谈某工程的混凝土大悬挑结构设计

《 四川建材 》 2007 年第 5 期 结构设计与研究应用 ●
【 文章编号 】 : 1672 - 4011 ( 2007 ) 05 - 0204 - 03
谈某工程的混凝土大悬挑结构设计
赖 洪 涛 , 江 毅
(华南理工大学建筑设计研究院 , 广州 510640 )
度有一定的影响 , 在抗震计算时需注意层间刚度的变化 。
五层 5xE 轴处 向下挑 715m
300 1100 20 150 3000 16 760 12160 01138157895 30000 2101 68811 4 25 1963150 1040 940 87715 211 200000 206000 25 699116 38101 165000 0104 124182 171146 0183 0113 ≤013mm 010063 33275000000 1041601333 5191241E + 14 609132 117 3164996E + 14 1121282E + 15 3132 17123 57125 7500 30 0100182 55014 ≤1 /300
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《 四川建材 》 2007 年第 5 期 结构设计与研究应用 ●
( 7 ) 对于方法三 , 由于上 、下层连成桁架 , 对层间刚
二层 5xT轴处 向上挑 6m
b h tf bf A af = tf × bf taw haw A aw = taw × haw k = [ h /4 - ( h - haw ) /2 ] / haw Ec ftk Ms n ds 300 800 21 150 3150 13 518 6734 01113899614 30000 2101 92514 8 25 3926199 740 66915 62915 211 200000 206000 25 950132 33102 120000 0107 193148 90169 0199 0118 ≤013mm 010177 12800000000 37935977212 3132444E + 14 84912 118 1191707E + 14 4162148E + 14 2141 2215 54124 6000 24 0100252 39618 ≤1 /300
【 摘 要】 : 本文结合某图书信息中心工程实例 , 根据 笔者多年来的体会 , 通过阐述在该工程中所应用的三种简 单 、经济 、方便施工的混凝土大悬挑结构型式及相应施工 措施 , 将混凝土结构中的大悬挑设计及施工方法作一介绍 。 具体阐述本工程在安全 、适用 、经济 、合理的条件下 , 实 现了建筑师追求的建筑效果 。 【 关键词 】 : 大悬挑 ; 型钢混凝土梁 ; 混凝土桁架 【 中图分类号 】 : TU973 【 文献标识码 】 : B
3 结构方案考虑
图书信息中心的主要使用功能为 : 储存书库 、阅览室 、 机房及办公用房 , 所以在结构布置方面 , 首先应该考虑到 建筑平面使用要求和经济性布置柱网 。 按建筑需要 , 并通过经济性分析 , 最终柱网 715 m × 715 m , 柱截面尺寸配合各房间不同实际情况有 700 × 700、 600 × 600、 300 × 1 000、 < 600 与 < 700 等几种配置方案 。为 了室内建筑效果 , 梁系一般井字分布 ; 同时兼顾到其建筑 立面效果 , 为满足其强烈的形体变化和虚实对比的需要 , 四周均设有 415 m、 610 m 和 715 m 的大悬挑 。大悬挑的梁 系布置 , 因结构受力的需要 , 多采用单向板布置方式 , 同 时也配合建筑立面需要 , 布置一些端柱和混凝土墙体 。
4 设计方案实例对比
在设计过程中选用何种方法直接影响后期施工难度 , 也要考虑造价等因素 , 对于该工程普通钢筋混凝土现浇楼 盖来说 , 有三种方法可以实现大悬挑的要求 , 三种方法在 该工程中可以得到有机的结合及使用 。 方法一 : 采用普通钢筋混凝土悬挑梁 , 截面高度直接 按强度和刚度需要计算所得 。但此方法常受到建筑立面制 约 , 悬挑梁高度有一定限制 , 对于悬挑跨度和荷载均不太 大时可以采纳 , 其优点是设计简单 , 施工也方便 。 在悬挑距离为 415m 处 , 本人采用了此方法 , 经核算 , 主悬挑梁采用截面为 300 mm × 800 mm , 支座处面筋最大为 10 < 25, 底筋配为 4 < 25, 在 715 米柱跨中则每 215 m 布置一 根次悬挑梁 , 截面采用 200 mm × 800 mm , 支座处面筋最大 为 5 < 25, 底筋配为 3 < 20; 见图 2 ( a) 。
2 工程概况
某工程为图书信息中心 , 总建筑面积 38 370 m2 , 主体 为五层钢筋混凝土框架结构 , ±0100 以上建筑总高度为 22150 m , 最大悬挑距离达 715 m。主要的使用功能为书库 、 阅览室及办公用房 , 建筑立面新颖 , 具有强烈的形体变化 和虚实对比 。建筑效果图见图 1。
图 2c
