某四面懸挑結構的懸挑方案優選

魯之恒

【摘 ?要】針對現代化懸挑結構的形式多樣性問題，以某四面都向外懸挑的結構為研究對象，分別比較6種不同的懸挑方案，基于Midas軟件分析其靜力和動力作用下的反應，從結構優越性和建筑優越性出發選擇最優方案。

【Abstract】Aiming at the diversity problem of forms of modern cantilever structures， this paper takes a structure with outward cantilever on all sides as the research object， compares six different cantilever schemes respectively， analyzes their responses under static and dynamic effects based on Midas software， and selects the optimal scheme based on the advantages of structure and architecture.

【關鍵詞】大跨懸挑結構;懸挑方案;懸挑桁架;地震作用;靜力作用

【Keywords】long span cantilever structure; cantilever scheme; cantilever truss; geological process; static effect

【中圖分類號】TU74 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 【文獻標志碼】A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 【文章編號】1673-1069（2020）09-0156-03

1 引言

隨著人們對建筑審美眼光的提高和建筑施工技術的進步，越來越多形式獨特的建筑應運而生，其中懸挑結構最受人追捧。但其受力復雜，且形式多樣，因此，需要對多種懸挑形式進行分析比較，才能找到最適合且經濟的方案。

本文以受力鋼桁架、封邊桁架和協同受力鋼梁3種受力形式出發，采用6種方案，比較其在靜力和動力作用下的反應，以期尋找最佳方案。

2 工程及懸挑方案概況

2.1 工程概況

該工程地下1層，標高-5.65m;地上共5層，首層和第2層層高3.8m;3層層高3.9m，且向里收進;4層層高6.4m，且四面開始向外懸挑;同樣作為懸挑層的5層及屋面層層高為4.6m，縱向方向兩端各懸挑12m，橫向方向兩端各懸挑8.1m，其結構模型如圖1所示。

2.2 懸挑方案

2.2.1 受力鋼桁架方案

方案一：雙層交叉形腹桿的懸挑桁架形式（見圖2）。方案二：人字形腹桿懸挑形式并在外圍設置懸挑鋼梁協同受力（見圖3）。方案三：空腹懸挑桁架形式并在外圍鋼骨柱上設置懸挑鋼梁協同受力（見圖4）。

2.2.2 外圍封邊桁架方案

方案a：N型腹桿形式（見圖5）。方案b：K型腹桿形式（見圖6）。受力鋼桁架、封邊桁架和協同受力鋼梁的位置示意如圖7所示。

于是，3種懸挑方案和2種外圍封邊桁架方案一共有6種組合形式，具體如表1所示。

3 兩種外力工況下的方案分析與方案選擇

模型質量源采用1.0DL+0.5LL，本文樓面活荷載采用2.5kN/m2，不上人屋面活荷載采用0.5kN/m2。結構的主要的外荷載來源于水平方向上地震作用以及豎直方向的恒活載作用，于是按照下面的工況進行分析，并選擇出最佳的懸挑方案：

①工況1：1.0X向地震作用+0.85Y向地震作用（水平雙向）[1]。

分別比較該工況下6種組合懸挑端最大位移（見表2）和懸挑端最大軸力（見表3）。

②工況2：1.2DL+1.2LL（靜力荷載工況）。

因為在懸挑受力方案中，方案一懸挑端只有懸挑鋼桁架受力，而方案二和方案三用到了懸挑鋼梁協同受力，所以其位移沿全長的變化情況更具有說明性，沿X軸全長的懸挑端撓度如圖8所示，沿Y軸全長的懸挑端撓度如圖9所示。

由圖8、圖9可知，在水平雙向地震作用下，組合2、組合4、組合6較組合1、組合3、組合5的懸挑端最大位移要小，但懸挑端最大軸力要大，這說明外圍封邊桁架采用K型腹桿比采用N型腹桿對結構的位移幫助更大，且K型腹桿的穩定性更好、整體的剛度大，相對于N型腹桿會分擔更多的力。在靜力工況下，組合3和組合4沿縱橫軸方向的豎向位移變化幅度最小，這是由于協同受力鋼梁可以幫助整個懸挑端受力更均勻，而組合5和組合6較其他組合豎向位移明顯更大，這說明空腹受力鋼桁架抵抗豎向荷載的剛度較小。因此，組合2和組合4都是較好的選擇，但在建筑上，交叉腹桿會嚴重侵占懸挑樓層的通道且影響剪力墻洞口的設置。

4 結論

在使用受力鋼桁架、封邊桁架和協同受力鋼梁3種受力形式作為大懸挑結構的受力構件時，封邊桁架宜采用K型腹桿;受力鋼桁架可采用交叉腹桿或人字形腹桿，但后者比前者更節省建筑空間。為使懸挑端受力更均勻可沿全長布置懸挑鋼梁協同受力。

【參考文獻】

【1】姬淑艷，李英民，劉立平，等.考慮雙向水平地震作用的結構設計問題研究[J].地震工程與工程振動，2006（05）：68-72.