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1、懸挑結(jié)構(gòu)是建筑師的常用手法,草草幾筆就勾勒出了輕盈且獨特的建筑輪廓后,帶給苦逼結(jié)構(gòu)攻城師將是無限的挑戰(zhàn)與惆悵,各種復(fù)雜分析計算來回包絡(luò)設(shè)計,每一個環(huán)節(jié)都不敢掉以輕心……話不多說,先來領(lǐng)略一下建筑大師們讓人目瞪口呆的杰作吧……
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01
不同結(jié)構(gòu)類型的工程實例
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1、韓國釜山電影中心(Busan Cinema Center)
其是韓國釜山國際電影節(jié)開幕式和閉幕式專用場地,地址位于釜山云臺山泉市。至2013年7月,它被吉尼斯世界紀錄評為最大懸臂屋頂(懸挑85米)。該建筑中心是由奧地利建筑設(shè)計事務(wù)所庫柏·西梅布芬事務(wù)所設(shè)計,并由韓進重工建造。
最初的抽
2、象化結(jié)構(gòu)模型中,兩個支點被定義為剛接節(jié)點,承托巨型的屋頂,而事實上,這兩個支點共同組成了一個巨大的建構(gòu),同時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受拉的桿件,使整個屋頂?shù)男巫儨p少了15%。雖然建筑方案中原本沒有這個桿件,但由于它能起到這么大的作用,而且本身也比較纖細,不會對建成效果造成太大影響,因而得以后期采用。
原始模型簡圖
后期深化模型簡圖
2、意大利佛羅倫薩運動場大看臺
鋼筋混凝土梁板結(jié)構(gòu),雨蓬挑梁伸出17m。
3、成都體育場看臺挑棚
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
3、筋混凝土看臺框架及塊體拼裝懸挑雨棚結(jié)構(gòu)。
4、上海世博會中國國家館
其設(shè)計采用鋼-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,呈四棱臺斗冠狀;四個筒體外側(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,作為做慣了常規(guī)設(shè)計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)師是不會接觸到這么復(fù)雜的項目,下面我們來看看常規(guī)懸挑結(jié)構(gòu)設(shè)計需要注意的事項。
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02
常規(guī)懸挑結(jié)構(gòu)設(shè)計注意事項
4、?
懸挑結(jié)構(gòu)常規(guī)做法如建筑工程中的雨篷、挑檐、外陽臺、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)。懸臂梁懸臂端無支承構(gòu)件,視野開闊,空間布置靈活。其缺點是在結(jié)構(gòu)的固定端有較大的傾覆力矩。設(shè)計時除了考慮結(jié)構(gòu)的強度和變形外,還要注意結(jié)構(gòu)的抗傾覆穩(wěn)定性。
1、懸挑結(jié)構(gòu)的簡化計算
一般民用建筑輕挑板根部為跨度的1/10,一般經(jīng)驗挑板尺寸不宜超過1.5米,但小編剛剛畢業(yè)時見老工程師做過懸挑2米的板,根部200mm厚,裂縫驗算通過,至今無安全問題。懸挑梁的跨高比一般為1/6。懸挑結(jié)構(gòu)的簡化計算簡圖如下圖:
下面列出常規(guī)民用荷載下不同挑板長度下的板厚、配
5、筋經(jīng)驗圖表
表1
懸挑結(jié)構(gòu)不必過于追求經(jīng)濟,因為其不是幾次超靜定結(jié)構(gòu),安全儲備應(yīng)該比常規(guī)構(gòu)件大些,一般需要乘以一個增大系數(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)外負彎矩,同時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配,但對于大挑板下部應(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裂)。
(2)懸挑梁
朱總認
6、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,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)計研究院副總工程師則認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。
圖2.1
圖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)再梁的上表面截斷,而應(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,這種矛盾更為凸現(xiàn),目前多數(shù)施工中都會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。
7、
圖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)兩方向伸出長度L1與L2相等時,兩根梁的線剛度相等,則兩根邊梁平分板上傳來的荷載,此時為雙向懸挑梁關(guān)系; 當(dāng)兩方向伸出長度L1與L2不等時,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,此時為主次梁關(guān)系。當(dāng)兩個方向長度相差不是很大的情況下,長跨的梁仍有懸挑受力的成份,此時需要通過計算復(fù)核是否為雙向懸挑關(guān)系。
在
