大跨度钢结构连廊设计

鉴。
关键词：钢结构连廊；钢桁架；舒适度
中图分类号：TU391
文献标识码：B
文章编号：1672-1675（2014）01-0008-02
1 概述
广州某文化中心裙楼连廊总长度 80m，总高度为 15m，距离 地面 15.7m。连廊共分为三层，每层设有连接裙楼的走廊，另设有 会议室、办公室、餐厅等功能房间，连廊屋面设屋顶花园。连廊每 层均为矩形平面，长 80m，宽 12.6m，走廊宽 2.6m。屋面附加恒载： 6.0kN/m2，屋面活荷载：3.5kN/m2 楼面附加恒载：1.5kN/m2，活荷 载：4.0kN/m2。抗震设防烈度：喻度（0.10g），设计地震分组为第一 组，特征周期 0.35s，连廊钢结构设计考虑竖向地震作用。
参考文献 [1《] 钢结构设计规范》（GB50017-2003）[S].北京：中国计划出版社，2003. [2《] 城市人行天桥与人行地道技术规范》（CJJ69-95）[J].北京：中国建筑工 业出版社，1996，10（01）. [3《] 高层建筑混凝土结构技术规程》（JGJ3-2010）[S].北京：中国建筑工业 出版社，2010.
规划与设计
建材发展导向 2014 年 1 月
大跨度钢结构连廊设计
黄朝阳 1 张海霞 2
（1.广州市设计院 广州 510620 2.广东省城市建设技师学院 广州 510520）
摘 要：本文主要介绍广州某文化中心 80m 跨度钢结构连廊的结构设计。采用 Midas Gen 通用有限元软件进行计算分
析，对连廊钢桁架形式进行比较选择出最优的结构形式，并对连廊楼盖进行舒适度分析，为类似工程的相关设计提供借
引用本文格式：黄朝阳.张海霞 大跨度钢结构连廊设计[期刊论文]-建材发展导向 2014(1)
座产生的水平力，三种方案主桁架均考虑一端设铰接支座，另一
端设滑动支座。主桁架之间设连系梁将两榀平面主桁架组成空
间桁架受力体系。为满足建筑功能要求，连廊主桁架两端均设悬
挑梁，其中一端悬挑长度为 2.6m，另一端悬挑长度为 3.5m。桁架 所有杆件均选用普通焊接 H 钢。结构所选用钢材为：主受力桁架 杆件采用 Q390，连廊楼面主、次梁采用 Q345。
连廊距首层地面高度为 15.7m，属于高位钢桁架。因此连廊的吊 装就位是本项目施工的难点和重点。高位钢桁架的组装有散件
高空散拼法、高空工作平台拼装法、整体吊装法、整体提升法等。
散件拼装法由于在弦杆与腹杆形成整体桁架之前就开始在
自重及施工荷载下发生变形，从而最后所形成的桁架内力分布
情况与设计假定可能存在较大差异。而且散件拼装工人有较多
间无节点，楼层梁主要与桁架的直腹杆相连。这样结构的传力体
系为，楼面荷载传至楼层梁，再传至桁架直腹杆，腹杆传至主桁
架上下弦杆，支座弦杆最终将力传递给支座。
方案二：钢桁架斜腹杆设置在连廊二层至屋面层之间，下设
吊柱吊挂连廊首层。主桁架高度 10m，跨度 80m，腹杆将桁架上弦 分为 12 个节间，将下弦分为 6 个节间，每段节间等长。局部节间 不设竖杆，竖杆位置和数量与方案一相同。吊柱上端采用铰接与
案一相比不经济，施工也不方便。方案一钢结构桁架方案受力最
为合理，结构位移小，单元数量少、节点数量少，结构总重量轻，
最终确定选择方案一作为连廊受力结构体系。方案一主桁架截
面如图 4 所示，杆件截面尺寸如表 2 所示。
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建材发展导向 2014 年 1 月
规划与设计
图 4 方案一主桁架截面 表 2 杆件截面尺寸
3 连廊楼盖舒适度分析
连廊 80m 跨度同市政人行天桥一样，需考虑结构的安全性、
耐久性和舒适性。在 《城市人行天桥与人行地道计算规范》
（CJJ69-95） 中有一条相关条文：“为避免共振，减少行人不安全 感，天桥上部结构竖向自振频率不应小于 3Hz。”《高规》中 3.7.7 条款也有对楼盖舒适度的规定。要求楼盖结构的竖向振动频率
整体提升法安全度较高，且不需要进场大型机械，可在狭小 场地施工，因此首推先在地面拼装主体桁架，然后采用整体提升 法将主桁架提升就位，之后以桁架本身作为工作平台安装次构 件和浇捣混凝土。
由于连廊桁架受荷后下弦受拉伸长、上弦受压缩短，连廊主 体桁架会在安装次构件和浇捣混凝土后相对最初就位的支座位 置产生一定的位移量。因此建议支座不采用橡胶支座形式，以避 免桁架产生的水平位移使支座橡胶长期处于张紧变位状态。建 议支座采用聚四氟乙烯滑板支座加阻尼复位器的形式，在恒载 施加完毕后重新调整阻尼器即可。
不宜小于 3Hz，竖向振动加速度峰值不应超过表 3.7.7 的限值。
人一般步行速率为 0.85~1.1m/s，步距为 0.6~0.75m，考虑到
步行荷载最不利位置，将节点动力荷载分别加在悬挑的两端及
主桁架之间跨中位置。步行行走路线沿着连廊跨度方向设置。将
