,尤其廣泛應用于民用建筑的公共建筑和居住建筑。

與輕鋼雨篷有關的規范主要有:《建 筑結構荷載規范》GB50009-2012、 《混凝土結構設計規范》GB50010-2010、《 鋼結構設計規范》GB50017- 2003、《混凝土結構后錨固技術規程》 JGJ145-2013、《建筑玻璃應用技術規程》JGJ113-2015等。

雨篷 | 輕鋼雨篷設計的常見問題及解決方案-西創系統(圖2)

雨篷 | 輕鋼雨篷設計的常見問題及解決方案-西創系統(圖3)

雨篷 | 輕鋼雨篷設計的常見問題及解決方案-西創系統(圖4)

雨篷 | 輕鋼雨篷設計的常見問題及解決方案-西創系統(圖5)

雨篷 | 輕鋼雨篷設計的常見問題及解決方案-西創系統(圖6)

其中,對跨中無側向支撐點的簡支 梁,l1 為其跨度。如本工程雨篷縱梁選用 H300x180x10x12 的 H 型鋼,材質為 Q235B,在拉桿處設置側向支撐桿件, 荷載作用在上翼緣,簡支梁的跨度為 4500mm,翼緣板寬度 b1 為 180mm, 則其比值為 4500/180=25,比表 4.2.1 的 13 大,應按 4.2.2 條公式 Mx/φbWx ≤ f 進行整體穩定性驗算,其中 φb 為梁的 整體穩定系數,應按《鋼結構設計規范》 GB50017-2003 的附錄 B 確定。對懸挑 構件,僅其前端有側向支撐時,其 l1 可 按其跨度取值計算。

1.1.3.5 雨篷拉桿,在深圳等基本風壓較大的地區,并非真的僅是“拉桿”, 如果只考慮恒載與活載的組合作用,即N/A ≤ f,拉桿截面較小,在較大的負風壓作用下,桿件會失穩。為避免失穩, 應考慮拉桿在受壓力作用時的穩定系數因素,即 N/φA ≤ f,其中 φ 為軸心受 壓桿件的穩定系數,按《鋼結構設計規范》GB50017-2003 的 附 錄 C 采 用,C 為 0~1 的數值。因受壓桿件的穩定系數 φ 是由計算出來的長細比 λ 及桿件截面屬性,按《鋼結構設計規范》GB50017- 2003 的附錄 C 采用的?!朵摻Y構設計規范》 的第 5.3.8 條及 5.3.8 表,如果拉桿按支撐類考慮,雨篷拉桿在軸心受壓作用時, 其長細比取 λ ≤ 200,則桿件會比較粗。在該規范第 5.3.9 條的受拉構件的容 許長細比取值表 5.3.9 下的注釋第 5 條, 受拉桿件在永久荷載作用與風荷載組合作用受壓時,其長細比不宜大于 250,即 λ ≤ 250,雨篷拉桿剛好適用該條解釋。一般情況下,建筑師不希望桿件太粗大, 長細比容許值大,其桿件截面會小些, 相對美觀些。

經過修改優化后的雨篷鋼架平面布 置圖,見圖 3。

雨篷 | 輕鋼雨篷設計的常見問題及解決方案-西創系統(圖7)

其中,經過優化、修改的, 主要有:

a 所有的雨篷縱梁根部與主體結構預 埋件鉸接;

b 縱梁前端的小橫梁改成通長的大橫梁,大橫梁由帶拉桿的 ZL01 縱梁支承, 大橫梁作 ZL02、ZL03 縱梁的梁端的支承點。ZL02、ZL03 縱梁的前端與方鋼 管大橫梁鉸接,避免大橫梁的扭轉。

c 拉桿的上端和下端設置連接耳板和銷軸,形成典型的二力桿。

d 拉桿的長細比按照 λ ≤ 250 考慮。

e 在縱梁的側向設置側向撐桿,確??v梁的整體穩定。


1.2 雨篷鋼化玻璃的強度設計值問題

按《建筑玻璃應用技術規程》 JGJ113-2015 的 4.1.9 表的短期荷載作用取值有誤,如 4mm~12mm 鋼化玻璃的強度設計值為 84N/mm ,應按 4.1.10條及 4.1.10 表的長期荷載作用下的強度設計值取值,即鋼化玻璃的強度設計值 分 別 為:4mm~12mm 為 42N/mm2。從字面看,玻璃長期荷載作用下的應力計算,只需取長期荷載即恒載進行計算, 這樣的理解是錯誤的,該規范的 8.2.6 條 抄摘內容如下:“雨篷的最大應力設計 值應按彈性力學計算,且最大應力不得超過長期荷載作用下的強度設計值”, 即在恒載與活載的設計值組合、風荷載與恒載的設計值組合作用下,玻璃的最 大應力不得超過長期荷載作用下的玻璃 強度設計值。

