现浇混凝土桁架结构体系在房屋结构设计中的应用.pdf

设计 施 工 水利规划与设计 2 0 1 5 年第 4 期 D OI ：1 0 3 9 6 9 j i s s n 1 0 0 8 1 3 0 5 2 0 1 5 0 4 0 3 2 现浇混凝 土桁 架结构体 系在房屋 结构设计 中的应用 王科亮 ，李 轼 ，周 琚 ( 江苏省水利勘测设计研究 院有 限公 司 ，江苏 扬州 2 2 5 1 2 7 ) 摘要 ：文章介 绍 了现浇混凝土桁架结构体 系在房屋 结构设计 中的广 泛的发展 空间 ，总结 归纳 了现 浇混凝土“ 桁架 结构体 系” 在设计 中的主要技 术要 点 ，并列举 了相 关工程 实例进行 分析 ，为类似工程提供借鉴 。 关键词 ：现 浇混凝土桁架 ；发展空 间；整体 浇筑 中图分类 号 ：T V 5 4 4 文献标识码 ：B 文章编号 ：1 6 7 2 2 4 6 9 ( 2 0 1 5 ) 0 4 0 0 9 3 0 5 1 现 浇混凝土桁架结构体 系的发展 空间 桁 架结 构是 由直杆 在端 部相 互 连接 而 成 的 以抗 弯 为 主 的格 构 式 结 构 。桁 架 一 般 由上 弦 杆 、腹 杆 ( 竖杆和斜腹 杆) 、下弦杆组成 。在传统 的结构设 计中 ，桁架结构常用作为屋架设计 ，如今 ，桁架结 构 已经 有 多种 多样 的形 式 ，不局 限于 屋架 ，在一 些 大跨度结构、高 层建 筑、桥 梁 中都 有 非常广 泛 的 应 用 。 1 1桁架 结构 分 类 从 形 状 分 类 有 三 角 形 、矩 形 、抛 物 线 、梯 形 、 无 斜 腹杆 、梭 形 等 ；从 材 料 来 分 有 木 、钢 木 组 合 、 钢 结 构 、钢 筋 混 凝 土 、预 应 力 混 凝 土 、钢 筋 混 凝 土一钢组合等桁架结构 。本文论述 的主要是现浇混 凝土桁架结构体系在实际房屋平面 内设计 中的应用 介 绍 。 1 2适 用发展 空间 现浇 混凝 土桁 架 结构 适用 发展 空 间 源 于 以下几 个方面 ：( 1 ) 在大跨度结构 中，常规使用普通混凝 土梁 设计 大截 面 梁 时无法 满 足强 度 、挠 度及 裂 缝 上 的控 制要 求 ，也 无法 满足 建筑 上对 净 空 及美 观 的要 求 ；( 2 ) 若使 用 预应 力 混 凝 土 梁 ，梁 截 面 髓 可 以较 小 ，能解决挠度 、裂缝的问题 ，但受场地及 吊装等 条件限制 ，施工 比较复杂 ，梁柱节点箍筋较 密集 ， 施工振捣难 ，施工周期长造价高 ，且在地震作用下 结构 的整体拉结性较差 ；( 3 ) 采用钢结构梁及钢屋 架时，虽造价低 、施工快 ，但与混凝土结构整体协 调性较差 ，对建筑整体的美观形成影响，如上砌筑 砖墙 较 为复 杂且 连接 性较 差 ，另 钢结 构 构 件使 用 使 命短 ，且需要经常维护 ，其耐久性不太为业主单位 所 接受 ； ( 4 ) 因梁所 在 层 因建 筑不 设 置 楼 板 而 无 法 用井子梁进行设计 的情况 ；( 5 ) 高层建筑部分转换 层的设计 中，传统采用梁式 、板式经济性及受力性 较差以及较难解决刚度突变 的影响 ，采用空腹桁架 结构 作为 转化 层是 较 为经济 安全 的方 法 。 2 现浇混凝 土桁架结构体 系的设计技术要点 常用 的现浇混 凝 土桁架 结 构 的形 式 为梯形 、折 线、拱形 、无斜腹杆等形式 。设计 中根据实际应用 的位置及形式选择合适的桁架形式 ，桁架结构在房 屋工 程设 计 中 的技 术 要点 总结 如下 。 2 1受 力特 点及 内力计算 现浇 混凝 土桁 架 结构 在大 跨度 、大空 间 房屋 结 构设计中，跨度宜为 1 22 4 m，桁架结构多属于受 弯构件 ，在外荷载的作用下所产生 的受力状态与在 简 支梁 的情 况相 似 。