谈雨棚设计中连接形式比较

摘要 建筑幕墙设计中雨棚的外观形式很多，对如何正确选择结构形式也很重要。本文通过雨棚外伸梁与主体结构的连接形式分析比较，从力学的角度讨论结构，得出在雨棚设计中固接和铰接的区别。

关键词雨棚连接方式结构选型

中图分类号：S611文献标识码： A

1、概述

在雨棚设计中，无论主梁还是次梁，常会遇到外伸梁的情形。一般来说，这种外伸梁与主体结构的连接有固接和铰接两种。平面物体的运动可以分解为两个方向的平动和一个平面内的转动,如果三个运动都被限制了,则为固接,力学上成为固定段约束;如果物体可以绕一点转动,则这种连接方式为铰接。铰接约束只能限制移动不能限制转动。固接约束既能限制移动也能限制转动。从力学角度来说，铰接约束只能提供力。固接又叫刚接能提供力和力矩

2、两种连接形式的比较

雨棚外伸梁与主体结构两种连接受力分析如下图：

固接受力分析图

铰接受力分析图

上图为外伸梁以固端与主体结构边梁连接，外伸梁上最大弯矩在固端，为：Mmax=q（a2/8-b2/4）固端剪力为：RA= qb（4+3b/a）/4

下图为外伸梁以铰支与主体结构边梁连接，外伸梁上最大弯矩在跨中，为：Mmax=q（a2/8-b2/4）A支座剪力为：RA= qb（2+b/a）/2

于是得到如下结论：雨棚外伸梁无论以固端和主体结构边梁连接还是以铰支与主体结构边梁连接，其最大弯矩相等，即使用材料强度要求完全一样，但对主体结构来说，负担却不同；外伸梁以固端和主体结构边梁连接情形：主体结构边梁受到最大弯矩。而外伸梁以铰支与主体结构边梁连接情形：主体结构边梁受到很小弯矩，为梁的剪力与铰到边梁构造距离的乘积。所以，在雨篷设计选择锚固件上，固接和铰接就有区别了。

举例：荷载6.576 KN/m， 外伸梁7.2m＋1.8m，

端部固接，按前式计算：

RA= qb（4+3b/a）/4 ＝6.576×1.8（4＋3×1.8/7.2）/4=14.056 KN

Mmax=q（a2/8-b2/4）=6.576(7.22/8- 1.82/4)=37.286 KN.m

按6根锚栓计算，最大单个锚栓设计拉拔力为62.143KN,剪力为

2.343 KN，试验拉拔力为124 KN。

改用端部按铰接计算：

RA= qb（2+b/a）/2=6.576×1.8(2+1.8/7.2)/2=13.316 KN

Mmax=q（a2/8-b2/4）=6.576（7.22/8-1.82/4）=37.286 KN.m(在跨中)

根据RA=13.316 KN，铰支点离锚件表面0.15m，算得锚件弯矩为：

MA=13.316×0.15=1.997 KN.m

按6根锚栓计算，单个锚栓最大设计拉拔力为3.329 KN ，剪力2.219 KN;试验拉拔力为6.658 KN。

固接与铰接弯矩和剪力比较表

这两种不同的端部构造，使得端部弯矩相差近20倍。相应锚栓的拉拔力也相差近20倍。

3、总结

在实际工程中，连接对转动约束达到理想刚接的90%以上，可视为刚接，在外力作用下，柱梁轴线夹角的改变量达到理想的铰接的80%以上，可视为铰接。但带拉杆的雨棚，可以设计成铰接，这样结构更安全些。因此，在雨棚设计中，我们应尽可能地采用铰接构造而少采用固接构造。

参考文献：

[1]GB/T 21086-2007, 建筑幕墙. 北京：中国标准出版社

[2]孙训方，方孝淑，关来泰. 材料力学.北京：高等教育出版社，2002.

[3]龙驭球，包世华. 结构力学. 北京：高等教育出版社，2006.