1.3 懸挑雨篷后埋件普通化學螺栓的計算問題

懸挑雨篷縱梁后埋件采用普通化學 螺栓,但沒有按照《混凝土結構后錨固 技 術 規 程》JGJ145-2013 的 第 6.2.2 條 的要求進行校核。一般懸挑較長(如 ≥ 1.5m)的雨篷縱梁,在長期荷載即恒載作用下,其根部彎矩較大,按照該規 范的第 6.2.2 條和第 6.2.4 條的公式計算, 普通化學錨栓難以滿足規范要求。該規 范第 6.2.2 條內容抄摘如下:普通化學錨 栓承受長期荷載作用,發生混合破壞時, 其受拉承載力應符合下列規定:

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

其中,NRk,p 為無間距、邊距影響時,

單個錨栓的受拉承載力標準值(N), 按本規程第6.2.4條計算。第6.2.4 條:錨栓混合破壞受拉承載力標準值 NRk,p=π×d×hef×τRK

其中 τRK 為粘結強度標準值(N/ mm2), 按本規程第 6.2.5 條取用。第 6.2.5 條抄摘如下:

τRK 應根據錨栓產品的認證報告確 定,無認證報告時,在符合相應產品及 基材混凝土強度等級不低于 C25 等規定 情況下,可按表 6.2.5 取用。

第 6.2.2 條和第 6.2.4 條的公式中, 有一個關鍵參數,即普通化學錨栓粘結 強度標準值 τRK,如果普通化學錨栓的 外側有玻璃、鋁板等裝飾面板,錨栓處 于類似室內的環境,則應認為屬于室內 環境;如果錨栓外側只有抹灰、墻磚或 直接裸露,則應屬于室外環境。

舉例:

懸挑雨篷采用 M12x160 普通化學螺 栓,6 個錨栓,錨固深度 110mm,沒有間距及邊距因素影響,螺桿公稱直徑為 12mm,處于室外環境,雨篷屬于外裝飾構件,即非結構構件。在長期荷載(恒載) 作用下:

錨栓混合破壞受拉承載力標準值 NRk,p=π×12×110×4×0.4 = 6632(N)

群錨栓混合破壞受拉承載力設計值 NhRd,l=0.55× NRk,p/γRp=0.55×6632/1.8 = 2026(N)

該群錨栓混合破壞受拉承載力設計 值數值僅為國內廠家的普通化學錨栓的 抗拉力設計值 17200N 的 12%,可見,懸挑雨篷的縱梁采用普通化學錨栓,很難滿足該規程的受力要求。怎么處理? 按照該規程,后埋件錨栓可采用特殊倒錐形化學錨栓、擴孔型錨栓等錨栓,則不受《混凝土結構后錨固技術規程》 JGJ145-2013 的第 6.2.2 條的約束。

雨篷 | 輕鋼雨篷設計的常見問題及解決方案-西創系統(圖8)

2. 施工圖設計的預埋件問題

2.1 雨篷預埋件錨筋為HRB335或HRB400,鋼板為 Q235B,選用 E50 系列焊條,是錯誤的,不同強度等紙的母材焊接,其焊條應就低不就高,即應選擇 E43 系列焊條。

2.2 雨篷預埋件的錨筋長度都按 15 倍錨筋直徑的長度取值是錯誤的,《玻璃幕墻工程技術規范》JGJ102-2003 的 附錄 C 的 C.0.5 之第 3 條的抄摘內容“當 錨筋的拉應力設計值小于鋼筋抗拉強度 設計值 fy 時,其錨固長度可適當減小, 但不應小于 15 倍錨固鋼筋直徑?!?/p>

該條文的不應小于 15D 是基本條件, 不是充分條件,注意是“不應小于”, 鋼筋的抗拉強度利用率分別為 30% 和 95%,其錨筋錨固長度要求明顯是不同的。

2.3 錨筋與鋼板采用手工焊,但沒有標注角焊縫的焊腳高度,應按《玻璃幕 墻工程技術規范》JGJ102-2003 的附錄 C 的 C.0.4 條執行,焊縫高度不宜小于 0.6d(HRB335 或 HRB400 級鋼筋),d 為鋼筋直徑。

