某大悬挑钢桁架结构设计研究

金碧 张海滨

【摘要】某大悬挑钢桁架最大悬挑长度为10.4m，高度7.0m，两侧对称布置，主体结构采用钢桁架结构形式，基础采用地基梁形式的条形基础。本文对该钢桁架的结构设计进行概要总结，介绍了结构设计过程、设计中的主要技术参数，以及风荷载体型系数的取值，采用PKPM系列软件对结构在各主要荷载组合工况下进行受力分析，确定钢桁架、系杆、支撑及基础等构件的合理型式及截面尺寸，满足承载力及使用功能要求，为类似工程的结构设计提供有益参考。

【关键词】钢桁架;大悬挑;条形基础，风荷载

Abstract： A large cantilevered steel truss has a maximum cantilevered length of 10.4m and a height of 7.0m. It is symmetrically arranged on both sides. The main structure adopts steel truss structure and the foundation adopts strip foundation in the form of foundation beam. This paper summarizes the structural design of the steel truss， introduces the structural design process， the main technical parameters in the design， and the value of wind load shape coefficient. The PKPM series software is used to analyze the stress of the structure under the main load combination conditions， and determine the reasonable type and section size of steel truss， tie bar， support and foundation， so as to meet the bearing capacity and use requirements， it can provide a useful reference for the structural design of similar projects.

Keywords： steel truss; large cantilever; strip foundation; wind load

【中图分类号】TU33

【文献标识码】A

【DOI】10.12334/j.issn.1002-8536.2021.24.

1、工程概况

某大悬挑钢桁架位于四川省雅安市名山区，最大悬挑长度10.4m，高度7.0m，两侧对称布置，主体结构采用钢桁架结构形式，基础采用条形基础。设计使用年限50年，建筑结构安全等级二级，雅安地区抗震设防烈度7度，设计地震分组第三组[1]，场地类别为Ⅱ类，标准设防类建筑，建筑耐火等级为二级。雅安地区基本风压为0.30kN/m2（50年重现期），地面粗糙度类别B类，基本雪压为 0.20kN/m2（100年重现期）[2]。工程效果图详图1。

2、结构方案

本工程悬挑长度大，悬挑长度达10.4m。为了实现悬挑长度，悬挑部分采用两榀钢桁架，钢桁架之间采用上、下弦系杆和支撑连接。根据地勘报告并结合当地实际情况，基础采用地基梁形式的条形基础，埋置深度为3.5m。

3、大悬挑钢桁架结构设计要点

3.1 主要荷载取值

大悬挑钢桁架结构所受荷载主要是竖向荷载和水平荷载，其中竖向荷载包括结构自重、屋面活荷载、建筑装修荷载等，水平荷载包括风荷载、水平地震等。

钢桁架屋面采用铝塑板，恒荷载取值为0.50kN/m2。底面和侧面采用石材，恒荷载取值1.50kN/m2。屋面活荷载取值0.50kN/m2，其他按实际荷载取用。模型荷载输入采用节点荷载，将面荷载分配到每个节点形成节点荷载，节点布置如图2所示。

本工程悬挑结构属于突出构件，根据荷载规范[2]选取的体形系数为-2.0，并考虑高度变化系数。本工程荷载组合按荷载规范[2]和建筑抗震设计规范[1]取值。

3.2 计算参数控制

本工程刚架柱、梁、柱底板、柱梁端頭板钢材采用符合国标的Q345B级钢;拉条、支撑、系杆、次构件钢材采用符合国标的Q235B级钢。钢桁架构件计算时应力比控制在0.85以内;拉杆长细比控制在350以内，压杆长细比控制在150以内;钢桁架挠度按L/125控制;柱顶位移按H/150控制。[3]

3.3 钢桁架设计

钢桁架设计是本工程的重点和难点，除采用程序分析强度、稳定外还要计算节点焊缝等。悬挑部分的钢梁端部与钢柱连接采用刚接，根据合理的应力比，确定钢柱截面为B400x14，GL1截面为B400x200x12，GL2～5截面为B100x10～B200x10，钢系杆截面为B100x10，支撑截面为L90x6，檩条截面为C180x70x20x2.5。钢桁架详图3，上、下弦系杆和支撑布置详图4、图5，屋面檩条布置详图6。

3.4 基础设计

本工程两侧对称布置，柱底轴力较小、弯矩较大，钢柱与混凝土短柱采用刚接连接。基础采用地基梁形式的条形基础，短柱顶用拉梁拉结，底部基础形成一个受力良好的框架整体结构。条形基础持力层为松散卵石层，基础埋置深度为3.5m，地基承载力特征值为180kPa，条形基础布置及大样详图7。

结语：

（1）在大悬挑结构设计中，宜优先采用钢桁架结构，钢桁架结构具有自重轻，受力性能好，易于实现建筑造型等优点。

（2）本工程基础采用地基梁形式的条形基础，短柱顶用拉梁拉结，底部基础形成一个受力良好的框架整体结构，能有效抵抗悬挑结构产生的柱底弯矩和轴力。

（3）在各种荷载组合工况下，本工程钢桁架计算得到的各项控制指标（强度，稳定，变形等）均满足规范要求，同时满足使用工艺及建筑造型要求。

工程于2017年完成设计，目前已竣工投入使用，工程竣工图详图8。

参考文献：

[1]建筑抗震设计规范（GB50011-2010）[S].北京：中国建筑工业出版社，2010.

[2]建筑结构荷载规范（GB50009-2012）[S].北京：中国建筑工业出版社，2012.

[3]钢结构设计标准（GB50017-2017）[S].北京：中国建筑工业出版社，2017.

作者简介：

金碧（1991-），男，湖南省汨罗市人，硕士研究生，工程师，主要从事建筑结构、岩土工程的设计与研究工作。