01

不同結(jié)構(gòu)類型的工程實(shí)例

1、韓國(guó)釜山電影中心（Busan Cinema Center）

其是韓國(guó)釜山國(guó)際電影節(jié)開(kāi)幕式和閉幕式專用場(chǎng)地，地址位于釜山云臺(tái)山泉市。至2013年7月，它被吉尼斯世界紀(jì)錄評(píng)為最大懸臂屋頂（懸挑85米）。該建筑中心是由奧地利建筑設(shè)計(jì)事務(wù)所庫(kù)柏·西梅布芬事務(wù)所設(shè)計(jì)，并由韓進(jìn)重工建造。

最初的抽象化結(jié)構(gòu)模型中，兩個(gè)支點(diǎn)被定義為剛接節(jié)點(diǎn)，承托巨型的屋頂，而事實(shí)上，這兩個(gè)支點(diǎn)共同組成了一個(gè)巨大的建構(gòu)，同時(shí)它們的支撐方式也是彈性的。為了減少形變，在另外一段增加了一個(gè)受拉的桿件，使整個(gè)屋頂?shù)男巫儨p少了15%。雖然建筑方案中原本沒(méi)有這個(gè)桿件，但由于它能起到這么大的作用，而且本身也比較纖細(xì)，不會(huì)對(duì)建成效果造成太大影響，因而得以后期采用。

原始模型簡(jiǎn)圖

后期深化模型簡(jiǎn)圖

2、意大利佛羅倫薩運(yùn)動(dòng)場(chǎng)大看臺(tái)

鋼筋混凝土梁板結(jié)構(gòu)，雨蓬挑梁伸出17m。

3、成都體育場(chǎng)看臺(tái)挑棚

挑梁為塊體拼裝后張部分預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)，采用工字型截面，設(shè)16處雙柱雙梁變形縫，共布置104榀雙向?qū)ΨQ現(xiàn)澆鋼筋混凝土看臺(tái)框架及塊體拼裝懸挑雨棚結(jié)構(gòu)。

4、上海世博會(huì)中國(guó)國(guó)家館

其設(shè)計(jì)采用鋼－混凝土組合結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)總高度68m；筒體間樓蓋向上逐層挑出，呈四棱臺(tái)斗冠狀；四個(gè)筒體外側(cè)標(biāo)高33.3m位，共挑出截面為800mm×1500mm的方鋼管混凝土斜撐20根，作為標(biāo)高38.7m~60.3m處樓蓋體系的豎向支承，形成建筑的倒梯形造型，屋面懸挑部分施加有水平預(yù)應(yīng)力

欣賞完四種懸挑結(jié)構(gòu)形勢(shì)，作為做慣了常規(guī)設(shè)計(jì)的攻城師們是不是倒吸了一口涼氣……抽根煙淡定一下，大部分結(jié)構(gòu)師是不會(huì)接觸到這么復(fù)雜的項(xiàng)目，下面我們來(lái)看看常規(guī)懸挑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)需要注意的事項(xiàng)。

02

常規(guī)懸挑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)

懸挑結(jié)構(gòu)常規(guī)做法如建筑工程中的雨篷、挑檐、外陽(yáng)臺(tái)、挑廊等，這種結(jié)構(gòu)是從主體結(jié)構(gòu)懸挑出梁或板，形成懸臂結(jié)構(gòu)，其本質(zhì)上仍是梁板結(jié)構(gòu)。懸臂梁懸臂端無(wú)支承構(gòu)件，視野開(kāi)闊,空間布置靈活。其缺點(diǎn)是在結(jié)構(gòu)的固定端有較大的傾覆力矩。設(shè)計(jì)時(shí)除了考慮結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度和變形外,還要注意結(jié)構(gòu)的抗傾覆穩(wěn)定性。

1、懸挑結(jié)構(gòu)的簡(jiǎn)化計(jì)算

一般民用建筑輕挑板根部為跨度的1/10,一般經(jīng)驗(yàn)挑板尺寸不宜超過(guò)1.5米，但小編剛剛畢業(yè)時(shí)見(jiàn)老工程師做過(guò)懸挑2米的板，根部200mm厚，裂縫驗(yàn)算通過(guò)，至今無(wú)安全問(wèn)題。懸挑梁的跨高比一般為1/6。懸挑結(jié)構(gòu)的簡(jiǎn)化計(jì)算簡(jiǎn)圖如下圖：

下面列出常規(guī)民用荷載下不同挑板長(zhǎng)度下的板厚、配筋經(jīng)驗(yàn)圖表

表1

懸挑結(jié)構(gòu)不必過(guò)于追求經(jīng)濟(jì)，因?yàn)槠洳皇菐状纬o定結(jié)構(gòu)，安全儲(chǔ)備應(yīng)該比常規(guī)構(gòu)件大些，一般需要乘以一個(gè)增大系數(shù)。

