大跨悬挑建筑结构技术在建筑中重要意义

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1、大跨悬挑建筑结构技术在建筑中重要意义　　摘要：文章主要针对大跨悬挑结构体系进行了多种结构方案的可行性分析。从结构体系的效率、经济性、建筑方案的适应性等多个方面进行了对比，并且对各种结构解决方案在实际项目中应用的共性以及机构布置需要注意的方面进行了总结归纳。关键词:大跨悬挑结构技术；结构体系中图分类号：TU318文献标识码：A文章编号：1、工程概况本工程为高级酒店的公寓，地下一层，地上十二层，总建筑面积约为42800，结构高度45m。本建筑方案具有以下几个方面的特点：1）五个方向的大跨悬挑以及垂直于悬挑方向的转换，并且要满足建筑对房间内观赏户外景观的要求；2）由于五个方

2、向悬挑所引起的楼层内的内力的平衡。2、结构体系9在高层建筑，大跨悬挑结构可以采用斜拉转换结构以及悬挂结构等几种结构类型。中央电视台新台址CCTV主楼为L形连体结构连接，最大悬挑跨度70m，支承结构14层，悬臂结构采用支撑筒体+转换桁架结构体系；深圳万科总部大楼设计采用“斜拉桥上盖房”的理念，采用混合框架+拉索结构体系，最大悬挑跨度20m,支承结构4~5层；香港汇丰银行总部大楼上部结构43层，175m高，每隔九层采用转换桁架+吊杆的悬挂结构体系。从概念设计角度，本工程悬挑结构可以采用斜拉索+转换桁架、底部转换桁架承托以及悬挂结构等几种方案。在可行性方案结构分析阶段，从结

3、构受力性能、与建筑功能立面结合以及经济性等方面进行综合比选，确定适用于本工程的悬挑结构方案。2.1斜拉索方案利用斜拉索的结构形式来解决大跨悬挑结构的优点是斜拉索方案主要通过拉索来增大倾覆弯矩的平衡力臂并利用拉索的轴力来平衡悬挑部分的倾覆弯矩，结构的效率较高；斜拉索方案的不足在于：1）斜拉索的布置容易影响到建筑的立面，对建筑立面的布置有一定要求；2）斜拉索方案一般要求结构底部设置转换桁架；3）拉索及悬挑桁架的施工可能涉及到结构预调值，对施工措施有较高要求。2.2转换桁架承托根据建筑立面造型，转换桁架可以采用空腹桁架或实腹桁架两种方案，每种方案各有利弊。空腹桁架9优点：（

4、1）空腹桁架没有斜撑，与建筑平面比较好协调；（2）不影响桁架下层高10m内的有效净高，减少对建筑外观的干扰。缺点：空腹桁架以抗弯为主，用钢量明显，节点构造要求高，杆件截面较大。优点：实腹桁架有斜撑，受力主要以轴压为主，效率较高，可结合设备层以做，与建筑的冲突比较少，如需要二次转换，也不影响建筑布置。缺点：需要占据局部空间（估计3m),底部净高会减少，如果将其布置在3层，则能减少对底部净高影响，但严重影响3层的功能使用、挠度控制比较困难，变形控制要求高。2.3悬挂结构方案9对大悬挑结构，除了采用斜拉结构体系外，悬挂结构也是可以考虑的一种结构体系。一般在建筑顶部设置刚度较

5、大的转换结构，通过垂直布置的吊杆，将下部悬挑结构的竖向荷载上部转换层传递。由于结构重心较高，竖向荷载传递路径较长，一般用于低地震区，如香港汇丰银行总部（43层）、南非标准银行大厦（37层），以及德国BMW办公大楼（22层）均采用了悬挂结构体系。一般说来，悬挂结构具有以下特点：1）单一结构抗震防线，不适宜在地震地区或高烈度地震地区建造；2）结构质量重心高，水平地震荷载作用下结构倾覆力矩大；3）抗侧力结构有效宽度减小，结构高度比加大，筒体底部受力复杂，构造要求高；4）材料性能要求高，如吊杆高应力松弛等，相关节点构造复杂（与常规结构体系比较）；5）筒体下基础筏板布桩困难，桩

6、基需要外扩，筏板受力复杂；6）施工技术要求高，包括特殊施工顺序；7）对建筑平、立面布置有特殊要求和限制；8）土建结构造价相对较高。3、结构方案对比分析3.1悬挂方案对比分析考虑到悬挂方案对建筑立面的影响最小，先对利用悬挂方案来解决该大跨悬挂问题做下面几类关键问题对比分析。3.1.1倾覆力矩的平衡相对一般结构，如何平衡悬挑产生的附加倾覆力矩是本工程设计首先要解决的问题，因此悬挑部分设计为本工程设计的重点和难点。平衡方案有许多种，下面通过两种结构方案的对比来分析请付款力矩的平衡路径。方案A为单纯依靠剪力墙结构来平衡悬臂部分的倾覆力矩；方案B为考虑桁架上下弦所对应的芯筒内部

7、楼板的支撑作用，与剪力墙共同平衡桁架的倾覆力矩。分析结果见表1。结构计算指标比较表1分析结果表明，单靠剪力墙刚度平衡倾覆力矩远不能满足悬臂桁架的挠度要求，需要利用桁架上弦平面的对应的芯筒受拉层以及桁架下弦平面对应的芯筒受压层的刚度来共同平衡；方案B中可以看出倾覆弯矩的9抵抗大部分是靠桁架上下弦对应的芯筒楼板来平衡，剪力墙承担的比例较小，单靠增加剪力墙的厚度效果不大。3.1.2顶层受拉楼板布置方案比较悬臂部分倾覆力矩主要通过桁架上弦平面的对应的芯筒受拉楼板以及桁架下弦平面对应的芯筒楼板受压来平衡，其中上弦平面考虑平面支撑+钢楼板与纯平面支撑两种方案对比