盘锦水榭舂城酒店(五星级)悬臂钢桁架设计与分析

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摘要：长悬臂钢桁架是解决大悬挑的一种结构形式，针对设计中遇到的问题，从结构分析的角度得出桁架各杆件基本的内力分布规律，通过方案调整改善结构的力学性能。桁架与主体根部连接节点是保证钢桁架安全可靠的关键部位，对结构的受力性能有着重要的影响。根部节点设计得是否合理，不仅会影响结构安全性和可靠性，而且会影响构件的加工制作与工地安装的质量，并直接影响构件的造价。

关键词：悬臂桁架；扭转效应；关键部位；舒适度；刚接点；拼接点

水榭春城酒店位于盘锦市双台区，邻近辽河风光带。主体建筑高度99.650m，结构采用框架一剪力墙体系，在位于裙房的3层一设备层之间外立面设有凸出的悬挑造型，此悬挑造型共计两层，外挑长度14.500m，平面宽度17.700m，平面宽度方向为两跨，但中间层为建筑露空的观景平台，结构受力构件只能布置在边跨。初步选定方案为钢桁架见现场图片图1所示，钢桁架向主体裙房内伸进两跨平衡悬挑产生的弯矩，因主体为框剪结构，此方案存在钢结构与混凝土的连接问题，为了节点的受力合理及施工方便，主体与桁架关联构件采用型钢混凝土。针对设计过程中的疑点及难点结合计算程序进行如下的深入浅出的分析。

1 长悬臂结构的设计

1.1规范对长悬臂的一般规定

《高规》4.3.2—3条高层建筑中的大跨度、长悬臂结构，7度（0.15g）、8度抗震设计时应计入竖向地震作用。长悬臂指悬挑长度大于2m的悬挑结构，应验算其自身及其支承部位的竖向地震效应。此建筑位于7（0.10g）度区，可不考虑竖向地震的影响。

《高规》3.5.5条指出当上部结构结构楼层相对于下部楼层外挑时，上部楼层水平尺寸不宜大于下部楼层的水平尺寸的1.1倍，且水平外挑尺寸不宜大于4m。显然本工程的超过了规范的限制，所以在设计时应采取必要的加强措施。

1.2地震作用设计

悬挑结构上部平面面积大于下部平面面积，会造成以下两方面问题。

（1）上部结构刚度和质量大于下部结构

上部结构刚度大于下部结构，意味着下部结构可能形成薄弱层，设计中应加强下部结构的侧向刚度和构件承载力，满足规范对结构竖向规则性的要求，包括楼层侧向刚度不宜小于相邻上部楼层侧向刚度的70%或其上相邻三层侧向刚度平均值的80%：A级高度高层建筑的楼层层间抗侧力结构的受剪承载力不宜小于其上一层受剪承载力的80%，不应小于其上一层受剪承载力的65%。本工程体量相对于悬挑部分较大，悬挑对对齐贡献的刚度较小。通过电算结果满足规范要求。

上部结构质量大于下部结构，意味着高振型的影响比较严重，计算分析时应选用足够数量的振型数。本工程悬挑部分为钢结构，护墙和建筑商议后采用轻质材料以减轻整个悬挑部分的自重。

（2）扭转效应显著

悬挑结构上部结构的质量大，扭转惯性距就大，而结构下部的平面尺寸小，造成结构整体的抗扭刚度相对较小，扭转效应一般比较显著，极易使结构的计算满足不了最大水平位移和层间位移的限值。本工程采取增大裙房周边柱子的截面，增大桁架在主体内水平构件的截面，经过反复调整提高其抗扭能力，使其达到设计结果的合理，

1.3关键部位设计

悬挑部分根部是悬挑结构的关键部位，结构冗余度很低，没有多道防线，地震破坏时危害性较大，也对其进行了竖向地震作用的验算。验算内容包括悬挑部分根部的弦杆和腹杆，保证在大震下强度及大震不坏的要求。支撑悬挑结构的竖向构件也是比较关键的构件，本工程考虑与钢结构的连接及整体的刚度采用的型钢混凝土柱。以提高其安全度。

1.4对舒适度的控制

舒适度包括结构在风作用下引起的摇摆运动是居住者产生不舒服的感觉以及结构楼盖因人或其他运动的干扰引起的振动不致使居住者感觉不舒适。悬挑部位的竖向刚度较小，需要验算正常使用条件下楼板的振动情况及整体桁架的挠度。保证使用的舒适度。

本工程悬挑部分水平构件采用密肋钢梁上铺设楼承板，即可保证楼板振动又可增加悬臂桁架的整体稳定性。竖向悬挑桁架伸进主体内两跨，以抵抗悬挑部分的倾覆力矩及整体桁架的挠度。

2 悬臂钢桁架受力分析

钢桁架受力分析采用PK及MidasGen两种软件进行结构设计。如图2和图3所示，PK采用单榀平面模型，节点处按集中荷载简化，忽略弦杆的实际弯矩影响，从而得出桁架各杆件的轴力图及选取型钢的应力比。如图4和图5所示，MidasGen采用三维建模与实际受力较为接近。从图中不难看出两种模型轴力较为接近，由于桁架节点均按刚接设计，MidasGen考虑了节点刚接所产生的弯矩，结果显示此弯矩腹杆数值较小，弦杆数值较大，不容忽略。

3 悬臂钢桁架节点处理方法

钢结构中的节点设计是钢结构设计的重要组成部分。连接节点尤其是关键点设计得当与否，对保证钢结构的整体性和可靠性、对制造安装的质量和进度、对工程建设周期和成本等都有着直接的影响。

本工程的节点处的弦杆及腹杆与钢柱的连接均采用全熔透工厂焊接，这样可保证焊缝质量，弦杆及腹杆的拼接点要求设置在柱边外2倍梁高及梁跨度1/10的较小值。综合考虑构件的受力情况及构件运输与现场安装的需要，拼接位置见图6所示，采用安装螺栓加现场焊接的形式。

4 结语

由以上分析，在设计大悬挑钢桁架时，结构体系中除了有正确的分析模型，还要把握好关键部位的位置，除设计计算和构造措施满足规范要求外，还应考虑施工、运输、安装的要求。能把建筑的要求与结构的概念设计有机的结合起来。才能处理实际工程中的具体问题。