悬挑构件次梁布置结构方案探讨

悬挑构件次梁布置结构方案探讨

董云萍1  ,陶伊辉2

    1.青岛市建筑设计研究院集团股份有限公司 山东青岛 266001 2.青岛腾远建筑设计事务所  山东青岛 266001 

摘要：悬挑开间是否设次梁，结构方案合理布置，悬挑结构整体性稳定验算。

关键词：悬挑开间；次梁布置；结构方案对比；

引言

建筑工程结构设计，是一项不完美设计工作，每个建筑因为其唯一性，建筑设计呈现出不同的特点，使得建筑结构设计没有唯一解。为实现建筑设计意图，结构设计师可采用不同结构方案布置，能得到不同视觉效果并满足其使用功能要求。如何实现建筑功能与结构安全性、经济性最优，就需要我们结构设计师在设计工作中，利用自己所学理论知识与工程经验，实现结构方案最优、性价比最高。

悬挑结构是我们设计中最常见的结构构件，有些建筑物为了造型及功能需要，做出较大悬挑房间或雨蓬，结构设计人在结构布置时，应采用最简洁的结构布置，达到最好的结构效果。

本工程是一个真实案例，一个中小学校教学楼与风雨体育馆之间，设有一个单跨连廊外挑雨蓬，连廊建筑平面是一个单跨框架结构，框架柱跨度3米，悬挑4米雨蓬、纵向柱距6.6米，结构简图如下图所示，共两层，一层层高5米；二层层高3.6米，二层仅是单跨3米的连廊。本地区抗震设防烈度是7度（地震加速度0.1g），场地类别是II类，基本风压值0.6KN/m2，按规范框架抗震构造措施提高一级按8度，提高后框架抗震等级二级。

结构设计师完成设计、校对后，我在审核时发现，结构设计师按下图方案一布置结构梁、柱，开间内布置了X向次梁L1（1A），最终配筋结果是轴KL2(2)底部钢筋比轴KL1(2)底钢筋还大，从图中可以看出，因悬挑跨度4米大于锚固跨3米，轴框架柱几乎处于受拉状态，轴KL2(2)受竖向荷载和内力都较小，应该是轴KL1(2)承担内力很大，KL1（2）梁底配筋应该比KL2（2）大很多才对。笔者审核时提出，可以取消跨中次梁L1(1A)，按方案二进行设计修改，更经济合理。

为此我选取标准开间建模计算，采用以下两种结构布置方案试算，设计软件采用盈建科YJKS2.0.0版，梁、板、柱结构自重点取程序自动计算，连廓附加恒荷按2 KN/m2，活荷2.5 KN/m2；悬挑4米雨蓬附加恒荷按2 KN/m2，活荷取2 KN/m2考虑施工、高低屋面及后期检修。

根据两种结构布置方案计算结果，因为文章篇幅有限，两种结构方案计算结果中弯矩图、剪力图、计算配筋图和楼板配筋图就省略了，仅将框架梁、框架柱配筋图展示如下图所示：

在外部条件完全相同的情况下，方案一在开间内增设次梁XL，目的是为了减少X向轴框架梁KL3(1A)梁顶配筋，从计算结果可以看出，增设次梁后，X向主框架挑梁的弯矩和配筋是变小了些，特别是轴KL3(1A)挑梁，次梁分担了部分X向弯矩，但Y向轴KL2(2)弯矩和配筋加大了。

从两种方案挠度图对比可以看出，方案一X向框架KL1(1A)悬挑端挠度减小2mm，框架边挑梁挠度减小0.8mm，但Y向轴框架梁挠度增大了0.5mm,而方案二各梁挠度均满足规范要求。方案一增加次梁对框架梁、板变形有利影响有限，可以忽略不计。

方案一因为设置次梁后，使得次梁支座框架梁处挠度加大，支座框架梁跨中发生变形，次梁卸载，结构内力重分布，最终还是由主框架挑梁承担荷载，这点从弯矩图和挠度图中都能反映。

经济比较：方案一设置次梁后，梁、板配筋合计5370.38Kg，梁、板混凝土用量为：21.54m3；方案二结构梁、板配筋合计4936.2Kg，梁、板混凝土用量为：20.18m3立方米。方案二比方案一节省钢筋用量434Kg，节省砼用量：1.32m3立方米，结构自重轻了3600Kg，使得整体结构基础和地震力都减少了，节省了次梁施工中模板量和人工费用，更经济合理。

在外部条件完全相同的情况下，通过上述比较，两种结构方案虽然都能满足建筑功能要求，但可以看到方案二的建筑观感和经济性更好。

值得注意的是，此项目存在一个不利因素，就是挑梁的锚固跨小于悬挑尺寸，整体结构抗倾覆力不满足要求。针对抗倾覆力矩小于倾覆力矩时，结构应采取措施：X向框架挑梁上部负筋至少第一排纵筋按受拉构件要求锚入3轴框架柱内，3轴框架柱纵向钢筋按受拉连接与锚固在基础内，框架柱基础采用抗拔桩或独立基础增加配重，平衡整体倾覆力矩，最终使得结构全楼抗倾覆力大于1.2倍倾覆力。

年轻结构工程师，在悬挑构件结构方案布置时，应清楚认识到，开间内布置次梁目的主要是为了分隔大跨度板和承托隔墙，使得结构板厚及配筋适当，尽可能减少悬挑构件自重，减少结构二次传力，简洁直接的传力路径才是最经济合理的。

结论：

综上所述对于悬挑结构，板跨与板厚适中，主框架挑梁梁高能满足建筑空间要求，开间内尽量减少次梁布置，是最安全、经济、合理的。