某钢结构大悬挑的设计方法和步骤
本项目为某国际会展中心项目,其展廊有东西南北四个主出入口,建筑设计呈“蒙古包”外形,上大下小,结构悬挑长度分别达14.75m、14.45m,悬挑结构采用钢桁架,是整个结构设计的关键部位和设计难点。
设计通过合理选取抗震性能目标,采用相应加强措施,保证了整体结构的安全可靠。本文总结归纳了长悬挑结构的设计方法和步骤。
蒙古包造型最大层悬挑将近15m,常规的混凝土结构已难以实现,此类悬挑常用的就是钢桁架结构。但需结合建筑空间布置与建筑师充分沟通协调,在实现建筑造型的同时尽量减少对建筑使用功能的影响。
悬挑桁架及钢框柱是悬挑钢结构部分的关键构件。钢框梁与斜撑形成跨层的巨型空间钢桁架,支撑起建筑设计“蒙古包”的外形。
结构设计步骤及注意事项如下:
(1)提高钢桁架及钢框柱等关键构件的抗震等级,本工程按抗震等级三级设计;
(2)计算并考虑竖向地震作用的影响,提高悬挑结构的安全储备;
(3)支撑钢结构的钢框柱改为钢管混凝土柱,严格控制轴压比,使其在大震作用下具有较大的安全储备和延性;
(4)考虑悬挑桁架施工顺序的影响,计算时将地上1~3层按同一施工次序进行计算;
(5)为保证结构整体性和变形协调能力,内力计算时考虑楼板平面内变形,将首层、二层以及三层顶板设置为弹性膜,进行地震作用下楼板应力分析。钢结构部分及与其相邻混凝土结构部分楼板板厚均不小于120mm,配筋双层双向拉通,配筋率不小于0.25%;对楼板开洞采取加强措施。
(6)按零板厚验算施工阶段(楼板尚未形成刚度时)钢梁的整体稳定性;
(7)忽略钢结构楼板的作用,按“零板厚”模型验算钢框梁及斜撑的抗震性能,确保楼板在大震下开裂、刚度退化后,钢桁架仍具有承担竖向荷载、传递水平荷载以及协调结构整体变形的能力;
(8)悬挑结构根部承受竖向荷载的梁不应进行梁端负弯矩的调幅。
(9)进行舒适度验算,保证正常使用条件下悬挑结构的舒适度。
(10)对钢结构进行耐火验算及防火保护设计。
(11)整体结构中对应钢结构的另一端适当布置剪力墙,墙厚按300mm设计,配筋率不小于0.25%,保证整个结构的稳定及安全。
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