混凝土大悬挑结构设计应用的分析

混凝土大悬挑结构设计应用的分析
摘要：本文结合工程实例，分析了该工程中所应用的三种简单经济、方便施工的混凝土大悬挑结构型式及相对施工措施，并分析了混凝土结构中的设计及施工的方法；可供同行结构设计参考!
关键词：结构设计，大悬挑，混凝土梁
Abstract: combining with the project example, the article has analyzed the application in the project of the three simple economic, convenient for construction of concrete large cantilever structure type and relative construction measures and analyzes the concrete structure design and construction of the method; With reference to the structure design.
Keywords: structure design, large cantilever, concrete beam
1、前言
随着社会经济的发展和人们生活水平的提高，人们对各种建筑物的功能要求和城市建筑美观的要求也越来越高，各种平面和立面不规则的高层建筑也越来越多地丰富着城市建设的内容。

但人们在具体的空间结构体系整体研究上还有一定的局限性，在设计过程中采用了许多假定与简化。

作为结构工程师不应盲目的照搬照抄规范，应该把它作为一种指南、参考，并在实际设计项目中作出正确的选择，根据概率极限状态设计法才更科学、更合理。

所以这就要求结构工程师对整体结构体系与各基本分体系之间的力学关系有透彻的认识，和建筑师在设计中创造性地相互配合，设计出令人满意的建筑奠定基础。

以便把概念设计应用到实际施工的工作中去。

下面我们就以不规则的某图书信息中心为实例，来谈谈混凝土大悬挑结构设计在实际工程中的运用。

2、工程概况
南方某市市图书馆信息中心，总建筑面积38370m2，主体为五层钢筋混凝土框架结构，±0.00以上建筑总高度为22.50m，最大悬挑位置达7.5M；该馆使用功能较为多样化。

馆内各层为书库、阅览室、办公用房及多功能会议厅等，为了满足多样化要求，在建筑设计时充分考虑了各功能间的协调关系的处理，布置了各式的房间。

外观上，几个不规则的立方体高高矗立人云，通透且气派，具有强烈的形体变化和虚实对比，使建筑获得了新颖的形象；而室内的也并非是满目凌乱的厚重钢架，布局合理.具有很强的实用效果。

3、结构设计
由于工程中的许多问题一般都产生于方案和初步设计阶段，所以在结构设计的初期阶段一定要注意数据的细微变化、模拟时实际的差值及可能引起的各方面不利因素，不能光靠经验处理，一旦确定方案，如到了后期出现问题，则会演变成大麻烦。

此方案设计引起了业主、监理单位和施工单位的高度重视，综合了多方面因素，最终确定方案考虑：该图书信息中心的主要使用功能为：储存书库、阅览室、机房及办公用房，所以在结构布置方面，首先应该考虑到建筑平面使用要求和经济性布置柱网。

通过分析计算，整栋楼房的柱网定为采用7.5m×7.5m，柱截面尺寸配合各房间不同实际情况有700m×700 m、600 m×600 m、300 m×1000 m、φ600与φ700等几种配置方案。

而且为了室内建筑效果，主次梁合理分布、错落有致，为后期装饰装修留下空间；同时兼顾到其建筑立面效果，为满足其强烈的形体变化和虚实对比的需要，四周均设有4.5m、6.0m和7.5m的大悬挑，而且大悬挑也配合建筑立面上柱、剪力墙比例，以达到建筑师要求的立面效果。

4、施工设计方案及相对实例
在设计过程中选用何种方法直接影响后期施工难度，所以设计时应该综合考虑多方面的因素，包括造价、施工等各方面，对于该工程普通钢筋混凝土现浇楼盖来说，有三种方法可以实现该工程的大悬挑要求，这三种方法也在该工程中得到了有机的结合及使用。

方法一：采用普通钢筋混凝土悬挑梁，截面高度直接按强度和刚度需要计算所得。

但此方法常受到建筑立面制约，悬挑梁高度有一定限制，对于悬挑跨度和荷载均不太大时可以采纳，其优点是设计简单。

施工也方便。

在整个工程中的悬挑为4.5m处，本人采用了第一种方法，经对此位置反复核算，主悬挑梁采用截面为300mmx 800ram，支座处面筋最大为10φ25，底筋配为4φ25，在7.5米柱跨中则每2 5m布置一根次悬挑梁，共设4根，截面采用200mm×800mm，支座处面筋最大为4φ25，底筋配为3φ16；
方法二：采用型钢混凝土梁(也称钢骨混凝土梁)，即在普通钢筋混凝土梁截面内加入型钢，其抗弯承载力比相同截面钢筋混凝土构件要高出1倍以上，而且依靠所配置钢骨的腹板承受剪力，其抗剪承载力也大幅提高，因此可有效减小构件的截面尺寸。

