建筑工程中悬挑框架结构设计相关问题分析

春丽歌（内蒙古电力勘测设计院有限责任公司，内蒙古 呼和浩特 010020）

建筑工程中悬挑框架结构设计相关问题分析

春丽歌
（内蒙古电力勘测设计院有限责任公司，内蒙古 呼和浩特 010020）

悬挑框架结构属于不规则结构，这种建筑结构最典型的特点就是上部体型大于下部体型，因此这种结构会使建筑主体结构的冗余度大大降低，如果在设计时，设计人员没有充分考虑到结构受力要求及抗震等问题，很有可能会受到外部环境的影响而出现塌陷。本文主要以一个工程实例为讨论的对象，进而介绍了悬挑框架结构设计的相关问题，希望对设计人员提供帮助。

建筑工程；悬挑框架结构；设计；分析

由于在地震等情况来临时对悬挑结构影响比较大，因此需要预先对该结构进行强度验算，以此确保即使在强烈地震的情况下，也能够保持结构的安全稳定。此外，由于悬挑结构上部体型比较大，因此其结构重量也比较大，进而使得扭转惯性大，但是结构的下部平面尺寸及刚度却与之不协调，导致悬挑框架结构的抗扭刚度小，有十分明显的扭转效应，这一点需要特别注意。

一、工程概况

某工程地下一层为地下车库，地上5～7层，主要为办公使用。工程总建筑面积约为53148m2，总高度为28.6m。B段为7层框剪结构，1层为地下室，层高为4.5m，2～3层的层高为4.2m，四层以上为4.0m，地面以上总高度为28.6m。从4层开始有长达4m的悬挑，并沿45度方向延伸至屋面，最端头离开支撑的斜悬挑根部水平距离约20m，在B段的局部，4～5层采用32m大跨度型钢混凝土桁架结构，以实现建筑对大跨度空间的设想。

二、工程难点与重点

依据上述工程简况的介绍，可知该工程的一层是大底盘，之后由第二层开始一直到顶层左右两边需要进行悬挑设计，但是由于该建筑物的竖向构件并不具备连续性的特点，所以其刚度分布不均匀，结构上计算时出现了构件竖向刚度突变的情况，另外，悬挑结构的抗倾覆能力较弱，这些都影响到该结构的抗震性能。如何能够在悬挑结构应用的情况下，确保建筑造型达到建设单位的要求，并且建筑抗震性也不会受到影响，这成为工程设计的难点以及重点问题。经过研究，部分设计人员提出使用大悬挑结构，因为这种建筑结构不仅能够达到建筑使用的需求，同时该种结构可以在其端部增加设置一些框架柱，其工程造价会大幅降低，而且便于设计与施工，但是这种结构形式的建筑外形效果不佳，结构受力不明确，结构计算也难以满足要求，经过更加全面详细的分析，最终确定仍使用悬挑框架结构方案。

三、悬挑框架构件设计

1 长悬挑构件的设计。依据本工程需求以及结构设计的相关参数，建筑方案设计时在悬挑梁位置上，初步考虑选用预应力混凝土结构，并且在外观设计方面，将屋面作为第五立面，这样处理建筑外形更美观。但在结构方案设计时为使得屋面整体性能更好，结构计算更容易满足，选择采用现浇混凝土屋面，如果要使用这种结构形式，长悬挑构件就不能设置预应力构件，否则施工时不易操作，影响屋面质量。因为建筑高度已经确定，所以悬挑主梁的高度不能任意选择，按照本工程要求，主梁高度最大不能超过1.2m，因此有必要调整方案，来解决使用长悬挑构件所出现的各种问题，比如裂缝控制以及梁高过大等。具体操作步骤如下：顺着悬挑梁端顶部设置混凝土柱，这样两者之间就会构成一个辅助框架，以此来消除大悬挑梁造成的各种不良影响。这种辅助框架具有以下两点作用：一是这种框架结构可以使得各个挑梁同时工作，从而使得悬挑位置多一道防线，满足结构的抗震要求，再者，在悬挑构件上增设边柱，可以有效的降低梁根部弯矩，这样就为挑梁长度留有一定的余地；二是边柱的设计，能够促使悬挑结构协调统一，即便出现变形，也不会出现极度不对称的情况，此外，悬挑结构挠度与边柱截面成反比，截面越大，其挠度也就越小，还有水平荷载影响，楼层位移大幅度减少。

2 局部转换桁架的设计 。局部转换桁架设计是该工程最为重要的设计内容，由于该工程的悬挑框架结构设计不利因素相对较多，因此在对局部转换桁架进行设计时，需要考虑多种问题，比如双向地震作用、偶然偏心的影响。从事建筑工程悬挑框架结构设计人员都十分清楚，桁架的受力特点比较特殊，其主要的控制内力是轴力，为此该工程的设计人员最终选择使用MIDAS/Ge与传统的计算方法相结合共同完成桁架内力的计算。

因为本工程中，在第四以及第五层局部位置需要设计转换桁架，工程要求桁架矢高为4.8m，而其跨高比为6.4，这样桁架需要承受非常大的荷载，并且转换构件位置相对来说非常高，进而使得桁架轴力过大，严重影响了桁架的抗震动性能以及延性。为了解决这一问题，设计人员研究决定转换桁架的上弦、下弦应该选择使用型钢混凝土构件。因为型钢混凝土的抗拉性比较强，而且能够承受非常大的压力。

型钢混凝土的特点混凝土是指在混凝土结构中主要配置型钢，并配有一定横向箍筋及纵向受力钢筋的结构，是钢与混凝土组合结构的一种主要形式。型钢混凝土结构具有良好的耐火性和耐久性、节约钢材、受力性能好，还具有承载力高、施工周期短和抗震性能好等优点，由于竖向构件的不连续，结构抗扭性能较差，为此在剪力墙底部的加强区和非加强区均加强了构造措施，加强区的水平、竖向的配筋率均不小于0.6%，非加强区为0.4%。

四、加固对策

当完成基本的设计任务之后，该工程悬挑部分依然存有问题，需要对其进行加固，具体对策如下：首先，应该在挑梁端部位置上再增加设置钢筋混凝土柱，这样长悬挑位置与钢筋混凝土即会组成框架，进而使得大悬挑框架不会对工程主体结构产生不良影响，此外，还需要加设边柱，使得整个悬挑框架结构即成为一个静态结构，这对竖向地震的预防具有积极的意义，从而也促进了整个建筑的抗震性能；最后，在对各项参数进行测试时，为了确保其精确性，选择多种计算程序以及多种计算方法进行计算，并且选择多种类型的构件进行实验，这对提高建筑悬挑框架结构性能意义重大。

结语

综上所述，可知对建筑工程中悬挑框架结构设计相关问题进行分析比较重要，作为一种比较常用的建筑结构，悬挑框架结构设计并不简单，尤其是该结构本身就存在各项问题，如果不预先分析，很有可能会出现严重的后果，影响建筑工程的后期使用，对其设计问题进行分析能够引起设计人员的注意。

[1]贾永霞.悬挑结构坍塌原因分析及防止措施[J].山西建筑，2006（24）.

TU375

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春丽歌，女，蒙古族，1981 年10月出生，现在内蒙古电力勘测设计院有限责任公司土建室工作。担任发电工程土建专业主设人。