2.4 當預埋件的錨筋計算長度較長時,需要采用機械錨固時,應按《混凝土結構設計規范》GB50010-2010的 第 8.3.3 條及表 8.3.3 的機械錨固形式設 置。錨筋末端采用機械錨固時,其錨固長度(包括彎鉤或錨固端頭在內的錨固 長度 < 投影長度 >)可按計算長度 La 的 60%。錨筋末端主要的機械錨類型,如 圖4所示。

雨篷 | 輕鋼雨篷設計的常見問題及解決方案-西創系統(圖9)


2.5 當預埋件存在扭矩時,在預埋件計算時,漏考慮扭矩對預埋件的不利影響,預埋件的設計也未考慮抗扭轉因素。在存在扭矩作用的預埋件設計中,建議采用扭剪焊栓、開口型鋼(如十字型鋼、 工字鋼等)單獨作為抗扭構造,并應抗 扭構造進行扭剪驗算。

3. 舊樓改造的輕鋼雨篷后埋件問題

《混凝土結構后錨固技術規程》 JGJ145-2013 的 第 3.1.3 條: 基材混凝土強度等級不應低于 C20。對于舊樓改造項目,主體混凝土強度經常低于 C20,則不允許采用后錨栓,可改用穿過 砼梁的對穿螺栓連接,但對穿做法應征 得主體結構設計單位或具有相應資質單位的認可?!痘炷两Y構后錨固技術規程》 JGJ145-2013 的 第 6.2.5 條: 基材混凝土強度等級不應低于 C25,否則,不應采用普通化學錨栓錨固。

4. 施工圖設計的其他常見問題

4.1 雨篷一般用于建筑的出入口,除有遮雨作用,還起著防止其上部物體 掉落對人體傷害等保護作用。玻璃倒置 (即玻璃面板朝下)的點駁接雨篷,一般難以起到保護作用,建議不采用該種 類型的雨篷,如果一定要使用,則建議在玻璃上方設置金屬網,或對該類玻璃雨篷按相關規定進行撞擊試驗,確認安全后方可使用。

4.2 對采用有組織排水、面積較大的 雨篷,設計單位應與主體建筑設計單位 共同核實其上部建筑墻面落下的雨水量及雨篷板面的雨水量,是否在雨篷排水天溝及落水管的容納量許可范圍內。一 般應在排水天溝的端頭設置溢水孔。

4.3 對于整體外形較厚且較寬的帶拉桿雨篷,如高度超過 1.0m,寬度(進出位) 大于 3.0m,其兩個及以上的拉桿不應平行(正看)設置。如果平行設置,拉桿上下端為鉸接,在側風壓作用下,雨篷會有一定量的擺動,至少應有兩個拉桿應優化為對稱的小角度傾斜(正看)。

4.4 鋁板雨篷,圖紙中常忽略鋁板加強筋的截面、間距等信息,計算書也常漏掉了鋁板加強筋的校核。鋁板加強筋宜用鋁板加工圖的形式表達,并應明確鋁板腳碼的間距等信息。

4.5 雨篷整體斜水過小,或玻璃及鋁板板塊過大、板塊較薄、板塊剛度較小, 導致雨篷積水積灰。參照《采光頂與金 屬屋面技術規程》JGJ255-2012 的 4.3.6 條,雨篷表面的斜水坡度不應小于 3%。

4.6 由獨立鋼柱支承的輕鋼雨篷,立柱根部沒有按規范采用保護措施?!朵摻Y構設計規范》GB50017-2003 的 8.9.3 強制性條文“柱腳在地面以下的部分應 采用強度等級較低的混凝土包裹(保護 層厚度不應小于 50mm),并應使包裹 的混凝土高出地面不小于 150mm。當柱 腳底面在地面以上時,柱腳底面應高出 地面不小于 100mm”,應按規范要求執行。

5. 小結

輕鋼雨篷的設計,牽涉到較多的規范,要考慮建筑、機械、結構、力學計 算等諸多方面的因素,其根本的出發點 就是安全。本文從輕鋼雨篷施工圖強制 性審查及咨詢的角度,提出相關問題, 指出適用規范的相關條文,應考慮的相 關因素及構造措施,確保輕鋼雨篷的安 全。

作者為:謝得亮 

中國建筑裝飾協會幕墻專家

深圳市土木協會幕墻專家

深圳市幕墻施工圖審查專家

雨篷 | 輕鋼雨篷設計的常見問題及解決方案-西創系統(圖10)

雨篷 | 輕鋼雨篷設計的常見問題及解決方案-西創系統(圖11)

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