前言
大悬挑结构设计必须根据建筑的使用需求、地理情况、建筑设计相关规定等等进行综合考量，然后确定设计方案，设计过程中要体现规范性、专业性、整体性和战略性，注重质量、安全、使用性能、成本、防灾抗灾能力等等方面的影响和要求，保证设计方案最优。与此同时，设计还需要体现节能环保的理念，与周围建筑环境相融合，并能够具有一定的特色，这也是新时期建筑设计的思想，为此，本建筑设计顶部设置种植屋面，实现建筑、人、自然生态的和谐统一。
1 工程概况：
本工程位于合肥市滨湖新区徽州大道与嘉陵江路交叉口西北侧。地上层数4层，结构高度21.9m，顶部设种植屋面，地下2层。基础埋深10.3m；地上首层层高6.00米，二到四层层高均为5.20米。外轮廓尺寸57.5*32.4m，长方形，核心筒尺寸：40.5m*32.4m；外挑尺寸：17.0m*32.4m，外挑两层（从三层楼面开始利用五榀桁架外挑）；二层与三层竖向刚度突变，结构高宽比1.48；框架柱柱距8.1m。本工程设计使用年限为50年;本工程建筑结构安全等级为二级，结构重要性系数为1.0;本工程地基基础设计等级为甲级;设防烈度为7度，设计基本地震加速度：0.10g,设计地震分组：第一组，场地类别为Ⅱ类,场地特征周期0.35s;根据《建筑抗震设防分类标准》（GB50223-2008），本工程抗震设防类别为标准设防类;基本风压：0.35kN/m2，地面粗糙度为B类。设计时主塔楼风荷载体型系数取1.4。人防地下室抗力等级：核6级、常6级；按二等人员隐蔽所，甲类防空地下室设计。
建筑效果图：
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2 结构体型
针对建筑的平面特点和使用功能，本工程主要抗侧力体系为混凝土框架结构+斜撑（大悬挑部分为5榀钢桁架+组合楼盖）。具有很好的抗侧刚度，同时保证大悬挑结构整体抗倾覆，结构体系适合本工程。对竖向构件的抗震等级按提高一个等级要求进行加强处理，与悬挑桁架相连的梁柱均采用型钢混凝土构件。桁架外挑点的竖向构件下柱力内力非常大基础采用桩筏基础，其他部分需要筏板基础。主要楼层平面布置见图1~4。大悬挑部分结构布置如下图：
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图1二层楼面结构布置图（品红色为支撑）
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图2三层楼面结构布置图（品红色为支撑）
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图3四层楼面结构布置图（品红色为支撑）
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图4屋面层楼面结构布置图（品红色为支撑）
框架柱截面900×1200(SRC)/800×800(SRC)/800×800，主要框架梁截面350x800，500×800(SRC)，500×1000(SRC)，600x1000(SRC)。主要材料：型钢混凝土柱、钢筋混凝土墙砼强度等级：对地下2层~地上1层为C35，1层以上为C50~C30；楼层梁、板混凝土强度等级C30,悬挑部分采用闭口压型钢板组合楼板，板厚120mm。钢结构材料为Q345B，Q345GJ,Q345GJZ。
3 结构计算分析
3.1 小震作用下计算分析
3.1.1 小震作用下弹性反应谱分析
整体计算模型墙采用三维壳单元，梁柱采用空间杆单元。由于结构大多数楼层楼板的连续性好，无大面积开洞，因此计算时采用刚性楼板假定（大开洞部位楼层按照弹性板假定）。抗震计算时，考虑扭转耦联以计算结构的扭转效应，振型数取15个，振型参与质量系数不小于90%。周期折减系数取0.70。在计算层间位移比时考虑偶然偏心的，因本工程为大悬挑结构，地震计算应计算水平和反应谱方法竖向地震。
结构的主要计算结果见表1，由该表可知，SATWE与Midasbuilding两种程序计算出来的结果比较吻合。结构在地震作用与风荷载下的最大层间位移角均满足规范要求；因本工程的结构布置的特殊性（悬挑桁架Y方向布置），第一周期与第二周期差值交大，结构第3周期为扭转周期，结构的扭转周期与第1平动的周期比为0.49满足规范限值0.90的要求；结构体系相对合理，侧向刚度比、基底剪重比等各项参数均满足规范要求。
表1结构整体分析的主要计算结果
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计算程序SATWEMidasbuilding
地上结构总质量/t1507614959
自振周期/s
第1扭转/平动周期
振型质量参与系数/%
底层地震力/KN
底层剪重比/%T1，T2，T31.083，0.529，0.5241.036，0.52，0.513
