某工程的混凝土長懸臂結(jié)構(gòu)設(shè)計

唐勇誠

摘 要：結(jié)合工程事例，對地震高烈度區(qū)的大跨度鋼筋混凝土懸挑梁，采用預(yù)應(yīng)力技術(shù)和型鋼混凝土組合技術(shù)，解決懸挑梁的結(jié)構(gòu)受力和梁的變形、撓度控制問題。主要介紹預(yù)應(yīng)力懸挑梁的結(jié)構(gòu)計算情況，對懸挑梁的控制參數(shù)、內(nèi)力計算、抗裂驗算、變形驗算和抗震驗算等提出了設(shè)計建議。

關(guān)鍵詞：混凝土長懸臂；預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)；型鋼混凝土組合結(jié)構(gòu)設(shè)計

隨著我國經(jīng)濟的快速發(fā)展，現(xiàn)代高層建筑如雨后春筍般地大量出現(xiàn)在我們的城市中，其中一些憑借著巨大的尺度及其震撼人心的視覺沖擊力，影響著周圍的環(huán)境與事務(wù)，甚至成為一個城市的形象標志。由于現(xiàn)代建筑功能的多樣性，建筑造型的奇特性，使新材料、新結(jié)構(gòu)、新技術(shù)的特性在結(jié)構(gòu)設(shè)計中得以發(fā)揮和應(yīng)用，大跨度懸挑結(jié)構(gòu)已經(jīng)成為解決結(jié)構(gòu)專業(yè)對建筑設(shè)計提供復雜方案可實現(xiàn)性的重要技術(shù)手段之一，有粘結(jié)預(yù)應(yīng)力技術(shù)和型鋼混凝土組合結(jié)構(gòu)技術(shù)的引入更為懸挑結(jié)構(gòu)向更大跨度的延伸提供了安全、可靠、先進、合理的技術(shù)上的有力保證。地處地震高烈度區(qū)的大跨度懸挑結(jié)構(gòu)，不僅要充分考慮水平地震力作用對其產(chǎn)生的破壞效應(yīng)，還應(yīng)根據(jù)《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》第4.3.2.3條，計算豎向地震作用對其產(chǎn)生的破壞效應(yīng)，以保證建筑結(jié)構(gòu)的安全。下面以位于某8度區(qū)的某科技公司商務(wù)樓為實例，對混凝土大懸挑的設(shè)計方法進行討論。

1 工程概況介紹

本工程為某科技公司商務(wù)樓，位于某市級經(jīng)濟技術(shù)開發(fā)區(qū)興國路西側(cè)2號地塊，興國路與龍船塢路交叉口西北角。該地塊場地較平整，南北長66m，東西寬93m，樓電梯間、強弱電井等附屬用房集中布置于核心筒，塔樓標準層辦公房間沿核心筒周圍布置。地下1、2層為六級人員掩蔽部和六級人防車庫及設(shè)備用房，平時為汽車庫。1～3層（包括東側(cè)裙房）為商業(yè)用房，4～23層為辦公用房，24層為員工食堂、會議及多功能、活動室，25層為機房層。

本工程總用地面積6665.2m2，總建筑面積36888m2；地下10420m2，地上26468m2，占地面積2480.4m2，其中商業(yè)部分建筑面積7152m2，辦公部分建筑面積19316m2，其余建筑面積10420m2。地下二層，地上二十五層，地下1、2層層高4.5m，1～3層層高4.9m，4～11層層高3.9m，12～23層層高3.8m，24層層高4.7m，25層層高3m，建筑總高度99.650m。

本工程結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)采用鋼筋混凝土框架—核心筒結(jié)構(gòu)體系，樓面結(jié)構(gòu)采用現(xiàn)澆混凝土梁板體系，建筑結(jié)構(gòu)安全等級為二級，基礎(chǔ)設(shè)計等級為甲級，建筑防火等級為一級，結(jié)構(gòu)設(shè)計使用年限為50年，建筑抗震設(shè)防類別為標準設(shè)防類（乙類），抗震設(shè)防烈度為8度（設(shè)計基本地震加速度0.20g），建筑場地類別IV類，設(shè)計地震分組為第一組，結(jié)構(gòu)抗震等級：框架一級，核心筒一級?；撅L壓0.7kN/m2，基本雪壓0.45kN/m2，地基承載力特征值110kPa。

