平行弦钢桁架过街人行天桥设计

摘要：分析北京某平行弦桁架人行过街天桥设计，该天桥主体结构由上部两榀钢桁架和下部混凝土柱组成，总长52.5m，单跨最大跨径30m。设计考虑竖向地震、温度效应等荷载作用，并计算结构竖向第一振动频率，避免人群行走时桥身产生共振。设计方法和结构选型可供技术人员作同类设计参考。

Abstract： The paper describes the design of a parallel chord steel truss pedestrian bridge in Beijing. The main structure of the bridge is composed of above two steel trusses and concrete columns bottom. The most span of the bridge is 30m， and the whole length is 50m. The structure calculation includes of the vertical earthquake， temperature effect and the first natural frequency of vertical vibration for avoiding the resonance of the bridge caused by human walking. The design method and selection of the structure provide reference for similar design.

关键词： 人行天桥；平行弦桁架；结构设计；钢结构

Key words： pedestrian bridge；parallel chord truss；structure design；steel structure

中图分类号：U448.11 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2016）18-0113-03

0 引言

弦钢桁架过街人行天桥是城市桥梁工程领域常用的一种桥型结构，在交通密集区域，它既能保证行人安全通行，又有助于加强建筑物之间的整体联系。在结构设计上，这种桥型必须充分考虑竖向地震、温度效应等荷载作用，要具备较强的抗震能力，否则桥身容易随人群走行产生共振，进而对行人安全造成威胁。

本文针对北京某平行弦桁架人行过街天桥展开研究，通过分析其平立面布置和钢桁架构件截面尺寸计算结构竖向第一振动频率，并对桥体的抗震结构进行优化设计，以提高天桥结构的稳定性，确保行人安全通行。

1 工程概况

北京信息科技创新园位于北京市昌平区的未来科技城内。蓬莱苑南路（规划市政道路）将该园区分割为南北两个区。过街人行天桥的架设将满足南北两区的人行需要。该过街人行天桥采用平行弦钢桁架结构形式，总长52.5m，宽约6m，高约11m。下部由六个钢筋砼柱支撑。三维结构图见图1。

2 总体设计

2.1 天桥平立面布置

平行弦钢桁架结构共两跨，主跨跨径30m，次跨跨径15m，两端悬挑。桥下净空约6.5m，二层采用厚170mm压型钢板组合楼板，屋面层采用交叉支撑上铺玻璃幕墙（见图2、3）。因建筑外立面均为6角型玻璃幕墙，立面设计各桁架腹杆均按水平夹角60°设置，并于上下弦杆组成一系列边长5m的等边三角形（见图4）。

2.2 钢桁架构件截面尺寸

钢桁架各构件均为H型截面。主桁架上弦杆采用热轧H型钢HM400×300×10×16，上横梁采用HW300×300×10×15；下弦杆采用热轧H型钢HM500×300×11×15，下横梁采用HW300×300×10×15；腹杆采用焊接H型钢HM HW250×250×16×16；屋面交叉支撑采用热轧H型钢HW175×175×7.5×11，钢材均选用Q235B。

3 抗震设计

由于钢和混凝土线膨胀系数差别较大，当结构升降温时，上部钢结构的变形将对下部混凝土柱产生一定的推力。解决此类温度影响的常规构造措施是将中间柱顶设为固定铰支座，两边柱顶设为滑动铰支座的以释放温度效应对结构的不利影响。但该结构地处抗震设防烈度8度区（北京），宜使各个墩、台共同承担水平地震荷载，避免固定支座墩受力过大[4]，进而导致柱截面过大，影响外观。因此，六处混凝土柱顶均按固定铰支座进行设置，并在结构计算中考虑温度荷载对结构的不利影响。

该建筑属于竖向抗侧力构件不连续的结构类型，下部六个混凝土柱侧向刚度相对较弱，属于薄弱层，结构设计时混凝土柱按承受2倍地震内力进行计算和配筋[1]。

4 结构计算与分析

该结构采用通用有限元计算软件SAP2000进行建模计算分析。

4.1 荷载取值

4.1.1永久荷载

桥顶恒载标准值：1.5kN/m2（幕墙，不含结构自重）；

桥面恒载标准值：2.2kN/m2（铺装，不含结构自重）。

4.1.2活荷载

桥顶活荷载标准值：0.5kN/m2；

桥面活荷载标准值：3.5kN/m2。

4.1.3雪荷载

基本雪压：0.4 kN/m2。

4.1.荷载

基本风压：0.45 kN/m2。

4.1.5 温度作用

温度作用按升温29°C，降温25°C考虑。

4.1.6水平地震作用

该地区抗震设防烈度：8度；设计基本地震加速度：0.20g；设计地震分组：第一组；建筑场地类别：III；混凝土框架抗震等级：二级；天桥钢结构抗震等级：三级。

4.1.7 竖向地震作用

该结构单跨大于24m，应计算竖向地震作用[1]。

4.2 荷载组合

计算时主要考虑以下荷载组合：①1.2恒载+1.4活载；②1.2恒载+1.荷载；③1.2恒载+1.4活载+1.4×0.6风荷载；④1.2恒载+1.4×0.7活载+1.荷载；⑤1.2（恒载+0.5活载）+1.3水平地震；⑥1.2（恒载+0.5活载）+1.3水平地震+0.5水平地震；⑦1.2（恒载+0.5活载）+0.5水平地震+1.3水平地震；⑧1.2恒载+1.4×0.70活载+1.4温度荷载；⑨1.2恒载+1.4活载+1.4×0.6温度荷载[2]。

5 计算结果及设计验算

表1给出该天桥结构前5阶振动的周期和相应的频率，图5给出各阶阵型的变形。

根据表1和图5反映该结构扭转周期比为0.64大于规定的限值0.85[1]。竖向振动（第五阶阵型）频率为5.10Hz满足规范要求[3]。

表2给出该结构各层角位移数据，表3给出主要构件的长细比计算和在各种荷载组合工况下的应力比数据。通过计算分析，构件的构造要求、强度和稳定计算均满足现行规范要求。

6 结论

钢结构人行天桥与其他钢结构建筑有所不同，结构自重较轻，容易导致人群行走时引起结构共振；在高抗震设防区，大跨度的混凝土柱属于薄弱构件，应予重点考虑。竖向地震和温度效应对结构受力影响较大，计算中不能忽略其影响。本文计算分析结果反映该天桥设计合理、结构安全且兼顾外观要求，特别在上述关键设计内容上符合国家规范各项规定。相应的分析结果和构件选型可为今后开展此类设计作设计参考。

参考文献：

[1]中华人民共和国住房和城乡建设部.GB 50011―2010建筑抗震设计规范[S].北京：中国建筑工业出版社，2010.

[2]中华人民共和国住房和城乡建设部.GB 50009―2012建筑结构荷载规范[S].北京：中国建筑工业出版社，2012.

[3]中国工程建设协会标准.CECS273―2010组合楼板设计与施工规范[S].北京：中国计划出版社，2010.

[4]中华人民共和国交通运输部.JTG/T B02-01-2008公路桥梁抗震设计细则[S].北京：人民交通出版社，2008.