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      高架車站膜結構雨棚的設計與施工
      2021-03-28

      結合高架車站雨棚,從強制條件、荷載組合、計算模型以及結構驗算等方面闡述了膜結構的設計要點。以寬雨棚為例,從材料特性、梁的計算、索的計算、膜的計算以及撓度計算說明了結構驗算方法,同時介紹了鋼結構支撐和膜材的施工要點,以期為類似工程提供參考借鑒。

      工程概況:某國際輕軌工程為 EPC項目,全線長 17.6 km,共設計 9 座高架車站。站臺雨棚設計為膜結構,共 有 110 265 m2,其支持體系為鋼結構,頂部沿線路方向凸凹相間,間距 9.12 m,凸型頂桿最高點距站臺面10.494 m,凹型頂桿最高點距站臺面 11. 673 m。每座車站站臺雨棚都包括寬和窄兩種結構形式,寬雨棚鋼立柱間距為 7.9 m,窄雨棚鋼立柱間距為3.025 m,見圖 1。

      2 膜結構設計要點

      2. 1 強制條件

      ( 1) 材料重量

      膜材的重量: 1. 15 kg /m2 ; 鋼材的重量: 78. 5 kN /m2。 

      ( 2) 風載

      基本風速: 42 m / s;基本風壓力: 1. 24 kN /m2。

      ( 3) 張拉力

      膜材在縱橫向的張拉力為 2. 0 kN /m。 

      ( 4) 活載

      人行活載: 1. 5 kg /m2 ; 軌道上的活載: 垂直和橫向均為 1. 0 kN /m。 

      ( 5) 積水

      膜結構在下雨條件下無積水,不考慮雨水的自重和水壓力。

      2. 2 荷載組合

      歐洲相關設計規范要求,以下 5 種荷載組合形式必須考慮。 

      ( 1) 荷載組合1: 1. 2DL( DL 為恒載,包括張拉力) 

      ( 2) 荷載組合 2: 1. 2DL + 1. 4LL( LL 為活載) 

      ( 3) 荷載組合 3: 0. 9DL + 1. 4WLup( WLup 為向上的風載)

      ( 4) 荷載組合 4: 1. 2DL + 1. 4WLdn( WLdn 為向下的風載)

      ( 5) 荷載組合 5: 1. 2DL + 1. 4WLdn + 1. 0LL每種荷載組合形式均包括張拉力和結構自重。

      2.3 計算模型

      在概率理論的基礎上應用大型的有限元分析程序進行建模,所有的膜( 索) 和鋼柱之間的聯接視為鉸接。

      2.3.1 寬雨棚結構尺寸及計算模型

      在結構分析中,寬雨棚采用的結構尺寸及計算模型見表 1 和圖 2。

      2.3.2 窄雨棚結構尺寸及計算模型在結構分析中,窄雨棚采用的結構尺寸及計算模型見表2和圖3。 

      2.4 結構驗算

      以寬雨棚為例闡述結構驗算過程。

      2.4.1 材料特性

      ( 1) 膜

      采用德國生產的杜肯 B18089 型 PTFE 涂層玻璃纖維膜材,其厚度為 0. 7 mm,張拉力縱向為 140 kN/m、橫向為120 kN/m。安全系數為短時間內工作荷載的4倍,即自重、張拉力與風載之和的4倍。

      膜結構由于具有自重輕、造價相對低、造型優美、施工速度快、使用安全可靠以及良好的抗震性能等優點,而被國內外廣泛采用。鋼結構支撐和膜材是膜結構的關鍵,其設計與施工的好壞將直接影響到膜結構的整體質量和使用壽命。本文對鋼結構支撐和膜材的設計與施工要點進行了闡述,可為類似工程提供借鑒。


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