基于某懸挑結構設計的相關研究

■鄭 功 ■身份證號碼:360403198712053012，江西 南昌 330000

1 工程簡介

本工程位于某市的東南部，該工程的南側和東側都臨著大路，西側和北側都挨著住宅小區，交通十分便利。該建筑工程的方案設計單位是國際知名公司。項目主要由主樓與裙房這兩個部分來組成，主樓是地下二層，地面上二十六層，裙房是地下一層，地面上五層，建筑工程的總面積為42500 平方米，該建筑工程的總的高度是99.85 米。該建筑工程設計的基準期限為五十年，其結構的設計使用年限是五十年。建筑工程的抗震類別是丙類，建筑結構的安全等級是二級，建筑工程抗震烈度是七度，我們對建筑工程施工現場進行地質勘查，根據勘查的結果我們把建筑工程的場地分為三類。場地特征周期為0.55s，多遇地震下水平地震影響系數最大值為0.08。本工程基本風壓為0.40kN/m2(100 年重現期)，地面粗糙度類別為B 類。基本雪壓為0.30kN/m2(50年重現期)。

2 建筑工程的設計原則與結構特點

2.1 建筑工程的設計原則

建筑工程的設計要滿足建筑功能與使用要求，符合國家現行的有關設計規范、規程及行業標準的要求，做到安全、經濟、合理、便于施工，使結構體系受力明確，傳力直接，有利于抗震。

2.2 建筑工程的結構特點

該建筑工程結構類型采用鋼筋混凝土框架-核心筒結構，裙樓范圍突出主樓邊界的長度較小，高層塔樓和裙樓不設縫，連接為一體。由于建筑平面功能和立面效果需要，該工程在多個部位出現較大尺寸的水平外挑，屬于復雜高層建筑結構中的懸挑結構。建筑東南角一跨范圍在七層到十一層間向南側外挑，水平外挑尺寸約6.75m，建筑東南角一跨范圍在十二層到屋面間向南側外挑，水平外挑尺寸約5.25m，建筑西南角一跨范圍在四層到七層間向南側外挑，水平外挑尺寸約8.25m，建筑東南角兩跨范圍在三層到五層間向東側外挑，水平外挑尺寸約6.75m。對于水平外挑尺寸為5.25 米的地方，采用了鋼梁懸挑方案。其他外挑處采用了鋼桁架懸挑結構方案。

3 結構計算分析

該工程屬于復雜高層懸挑結構，采用了兩個不同力學模型的結構分析軟件進行整體內力和變形分析，考慮水平地震和豎向地震作用，并采用彈性時程分析法進行補充計算。兩種計算結果經分析比較，判斷合理有效，各項抗震指標均控制在規范限值以內。此外，對于懸挑鋼桁架及關鍵節點采取性能化設計，明確性能目標，提高安全儲備;對于懸挑處相關范圍的樓板進行應力分析。

4 該建筑工程設計中的懸挑結構設計

該工程多個位置水平外挑尺寸超出四米，屬于復雜高層建筑結構中的懸挑結構。懸挑體系的合理設計是整個結構設計中的關鍵點，也是一個難點，其直接關系到整個建筑結構的安全度。在設計過程中主要是從兩個方面來予以解決，一個方面是懸挑體系的選擇以及懸挑構件自身的安全度控制，另一方面是與懸挑結構相關連的主體結構及構件的加強，確實保證關鍵節點的可靠度。下面重點介紹鋼桁架懸挑結構體系的設計和技術措施。

4.1 懸挑鋼桁架設計

我們在進行懸挑鋼桁架設計的時候，結合建筑功能，考慮現場施工的因素，該工程最終選擇采用了相當于整個層高的全剛接鋼桁架懸挑結構，主要有以下優點:(1)受力明確，荷載傳力途徑直接可靠。懸挑層承托的以上樓層的荷載通過鋼柱直接傳給鋼桁架，再由鋼桁架傳遞給與其相交的主體框架柱，直接向下傳遞到基礎。(2)能夠有效減輕懸挑部分的結構自重，降低地震反應。與鋼筋混凝土桁架和型鋼混凝土桁架相比，雖然鋼桁架整體剛度略小，但結構自身的重量會減小很多，而且更便于施工。(3)桁架自身的特點，為懸挑自身平面內提供了足夠的豎向剛度，從而減小結構的豎向位移，滿足正常使用的要求。(4)具有較高的冗余度，提升結構自身的抗震性能。(5)利于施工，保證質量。鋼桁架節點均在工廠內采用機械加工制造焊接，能夠很好的控制質量。在現場組裝好各片桁架后可直接吊裝就位。連接固定后即可作為施工模板支架，為后序施工提供便利條件。(6)做到了與建筑功能的和諧統一。考慮到懸挑結構的重要性，在懸挑構件截面的選擇上留有足夠的安全度，嚴格控制截面的應力比不大于0.85。桁架上下弦桿采用的型號為HN700x300;桁架斜腹桿采用的型號為HM600x300;桁架豎腹桿采用的型號為HM300x300。

