某高层办公楼空中大堂悬挑结构设计

【摘要】：现代建筑对立面和空间功能要求越来越高，各类大跨度、大悬挑结构越来越多的运用到民用建筑上来，本文通过某高层办公楼空中大堂设计实例，讲述混凝土结构的大悬挑设计的一点体会及施工中的一些要点。

【关键词】：大悬挑 钢骨梁 混凝土桁架

中图分类号：TU37 文献标识码：A 文章编号：

一 工程概况

本工程位于武汉市东湖高新区，28层，屋面建筑高度118.9m，建筑面积约48000m2，在十三至十五层局部设通高空中大堂，空中大堂最大悬挑距离达7.2m，建筑立面上要求在空中有一局部突出效果，此部位建筑剖面如下图一：

图一：空中大堂建筑剖面

二 结构方案比较

此悬挑结构由于跨度大，且处于建筑的的半空，离地面达50多米，结构设计方案不仅要考虑到结构的安全，还要考虑立面的美观及施工的难易等。在设计过程中，共提出了以下4种结构布置方案，计算软件主要采用PKPM-SATWE和PMSAP。

1，采用普通钢筋混凝土悬挑梁，上下悬挑梁截面均为700x1400mm，两柱之间分布三根悬挑次梁，尺寸为600x1400mm，以减轻主梁荷载。经SATWE计算，悬挑梁梁端弯矩约为3950KN・m，配筋率为0.93%，梁端扰度Y≈42.5mm，，满足《混凝土结构设计规范》要求。本方案优点在于结构受力简单，计算公式明确，缺点在于结构形式为纯悬挑，在悬挑过大的情况下结构防线少，若施工质量达不到要求存在安全不定因素，扰度稍微偏大。而且建筑立面要求十三层悬挑梁截面高度最好不大于1000mm，故此方案最终放弃。

2，采用钢骨混凝土梁结构，悬挑梁截面为700x1100mm，内置焊接工字钢H800x400x16x20，由于钢材的弹性模量远大于混凝土，在混凝土梁里内置型钢可大大增强悬挑梁的刚度。同时，在两柱之间分布三根普通混凝土悬挑次梁，尺寸为600x1100mm。经计算，按此方案布置，梁端配筋面积约为7200mm2，最大扰度为38.5mm，均满足规范要求。采用钢骨混凝土梁优点十分明显，通过增大刚度来较小梁截面高度，同时可以控制扰度，减轻自重等。缺点主要在于节点构造比较复杂,施工要求较高，尤其对于本工程，在悬挑大、悬挑位置高的情况下，采用钢骨梁结构施工比较困难，施工质量难以保证，故此方案仅作为备选。

3，采用上下整体桁架式结构布置，具体结构布置如下图二：

图二：方案3结构布置

此方案上下横梁、柱、拉斜杆及竖压杆，把上、下层悬挑梁连成一体，形成悬挑的钢筋混凝土桁架，其中斜拉杆为主要受力构件，利用SATWE和PMSAP分别计算，斜杆拉力约为2800KN，构件配筋率为1.6%，竖杆压力约为750KN，仅需构造配筋，最端点扰度仅为15mm，满足规范要求，在设计时可以通过加大斜拉杆配筋或加型钢等方法以减小斜拉杆的拉伸并防止开裂。此方案的优点主要有：（1），受力方式从以受弯为主的改为以受拉、压为主，充分利用材料的强度，构件截面较小，自重小且刚度大，结构安全度大；（2），此方案中下横梁截面高度仅为1000mm，可以满足建筑立面要求。方案缺点有：（1），斜梁的存在，影响内部空间感；（2），混凝土桁架节点施工要求高，尤其在50多米的高空，外挑7.2m的情况下，节点施工困难，质量不好把控。此方案事先报与业主方讨论，最终由于影响内部空间而未被采纳。

4，为了满足建筑立面及内部空间要求，本工程最终采用下图三所示结构方案：

图三：方案4结构布置

此方案十五层布置700x1800/1500的变截面挑梁，在梁端部布置设备管道以保证梁下净空，十三层根据建筑立面要求设700x1000mm悬挑梁，在悬挑7.2m的情况下，此悬挑梁强度和刚度均无法满足设计要求，因此在十五层与十三层悬挑梁端部设置一600x800mm吊柱，将两层悬挑梁连成一体，协调变形。同时，在两柱之间平行布置三道 相应尺寸的悬挑次梁，经SATWE和PMSAP计算，主梁主要计算结果如下表一：

表一：

注：上表中：弯矩1、剪力1等对应13层，弯矩2、剪力2等对应15层

根据上表可以看出，通过吊柱作用，上下悬挑梁变形基本一致，上部挑梁作为主要受力构件，承担了大于65%的弯矩。梁柱配筋、扰度均在规范允许范围，两个计算软件计算的结果虽然有一定的差异，但均能反映实际受力情况，在设计时为安全起见可取两种软件的较大值进行设计配筋。

三，施工中的一些要点

本工程在施工时主要存在以下两个问题：

1 ，悬挑长度大且悬挑部位处于50多米高空，如采用落地脚手架则工程量太大，根据实际情况，本工程宜采用外挑钢结构平台作为施工操作面。外挑平台可以采用下部型钢斜撑和上部钢绳斜拉来支撑，必要时可在混凝土柱上预埋埋件来固定钢结构构件，钢结构施工平台应由正规钢结构公司设计施工。同时，在施工现场要严格组织和实施，在钢结构施工平台及悬挑结构施工过程中，对施工平台的扰度要严格监测。

2，十五层悬挑梁尺寸为700x1800mm，体量较大，在施工时要采用合理的分层振捣方法增加混凝土的密实度，提高抗裂能力，同防止出现冷缝；要严格进行温度监测，采取适当的措施降低混凝土内部温度，防止温度应力引起开裂。

本工程目前施工图设计审查合格，正处于基础施工阶段，应密切关注施工过程，严格控制施工质量，使施工过程就能安全、顺利进行。

参考文献：

1,赖洪涛江毅《谈某工程的混凝土大悬挑结构设计》四川建材 2007年第5期

2, 李英攀 林伟洪《超高层屋面大悬挑结构脚手架设计的探讨》武汉理工大学学报2009年第12期

3，中华人民共和国国家标准 《混凝土结构设计规范》GB50010-2010