2、懸挑梁板的構(gòu)造

  （1）懸挑板

挑板的厚度確定之后，與其相鄰的作為支座的板厚，應(yīng)盡量與之接近，不宜厚度小很多，否則相鄰處要構(gòu)造加腋以平衡內(nèi)外負(fù)彎矩，同時(shí)也避免了挑板支座處梁受扭或者剪力墻面外受的彎矩。此外挑板的下部雖然正彎矩零，可以按照最小配筋率來(lái)配，但對(duì)于大挑板下部應(yīng)該配置足夠的受壓鋼筋，以減少因板徐變而產(chǎn)生的附加的撓度，有專家建議下部鋼筋為上部受拉鋼筋的1/3~1/2，而且間距150m左右（間距密些為了防止混凝土開(kāi)裂）。

（2）懸挑梁

朱總認(rèn)為一般情況下，懸挑梁以承受豎向荷載為主，可考慮不按照框架梁的要求，當(dāng)懸臂梁根部梁頂筋比較多時(shí)，可適當(dāng)增加梁底構(gòu)造鋼筋（受壓鋼筋），以提高梁的承載力并改善挑梁根部的延性；而北京市建筑設(shè)計(jì)研究院副總工程師則認(rèn)為挑梁下部受壓鋼筋應(yīng)配置1/2的上部鋼筋面積，以減少因徐變而產(chǎn)生的挑梁的附加彎矩。

2.1

2.2

《混凝土規(guī)范》第9.2.4條規(guī)定懸臂梁的頂部鋼筋不應(yīng)再梁的上表面截?cái)?，而?yīng)下彎，角筋以外的其他鋼筋應(yīng)在梁底邊錨固。如圖2.1，但規(guī)范這種做法施工復(fù)雜，當(dāng)懸臂梁頂面鋼筋較多時(shí)，這種矛盾更為凸現(xiàn)，目前多數(shù)施工中都會(huì)采用分離式配筋如下圖2.2。一般變截面端跨配筋示意圖如下2.3。

2.3

3、其他特殊懸挑構(gòu)造

（1）相交懸挑梁

在建筑的角部，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)如圖2.4（a）（b）所示相交伸出的梁，兩根相互伸出的邊梁在角部交叉（假設(shè)伸出長(zhǎng)度L1小于等于L2在角部交叉）。角部邊梁按剛度大小分擔(dān)荷載，在樓層角部邊梁截面尺寸一般相同。當(dāng)兩方向伸出長(zhǎng)度L1與L2相等時(shí)，兩根梁的線剛度相等，則兩根邊梁平分板上傳來(lái)的荷載，此時(shí)為雙向懸挑梁關(guān)系; 當(dāng)兩方向伸出長(zhǎng)度L1與L2不等時(shí)，則L1方向的梁相當(dāng)于主( 框架) 梁，L2方向的梁相當(dāng)于次( 框架) 梁，此時(shí)為主次梁關(guān)系。當(dāng)兩個(gè)方向長(zhǎng)度相差不是很大的情況下，長(zhǎng)跨的梁仍有懸挑受力的成份，此時(shí)需要通過(guò)計(jì)算復(fù)核是否為雙向懸挑關(guān)系。

在實(shí)際設(shè)計(jì)過(guò)程中，有工程師在進(jìn)行梁配筋時(shí)，往往認(rèn)為此結(jié)構(gòu)均為雙向懸挑梁，從而將圖2.4中相互伸出梁均按懸挑構(gòu)件編號(hào)，此時(shí)的梁在實(shí)際受力時(shí)存在較大安全隱患。若編號(hào)為懸挑構(gòu)件，則在兩根梁的相交角點(diǎn)處，兩邊梁的鋼筋均按圖2.3 中懸挑梁端部進(jìn)行構(gòu)造，而此構(gòu)造上部和下部鋼筋均是按彎矩為0的考慮，因而不能承擔(dān)彎矩。而實(shí)際計(jì)算時(shí)，在兩根梁相交的角部往往存在彎矩和剪力，故此處存在安全隱患。建議在設(shè)計(jì)相交伸出梁時(shí)，將L1方向的梁編號(hào)為懸挑梁，L2方向的梁編號(hào)為框架梁。同時(shí)，根據(jù)結(jié)構(gòu)雙向伸出梁的受力特點(diǎn)，當(dāng)結(jié)構(gòu)為雙向懸挑梁時(shí)，在配筋時(shí)可有意加強(qiáng)L1與L2方向梁的底筋; 當(dāng)結(jié)構(gòu)為主次梁時(shí)，在配筋時(shí)可有意加強(qiáng)L2方向的梁面筋。