但桁 架结 构具 有 与简 支 梁完 全 不同的受力性能 ，各种桁架受力特点也均不 同，如 三角形双坡桁架结构受力特点据图 1所示 ，上弦杆 受压、下弦杆受拉 ，受力较大处在端部。如平行 弦 桁 架结 构 。 受 力特 点如 图 2所示 ，无 论 上下 弦 杆在 中部 均 受 力较 大处 ，在 端 部较小 。 除拱形 外 都 在 支 座 处 不 会 产 生 较 大 的水 平 推力 。 现浇 混凝 土桁 架 结 构 在 节 点 处 通 常为 超 静 定 ， 在 内力计算时 ，宜假定为节点为刚性连接的超静定 平面桁架 ，节点处根据上部结构 的受力特点，在荷 作者简介 ：王科亮 ( 1 9 8 0年一 ) ，男 ，工程师 。 9 3 2 0 1 5年第 4期 水利规划与设计 设计 施工 压力 窿窭墨盈 拉力 图 1 三角 形 双 坡 桁 架 结 构 受 力简 图 图 2 平行 弦桁 架 结构 受 力简 图 载较小的情况下可以简化为铰接节点 ，当荷载较大 情况下应考虑固结作用下产生的引起杆件轴向变形 的次应力 。 2 2 计算 分 析 计算 分析 可 先 采 用 P K P M- S A T WE软 件 进 行 结 构整体计算分析，桁架的上下弦分别采用梁单元输 入 ，竖腹杆一般化采用柱单元输入，斜腹杆可以采 用斜杆输入 ，整体计算分析时应注意对上下弦杆所 9 4 在 楼层是 否 为 “ 刚性 ” 或 者 “ 弹性 ” 的界 定 ( 一 般 S A T WE软件 会 自动 搜 索 并 判 断 是 否 为 刚 性 楼 板 ， 如坡屋面一般化程序会定义为“ 弹性膜” ) 。 因结构布置较为复杂，整体计算宜采用阵型分 解法进行双向地震作用计算 ，内力与配筋计算如采 用 弹性楼 板或 膜后 ，宜 采用 总刚法 计算 分析 。 整体计算后应采用 P K P M P K软件对单榀框架 进行计算 ，以确定单 榀桁架 的结构 内力及配 筋结 果 。配筋应考虑规范裂缝的控制要求 ，对正常使用 极限状态下的裂缝宽度进行验算。 2 3 构造 及施 工 设计施工图时 ，因钢筋混凝土桁架节点属于刚 性连接 ，腹杆纵筋伸入节点相关构件内的锚固长度 应符合抗震设计的锚固要求 ，钢筋锚固弯折应避免 出现锐 角 ，桁 架 上 下 弦杆 的纵 筋 需 采 用 焊 接 接 头 ， 桁 架节点 箍筋 要加 密 。 设计文件 中注 明在施工过程 中 ，桁 架结构 宜 整 体 立 模 、整 体 浇 筑 以 保 证 桁 架 的 整 体 受 力 性 能 。 肥 o o o o 1l K Z 一9 ， T 、 0 。 。 。 。 。 一 ，KZ 一 9 0 o。 ， 1 、 0 一 。 。 。 。 。 h 1 0 o0 十 - KZ 9 1 0 一 ， KZ一 7 0 o。 ： _1 b 2 r 6 8 0 0 5 0 0 0 4 7 0 0 4 0 0 0 2 0 5 0 0 图 3局 部 平 面 图 设计 施 工 水利规划与设计 2 0 1 5 年第 4 期 3工程实例 图 4剖 面 图 3 1 某 报告 厅 工程 扬州市某实验中学报告厅 ，该建筑主要功能是 学 术报 告及 演 出 ，报告 厅座 位数 量 5 5 0座 ，报告 厅 檐 口 高 度 是 6 m，屋 面 是 双 坡 瓦 屋 面 ，坡 度 为 1 ： 2 5，屋顶高 程 为 1 1 3 9 8 m，跨度 是 2 0 5 m，部 分 平 面 图见 图 3 ，剖 面 图见 图 4 ，所 在 抗 震 设 防地 区为 7度( 0 1 5 g ) ，建筑场地类别为 I I 类 ，建筑抗 震 设 防类别 为 重点设 防建筑 ，抗 震 等 级 为二 级 ，主 体结构体系为钢筋混凝土框架结构 ，混凝土强度等 级为 C 3 0，采用 H R B 4 0 0级钢筋。 