雨棚设计方法分析

张传磊李桃君

北京中航油工程建设有限公司北京100012

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）

Zhangchuanleilitaojun

Abstract：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。

1.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/㎡，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<2.2×hb=2.2×0.4=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=0.5×1.5=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=[L5×（L3+L4）-0.5×L32×2]×L1×8=]4.2×（0.75+0.85）-0.5×0.752×2]×0.25×8=12.315KN，

Gr计算点距离墙边缘L2=0.125m，

则抗倾覆力矩为Mr=0.8Gr×（L2-x0）=0.8×12.315×（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=0.007×20+0.03×14+0.02×2+0.005×20=0.7KN/㎡

根据图4雨棚板结构尺寸，雨棚板自重q2=0.5×（0.13+0.1）×25=2.875KN/㎡

雨棚端部翻沿板q3=0.8×0.25×25=5KN/m，雨棚板长度L=1.275-0.08=1.195

恒载下倾覆力矩：

mov1=（q1+q2）×L×（0.5×L+x0）+q3×L×（0.5×L+x0）=（0.7+2.875）×1.195×（0.5×1.195+0.0325）+5×（1.195+0.0325）=8.83KN.m/m，则

Mov1=8.83×（b+2×0.6）=8.83×（1.5+2×0.6）=23.84KN.m

活载（检修荷载）下的倾覆力矩：

Mov2=F×（L+x0）=1×（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+0.7×1.4×Mov2=1.35×23.84+0.7×1.4×1.228=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。

2.数据准备

雨篷梁净跨z=1.5m，已知雨棚梁截面尺寸b×h=250×400mm，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）。

3.雨篷梁内力计算

雨篷梁上覆墙体高度hw=1.6m>1/2×1.5=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=8h1×L1=8×0.75×0.25=1.5KN/m。

雨棚板及其装修自重：

g2=q1×L1+q2×L1=0.7×1.195+2.875×1.195=4.272KN/m，

由上述得，雨棚板翻沿自重q3=5KN/m；

雨篷梁自重g3=b×h×25=0.25×0.4×25=2.5KN/m.

恒载下雨棚梁支座所受弯矩：

Mg=1/12×（g1+g2+g3+q3）z2=1/8×（1.5+4.272+2.5+5）×1.52=3.733KN.m

恒载下雨篷梁支座所受扭矩：

Tg=[（q1×L1+q2×L1）×1/2×L1+q3×L1]×0.5z=[（0.7×1.195+2.875×1.195）

×1/2×1.195+5×1.195]×0.5×1.5=6.4KN.m

恒载在雨篷梁所受剪力：

Vg=1/2×（g1+g2+g3+q3）z=1/2×（1.5+4.272+2.5+5）×1.5=9.954KN.m

检修荷载下雨篷梁支座处弯矩：Mq=1/8×Fz=1/8×1×1.5=0.188KN.m

检修荷载下雨篷梁支座处剪力：Vq=1/2F=1/2×1=0.5KN

检修荷载下雨篷梁支座处扭矩：Tq=F×1/2z=1×1/2×1.5=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+0.7×1.4Mq=1.35×3.733+0.7×1.4×0.188=5.223KN.m

V=1.35Vg+0.7×1.4Vq=1.35×9.954+0.7×1.4×0.5=13.93KN

T=1.35Tg+0.7×1.4Tq=1.35×6.4+0.7×1.4×0.75=9.375KN.m

4.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：250-2×25-10=190mm<200mm，满足规范间距要求。

分上中下三层设纵筋，竖向间距=

400mm-2×25-10=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。

在雨篷梁锚入两侧柱（墙）内后，则雨篷梁变为弯剪扭构件，其配筋计算可通过《混凝土结构设计规范》相应的条文进行，从以上计算分析可得出，梁的配筋不大，基本为构造配筋，而雨棚板受力纵筋为计算配筋。悬挑板纵筋不能太小，应引起注意。

参考文献：

[1]GB50010-2010，《混凝土结构设计规范》（2015年版）

[2]GB50003-2011，《砌体结构设计规范》

[3]《混凝土结构设计原理》.北京：中国建筑工业出版社