对于较大悬挑距离的悬挑梁可采用此法，此法优点是梁承载力高、刚度大、变形小。

在工程悬挑为6,0m处，本人就采用了方法二，经计算主悬挑梁采用截面为400mm×800mm，梁则内置156a切边型φ钢，支座处面筋最大为10φ25，底筋配为4φ25，同样每2.5m布置一根次悬挑梁，截面为250x 800，支座处面筋最大为6φ25，底筋为3φ20；在有些悬挑为7.5m处，本人也采用了方法二，此时主悬挑梁截面为300mm×1lOOmm，梁内置16×800×20×150×20×150焊接工字型型钢5，
同样每2.5m布置一根次悬挑梁，截面为200×1100，支座处面筋最大为6φ25，底筋为3φ20；
方法三：利用建筑平面，悬挑部分有砖墙分隔处布置成钢筋混凝土墙或拉、压斜杆，把上、下层悬挑粱连成一体，形成悬挑的钢筋混凝土桁架，实现大悬挑的可能。

这种方法充分利用建筑使用功能，造价增加甚微，但可理想地实现建筑立面效果，可谓性价比高的结构型式。

在本工程建筑物四个转角处，两侧均有大悬挑，本人应用方法三，最终通过优化，其中拉、压杆纵筋配筋率最大仅为2.4％，钢筋混凝土墙单向钢筋配筋率仅为0.38-0,68％。

从而有效的控制了构件的配筋率均在经济配筋率范围之内，对造价不会造成太多的增加。

在以上三种方法中，有条件的悬挑梁端部均设有不落地的端柱拉结，以提高悬挑部分的整体性，在强度和刚度方面留有充裕的余地。

对于方法二，应用文献2计算方法，采纳本工程中几根有代表性的悬挑构件，计算其裂缝和挠度如表一，可见通过使用方法二悬挑刚度有大幅的提高，并且可将梁截面控制在建筑师能接受的范围之内。

5、施工中应注意的问题
结合具体工程实施安全措施，才能保证工程的财产和人员生命的安全。

由于建筑工程的结构复杂多变，各施工工程所处地理位置、环境条件不尽相同。

安全管理的措施也有所差异，所以为了加强建筑施工安全管理，使整个工程能通过安全检查标准，顺利完工。

只有按照要求在结构施工中应该注意以下几个主要的问题：
(1)施工前应做好相关的技术准备，包括人员组织和材料准备等等。

让施工单位认识到问题的重要性，对现场施工人员做好技术交底。

(2)大悬挑结构属于超常规砼结构，其支撑系统的方案设计至关重要，本工程模板支架采用扣件式钢管脚手架，立杆支撑在一层地面和二、三层楼面上。

材料采用φ48×3.5钢管、可锻铸铁扣件、九合板模板、木枋斜楞，一架两用，即支撑结构和装修施工使用，但主要用于结构支撑。

(3)在砼浇筑施工时，安排专人负责观察支撑有无异常响声、变形，发现异常情况立即通知现场施工人员撤离。

(4)施工时要从建筑内侧向外侧平行浇筑，泵管尽量不要放到悬挑部位，施工人员不可在悬挑部位聚集太多。

在砼浇筑施工前要向施工人员就这些注意事项详细交底
(5)几层悬挑梁设置有端柱连系时，由于各层支撑柱轴向变形引起端柱传递一定的压力。

致使底层悬挑梁承受的悬挑力稍大，应加大该悬挑粱配筋，以控制正常使用时构件的裂缝。

(6)型钢混凝土梁截面设计时需满足相关规范的边距要求，同时需兼顾到穿过混凝土支撑柱的问题，可采用较粗直径的柱纵筋，以方便型钢的穿过，型钢的宽度也适当控制，以满足柱筋配置间距的抗震要求。

(7)对于方法三，由于上、下层连成桁架，对层间刚度有所影响，在抗震计算时需注意层间刚度的变化。

6、结束语
该工程目前已经结构封顶。

在整个工程的设计施工过程中，说明大悬挑需要在设计阶段充分考虑各方面情况，必须针对具体的工程的实际情况，在过程中严格控制设计和施工质量，加强施工强度和刚度规范的要求，施工过程就能顺利进行，更不会有什么很困难的事件发生，所以工程的整体验收比较符合设计及监理的要求，顺利完工。

注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。