某鋼結構大懸挑的設計方法和步驟
本項目為某國際會展中心項目,其展廊有東西南北四個主出入口,建筑設計呈“蒙古包”外形,上大下小,結構懸挑長度分別達14.75m、14.45m,懸挑結構采用鋼桁架,是整個結構設計的關鍵部位和設計難點。
設計通過合理選取抗震性能目標,采用相應加強措施,保證了整體結構的安全可靠。本文總結歸納了長懸挑結構的設計方法和步驟。
蒙古包造型最大層懸挑將近15m,常規的混凝土結構已難以實現,此類懸挑常用的就是鋼桁架結構。但需結合建筑空間布置與建筑師充分溝通協調,在實現建筑造型的同時盡量減少對建筑使用功能的影響。
懸挑桁架及鋼框柱是懸挑鋼結構部分的關鍵構件。鋼框梁與斜撐形成跨層的巨型空間鋼桁架,支撐起建筑設計“蒙古包”的外形。
結構設計步驟及注意事項如下:
(1)提高鋼桁架及鋼框柱等關鍵構件的抗震等級,本工程按抗震等級三級設計;
(2)計算并考慮豎向地震作用的影響,提高懸挑結構的安全儲備;
(3)支撐鋼結構的鋼框柱改為鋼管混凝土柱,嚴格控制軸壓比,使其在大震作用下具有較大的安全儲備和延性;
(4)考慮懸挑桁架施工順序的影響,計算時將地上1~3層按同一施工次序進行計算;
(5)為保證結構整體性和變形協調能力,內力計算時考慮樓板平面內變形,將首層、二層以及三層頂板設置為彈性膜,進行地震作用下樓板應力分析。鋼結構部分及與其相鄰混凝土結構部分樓板板厚均不小于120mm,配筋雙層雙向拉通,配筋率不小于0.25%;對樓板開洞采取加強措施。
(6)按零板厚驗算施工階段(樓板尚未形成剛度時)鋼梁的整體穩定性;
(7)忽略鋼結構樓板的作用,按“零板厚”模型驗算鋼框梁及斜撐的抗震性能,確保樓板在大震下開裂、剛度退化后,鋼桁架仍具有承擔豎向荷載、傳遞水平荷載以及協調結構整體變形的能力;
(8)懸挑結構根部承受豎向荷載的梁不應進行梁端負彎矩的調幅。
(9)進行舒適度驗算,保證正常使用條件下懸挑結構的舒適度。
(10)對鋼結構進行耐火驗算及防火保護設計。
(11)整體結構中對應鋼結構的另一端適當布置剪力墻,墻厚按300mm設計,配筋率不小于0.25%,保證整個結構的穩定及安全。
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