建筑工程中懸挑框架結構設計相關問題分析

春麗歌（內蒙古電力勘測設計院有限責任公司，內蒙古 呼和浩特 010020）

建筑工程中懸挑框架結構設計相關問題分析

春麗歌
（內蒙古電力勘測設計院有限責任公司，內蒙古 呼和浩特 010020）

懸挑框架結構屬于不規則結構，這種建筑結構最典型的特點就是上部體型大于下部體型，因此這種結構會使建筑主體結構的冗余度大大降低，如果在設計時，設計人員沒有充分考慮到結構受力要求及抗震等問題，很有可能會受到外部環境的影響而出現塌陷。本文主要以一個工程實例為討論的對象，進而介紹了懸挑框架結構設計的相關問題，希望對設計人員提供幫助。

建筑工程；懸挑框架結構；設計；分析

由于在地震等情況來臨時對懸挑結構影響比較大，因此需要預先對該結構進行強度驗算，以此確保即使在強烈地震的情況下，也能夠保持結構的安全穩定。此外，由于懸挑結構上部體型比較大，因此其結構重量也比較大，進而使得扭轉慣性大，但是結構的下部平面尺寸及剛度卻與之不協調，導致懸挑框架結構的抗扭剛度小，有十分明顯的扭轉效應，這一點需要特別注意。

一、工程概況

某工程地下一層為地下車庫，地上5～7層，主要為辦公使用。工程總建筑面積約為53148m2，總高度為28.6m。B段為7層框剪結構，1層為地下室，層高為4.5m，2～3層的層高為4.2m，四層以上為4.0m，地面以上總高度為28.6m。從4層開始有長達4m的懸挑，并沿45度方向延伸至屋面，最端頭離開支撐的斜懸挑根部水平距離約20m，在B段的局部，4～5層采用32m大跨度型鋼混凝土桁架結構，以實現建筑對大跨度空間的設想。

二、工程難點與重點

依據上述工程簡況的介紹，可知該工程的一層是大底盤，之后由第二層開始一直到頂層左右兩邊需要進行懸挑設計，但是由于該建筑物的豎向構件并不具備連續性的特點，所以其剛度分布不均勻，結構上計算時出現了構件豎向剛度突變的情況，另外，懸挑結構的抗傾覆能力較弱，這些都影響到該結構的抗震性能。如何能夠在懸挑結構應用的情況下，確保建筑造型達到建設單位的要求，并且建筑抗震性也不會受到影響，這成為工程設計的難點以及重點問題。經過研究，部分設計人員提出使用大懸挑結構，因為這種建筑結構不僅能夠達到建筑使用的需求，同時該種結構可以在其端部增加設置一些框架柱，其工程造價會大幅降低，而且便于設計與施工，但是這種結構形式的建筑外形效果不佳，結構受力不明確，結構計算也難以滿足要求，經過更加全面詳細的分析，最終確定仍使用懸挑框架結構方案。

三、懸挑框架構件設計

1 長懸挑構件的設計。依據本工程需求以及結構設計的相關參數，建筑方案設計時在懸挑梁位置上，初步考慮選用預應力混凝土結構，并且在外觀設計方面，將屋面作為第五立面，這樣處理建筑外形更美觀。但在結構方案設計時為使得屋面整體性能更好，結構計算更容易滿足，選擇采用現澆混凝土屋面，如果要使用這種結構形式，長懸挑構件就不能設置預應力構件，否則施工時不易操作，影響屋面質量。因為建筑高度已經確定，所以懸挑主梁的高度不能任意選擇，按照本工程要求，主梁高度最大不能超過1.2m，因此有必要調整方案，來解決使用長懸挑構件所出現的各種問題，比如裂縫控制以及梁高過大等。具體操作步驟如下：順著懸挑梁端頂部設置混凝土柱，這樣兩者之間就會構成一個輔助框架，以此來消除大懸挑梁造成的各種不良影響。這種輔助框架具有以下兩點作用：一是這種框架結構可以使得各個挑梁同時工作，從而使得懸挑位置多一道防線，滿足結構的抗震要求，再者，在懸挑構件上增設邊柱，可以有效的降低梁根部彎矩，這樣就為挑梁長度留有一定的余地；二是邊柱的設計，能夠促使懸挑結構協調統一，即便出現變形，也不會出現極度不對稱的情況，此外，懸挑結構撓度與邊柱截面成反比，截面越大，其撓度也就越小，還有水平荷載影響，樓層位移大幅度減少。

2 局部轉換桁架的設計 。局部轉換桁架設計是該工程最為重要的設計內容，由于該工程的懸挑框架結構設計不利因素相對較多，因此在對局部轉換桁架進行設計時，需要考慮多種問題，比如雙向地震作用、偶然偏心的影響。從事建筑工程懸挑框架結構設計人員都十分清楚，桁架的受力特點比較特殊，其主要的控制內力是軸力，為此該工程的設計人員最終選擇使用MIDAS/Ge與傳統的計算方法相結合共同完成桁架內力的計算。

因為本工程中，在第四以及第五層局部位置需要設計轉換桁架，工程要求桁架矢高為4.8m，而其跨高比為6.4，這樣桁架需要承受非常大的荷載，并且轉換構件位置相對來說非常高，進而使得桁架軸力過大，嚴重影響了桁架的抗震動性能以及延性。為了解決這一問題，設計人員研究決定轉換桁架的上弦、下弦應該選擇使用型鋼混凝土構件。因為型鋼混凝土的抗拉性比較強，而且能夠承受非常大的壓力。

型鋼混凝土的特點混凝土是指在混凝土結構中主要配置型鋼，并配有一定橫向箍筋及縱向受力鋼筋的結構，是鋼與混凝土組合結構的一種主要形式。型鋼混凝土結構具有良好的耐火性和耐久性、節約鋼材、受力性能好，還具有承載力高、施工周期短和抗震性能好等優點，由于豎向構件的不連續，結構抗扭性能較差，為此在剪力墻底部的加強區和非加強區均加強了構造措施，加強區的水平、豎向的配筋率均不小于0.6%，非加強區為0.4%。

四、加固對策

當完成基本的設計任務之后，該工程懸挑部分依然存有問題，需要對其進行加固，具體對策如下：首先，應該在挑梁端部位置上再增加設置鋼筋混凝土柱，這樣長懸挑位置與鋼筋混凝土即會組成框架，進而使得大懸挑框架不會對工程主體結構產生不良影響，此外，還需要加設邊柱，使得整個懸挑框架結構即成為一個靜態結構，這對豎向地震的預防具有積極的意義，從而也促進了整個建筑的抗震性能；最后，在對各項參數進行測試時，為了確保其精確性，選擇多種計算程序以及多種計算方法進行計算，并且選擇多種類型的構件進行實驗，這對提高建筑懸挑框架結構性能意義重大。

結語

綜上所述，可知對建筑工程中懸挑框架結構設計相關問題進行分析比較重要，作為一種比較常用的建筑結構，懸挑框架結構設計并不簡單，尤其是該結構本身就存在各項問題，如果不預先分析，很有可能會出現嚴重的后果，影響建筑工程的后期使用，對其設計問題進行分析能夠引起設計人員的注意。

[1]賈永霞.懸挑結構坍塌原因分析及防止措施[J].山西建筑，2006（24）.

TU375

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春麗歌，女，蒙古族，1981 年10月出生，現在內蒙古電力勘測設計院有限責任公司土建室工作。擔任發電工程土建專業主設人。