T2/T10.4840.502
X向/Y向99.50/99.5199.40/94.48
X向/Y向7804/112127814/10694
X向/Y向5.2/7.45.2/7.1
最大层间位移角（所在楼层）X向风1/6587(4)1/7259(4)
地震1/897(4)1/993(4)
Y向风1/9999(3)1/48470(3)
地震1/2117(3)1/2631(3)
注：除了正常的强度验算和挠度验算，还要注重考虑抗倾覆和竖向地震作用验算及悬挑根部节点受力分析。分析模型时的施工模拟顺序也不一样，也是要特别注意的，考虑桁架的整体受力，在考虑模拟施工加载3施工次序时2~4层一次加载考虑。
3.1.2 小震作用下时程分析（时程分析不考虑竖向地震）
采用有限元程序SATWE进行了弹性时程分析，时程分析采用安徽省地震工程研究院提供的两条天然波(分别简称为GM002和VAH2)和一条人工波(简称RH1TG035)，峰值加速度均调整为35cm/s2。地震波的持续时间为20s，大于结构基本周期5倍，时间间距0.02s，满足规范要求。时程分析基底剪力结果见图，从中可以看出，三条波的基底剪力都大于反应谱法基底剪力的65%，平均基底剪力大于反应谱法基底剪力的80%，满足规范要求。
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3.1.3 中震作用下主要竖向构件验算
中震不屈服验算：
对墙体、框架柱、斜撑进行了中震抗弯不屈服验算。结构计算模型同小震弹性反应谱分析，验算时，不考虑构件内力调整，荷载作用分项系数、材料分项系数和抗震承载力调整系数均取1.0。阻尼比取0.06，连梁刚度折减系数取0.6，地震影响系数取0.23，不考虑风荷载参与组合，周期折减系数取1.0，计算程序采用SATWE。中震不屈服计算结果表明，墙体在重力荷载和中震水平地震作用标准效应组合下均未出现拉应力，所有竖向构件均能满足中震抗弯不屈服的性能目标。
4 本工程设计注意事项：
（1）计算大悬挑端部在正常使用过程（恒载+活载）引起的位移值，在施工过程中应先预起拱。防止后期使用过程中变形过大。
（2）营业厅及会议区(B区)大跨度悬挑钢桁架，存在倾覆问题，施工时必须做好支撑及控制拆模时间。图纸中交大悬挑部分施工中提供允许最大施工堆载3KN/m2。
（3）营业厅及会议区(B区)大跨度悬挑钢桁架，施工单位应根据施工方案采取措施以解决高空支模问题施工考虑钢桁架吊装、高空拼接问题以及施工时对下部结构的加固或设临时支撑措施。如有特殊施工荷载，由施工单位向我院提出并由我院复核确认。大悬挑结构的高大模板支撑应经专家对其安全性充分论证后方可施工。
（4）大悬挑根部施工阶段设置后浇带，防止拆模后因变形过大混凝土被拉裂，伸缩后浇带支撑架拆除后封闭。
（5）对钢结构节点深化提出具体要求。
（6）口型钢桁架节点拼接、穿筋、浇注混凝土困难。
（7）型钢柱上下层变截面处节点处理。
（8）性能化设计：对重点部位（悬挑根部柱）提高抗震性能化目标。
（9）大悬挑结构的倾覆注意复核竖向构件的拉应力的问题。
（10）应采用两种不同力学模型的结构分析软件进行分析对比，地震组合MADISbuilding与PMPMSATWE组合比较，PKPM未考虑到最不利地震考虑偶然偏心RS_C（**）+ES_C(**)工况导致部分柱配筋不足。
5 结语
通过对合肥市滨湖新区徽州大道与嘉陵江路交叉口西北侧交通银行金融服务中心(合肥)项目营业厅大悬挑结构设计的介绍，可以得出以下几点结论：
第一，在设计之前，需要对建筑设计要求进行详细分析，了解有关方面的情况，作为设计的依据，保证设计结果符合实际需求，为了实现这一目标，相关专业可以在一起进行协商探讨，做到及时发现问题，及时解决问题。
第二，在结构体型设计方面，需保证其抗侧刚度、抗倾覆、抗震，且要造型美观，并与节能环保、降本增效等相关思想结合在一起，体现建筑的独特风格，尤其是在一些民俗文化较为浓厚的地区，更要注重建筑设计风格创新，一些具有个性化的标志性建筑都是这样产生的。
第三，结构计算主要是进行量化分析，对每个构件和组成部分的受力情况和可承受能力进行验算，得出准确结论。本文主要进行了小震作用下弹性反应谱分析、小震作用下时程分析、中震作用下主要竖向构件验算三个部分。
第四，经过整体设计，特别是关键节点的分析，进行工程注意事项总结，消除影响设计质量提升的因素，从悬挑部使用、节点设置、性能优化扥的各方面来改进，提高设计的科学性。
参考文献
[1]刘宁波,张振兴,雷晓勤,张宇,陈萌.超高层建筑高空悬挑转换钢桁架施工技术[J].施工技术,2014(8).
论文作者:姚运
论文发表刊物:《红地产》2017年2月
论文发表时间:2018/12/13
标签：结构论文; 桁架论文; 系数论文; 周期论文; 构件论文; 荷载论文; 组合论文; 《红地产》2017年2月论文;