提 要：本文通過對36米大跨度連接體建筑中采用何種結構形式，進行了多方案計算分析比較，從結構受力的合理性和造價的經(jīng)濟性等方面綜合考慮，最終選用空腹桁架型鋼砼結構。對空腹桁架型鋼砼結構進行了SATWE、PMSAP和MIDAS的結構計算和內(nèi)力比較;進行了結構優(yōu)化設計，提出了結構設計中的要點和構造措施，一方面巧妙地利用二層三層梁做為空腹桁架的上下弦桿，提高了一層凈空實現(xiàn)大跨度結構使用功能，另一方面也提高了結構的抗震性能,受到用戶的好評。

　　關鍵詞：連接體建筑,大跨度空腹桁架型鋼砼結構,結構優(yōu)化設計,設計要點

　　一. 工程概況

　　隨著城市建設日新月異，特別是進入21世紀以后得到了更加迅猛的發(fā)展，建筑功能和結構形式也更趨多樣化。在大跨度連接體中空腹桁架型鋼砼結構的應用也逐漸多起來，我們在成都國際商貿(mào)城市場中也應用了此技術。

　　成都國際商貿(mào)城市場位于成都市北部新區(qū)總建筑面積約260萬平方米，在一、二期與三、四期間有一條寬約36米的城市道路穿過，因此在道路上方設置一個跨度36米共四層的連接體建筑，建筑長度約126米寬度約128米，建筑面積約6.5萬平方米。通過多方案技術、經(jīng)濟比較、優(yōu)化設計，采用空腹桁架型鋼砼結構，利用2層和3層作為空腹桁架型的上下弦桿，3、4層9米柱子加回去用普通的鋼筋砼結構，通過設計優(yōu)化取得了較好的效果。為了便于推廣,我們在此作一些歸納總結。

　　二.多種連接體結構形式的方案比較與分析

　　結構計算是用中國建筑科學研究院的PKPM PMSAP進行的。

　　1.二~屋面層梁與柱整體按無斜桿混凝土桁架6米柱間距(二層用預應力梁)。

　　經(jīng)計算二層混凝土梁高需做到2米以上，且目前軟件無法實現(xiàn)預應力和空間結構協(xié)同計算，存在一定的風險;并且下部凈高不能滿足交通要求。

　　2.二~屋面層梁與柱整體按無斜桿鋼結構桁架6米柱間距。

　　通過分析比較，顯示具有可行性。主鋼梁1200x600x30x40,次梁500x250x14x16,局部12米開間處主梁為主鋼梁1200x600x34x45，次梁為600x300x14x16。二層以上鋼柱為：900x500x30x40。大跨度部分型鋼結構總用鋼量為：3300噸。用鋼量偏高。

　　3.二、三兩層之間設斜桿形成5.4米高空腹鋼結構桁架，四層，屋面層為梁上柱9米柱間距。

　　通過分析比較，顯示具有可行性，結構相對合理，二、三兩層主梁800x600x20x20，斜撐為600x450x20x25：三層以上鋼柱為500x400x20x20：次梁為：500x250x14x16，局部12米開間處次梁為：600x300x14x16。大跨度部分總用型鋼結構用鋼量為：1940噸。

　　4.二、三兩層間設斜桿形成5.4米高空腹型鋼砼結構桁架，四層，屋面層為梁上柱9米柱間距普通砼結構，大跨度部分總用鋼結構用鋼量為：1680噸，詳見附圖1。

　　通過以上計算分析可以看到從第3種和第4種結構形式比較合理可行，造價經(jīng)濟，第4種結構的造價最為經(jīng)濟。

　　三.結構設計計算和分析

　　1、PMSAP和MIDAS結構計算和分析

　　確定采用第4中結構方案后，用PMSAP和 MIDAS分別進行整體計算，因整個結構以二層梁作為桁架的下弦桿，將大跨度桁架跨度范圍及附近的樓板設置為彈性板。結構分析采用了扭轉(zhuǎn)藕聯(lián)振型分析法，考慮P-△效應及偶然偏心作用。結構分析主要計算結果列在下表1中，結構的各項指標能滿足規(guī)范要求。

　　結構各層的側(cè)向剛度均大于相鄰上1層側(cè)向剛度的70%以及其上相鄰3層平均側(cè)向剛度的80%，剛度比滿足要求，無明顯結構軟弱層。

　　為了更明確地分析桁架構件的內(nèi)力分布情況，從PMSAP和MIDAS的模型中取同一榀桁架，得到在恒載和活載工況下的彎矩、剪力、軸力。因地震和風載產(chǎn)生的桿件內(nèi)力很小，對比較結果影響不大，本文不列出。經(jīng)過比較，PMSAP和MIDAS計算的單榀桁架的內(nèi)力基本相近，取MIDAS內(nèi)力結果。