4.2 封邊鋼桁架設計

我們在進行封邊鋼桁架設計的時候，為了保證懸挑鋼桁架平面外的穩定，在長懸挑的端部各片鋼桁架之間，結合建筑外裝飾幕墻，每隔1500 毫米均勻設置鋼柱，與上下層樓蓋處的封邊鋼梁組合成空腹鋼桁架，從而進一步增大了懸挑結構的空間剛度和整體性。型鋼柱采用的型號為HM200x200。

4.3 鋼桁架上下弦平面樓蓋

與鋼桁架上下弦桿相連的樓蓋布置主次鋼梁，樓板采用壓型鋼板-現澆混凝土樓板。此種形式一方面有利于樓蓋與鋼桁架的連接，一方面又方便施工，提高施工速度。主鋼梁采用的型號為HN700x300，次鋼梁采用的型號為HN250x125。設計時對與鋼桁架相連的上下兩層樓板進行了應力補充分析，考慮樓板平面內的變形，上層樓板按轉換層樓板進行設計，樓板厚度予以加大，上層樓板厚度取為180 毫米，下層樓板厚度取為150 毫米，在板內設置雙向雙層鋼筋網，且每個方向配筋率均不小于0.25%。

4.4 型鋼混凝土柱

為了保證懸挑鋼桁架與主體結構的可靠連接，與鋼桁架直接相連的框架柱均采用型鋼混凝土柱。

4.5 型鋼混凝土梁

與懸挑鋼桁架上弦桿相連的框架梁采用型鋼混凝土梁，保證懸挑鋼桁架與主體結構相連節點傳力的可靠性。

4.6 施工因素

該建筑工程鋼結構懸挑體系比較復雜，對現場施工精度、施工組織要求高，設計時對其施工順序和注意事項提出要求，明確必須在懸挑結構層整體施工完畢后方可進行上一相鄰層的施工，保證結構實際受力與計算分析模型的一致性。并要求施工單位制定詳細的加工、制作、運輸、安裝專項施工方案。

5 抗震設計及構造措施

在進行懸挑結構設計的時候，考慮到懸挑結構的重要性和復雜性，作為結構中的關鍵構件，如果在地震的時候失效，將破壞附近較大面積的結構，甚至會影響結構的整體安全型。設計中采用抗震性能化設計對懸挑鋼桁架進行了補充分析，提高了懸挑結構的承載能力和安全儲備。對懸挑鋼桁架依據高規的規定，選用B 級性能目標和相應的抗震性能水準，即小震和中震彈性、大震不屈服。本工程框架和剪力墻的抗震等級均為二級，與懸挑鋼桁架、懸挑鋼梁相交的框架柱、框架梁的抗震構造措施提高一級，即按一級采取抗震構造措施。設計中貫徹“強柱弱梁、強剪弱彎、強節點、弱桿件”的設計原則，突出抗震概念設計。

6 結果分析

我們在進行抗震設計在計算分析的基礎上，更應該重視概念設計，把握結構的薄弱環節。對于長懸挑結構，我們應該采用合適的結構形式，應該重視與主體結構連接的可靠度。對于結構關鍵構件，應該進行抗震性能化設計，保證足夠的安全度。應該全面考慮施工階段對結構實際受力帶來的影響。

7 結束語

總而言之，在目前我國的建筑工程中，懸挑結構應用的非常廣泛，我們在進行懸挑結構設計的時候，一定要嚴格的控制好設計方案，確保設計方案科學合理，盡量避免由于懸挑結構設計不合理而引起的工程事故，進而確保建筑工程的質量。

［1］郭秀貞，王源凱.建筑工程中懸挑結構經常出現的問題以及解決措施［J］.建筑工程信息，2014，12(15):142 -144.

［2］趙佳琳，肖偉建.關于懸挑結構設計方法的探討［J］.中國建筑工程設計，2014，25(23):217 -219.