结构设计在方案选择时，综合筛选后 ，结合双 坡 屋 面主要 考 虑 了两种 方案 ，方 案 一 是预 制 混凝 土 三角形屋架 ，方案二是现浇混凝 土三角形屋架 ，在 与业主进行沟通商讨后 ，因方案一实施 时有如下 困 难 ，一是受场地限制预制屋架无论在预制过程中或 者现场安装 吊装都较为 困难 ；二是预制构件屋面部 分连接部位处理不 当易渗水漏水 ；三是因该建筑是 学校建筑 ，重点设防 ，屋架与现浇柱的连结 的锚 固 与现 浇混凝 土 屋架 相 比在抗 震 上较 差 。综 合 以上 因 素 考 虑 ，设 计 采用 了三角 形桁 架结 构屋 架 。 现浇 三角 形桁 架结 构 屋架 ，结 构 截 面设 计 时考 虑设置斜腹杆在施工立模困难 ，如设置斜腹杆有可 能要二次浇筑 ，易形成施工缝 ，对于结构 的整体性 来讲不利 ，设计中利用梁抬注的形式把三角形桁架 设计成无斜腹杆的桁架结构体系。 单榀 P K结构计算的简图见图 5 。 ( 4 0 1 0 0 0) ( 4 0 0 1 0 0 0)( 4 0 0 X 1 0 0 0)( 4 0 0X 1 0 0 0 ) 重 l 8 框架立面图 ( KL M1 9 7 4 0 T) 。 f f 图 5 计 算简图 计算结果配筋包络图见图 6 。 该工程主体结构竣工后的照片见图7 。 3 2 某 推广 中心 工程 ( 连廊 ) 某 大学 附属 中学 汉语 言推 广 中心 工 程 ( 连 廊 部 分) ，所在抗震设 防地 区为 7度 ( 0 1 5 g ) ，建筑场 地类 别 为 I I 类 ，建 筑 抗 震 设 防 类 别 为 重 点 设 防 建 筑 ，抗震等级为二级 ，主体结构体系为钢筋混凝土 框架结构 ，混凝土强度等级为 C 3 0 ，采用 HR B 4 0 0 级钢筋。连 廊部分 跨度 为 1 3 6 9 m，其下 为通 道 ， 因连廊与原有建筑连接 ，层高受到控制 ，其立面和 剖面图布置见图 8 ，受底层净高的要求及建筑立面 的相 关 要 求 ，二 层 楼 面 上 结 构 梁 高 度 最 大 为 7 0 0 mm，设计 中根据本工程的实际特点，在平 面内 将二层及屋面梁结合起来形成桁架结构的上下弦 ， 并充分利用无窗部位的空间设计腹杆 ，平面内形成 了矩 形桁 架结 构 的体 系 ，立 面结 构 布 置 图见 图 9 ， 95 2 0 1 5年第4期 水利规划与设计 设计施 工 图 6配筋包络 图 图 7竣工实体照片 圈 8连廊立 、剖面图 通过桁架结构的设计较好地解决了建筑上对结构 的 要求 ，也较为经济。 4 结论 通 过较 多 的工程 实践证 明 ，现浇 混 凝 土桁架 结 构体系在很多大跨度 、大开间的房屋建筑中可以得 到广泛性应用 ，可以很好的解决建筑净空 、结构安 9 6 连廊剖面图 全和挠度超限等问题。特别是在抗震设防区的房屋 设计中其整体抗震性能较为优越 。 在桁架结构体系在桁架选型时应综合考虑建筑 美观要求、规范技术限定的要求 、施工阶段实施的 可行性 以及经济合理性。但在设计时应从模 型的假 定、计算分析 、构造处理 、以及施工技术指导上提 出相关的技术要求。 设 计 施工 水利规划与设计 2 0 1 5 年第 4 期 图 9结构立面布置简 图 版社 ， 2 0 1 0 参考文献 2 鲍育明 ，何亦文等钢筋混凝 土桁架 的设计与应用 J 建 筑结 1 GB 5 0 0 1 0 2 0 1 0 混凝土技术规范 S 北京 ：中 国建筑工业出 构 ， 2 0 1 2， 4 2 ( 0 4 ) ：1 0 4 1 0 6 ( 上接 第 4 6页 ) 3 加强县 用水户 协会管理的措施 3 1 改进 组 建模 式 ， 优化 组织 结构 综 合 尼木 县 基 层 用水 实 际 ， 按 照 自建 、 自管 、 自 用的建设原则 ， 进一步明确县用水户协会职责 。