某電廠集控樓懸挑結構設計方案分析

王廷偉 靳海芬

(國核電力規(guī)劃設計研究院有限公司，北京 100089)

1 概述

隨著我國經濟的蓬勃發(fā)展和科學技術的不斷更新，能夠充分利用空間資源、便于設計出創(chuàng)造性建筑外觀的懸挑結構越來越受到青睞，例如CCTV總部大樓、上海世博會中國館、世博會城市最佳實踐區(qū)C1場館、中國科技館二期工程、國家圖書館等都采用了懸挑結構來實現(xiàn)立面和平面的凹凸造型，并取得了理想的效果。這些懸挑結構的懸挑跨度越來越大，應用方式越來越多，可以說，懸挑結構在建筑選型和結構設計中發(fā)揮著越來越重要的作用。

懸挑結構是指一端支撐在豎向支撐構件上，另一端向外延伸挑出支撐構件的結構。懸挑結構由于懸挑構件的存在，結構上部體型大于下部體型，災害發(fā)生時往往由于懸挑構件根部的失效，導致結構整體破壞。因此，懸挑結構在設計過程中應予以足夠的重視，需要通過不同方案的對比分析，選擇出使懸挑構件傳力最佳、結構整體受力合理的優(yōu)化方案。

本文針對某電廠集控樓懸挑結構的設計選型，對不同跨度懸挑結構的設計方案進行對比分析，確定不同跨度懸挑結構的優(yōu)化設計方案。

2 工程概況

某電廠二期工程擴建2×1 000 MW級二次再熱超超臨界機組，集控樓采用鋼筋混凝土框架結構，建筑總高度24.5 m，剖面圖如圖1所示。為充分利用建筑空間、優(yōu)化建筑立面設計，建筑東立面12.45 m以上、西立面23.3 m層采用懸挑結構，懸挑跨度分別為4.8 m，2.625 m，其中23.3 m層結構布置圖如圖2所示。結構設計基本參數(shù)如下：場地類別Ⅰ1，抗震設防烈度7度，設計基本地震加速度0.10g，基本雪壓0.4 kN/m2，基本風壓0.6 kN/m2。

3 懸挑結構設計方案

3.1 跨度較小的懸挑結構方案優(yōu)化

該集控樓西立面屋面處采用跨度為2.625 m的懸挑結構，以形成一個倒立三角形的外觀造型。根據(jù)構件的不同布局、跨距、傳力路徑，考慮以下兩種方案：

方案一：設置多根懸挑梁，形成一種密梁單向板設計方案，傳力路徑如圖3所示。通過計算，這種情況下懸挑梁截面需要做到300 mm×500 mm，樓板做到100 mm厚可滿足承載力設計要求，由于布置了較多懸挑梁，施工不便的同時，不符合節(jié)材的綠色設計理念。

方案二：只在框架柱的位置處布置懸挑梁，形成一種懸挑梁較少的疏梁單向板設計方案，傳力路徑如圖4所示。這種方案樓板的跨度小于3 m，屬于常見的樓板跨度，通過計算，這種情況下懸挑梁截面需要做到300 mm×700 mm，樓板做到120 mm厚可滿足承載力設計要求，各項參數(shù)都屬于常規(guī)設計。

綜上所述，對于跨度較小的鋼筋混凝土懸挑梁，為了保證不設置過多的懸挑梁，宜采用方案二，即疏梁單向板方案的設計，這種方案實現(xiàn)結構自身功能的前提下，能夠保證懸挑構件截面尺寸適中。

3.2 跨度較大的懸挑結構方案優(yōu)化

該集控樓建筑東立面12.45 m以上采用跨度為4.8 m的懸挑結構。根據(jù)構件的不同布局、跨距、傳力路徑，考慮以下三種方案：

方案一：只在框架柱的位置處布置懸挑梁，形成一種跨度較大的單向板設計方案，傳力路徑與圖4相似。這種方案由于樓板跨度大，導致樓板厚度需要做到200 mm以上，懸挑梁截面需要做到400 mm×1 500 mm以上，嚴重影響該樓層的凈空高度。

方案二：增設懸挑梁，形成一種跨度較小的單向板設計方案，傳力路徑與圖3相似。這種方案由于增加了懸挑梁的個數(shù)，可以取消封邊梁的設置，同時樓板厚度做到120 mm、懸挑梁截面做到

300 mm×800 mm即可滿足承載力要求，只是在滿足單向板設計原則的前提下需要設置較多的懸挑梁，不符合節(jié)材的綠色設計理念。

方案三：增設懸挑梁，形成一種雙向板設計方案，傳力路徑如圖5所示。該種方案中，有30%左右的樓面荷載直接傳給了根部大梁，減小了懸挑部分承受的荷載：與方案一相比，這種方案由于增加了懸挑梁的個數(shù)，可以減小懸挑梁截面尺寸及樓面板厚度；與方案二相比，可以減少懸挑梁個數(shù)。

3.3 不同懸挑方案對結構整體性能影響分析

綜上所述，對于跨度較大的鋼筋混凝土懸挑梁，為了保證梁的尺寸不至于過大，同時為了懸挑梁的個數(shù)不宜太多，宜采用方案三，即雙向板方案的設計，這種方案可以有效減小梁的截面尺寸、配筋數(shù)量及樓板厚度，同時避免設置過多的懸挑梁。

本節(jié)選取4.8 m跨懸挑結構，將方案一和方案三對結構整體性能的影響進行分析，不同方案下的結構模型如圖6,圖7所示，分析結果見表1。

表1 4.8 m跨不同方案對比分析

周期/sX向周期Y向周期Z向周期扭平比方案一1.538 9711.385 9421.211 1670.79方案三1.392 1471.167 7841.072 8310.77

從表1可以看出，方案三的周期小，剛度大，扭平比小，抗扭能力強，對結構整體受力性能更為有利。

4 結語

本文針對某電廠集控樓懸挑結構方案進行優(yōu)化，通過不同方案間的對比，得出如下結論：

1)對于跨度較小的懸挑結構，宜采用設置較少懸挑梁的單向板方案；

2)對于跨度較大的懸挑結構，宜采用雙向板方案。