某四面悬挑结构的悬挑方案优选

鲁之恒

【摘  要】针对现代化悬挑結构的形式多样性问题，以某四面都向外悬挑的结构为研究对象，分别比较6种不同的悬挑方案，基于Midas软件分析其静力和动力作用下的反应，从结构优越性和建筑优越性出发选择最优方案。

【Abstract】Aiming at the diversity problem of forms of modern cantilever structures， this paper takes a structure with outward cantilever on all sides as the research object， compares six different cantilever schemes respectively， analyzes their responses under static and dynamic effects based on Midas software， and selects the optimal scheme based on the advantages of structure and architecture.

【关键词】大跨悬挑结构;悬挑方案;悬挑桁架;地震作用;静力作用

【Keywords】long span cantilever structure; cantilever scheme; cantilever truss; geological process; static effect

【中图分类号】TU74                               【文献标志码】A                                   【文章编号】1673-1069（2020）09-0156-03

1 引言

随着人们对建筑审美眼光的提高和建筑施工技术的进步，越来越多形式独特的建筑应运而生，其中悬挑结构最受人追捧。但其受力复杂，且形式多样，因此，需要对多种悬挑形式进行分析比较，才能找到最适合且经济的方案。

本文以受力钢桁架、封边桁架和协同受力钢梁3种受力形式出发，采用6种方案，比较其在静力和动力作用下的反应，以期寻找最佳方案。

2 工程及悬挑方案概况

2.1 工程概况

该工程地下1层，标高-5.65m;地上共5层，首层和第2层层高3.8m;3层层高3.9m，且向里收进;4层层高6.4m，且四面开始向外悬挑;同样作为悬挑层的5层及屋面层层高为4.6m，纵向方向两端各悬挑12m，横向方向两端各悬挑8.1m，其结构模型如图1所示。

2.2 悬挑方案

2.2.1 受力钢桁架方案

方案一：双层交叉形腹杆的悬挑桁架形式（见图2）。方案二：人字形腹杆悬挑形式并在外围设置悬挑钢梁协同受力（见图3）。方案三：空腹悬挑桁架形式并在外围钢骨柱上设置悬挑钢梁协同受力（见图4）。

2.2.2 外围封边桁架方案

方案a：N型腹杆形式（见图5）。方案b：K型腹杆形式（见图6）。受力钢桁架、封边桁架和协同受力钢梁的位置示意如图7所示。

于是，3种悬挑方案和2种外围封边桁架方案一共有6种组合形式，具体如表1所示。

3 两种外力工况下的方案分析与方案选择

模型质量源采用1.0DL+0.5LL，本文楼面活荷载采用2.5kN/m2，不上人屋面活荷载采用0.5kN/m2。结构的主要的外荷载来源于水平方向上地震作用以及竖直方向的恒活载作用，于是按照下面的工况进行分析，并选择出最佳的悬挑方案：

①工况1：1.0X向地震作用+0.85Y向地震作用（水平双向）[1]。

分别比较该工况下6种组合悬挑端最大位移（见表2）和悬挑端最大轴力（见表3）。

②工况2：1.2DL+1.2LL（静力荷载工况）。

因为在悬挑受力方案中，方案一悬挑端只有悬挑钢桁架受力，而方案二和方案三用到了悬挑钢梁协同受力，所以其位移沿全长的变化情况更具有说明性，沿X轴全长的悬挑端挠度如图8所示，沿Y轴全长的悬挑端挠度如图9所示。

由图8、图9可知，在水平双向地震作用下，组合2、组合4、组合6较组合1、组合3、组合5的悬挑端最大位移要小，但悬挑端最大轴力要大，这说明外围封边桁架采用K型腹杆比采用N型腹杆对结构的位移帮助更大，且K型腹杆的稳定性更好、整体的刚度大，相对于N型腹杆会分担更多的力。在静力工况下，组合3和组合4沿纵横轴方向的竖向位移变化幅度最小，这是由于协同受力钢梁可以帮助整个悬挑端受力更均匀，而组合5和组合6较其他组合竖向位移明显更大，这说明空腹受力钢桁架抵抗竖向荷载的刚度较小。因此，组合2和组合4都是较好的选择，但在建筑上，交叉腹杆会严重侵占悬挑楼层的通道且影响剪力墙洞口的设置。

4 结论

在使用受力钢桁架、封边桁架和协同受力钢梁3种受力形式作为大悬挑结构的受力构件时，封边桁架宜采用K型腹杆;受力钢桁架可采用交叉腹杆或人字形腹杆，但后者比前者更节省建筑空间。为使悬挑端受力更均匀可沿全长布置悬挑钢梁协同受力。

【参考文献】

【1】姬淑艳，李英民，刘立平，等.考虑双向水平地震作用的结构设计问题研究[J].地震工程与工程振动，2006（05）：68-72.