結(jié)構(gòu)沿豎向由底部至17層外圈框架逐漸收進，再由17層至頂層逐漸外挑（層層由挑梁外挑），兩主軸方向頂層（96.200m）相對17層（64.900m）挑出4.5m，四角部挑出達6m，建筑造型見建筑效果圖。經(jīng)過各種方案的優(yōu)化比較，決定22層（83.900m）和23層（87.700m）樓層采用型鋼混凝土組合挑梁，24層（91.500m）和25層（96.200m）樓層采用有粘結(jié)預(yù)應(yīng)力混凝土挑梁，以解決建筑造型上部逐層外挑的問題。

2 懸挑梁的結(jié)構(gòu)設(shè)計

預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件和型鋼混凝土組合構(gòu)件在控制懸臂梁的撓度和裂縫方面有其獨特的優(yōu)越性，當然非預(yù)應(yīng)力鋼筋在受力和變形裂縫控制方面也發(fā)揮了其應(yīng)有的作用。

2.1 梁控制參數(shù)

應(yīng)用PKPM軟件中的SATWE程序?qū)Y(jié)構(gòu)進行整體計算，求出預(yù)應(yīng)力梁所承受的恒載和活載作用下的內(nèi)力標準值。懸挑梁中配置預(yù)應(yīng)力筋主要用于控制梁的裂縫和撓度，而強度主要由非預(yù)應(yīng)力普通鋼筋承擔。

懸挑梁的混凝土強度等級取C35，普通受力鋼筋和箍筋均采用HRB400級鋼筋，預(yù)應(yīng)力筋采用直徑15.2mm的鋼絞線，fptk=1860MPa。懸挑梁的跨度分別為6m和4.5m，梁的截面尺寸分別為400×750和400×600。預(yù)應(yīng)力筋呈水平直線布置，一端張拉，控制點到梁頂?shù)木嚯x為150mm。

2.2 梁內(nèi)力計算

預(yù)應(yīng)力筋的張拉控制應(yīng)力σcon=0.7fptk=1302MPa，張拉時超張拉3%?？紤]錨具回縮、摩擦損失、鋼筋應(yīng)力松弛、混凝土徐變等，預(yù)應(yīng)力筋有效預(yù)應(yīng)力為1090MPa。預(yù)應(yīng)力梁在各種荷載作用下的梁根部控制截面彎矩、剪力以及總的預(yù)壓應(yīng)力（預(yù)應(yīng)力等效荷載軸力）見下表。

2.3 抗裂驗算

2.4 正常使用極限狀態(tài)下的梁變形驗算

下表中f1是荷載作用下的撓度，根據(jù)SATWE計算的彈性撓度乘以系數(shù)Bs/B換算成的長期撓度；f2是預(yù)應(yīng)力的反拱值；f是梁最終的撓度；L0為懸挑梁的計算跨度（L0=2L）。規(guī)范的撓度限值[L0/f]為400，所以不同跨度的兩根預(yù)應(yīng)力梁的變形驗算均滿足規(guī)范要求。

2.5 梁抗震驗算

按照《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》（GB50011-2010）附錄C和《預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計規(guī)程》（JGJ140-2004）分別驗算了懸挑梁預(yù)應(yīng)力強度比、梁端換算配筋率、梁端混凝土受壓區(qū)高度和有效高度之比，以及懸挑梁梁底和梁頂非預(yù)應(yīng)力筋配筋量的比值，均滿足要求。

3 結(jié)束語

對于地處地震高烈度區(qū)的大跨度鋼筋混凝土懸挑梁結(jié)構(gòu)，除了滿足強度要求外，變形和裂縫控制也是至關(guān)重要的，采用有粘結(jié)預(yù)應(yīng)力技術(shù)和型鋼混凝土組合技術(shù)，可有效地解決好這類技術(shù)問題。