小型建筑悬挑结构分析与研究

（深圳华森建筑与工程设计有限公司杭州分公司，浙江 杭州 310012）

1 项目介绍

华联物业管理用房坐落在湖边的山坡上，因为要尽可能亲水，又不能破坏茂密的树林，建筑采用大悬挑结构。整个建筑物像在半山腰探出1个栈桥镶嵌在白色的房子里，下面是茂密的树木，非常醒目，蓝色玻璃、金铜色屋檐、白色外墙与周边的绿色融为一体（见图1），但也给结构设计带来不小挑战。

图1 建筑外观

2 悬挑结构设计

悬挑结构体系的布置非常重要，本工程平面呈T形，一竖为悬挑部分，到仿铜铝板外缘，总凸出为22m，是275m2的展馆，展馆外三边是3m和5m宽的外廊，屋顶部分是花园，体量和质量非常大（见图2，3）。白色建筑物是一横，径深只有33m，楼层只有2层。结构选型为框架-抗震墙，抗震设防烈度为6度，设计分组为第一组，场地土类型为软质岩石，建筑场地类别为Ⅱ类，设计特征周期0.35s。抗震等级为三级，建筑结构安全等级为二级，房屋的设计使用年限为50年。

3 主要解决方案

本工程首先要解决的问题是巨大倾覆力矩。山上部分体量不大，不能成为悬空展馆的“母体”，

图2 [13]～①轴立面

图3 立面

2）在混凝土墙下设置锚杆，扎在山体中。另外，整个悬桃部分采用钢结构，最能表现建筑的通透。

3）在悬桃体下部适当位置设置V形斜撑，斜撑设为两端铰接是受轴压杆，轴力分别为3 500kN，两端铰接节点是关键，经过优化上下节点均改为轴铰式铸钢节点。应用SBAQUS有限元分析软件在各工况下进行模拟分析。斜撑受压杆采用钢管混凝土，600mm×30mmQ390无缝钢管，管内为C80灌浆料。如图4所示。

图4 钢框梁V形结构

4 结构模型计算

4.1 荷载

因为是大变形结构，所以在风载取重现期100年，又是临湖，地面粗糙度定义为A，风荷载体形系数是因为山坡与悬挑的大展厅形成30°夹角，风荷载的体形系数u取1.6。计算时讨论2种工况：工况1：1.2恒荷载+1.4活荷载+1.4×0.6风荷载+1.4×0.7雪荷载（同时考虑雪堆积荷载），工况2：1.2恒荷载+1.4风荷载。

建设过程中需控制钢结构变形，悬挑部分是展馆，外围是外廊和观景阳台，屋顶部分是花园，均为人流集中的地方，计算时选择合理的钢梁控制变形量非常关键，建筑净高和层高均已确定，所以选择钢梁和节点形式非常重要。确定钢结构各构件后，计算最大位移为7cm，最大风作用下的摆动为4cm，满足要求。

4.2 基础

根据浙江省地矿勘察院《岩土工程勘察报告》。拟建场地是个山坡，东南侧20°～30°坡，西侧是37°～45°陡坡，三面临湖，是个半岛。地表下1.5m左右是中等风化泥质粉砂岩岩石。裂隙较发育，岩芯多呈短柱状-柱状，局部呈碎块状，产状140°∠35°，由于建筑物位于陡坡边上，基础应以稳定的岩体作为持力层，所以要求勘探单位第2次对山地进行针对性勘探，要求分析岩石纹理及产状对受水平拉力的影响，要求探明建筑物坐落的整个（建筑物上下）山体裂缝和岩石裂隙，明确山体滑坡体对建筑物的影响，主要对地基土的稳定性进行鉴定。本工程有一个大悬挑体，产生大的倾覆力，分解成1个弯矩，另1个是水平力，⑧轴或[10]轴上水平力为2 600kN。持力层选在3号土层中等风化泥质粉砂岩岩石，地基承载力特征值4.5MPa，基础设计等级为甲级，桩基安全等级为二级。分别选用桩基础、墩基础和独立基础。为承受巨大的水平拉力，桩墩的直径和配筋都进行专门计算，每个独立基础都嵌入岩体内（见图5～7）。为解决弯矩，设计基础时还在⑧轴和[10]轴的混凝土墙下基础各打2排锚杆。底板是整体300mm厚的底板，增加基础刚度，将岩体与建筑紧密地连接在一起，提高结构抗倾覆能力。

图5 基础嵌入详图

图6 桩端持力层详图

图7 深基础详图

5 结语

本工程虽然体量不大，总建筑面积只有3 000m2，但结构采用较多的构件形式，如框架-剪力墙结构、钢结构、型钢混凝土和铸钢构件等，基础类型也有桩（墩）基础、独立基础和锚杆基础。对本项目的分析与研究，可为相关项目提供参考。