楼盖板细分成 0.75m 大小网格组成的板块，节点荷载从左到右依 次添加，时间间隔取 0.68s。对楼盖进行特征值分析，楼盖第一自 振周期 0.286017s，频率为 3.4963Hz。根据《高规》表 3.7.7，峰值加
桁架安装宜安排在塔楼施工到较高高度时，此时塔楼大部分 的压缩变形已经完成，可减小塔楼和裙房压缩沉降差对连廊的 影响。
5 结语
本文以工程实例重点介绍了大跨度连廊钢桁架设计过程，通 过计算分析选择出最优的桁架方案，最优方案说明桁架设计宜 从减少传力途径、杆件受力明确、节点单元数量少、方便施工等 方面考虑。另外对于大跨度楼屋盖结构应考虑楼盖舒适度要求， 大跨度钢桁架的施工也应重点考虑。
采用 Midas Gen 软件对方案一杆件进行强度验算，主桁架各
杆件采用表 2 中截面。分析地震作用组合和非地震作用组合工 况下杆件内力。恒载控制作用工况下杆件最大应力比为 0.965，
小于 1，满足承载力要求。标准组合作用下，主桁架最大位移在跨 中下弦杆中部，最大位移量为 148.9mm，挠度为 1/537，满足钢结 构设计规范附录 A 中对桁架挠度容许值 l/400 的要求。
编号
截面尺寸（H伊B伊tw伊tf）
材料
XG1
1200伊900伊40伊45
Q390
伊G2
1000伊800伊35伊40
Q390
FG1
1200伊900伊40伊45
Q390
FG2
800伊500伊30伊35
Q390
FG3
500伊500伊20伊30
Q390
FG4
400伊400伊13伊21
Q390
备注 弦杆 弦杆 腹杆 腹杆 腹杆 腹杆
2 连廊钢桁架选型
根据连廊建筑功能特点，采用 Midas Gen 通用有限元软件分 别建立三种不同桁架方案模型并对各个模型进行计算分析对 比，各方案模型分别如图 1~3 所示。
图 1 方案一钢桁架模型
图 2 方案二钢桁架模型
图 3 方案三钢桁架模型
方案一：钢桁架斜腹杆贯通连廊首层至屋面层，连廊首层及 屋面层的纵向梁作为钢桁架主受力弦杆。主桁架高度 15m，跨度 80m，腹杆将桁架上下弦均分为 6 个节间，每段节间长约 13.33m。 桁架斜腹杆跨越三个楼层，中间未与楼层梁相连接，故斜腹杆中
桁架相连，下端与钢梁刚接。支座位于连廊二层两端。
方案三：钢桁架斜腹杆设置在连廊三层至屋面层，下设吊柱
吊挂连廊首层及二层。主桁架高度 5m，跨度 80m，腹杆将桁架上
下弦分为 12 个节间，竖杆位置和数量与方案一、二相同。吊柱上 端采用铰接与桁架相连。支座位于连廊三层两端。
以上三种方案均由两榀主桁架组成，为减少主桁架变形对支
三种桁架方案结构支座约束、承受荷载及选用钢材型号等均
相同，所有杆件均采用焊接 H 型钢，在满足桁架各个杆件强度、
稳定及长细比要求的情况下，对三种方案桁架杆件进行优化设
计，对比三个方案优化结果如表 1 所示。
表 1 各桁架方案对比
编号 最大弦杆截面（h伊b伊tw伊tf）跨中竖向变形（mm）杆件最大应力比 结构总重（t）
收稿日期：2013-11-26
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大跨度钢结构连廊设计
作者： 作者单位： 刊名：
英文刊名： 年，卷(期)：
黄朝阳， 张海霞 黄朝阳(广州市设计院 广州 510620)， 张海霞(广东省城市建设技师学院 广州 510520)
建材发展导向 Development Guide to Building Materials 2014(1)
高空作业，也无法保证施工安全。高空工作平台法可以避免散件
拼装法的相关缺点，但需要搭建高空拼装平台，需要施工临时支 撑较多，且工作平台本身的安全性需要可靠验算复核房可保证。
整体吊装法和整体提升法均是先在地面将连廊桁架整体成 形，前者是使用起重机抬吊至设计高度；后者是通过钢索、滑轮 组和液压设备组成提升系统，将桁架从地面缓慢提升至设计高 度就位。整体吊装法吊装速度较快，但可能存在高考平移或旋转 作业，如操作不慎可能危及两侧建筑的安全。
方案一 1200伊900伊40伊45
148.9
0.965
677.7
方案二 1200伊900伊45伊60
188.6
0.983
973.8wenku.baidu.com
方案三 1500伊1200伊50伊80
199.7
0.928
1605
通过表 1 可以对比方案二及方案三可为建筑提供开阔的空
间，方便建筑布局，但结构总重较大，节点、单元数量较多，与方
速度限值按照线性插值选取，连廊钢桁架楼盖峰值加速度限值
为 0.167m/s2，计算结果显示加速度峰值发生在桁架悬挑两端位
置，最大值为 0.152m/s2，计算结果表明连廊楼盖满足规范对于舒 适度的要求。
4 钢桁架施工
本项目连廊钢桁架总重约 678t，跨度 80m，宽 12.6m，总高度
15m，在裙楼之间工作平台相应较为狭小，施工危险性较大，另外