2.4 相交伸出梁

（2）單柱雙側(cè)懸挑

在屋頂構(gòu)架、雨篷等結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程中，經(jīng)常會(huì)碰到如圖2.5 所示單柱雙側(cè)懸挑結(jié)構(gòu)。此種結(jié)構(gòu)在配置鋼筋時(shí)應(yīng)按受力要求，兩邊分別編號(hào)為純懸挑梁 XL，或者繪制專門的配筋詳圖。此時(shí)每邊的懸挑構(gòu)件縱筋均按照純懸挑構(gòu)件要求分別錨入柱子中。很多工程師在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)此類結(jié)構(gòu)過(guò)程中，直接將此結(jié)構(gòu)編號(hào)成 KL( 1B) ，往往造成在結(jié)構(gòu)施工過(guò)程中，梁柱節(jié)點(diǎn)部位均按照國(guó)標(biāo)圖集 16G101-1 中的頂層中間節(jié)點(diǎn)的面筋及底筋連續(xù)通過(guò)柱截面，造成不能將懸挑梁的根部彎矩傳到柱中的情況，從而影響結(jié)構(gòu)安全。

2.5 單柱雙側(cè)懸挑構(gòu)件

03

懸挑構(gòu)件工程施工問(wèn)題呈現(xiàn)

案例1：某體育場(chǎng)中斜向懸挑大梁箍筋配置有誤，如圖3.1

3.1

原因分析：由于懸挑大梁是斜向上的，與柱不是正交，因此按照?qǐng)D3.1所示的箍筋配置，則會(huì)出現(xiàn)支座附近梁的上下部箍筋間距不均勻，且梁的下部箍筋間距很大，不滿足規(guī)范要求，或在梁的上部箍筋間距很密甚至是擺放不下，施工困難的情況。

改進(jìn)措施：將箍筋垂直地面配置于梁中，此時(shí)可保中箍筋間距均勻，滿足規(guī)范要求；斜度較大時(shí)，可保證梁上部箍筋間距滿足規(guī)范要求的情況下在梁的下部適當(dāng)增加箍筋，箍筋應(yīng)當(dāng)做成封閉箍，箍筋四角應(yīng)鉤住梁的縱向受力鋼筋和腰筋，此箍筋間距應(yīng)滿足規(guī)范要求，如下圖3.2

3.2

案例2：某項(xiàng)目通道口上方混凝土雨篷整體塌落。經(jīng)專家調(diào)閱設(shè)計(jì)圖紙和現(xiàn)場(chǎng)踏勘調(diào)查，雨篷塌落主要原因是：雨篷設(shè)計(jì)做法為與陽(yáng)臺(tái)一起現(xiàn)澆，實(shí)際施工為后澆筑，且未經(jīng)設(shè)計(jì)認(rèn)可；鋼筋連接改用植筋方式，且鋼筋排數(shù)、位置、間距均與設(shè)計(jì)不符；植筋錨固深度不符合規(guī)范要求；雨篷面層做法與設(shè)計(jì)不符，荷載超過(guò)設(shè)計(jì)要求；新舊混凝土交界面未做鑿毛處理。

04

總結(jié)

在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程中，鋼筋混凝土懸挑梁、懸挑板等懸挑構(gòu)件是最常用的構(gòu)件類型之一?，F(xiàn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范對(duì)鋼筋混凝土懸挑構(gòu)件沒(méi)有特別明確的規(guī)定，以致在實(shí)際工程設(shè)計(jì)中常會(huì)出現(xiàn)各類問(wèn)題，諸如構(gòu)造配筋不足，結(jié)構(gòu)安全無(wú)法保證；有些構(gòu)造配筋過(guò)于保守，造成結(jié)構(gòu)施工困難，更造成不必要的浪費(fèi)等。

（一）對(duì)于懸挑構(gòu)件我們更應(yīng)該從以下方面來(lái)把控：

1、懸挑部位應(yīng)采取降低結(jié)構(gòu)自重的措施；

2、懸挑部位結(jié)構(gòu)宜采用冗余度較高的結(jié)構(gòu)形式；

3、結(jié)構(gòu)內(nèi)力和位移計(jì)算中，懸挑部位的樓層宜考慮樓板平面內(nèi)的變形；

4、7度或8度抗震設(shè)計(jì)時(shí)，懸挑結(jié)構(gòu)應(yīng)考慮豎向地震的影響；

5、抗震設(shè)計(jì)時(shí)，懸挑結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵構(gòu)件以及與之相鄰的主體結(jié)構(gòu)關(guān)鍵構(gòu)件的抗震等級(jí)宜提高一級(jí)；

6、在預(yù)估的罕遇地震作用下，懸挑結(jié)構(gòu)關(guān)鍵構(gòu)件的承載力應(yīng)符合不屈服的要求。

（二）對(duì)于懸挑構(gòu)件常出現(xiàn)的工程問(wèn)題總結(jié)如下：

1、抗傾覆能力不足

2、模版支撐方案不當(dāng)

3、主筋放置不當(dāng)(錯(cuò)位、變形)

4、施工超載

5、拆模過(guò)早

參考文獻(xiàn)：

1、朱炳寅，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)問(wèn)答及分析（第三版）[M]，中國(guó)建筑工業(yè)出版社社.

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4、劉錚，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)快速入門（第二版）[M]，中國(guó)電力出版社

5、百度文獻(xiàn)