　　桁架簡圖如下(中軸對稱取半榀)：

　　恒載和活載工況的內(nèi)力如下：

　　從內(nèi)力圖中可以看出下弦桿的邊跨彎矩大軸力小，中跨軸力大彎矩小，但總體來說設計截面是以軸力控制的。上弦桿也是以軸力控制的，軸力方向和下弦桿相反為壓力。腹桿方面，邊跨的3號、4號腹桿所受的軸力最大，但方向相反，3號桿受壓力，4號桿受拉力。其余5~8號腹桿受力較小，最終施工圖時將5~8號腹桿截面調(diào)小了一級。

　　擾度方面，從PMSAP 和MIDAS的計算結果看，桁架的最大擾度出現(xiàn)在跨中，這與預期相符。PMSAP中擾度與跨度的比值1/1200,MIDAS中擾度與跨度的比值1/1400，兩者遠小于規(guī)范規(guī)定的限值。

　　從設計結果看，所有的桿件都是以軸力作為控制應力進行截面和配筋設計，這跟桁架二力桿的結構力學假定符合。

　　四.結構設計要點和構造措施

　　1.空腹桁架連接體結構的設計原則

　　1). 空腹桁架連接體結構是整個建筑結構中是重要的結構構件，應優(yōu)先重視其抗震能力和耗能能力的設計，對整個建筑抗震設計，在滿足層間剛度比的前提下，應遵循“強轉(zhuǎn)換”的原則，以保證連接轉(zhuǎn)換結構及其下部大空間結構有良好的強度、剛度、延性和抗震性能;

　　2).對于連接轉(zhuǎn)換結構本身在滿足桿件合理剛度比的前提下，應遵循“強底梁、強節(jié)點”的原則,底梁受較大的拉力，應保證最底部水平拉桿和節(jié)點不形成破壞機構。

　　3). 連接轉(zhuǎn)換結構上部結構按“強柱弱梁，強邊柱弱中柱”的原則，以使塑性鉸優(yōu)先在梁端產(chǎn)生，確保柱有較高的安全儲備，以充分發(fā)揮弦桿的承載能力和變形能力。

　　4).對于連接轉(zhuǎn)換結構的截面設計，應遵循“強剪弱彎”的原則,以使構件發(fā)生延性較好的受彎破壞，避免延性較差的剪切破壞。

　　2.合理的結構平面布置

　　平面布置規(guī)則整齊,避免截面的突變，在型鋼砼桁架縱向兩端布置型鋼砼柱，為了保證彎矩有效傳遞在和空腹桁架相臨普通砼梁內(nèi)設置了1/4跨度的鋼骨;在空腹桁架上部同樣設置了1/4層高的鋼骨。這樣一方面滿足了型鋼組合結構的要求，同時又最大限度的降低建筑的造價。在二、三層處上層有每9米設置柱處的設置橫向型鋼砼梁形成雙向的受力空間，提高結構的抗震性能。

　　3.合理的節(jié)點構造

　　連接體空腹桁架下弦有很大軸向拉力，因此對弦桿的應力比和節(jié)點都做了加強，具體做法詳見附圖2。

　　4.連接體樓板的分析設計

　　結構中的樓板使豎向抗側(cè)力構件協(xié)同工作，將上部結構的水平力傳遞到下部結構，起著非常重要的隔板作用，在樓板內(nèi)產(chǎn)生較大的變形，這就要求轉(zhuǎn)換桁架及附近樓板按彈性樓板計算，即考慮樓板自身平面內(nèi)的有限剛度。樓板配筋適當加大，雙層雙向通長配置，并向兩側(cè)延伸一跨。

　　設縫后結構樓板長度還有96米，屬超長結構;因此在大跨度的兩端適當位置設計后澆帶在施工結頂后兩個月以后才能連接，并在屋面板適當加厚到150mm,考慮溫度應力屋面配筋適當加大，雙層雙向通長配置。

　　圖1 二、三層型鋼混凝土結構桁架

　　圖2 桁架連接節(jié)點

　　五.結束語

　　通過本項目采用的空腹型鋼砼桁架結構實踐表明：該種轉(zhuǎn)換結構體系，具有結構合理、傳力明確、結構承載力高，能夠較好的滿足建筑功能要求，空腹型鋼砼桁架結構的承載能力和延性明顯優(yōu)普通鋼筋砼轉(zhuǎn)換結構，在設計中須重視樓板計算模型對桁架受力的影響，重視弦桿和節(jié)點的設計，保證節(jié)點構造合理可靠以滿足受力性質(zhì)的要求。因此型鋼砼應用方面安全可靠、經(jīng)濟合理、有章可循。在高層建筑和大跨度建筑中部分或全部巧妙應用都有較大的經(jīng)濟效益和使用價值。希望通過本文拋磚引玉在高層和復雜建筑結構中根據(jù)實際情況、因地制宜靈活應用，設計和建造出更多更好的建筑，產(chǎn)生更好的經(jīng)濟效益。

　　參考文獻

　　1.《型鋼砼組合結構技術規(guī)程》JGJ138-2001[S] 中國建筑工業(yè)出版社 2002 北京