某大懸挑鋼桁架結構設計研究

金碧 張海濱

【摘要】某大懸挑鋼桁架最大懸挑長度為10.4m，高度7.0m，兩側對稱布置，主體結構采用鋼桁架結構形式，基礎采用地基梁形式的條形基礎。本文對該鋼桁架的結構設計進行概要總結，介紹了結構設計過程、設計中的主要技術參數，以及風荷載體型系數的取值，采用PKPM系列軟件對結構在各主要荷載組合工況下進行受力分析，確定鋼桁架、系桿、支撐及基礎等構件的合理型式及截面尺寸，滿足承載力及使用功能要求，為類似工程的結構設計提供有益參考。

【關鍵詞】鋼桁架;大懸挑;條形基礎，風荷載

Abstract： A large cantilevered steel truss has a maximum cantilevered length of 10.4m and a height of 7.0m. It is symmetrically arranged on both sides. The main structure adopts steel truss structure and the foundation adopts strip foundation in the form of foundation beam. This paper summarizes the structural design of the steel truss， introduces the structural design process， the main technical parameters in the design， and the value of wind load shape coefficient. The PKPM series software is used to analyze the stress of the structure under the main load combination conditions， and determine the reasonable type and section size of steel truss， tie bar， support and foundation， so as to meet the bearing capacity and use requirements， it can provide a useful reference for the structural design of similar projects.

Keywords： steel truss; large cantilever; strip foundation; wind load

【中圖分類號】TU33

【文獻標識碼】A

【DOI】10.12334/j.issn.1002-8536.2021.24.

1、工程概況

某大懸挑鋼桁架位于四川省雅安市名山區，最大懸挑長度10.4m，高度7.0m，兩側對稱布置，主體結構采用鋼桁架結構形式，基礎采用條形基礎。設計使用年限50年，建筑結構安全等級二級，雅安地區抗震設防烈度7度，設計地震分組第三組[1]，場地類別為Ⅱ類，標準設防類建筑，建筑耐火等級為二級。雅安地區基本風壓為0.30kN/m2（50年重現期），地面粗糙度類別B類，基本雪壓為 0.20kN/m2（100年重現期）[2]。工程效果圖詳圖1。

2、結構方案

本工程懸挑長度大，懸挑長度達10.4m。為了實現懸挑長度，懸挑部分采用兩榀鋼桁架，鋼桁架之間采用上、下弦系桿和支撐連接。根據地勘報告并結合當地實際情況，基礎采用地基梁形式的條形基礎，埋置深度為3.5m。

3、大懸挑鋼桁架結構設計要點

3.1 主要荷載取值

大懸挑鋼桁架結構所受荷載主要是豎向荷載和水平荷載，其中豎向荷載包括結構自重、屋面活荷載、建筑裝修荷載等，水平荷載包括風荷載、水平地震等。

鋼桁架屋面采用鋁塑板，恒荷載取值為0.50kN/m2。底面和側面采用石材，恒荷載取值1.50kN/m2。屋面活荷載取值0.50kN/m2，其他按實際荷載取用。模型荷載輸入采用節點荷載，將面荷載分配到每個節點形成節點荷載，節點布置如圖2所示。

本工程懸挑結構屬于突出構件，根據荷載規范[2]選取的體形系數為-2.0，并考慮高度變化系數。本工程荷載組合按荷載規范[2]和建筑抗震設計規范[1]取值。

3.2 計算參數控制

本工程剛架柱、梁、柱底板、柱梁端頭板鋼材采用符合國標的Q345B級鋼;拉條、支撐、系桿、次構件鋼材采用符合國標的Q235B級鋼。鋼桁架構件計算時應力比控制在0.85以內;拉桿長細比控制在350以內，壓桿長細比控制在150以內;鋼桁架撓度按L/125控制;柱頂位移按H/150控制。[3]

3.3 鋼桁架設計

鋼桁架設計是本工程的重點和難點，除采用程序分析強度、穩定外還要計算節點焊縫等。懸挑部分的鋼梁端部與鋼柱連接采用剛接，根據合理的應力比，確定鋼柱截面為B400x14，GL1截面為B400x200x12，GL2～5截面為B100x10～B200x10，鋼系桿截面為B100x10，支撐截面為L90x6，檁條截面為C180x70x20x2.5。鋼桁架詳圖3，上、下弦系桿和支撐布置詳圖4、圖5，屋面檁條布置詳圖6。

3.4 基礎設計

本工程兩側對稱布置，柱底軸力較小、彎矩較大，鋼柱與混凝土短柱采用剛接連接。基礎采用地基梁形式的條形基礎，短柱頂用拉梁拉結，底部基礎形成一個受力良好的框架整體結構。條形基礎持力層為松散卵石層，基礎埋置深度為3.5m，地基承載力特征值為180kPa，條形基礎布置及大樣詳圖7。

結語：

（1）在大懸挑結構設計中，宜優先采用鋼桁架結構，鋼桁架結構具有自重輕，受力性能好，易于實現建筑造型等優點。

（2）本工程基礎采用地基梁形式的條形基礎，短柱頂用拉梁拉結，底部基礎形成一個受力良好的框架整體結構，能有效抵抗懸挑結構產生的柱底彎矩和軸力。

（3）在各種荷載組合工況下，本工程鋼桁架計算得到的各項控制指標（強度，穩定，變形等）均滿足規范要求，同時滿足使用工藝及建筑造型要求。

工程于2017年完成設計，目前已竣工投入使用，工程竣工圖詳圖8。

參考文獻：

[1]建筑抗震設計規范（GB50011-2010）[S].北京：中國建筑工業出版社，2010.

[2]建筑結構荷載規范（GB50009-2012）[S].北京：中國建筑工業出版社，2012.

[3]鋼結構設計標準（GB50017-2017）[S].北京：中國建筑工業出版社，2017.

作者簡介：

金碧（1991-），男，湖南省汨羅市人，碩士研究生，工程師，主要從事建筑結構、巖土工程的設計與研究工作。