不锈钢廊架与凉亭:结构、节点与遮阳
户外构筑物,风荷载是主要控制工况。本篇说明立柱间距与长细比、相贯节点怎么做、格栅遮阳率怎么算、排水坡度与基础做法,按景观项目的实际参数给出可落地的尺寸。
廊架( Pergola )和凉亭是景观里的「骨架」,不锈钢因为耐候、纤细、可做细节点,用得越来越多。但它和室内装饰最大的区别是:要算风。
一个 3×6m 的廊架,迎风面积接近 20㎡,在基本风压 0.6 kN/㎡ 的地区,风荷载能到 12kN 以上,相当于 1.2 吨的推力。立柱和基础没算够,台风天就倒。
一、结构:立柱、横梁、檩条
常用截面:
- 立柱:Φ114×3 或 100×100×3 方管,间距 3.0~4.0m;
- 主梁:100×50×3 或 120×60×3 矩形管,跨度 3~4m;
- 檩条:40×40×2 或 50×30×2,间距 600~900mm;
- 遮阳格栅:30×3 扁钢或 40×20×1.5 方管,间距 100~150mm。
立柱间距不是随便定的。3m 是「经济跨度」——再大,梁的截面要加,造价上升;再小,柱子太密,视线受阻。4m 以上要做桁架或者加中柱。
柱子的长细比控制在 150 以内。Φ114×3 的管,回转半径约 39mm,计算长度 3m 时长细比 77,没问题;如果做 5m 高的柱子,长细比 128,接近上限,要加斜撑。
二、风荷载:三个参数
风荷载标准值 wk = βz × μs × μz × w0
- w0(基本风压):查荷载规范,沿海 0.75~0.9 kN/㎡,内陆 0.3~0.45;
- μz(高度系数):10m 以下取 1.0,20m 取 1.23;
- μs(体型系数):开敞式廊架取 1.3(迎风面),格栅遮阳要按开孔率折减。
举例:8m×4m 的廊架,高 3.5m,w0=0.6,μz=1.0,μs=1.3。迎风面积 = 8×3.5 = 28㎡(按投影),wk = 1.3×1.0×0.6 = 0.78 kN/㎡,总风力 = 21.8 kN。四根柱子,每根承担 5.5kN 的水平力,柱底弯矩 = 5.5×1.75 = 9.6 kN·m。
这个弯矩需要 4 个 M16 化学锚栓(锚深 125mm)才能承受。很多项目用 M10 膨胀螺栓,台风一来就拔出来。
三、节点:三个做法
相贯焊:圆管直接相交焊接,外观最干净,但要求切管精度高(间隙 ≤1.5mm),且要开坡口全熔透。适合工厂预制。
法兰连接:柱顶焊法兰盘(10mm 厚),梁端焊对应法兰,用 4~6 个 M12 螺栓连接。现场安装快,可拆卸,但法兰外露,视觉上「重」。
加劲板:方管节点内侧加 6mm 三角加劲板,焊缝长度增加 2 倍。这是最经济的加强方式,尤其适合悬挑段。
节点是廊架最薄弱的部位。风荷载是反复作用的(疲劳),焊缝如果有咬边、未熔合,会在几万次循环后开裂。所以外露节点要做100% 外观检查 + 20% 渗透检测。
四、遮阳:三种方式,遮阳率不同
| 方式 | 遮阳率 | 透光 | 造价 | 适用 |
|---|---|---|---|---|
| 扁钢格栅(间距 100) | 60%~70% | 条状光斑 | 低 | 休憩廊架 |
| 穿孔板(50% 开孔) | 50% | 柔和散射 | 中 | 现代风格 |
| 张拉膜 | 85%~95% | 漫射光 | 高 | 大跨度、造型 |
| 夹胶玻璃 | 30%(透明) | 通透 | 高 | 需要采光的场所 |
格栅的间距和角度决定遮阳效果。正午太阳高度角 70° 时,间距 100mm、宽 30mm 的格栅,遮阳率约 65%。如果格栅转 30°(顺着太阳方向),遮阳率能到 80%,但下午就挡不住了。
穿孔板的孔型建议用长圆孔或圆孔,开孔率 40%~50%。开孔率太低(<30%)闷热,太高(>70%)遮不住。
五、排水:2% 坡 + 天沟
廊架顶面必须做排水,否则下雨时格栅滴水,下面没法站人。
- 檩条做 2% 坡度,坡向一侧;
- 低侧设天沟(1.2mm 不锈钢折成 U 型,宽 100mm、深 80mm);
- 天沟端头设落水管(Φ50),接入雨水口或散排;
- 天沟内做 1% 纵坡,避免积水。
不做天沟的廊架,雨水从格栅边缘直接落下,形成「水帘」,下面的座椅全湿。这一项在图纸上经常被忽略。
六、基础与防腐
基础:C25 混凝土独立基础,尺寸 500×500×800mm(冻土层以下),预埋 8mm 底板(250×250)+ 4 个 M16 螺栓。底板下垫 3mm 橡胶,隔离混凝土。
防腐:
- 内陆:304 + 整体钝化;
- 沿海 5km 内:316L + 钝化 + 年度清洗;
- 工业区(酸雨):316L + 氟碳涂层。
所有焊缝必须酸洗钝化。廊架是户外暴露结构,焊缝不处理,第一年就会出现锈线,而且从焊缝往母材蔓延。
常见问题
廊架能不能不做基础,直接放在铺装上?
不行。廊架自重加风荷载,会把铺装压坏,而且没有抗倾覆能力。最小也要做 400×400×600 的混凝土墩,用钢筋与垫层连接。放在屋顶花园的廊架,还要考虑楼板承载,必须结构专业复核。
不锈钢廊架和铝合金廊架怎么选?
不锈钢强度高(屈服 205MPa vs 铝 110MPa)、耐候好、可焊接,适合大跨度和纤细造型;铝合金轻(密度 1/3)、不锈、安装快,适合小尺度、标准化产品。价格上不锈钢贵 30%~50%,但寿命长一倍。公共项目多用不锈钢,私家花园多用铝。
格栅用扁钢还是方管?
扁钢(30×3 立放)视觉最薄,遮阳率高,但焊接变形大,需要工装;方管(40×20×1.5)刚度好、易焊接,但视觉上「厚」。现代风格多用扁钢立放(看面 3mm),传统风格用方管。扁钢的间距要 ≤120mm,否则遮阳率不够。
常见问题
- 廊架能不能不做基础,直接放在铺装上?
- 不行。廊架自重加风荷载,会把铺装压坏,而且没有抗倾覆能力。最小也要做 400×400×600 的混凝土墩,用钢筋与垫层连接。放在屋顶花园的廊架,还要考虑楼板承载,必须结构专业复核。
- 不锈钢廊架和铝合金廊架怎么选?
- 不锈钢强度高(屈服 205MPa vs 铝 110MPa)、耐候好、可焊接,适合大跨度和纤细造型;铝合金轻(密度 1/3)、不锈、安装快,适合小尺度、标准化产品。价格上不锈钢贵 30%~50%,但寿命长一倍。公共项目多用不锈钢,私家花园多用铝。
- 格栅用扁钢还是方管?
- 扁钢(30×3 立放)视觉最薄,遮阳率高,但焊接变形大,需要工装;方管(40×20×1.5)刚度好、易焊接,但视觉上「厚」。现代风格多用扁钢立放(看面 3mm),传统风格用方管。扁钢的间距要 ≤120mm,否则遮阳率不够。