某大懸挑鋼桁架結(jié)構(gòu)設(shè)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(cè)對稱布置，主體結(jié)構(gòu)采用鋼桁架結(jié)構(gòu)形式，基礎(chǔ)采用地基梁形式的條形基礎(chǔ)。本文對該鋼桁架的結(jié)構(gòu)設(shè)計進(jìn)行概要總結(jié)，介紹了結(jié)構(gòu)設(shè)計過程、設(shè)計中的主要技術(shù)參數(shù)，以及風(fēng)荷載體型系數(shù)的取值，采用PKPM系列軟件對結(jié)構(gòu)在各主要荷載組合工況下進(jìn)行受力分析，確定鋼桁架、系桿、支撐及基礎(chǔ)等構(gòu)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(jié)構(gòu)設(shè)計提供有益參考。

【關(guān)鍵詞】鋼桁架;大懸挑;條形基礎(chǔ)，風(fēng)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(xiàn)標(biāo)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(qū)，最大懸挑長度10.4m，高度7.0m，兩側(cè)對稱布置，主體結(jié)構(gòu)采用鋼桁架結(jié)構(gòu)形式，基礎(chǔ)采用條形基礎(chǔ)。設(shè)計使用年限50年，建筑結(jié)構(gòu)安全等級二級，雅安地區(qū)抗震設(shè)防烈度7度，設(shè)計地震分組第三組[1]，場地類別為Ⅱ類，標(biāo)準(zhǔn)設(shè)防類建筑，建筑耐火等級為二級。雅安地區(qū)基本風(fēng)壓為0.30kN/m2（50年重現(xiàn)期），地面粗糙度類別B類，基本雪壓為 0.20kN/m2（100年重現(xiàn)期）[2]。工程效果圖詳圖1。

2、結(jié)構(gòu)方案

本工程懸挑長度大，懸挑長度達(dá)10.4m。為了實(shí)現(xiàn)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(jù)地勘報告并結(jié)合當(dāng)?shù)貙?shí)際情況，基礎(chǔ)采用地基梁形式的條形基礎(chǔ)，埋置深度為3.5m。

3、大懸挑鋼桁架結(jié)構(gòu)設(shè)計要點(diǎn)

3.1 主要荷載取值

大懸挑鋼桁架結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)自重、屋面活荷載、建筑裝修荷載等，水平荷載包括風(fēng)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(cè)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(shí)際荷載取用。模型荷載輸入采用節(jié)點(diǎn)荷載，將面荷載分配到每個節(jié)點(diǎn)形成節(jié)點(diǎn)荷載，節(jié)點(diǎn)布置如圖2所示。

本工程懸挑結(jié)構(gòu)屬于突出構(gòu)件，根據(jù)荷載規(guī)范[2]選取的體形系數(shù)為-2.0，并考慮高度變化系數(shù)。本工程荷載組合按荷載規(guī)范[2]和建筑抗震設(shè)計規(guī)范[1]取值。

3.2 計算參數(shù)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(biāo)的Q345B級鋼;拉條、支撐、系桿、次構(gòu)件鋼材采用符合國標(biāo)的Q235B級鋼。鋼桁架構(gòu)件計算時應(yīng)力比控制在0.85以內(nèi);拉桿長細(xì)比控制在350以內(nèi)，壓桿長細(xì)比控制在150以內(nèi);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(shè)計

鋼桁架設(shè)計是本工程的重點(diǎn)和難點(diǎn)，除采用程序分析強(qiáng)度、穩(wěn)定外還要計算節(jié)點(diǎn)焊縫等。懸挑部分的鋼梁端部與鋼柱連接采用剛接，根據(jù)合理的應(yīng)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(chǔ)設(shè)計

本工程兩側(cè)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(chǔ)采用地基梁形式的條形基礎(chǔ)，短柱頂用拉梁拉結(jié)，底部基礎(chǔ)形成一個受力良好的框架整體結(jié)構(gòu)。條形基礎(chǔ)持力層為松散卵石層，基礎(chǔ)埋置深度為3.5m，地基承載力特征值為180kPa，條形基礎(chǔ)布置及大樣詳圖7。

結(jié)語：

（1）在大懸挑結(jié)構(gòu)設(shè)計中，宜優(yōu)先采用鋼桁架結(jié)構(gòu)，鋼桁架結(jié)構(gòu)具有自重輕，受力性能好，易于實(shí)現(xiàn)建筑造型等優(yōu)點(diǎn)。

（2）本工程基礎(chǔ)采用地基梁形式的條形基礎(chǔ)，短柱頂用拉梁拉結(jié)，底部基礎(chǔ)形成一個受力良好的框架整體結(jié)構(gòu)，能有效抵抗懸挑結(jié)構(gòu)產(chǎn)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(biāo)（強(qiáng)度，穩(wěn)定，變形等）均滿足規(guī)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(shè)計，目前已竣工投入使用，工程竣工圖詳圖8。

參考文獻(xiàn)：

[1]建筑抗震設(shè)計規(guī)范（GB50011-2010）[S].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2010.

[2]建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范（GB50009-2012）[S].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2012.

[3]鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)（GB50017-2017）[S].北京：中國建筑工業(yè)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(jié)構(gòu)、巖土工程的設(shè)計與研究工作。