建筑工程中懸挑框架結(jié)構(gòu)設(shè)計相關(guān)問題分析

春麗歌（內(nèi)蒙古電力勘測設(shè)計院有限責(zé)任公司，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010020）

建筑工程中懸挑框架結(jié)構(gòu)設(shè)計相關(guān)問題分析

春麗歌
（內(nèi)蒙古電力勘測設(shè)計院有限責(zé)任公司，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010020）

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

建筑工程；懸挑框架結(jié)構(gòu)；設(shè)計；分析

由于在地震等情況來臨時對懸挑結(jié)構(gòu)影響比較大，因此需要預(yù)先對該結(jié)構(gòu)進(jìn)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(jié)構(gòu)的安全穩(wěn)定。此外，由于懸挑結(jié)構(gòu)上部體型比較大，因此其結(jié)構(gòu)重量也比較大，進(jìn)而使得扭轉(zhuǎn)慣性大，但是結(jié)構(gòu)的下部平面尺寸及剛度卻與之不協(xié)調(diào)，導(dǎo)致懸挑框架結(jié)構(gòu)的抗扭剛度小，有十分明顯的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)，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(jié)構(gòu)，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(dá)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(jié)構(gòu)，以實現(xiàn)建筑對大跨度空間的設(shè)想。

二、工程難點與重點

依據(jù)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(jìn)行懸挑設(shè)計，但是由于該建筑物的豎向構(gòu)件并不具備連續(xù)性的特點，所以其剛度分布不均勻，結(jié)構(gòu)上計算時出現(xiàn)了構(gòu)件豎向剛度突變的情況，另外，懸挑結(jié)構(gòu)的抗傾覆能力較弱，這些都影響到該結(jié)構(gòu)的抗震性能。如何能夠在懸挑結(jié)構(gòu)應(yīng)用的情況下，確保建筑造型達(dá)到建設(shè)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(shè)計的難點以及重點問題。經(jīng)過研究，部分設(shè)計人員提出使用大懸挑結(jié)構(gòu)，因為這種建筑結(jié)構(gòu)不僅能夠達(dá)到建筑使用的需求，同時該種結(jié)構(gòu)可以在其端部增加設(shè)置一些框架柱，其工程造價會大幅降低，而且便于設(shè)計與施工，但是這種結(jié)構(gòu)形式的建筑外形效果不佳，結(jié)構(gòu)受力不明確，結(jié)構(gòu)計算也難以滿足要求，經(jīng)過更加全面詳細(xì)的分析，最終確定仍使用懸挑框架結(jié)構(gòu)方案。

三、懸挑框架構(gòu)件設(shè)計

1 長懸挑構(gòu)件的設(shè)計。依據(jù)本工程需求以及結(jié)構(gòu)設(shè)計的相關(guān)參數(shù)，建筑方案設(shè)計時在懸挑梁位置上，初步考慮選用預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)，并且在外觀設(shè)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(jié)構(gòu)方案設(shè)計時為使得屋面整體性能更好，結(jié)構(gòu)計算更容易滿足，選擇采用現(xiàn)澆混凝土屋面，如果要使用這種結(jié)構(gòu)形式，長懸挑構(gòu)件就不能設(shè)置預(yù)應(yīng)力構(gòu)件，否則施工時不易操作，影響屋面質(zhì)量。因為建筑高度已經(jīng)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(diào)整方案，來解決使用長懸挑構(gòu)件所出現(xiàn)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(shè)置混凝土柱，這樣兩者之間就會構(gòu)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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)的抗震要求，再者，在懸挑構(gòu)件上增設(shè)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(shè)計，能夠促使懸挑結(jié)構(gòu)協(xié)調(diào)統(tǒng)一，即便出現(xiàn)變形，也不會出現(xiàn)極度不對稱的情況，此外，懸挑結(jié)構(gòu)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(zhuǎn)換桁架的設(shè)計 。局部轉(zhuǎn)換桁架設(shè)計是該工程最為重要的設(shè)計內(nèi)容，由于該工程的懸挑框架結(jié)構(gòu)設(shè)計不利因素相對較多，因此在對局部轉(zhuǎn)換桁架進(jìn)行設(shè)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(jié)構(gòu)設(shè)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(nèi)力是軸力，為此該工程的設(shè)計人員最終選擇使用MIDAS/Ge與傳統(tǒng)的計算方法相結(jié)合共同完成桁架內(nèi)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(shè)計轉(zhuǎn)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(zhuǎn)換構(gòu)件位置相對來說非常高，進(jìn)而使得桁架軸力過大，嚴(yán)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(shè)計人員研究決定轉(zhuǎn)換桁架的上弦、下弦應(yīng)該選擇使用型鋼混凝土構(gòu)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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)，是鋼與混凝土組合結(jié)構(gòu)的一種主要形式。型鋼混凝土結(jié)構(gòu)具有良好的耐火性和耐久性、節(jié)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(yōu)點，由于豎向構(gòu)件的不連續(xù)，結(jié)構(gòu)抗扭性能較差，為此在剪力墻底部的加強區(qū)和非加強區(qū)均加強了構(gòu)造措施，加強區(qū)的水平、豎向的配筋率均不小于0.6%，非加強區(qū)為0.4%。

四、加固對策

當(dāng)完成基本的設(shè)計任務(wù)之后，該工程懸挑部分依然存有問題，需要對其進(jìn)行加固，具體對策如下：首先，應(yīng)該在挑梁端部位置上再增加設(shè)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(jìn)而使得大懸挑框架不會對工程主體結(jié)構(gòu)產(chǎn)生不良影響，此外，還需要加設(shè)邊柱，使得整個懸挑框架結(jié)構(gòu)即成為一個靜態(tài)結(jié)構(gòu)，這對豎向地震的預(yù)防具有積極的意義，從而也促進(jìn)了整個建筑的抗震性能；最后，在對各項參數(shù)進(jìn)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(jìn)行計算，并且選擇多種類型的構(gòu)件進(jìn)行實驗，這對提高建筑懸挑框架結(jié)構(gòu)性能意義重大。

結(jié)語

綜上所述，可知對建筑工程中懸挑框架結(jié)構(gòu)設(shè)計相關(guān)問題進(jìn)行分析比較重要，作為一種比較常用的建筑結(jié)構(gòu)，懸挑框架結(jié)構(gòu)設(shè)計并不簡單，尤其是該結(jié)構(gòu)本身就存在各項問題，如果不預(yù)先分析，很有可能會出現(xiàn)嚴(yán)重的后果，影響建筑工程的后期使用，對其設(shè)計問題進(jìn)行分析能夠引起設(shè)計人員的注意。

[1]賈永霞.懸挑結(jié)構(gòu)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(xiàn)在內(nèi)蒙古電力勘測設(shè)計院有限責(zé)任公司土建室工作。擔(dān)任發(fā)電工程土建專業(yè)主設(shè)人。