方法二 : 采用型钢混凝土梁 (也称钢骨混凝土梁 ) , 即 在普通钢筋混凝土梁截面内加入型钢 , 其抗弯承载力比相 同截面钢筋混凝土构件要高出 1 倍以上 [ 1 ] , 而且依靠所配 置钢骨的腹板承受剪力 , 其抗剪承载力也大幅提高 , 因此 可有效减小构件的截面尺寸 。对于较大悬挑距离的悬挑梁 可采用此法 , 此法优点是梁承载力高 、刚度大 、变形小 。 在悬挑距离为 610m 处 , 就采用了方法二 , 经计算主悬 挑梁采用截面为 400 mm × 800 mm , 梁则内置 I56a 切边型 钢 , 支座 处面 筋 最大为 10 < 25, 底 筋配 为 4 < 25, 同 样 每 215 m 布置一根次悬挑梁 , 截面为 200 × 800, 支座处面筋 最大为 6 < 25, 底筋为 3 < 20; 见图 2 ( b) 。 在有些悬挑为 715 m 处 , 本人也采用了方法二 , 此时 主悬挑梁截面为 400 mm × 1 100 mm , 梁内置 16 × 800 × 20 × 150 × 20 × 150 焊接工字型型钢 , 见图 3。同样每 215 m 布 置一根次悬挑梁 , 截面为 200 × 1 100, 支座处面筋最大为 6 ( ) 25, 底筋为 3 20; 见图 2 c 。 方法三 : 利用建筑平面 , 悬挑部分有砖墙分隔处布置 成钢筋混凝土墙或拉 、压斜杆 , 把上 、下层悬挑梁连成一 体 , 形成悬挑的钢筋混凝土桁架 , 实现大悬挑的可能 。这 种方法充分利用建筑使用功能 , 造价增加甚微 , 但可理想 地实现建筑立面效果 , 可谓性价比高的结构型式 。 在本工程建筑物四个转角处 , 两侧均有大悬挑 , 本人 应用方法三 , 最终通过优化 , 其中拉 、压杆纵筋配筋率最 大仅为 214% , 钢筋混凝土墙单向钢筋配筋率仅为 0138%
1 前言
随着社会经济的发展和人们生活水平的提高 ,人们对各 种建筑物的功能要求和城市建筑美观的要求也越来越高 ,各 种平面和立面不规则的高层建筑也越来越多地丰富着城市 建设的内容 。但人们在具体的空间结构体系整体研究上还 有一定的局限性 ,在设计过程中需要采用许多假定与简化 。 作为结构工程师不应盲目的照搬照抄规范 , 应该把它 作为一种指南 、参考 , 并在实际设计项目中作出正确的选 择 , 根据概率极限状态设计法才更科学 、更合理 。这就要 求结构工程师对整体结构体系与各基本分体系之间的力学 关系有透彻的认识 , 与建筑师在创作设计中创造性地相互 配合 , 设计出令人满意的建筑 。从而把概念设计应用到实 际施工的工作中去 。下面我们就以平面不规则的某图书信 息中心为实例 , 谈谈混凝土大悬挑结构设计在实际工程中 的运用 。
表 1 型钢混凝土组合梁裂缝和挠度计算 二层 6xE 轴处 向下挑 415m
400 800 21 150 3150 13 518 6734 01113899614 30000 2101 99213 10 25 4908174 740 66915 62915 211 200000 206000 25 1107140 31188 160000 0106 183125 120192 0197 0117 ≤013mm 010166 17066666667 37935977212 4103058E + 14 947184 1184 2123627E + 14 5190148E + 14 2164 15182 41175 4500 18 0100264 37910 ≤1 /250
屋面 15xS轴处 向上挑 715 m
300 1100 20 150 3000 16 760 12160 01138157895 30000 2101 78314 4 25 1963150 1040 940 87715 211 200000 206000 25 699116 38101 165000 0104 142111 171146 0186 0116 ≤012mm 010063 33275000000 1041601333 5191241E + 14 68614 117 3166473E + 14 1121282E + 15 3131 17 56126 7500 30 0100175 57112 ≤1 /300
5 施工中应注意的问题
结合具体工程实施安全措施 , 才能保证工程的财产和 人员生命的安全 。由于建筑工程的结构复杂多变 , 各施工 工程所处地理位置 、环境条件不尽相同 , 安全管理的措施 也有所差异 , 所以为了加强建筑施工安全管理 , 使整个工 程能通过安全检查标准 , 顺利完工 。只有按照要求在结构 施工中应该注意以下几个主要的问题 : (1) 施工前应做好相关的技术准备 , 包括人员组织和 材料准备等等 。让施工单位认识到问题的重要性 , 对现场 施工人员做好技术交底 。 ( 2 ) 大悬挑结构属于超常规砼结构 , 其支撑系统的方 案设计以及方案实施均至关重要 , 本工程模板支架采用扣 件式钢管脚手架 , 立杆支撑在一层地面和二 、三层楼面上 。 材料采用 < 48 × 315 钢管 、可锻铸铁扣件 、九合板模板 、木 枋斜楞 , 一架两用 , 即支撑结构和装修施工使用 , 但主要 用于结构支撑 。 ( 3 ) 在砼浇筑施工时 , 安排专人负责观察支撑有无异 常响声 、变形 , 发现异常情况立即通知现场施工人员撤离 。 ( 4 ) 施工时要从建筑内侧向外侧平行浇筑 , 泵管尽量 不要放到悬挑部位 , 施工人员不可在悬挑部位聚集太多 。 在砼浇筑施工前要向施工人员就这些注意事项详细交底 。 (5) 几层悬挑梁设置有端柱连系时 , 由于各层支撑柱 轴向变形引起端柱传递一定的压力 , 致使底层悬挑梁承受 的悬挑力稍大 , 应加大该悬挑梁配筋 , 以控制正常使用时 构件的裂缝 ; 也可以采用端柱后浇的办法减少柱轴向变形 引起端柱内力累积现象 。 (6) 型钢混凝土梁截面设计时需满足相关规范的边距 要求 , 同时需兼顾到穿过混凝土支撑柱的问题 , 可采用较 粗直径的柱纵筋 , 以方便型钢的穿过 , 型钢的宽度也适当 控制 , 以满足柱筋配置间距的抗震要求 。