8、實際設(shè)計過程中,有工程師在進行梁配筋時,往往認為此結(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,此時的梁在實際受力時存在較大安全隱患。若編號為懸挑構(gòu)件,則在兩根梁的相交角點處,兩邊梁的鋼筋均按圖2.3 中懸挑梁端部進行構(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。而實際計算時,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)計相交伸出梁時,將L1方向的梁編號為懸挑梁,L2方向的梁編號為框架梁。同時,根據(jù)結(jié)構(gòu)雙向伸出梁的受力特點,當(dāng)結(jié)構(gòu)為雙向懸挑梁時,在配筋時可有意加強L1與L2方向梁的底筋; 當(dāng)結(jié)構(gòu)為主次梁時,在配筋時可有意加強L2方向
9、的梁面筋。
圖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)計過程中,經(jīng)常會碰到如圖2.5 所示單柱雙側(cè)懸挑結(jié)構(gòu)。此種結(jié)構(gòu)在配置鋼筋時應(yīng)按受力要求,兩邊分別編號為純懸挑梁 XL,或者繪制專門的配筋詳圖。此時每邊的懸挑構(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)計此類結(jié)構(gòu)過程中,直接將此結(jié)構(gòu)編號成 KL( 1B) ,往往造成在結(jié)構(gòu)施工過程中,梁柱節(jié)點部位均按照國標(biāo)圖集 16G101-1 中的頂層中間節(jié)點的面筋及底筋連續(xù)通過柱截面,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。
圖2.5 單柱雙側(cè)懸挑構(gòu)件
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03
10、
懸挑構(gòu)件工程施工問題呈現(xiàn)
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案例1:某體育場中斜向懸挑大梁箍筋配置有誤,如圖3.1
圖3.1
原因分析:由于懸挑大梁是斜向上的,與柱不是正交,因此按照圖3.1所示的箍筋配置,則會出現(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。
改進措施:將箍筋垂直地面配置于梁中,此時可保中箍筋間距均勻,滿足規(guī)范要求;斜度較大時,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
圖3.
11、2
案例2:某項目通道口上方混凝土雨篷整體塌落。經(jīng)專家調(diào)閱設(shè)計圖紙和現(xiàn)場踏勘調(diào)查,雨篷塌落主要原因是:雨篷設(shè)計做法為與陽臺一起現(xiàn)澆,實際施工為后澆筑,且未經(jīng)設(shè)計認可;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)計不符,荷載超過設(shè)計要求;新舊混凝土交界面未做鑿毛處理。
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04
總結(jié)
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在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中,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)計規(guī)范對鋼筋混凝土懸挑構(gòu)件沒有特別明確的規(guī)定,以致在實際工程設(shè)計中常會出現(xiàn)各類問題,諸如構(gòu)造配筋不足,結(jié)構(gòu)安全無法保證;有些構(gòu)造配筋
12、過于保守,造成結(jié)構(gòu)施工困難,更造成不必要的浪費等。
(一)對于懸挑構(gòu)件我們更應(yīng)該從以下方面來把控:
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)計時,懸挑結(jié)構(gòu)應(yīng)考慮豎向地震的影響;
5、抗震設(shè)計時,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)件的抗震等級宜提高一級;
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)對于懸挑構(gòu)件常出現(xiàn)的工程問題總結(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)(錯位、變形)
4、施工超載
5、拆模過早
參考文獻:
1、朱炳寅,建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計問答及分析(第三版)[M],中國建筑工業(yè)出版社社.
2、混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范(2015年版):GB50010- 2010[S],中國建筑工業(yè)出版社.
3、高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程:JGJ3-2010[S],中國建筑工業(yè)出版社.
4、劉錚,建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計快速入門(第二版)[M],中國電力出版社
5、百度文獻
6、張志剛,鋼筋混凝土懸挑構(gòu)件設(shè)計中的若干構(gòu)造分析[J]? ?建筑結(jié)構(gòu),2018,48(增刊),580-590.
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