重 点解决多年来尼木 县水利工程 维护和 管理 责任主 体不到位 ， 权利及义务 不明确 ， 效益发挥 不理想等 突出问题 ， 县农 民用水协会不仅要用好管好所辖 区 域 内 的水 利 工 程 基 本 设 施 ， 还 要 积 极 推 行 节 约 用 水 ， 提高 用 水 效 率 ， 对 发 展 县 节 水 灌 溉 农 业 ， 促 进 粮食增产增收起到推动作用 ， 保证县基本水利工程 的 良性 运行 。 3 2 完善 管理体 制 ， 增 强群 众责 任感 过去 由于管理体制不顺 ， 尼木县大部分 事务 均 由政府机构 主管 ， 群 众 自愿参 与协会 意识 差 ， 没有 主体责 任感 ， 更谈 不 上 主人翁 意识 。每 逢用 水 季 节 ， 当 地农 牧 民混 乱 用 水 ， 水 渠 上 随 意 开 口 ， 大 水 漫 灌 等 现 象 时有 发 生 ， 不 仅 导 致 各 灌 区用 水 困 难 ， 而 且 浪 费 严 重 ， 因水 事 引起 的矛 盾 与 纠纷 不 断 。现 通过县政府积极 引导 ， 大力改革 ， 群 众 的主体 责任 感不断提升 ， 并主动参与相应水利工程 的后期维护 与 管 理 。 3 3规范 财务 制度 ， 公 开透 明支 出 县用水户协会 的财务 资金使用情况 ， 要求每年 必须审查 ， 并实行财务公开 制。严格按照管理制度 执行相关制度 、 会费的收缴程序和配置使用手续 ， 同 时实行 透 明化 、 公开 化 ， 并接 受 当地 群众 和 协会 会 员 的监督 ， 保证民主协商 、 集体决策 的贯彻执行。通过 不断 培养 群众 规范 管理 、 遵 守制度 和 自我约 束 意识 ， 提升群众参与管理的热情和积极性。 3 4完 善规章 制 度 ， 规 范化 运作 做 好 农 民 用 水 户 协 会 登 记 及 注 册 工 作 ， 主 要 解决注册工作环节 多 、 手续繁琐等 问题 。同时 ， 为 保证农 民用水户协会规范化运作 ， 尼木县特地拟定 了协会 管理 的章 程 、 暂行 办法 、 工 作制 度 、 分工 职 责等相关规章制度 ， 并 挑选有耐心 的职 工负责 ， 定 期 向群 众 进 行 协 会 宣 传 工 作 ， 促 进 协 会 规 范 化 运 作 。 参考 文献 1 张 自伟 ，张启 敏基 于 A H P的青 铜 峡灌 区农 民用水 户 协 会 ( WU A) 项 目后评价 J 农业科 技研究 ， 2 0 0 9 ( 0 3 ) ： 5 - 8 2 王建鹏 ，崔远来 ，张笑天 等基 于灰色关 联法 的灌 区用水户 协 会 绩效综合评价 J 武汉大学学 报 ：工学版 ，2 0 0 8， 4 1 ( 0 5) ： 4 O 48 3 邓 聚龙 灰理论基础 M 武汉 ：华中科技大学 出版社 ， 2 0 0 2 4 余育青基于灰色层次分析法的实训资源配 置评估 模型及其 应 用研究 D 杭州 ：浙江工业大学 ， 2 0 0 8 5 张庆华 ， 姜 文岱 农民用水户协会 建设与管 理 M 北京 ：中国 农 业科 学技术 出版社 ， 2 0 0 7 6 张庆华 ， 余学东 ，王艳 艳，等政府在农民用水协会建设与运行 中的资金 支持 J 水利经济 ， 2 0 0 8 ， 2 6 ( 0 2 ) ：4 - 6 7叶义成 ， 柯丽华 ，黄德育系统综合评价技术及其应用 M 北 京 ：冶金工业出版社 ， 2 0 0 6 8 赵强 ，杨锡怀 ， 孙琦 产业 集群创 新环境 的灰色层次 综合评 价 J 东北大学学报 ：自然科学版 ， 2 0 0 6 ， 2 7 ( 0 1 ) ：1 0 3 1 0 6 9 陈勇 ， 王锰 ， 徐 得潜 ， 等农 民用水户协会的灰色层次综合 评价 J 水 利经 济，2 0 1 0， 2 8 ( 0 6 ) ：1 2 1 4 9 7