小型建筑懸挑結構分析與研究

（深圳華森建筑與工程設計有限公司杭州分公司，浙江 杭州 310012）

1 項目介紹

華聯物業管理用房坐落在湖邊的山坡上，因為要盡可能親水，又不能破壞茂密的樹林，建筑采用大懸挑結構。整個建筑物像在半山腰探出1個棧橋鑲嵌在白色的房子里，下面是茂密的樹木，非常醒目，藍色玻璃、金銅色屋檐、白色外墻與周邊的綠色融為一體（見圖1），但也給結構設計帶來不小挑戰。

圖1 建筑外觀

2 懸挑結構設計

懸挑結構體系的布置非常重要，本工程平面呈T形，一豎為懸挑部分，到仿銅鋁板外緣，總凸出為22m，是275m2的展館，展館外三邊是3m和5m寬的外廊，屋頂部分是花園，體量和質量非常大（見圖2，3）。白色建筑物是一橫，徑深只有33m，樓層只有2層。結構選型為框架-抗震墻，抗震設防烈度為6度，設計分組為第一組，場地土類型為軟質巖石，建筑場地類別為Ⅱ類，設計特征周期0.35s。抗震等級為三級，建筑結構安全等級為二級，房屋的設計使用年限為50年。

3 主要解決方案

本工程首先要解決的問題是巨大傾覆力矩。山上部分體量不大，不能成為懸空展館的“母體”，

圖2 [13]～①軸立面

圖3 立面

2）在混凝土墻下設置錨桿，扎在山體中。另外，整個懸桃部分采用鋼結構，最能表現建筑的通透。

3）在懸桃體下部適當位置設置V形斜撐，斜撐設為兩端鉸接是受軸壓桿，軸力分別為3 500kN，兩端鉸接節點是關鍵，經過優化上下節點均改為軸鉸式鑄鋼節點。應用SBAQUS有限元分析軟件在各工況下進行模擬分析。斜撐受壓桿采用鋼管混凝土，600mm×30mmQ390無縫鋼管，管內為C80灌漿料。如圖4所示。

圖4 鋼框梁V形結構

4 結構模型計算

4.1 荷載

因為是大變形結構，所以在風載取重現期100年，又是臨湖，地面粗糙度定義為A，風荷載體形系數是因為山坡與懸挑的大展廳形成30°夾角，風荷載的體形系數u取1.6。計算時討論2種工況：工況1：1.2恒荷載+1.4活荷載+1.4×0.6風荷載+1.4×0.7雪荷載（同時考慮雪堆積荷載），工況2：1.2恒荷載+1.4風荷載。

建設過程中需控制鋼結構變形，懸挑部分是展館，外圍是外廊和觀景陽臺，屋頂部分是花園，均為人流集中的地方，計算時選擇合理的鋼梁控制變形量非常關鍵，建筑凈高和層高均已確定，所以選擇鋼梁和節點形式非常重要。確定鋼結構各構件后，計算最大位移為7cm，最大風作用下的擺動為4cm，滿足要求。

4.2 基礎

根據浙江省地礦勘察院《巖土工程勘察報告》。擬建場地是個山坡，東南側20°～30°坡，西側是37°～45°陡坡，三面臨湖，是個半島。地表下1.5m左右是中等風化泥質粉砂巖巖石。裂隙較發育，巖芯多呈短柱狀-柱狀，局部呈碎塊狀，產狀140°∠35°，由于建筑物位于陡坡邊上，基礎應以穩定的巖體作為持力層，所以要求勘探單位第2次對山地進行針對性勘探，要求分析巖石紋理及產狀對受水平拉力的影響，要求探明建筑物坐落的整個（建筑物上下）山體裂縫和巖石裂隙，明確山體滑坡體對建筑物的影響，主要對地基土的穩定性進行鑒定。本工程有一個大懸挑體，產生大的傾覆力，分解成1個彎矩，另1個是水平力，⑧軸或[10]軸上水平力為2 600kN。持力層選在3號土層中等風化泥質粉砂巖巖石，地基承載力特征值4.5MPa，基礎設計等級為甲級，樁基安全等級為二級。分別選用樁基礎、墩基礎和獨立基礎。為承受巨大的水平拉力，樁墩的直徑和配筋都進行專門計算，每個獨立基礎都嵌入巖體內（見圖5～7）。為解決彎矩，設計基礎時還在⑧軸和[10]軸的混凝土墻下基礎各打2排錨桿。底板是整體300mm厚的底板，增加基礎剛度，將巖體與建筑緊密地連接在一起，提高結構抗傾覆能力。

圖5 基礎嵌入詳圖

圖6 樁端持力層詳圖

圖7 深基礎詳圖

5 結語

本工程雖然體量不大，總建筑面積只有3 000m2，但結構采用較多的構件形式，如框架-剪力墻結構、鋼結構、型鋼混凝土和鑄鋼構件等，基礎類型也有樁（墩）基礎、獨立基礎和錨桿基礎。對本項目的分析與研究，可為相關項目提供參考。