箱形截面空腹桁架设计

箱形截面空腹桁架设计

董昆，梁瑾

新疆建筑设计研究院有限公司，乌鲁木齐 830002

［摘要］本文通过某室外连廊的工程实例，介绍了箱形截面空腹桁架的设计过程。通过双层梁、普通桁架和空腹桁架的计算结果对比，了解空腹桁架受力形态，根据空腹桁架受力特点，给出相应的工程做法。

［关键词］箱形截面 空腹桁架 普通桁架 连廊

0 工程概述

新疆某大学新校区室外连廊，宽度5米，长向跨度24米，两侧悬挑9米，连廊高度4.8米，连廊底距地高度6.3米。连廊采用钢结构箱形截面空腹式桁架，楼屋面板均采用钢筋桁架楼承板，基础形式为独立柱基，结构空间布置图如图1所示。

本工程抗震设防烈度为8(0.2g)，设计地震分组为第二组，基本风压为0.60kN/m²，地面粗糙度 B 类，基本雪压为1.0kN/m²。主要荷载工况有：恒载、活载、雪荷载、风荷载、地震力（水平+竖向）。

图1 结构空间布置图

1 不同结构形式的计算分析

本文通过对钢结构空腹式桁架、普通桁架、双层梁对比分析，分析三种结构形式受力特点，从而了解空腹式桁架受力形态，以便在下一步的结构设计中提出具体措施。计算分析采用YJK和3D3S两种软件相互校核，计算结果非常接近。

1.1 空腹式桁架（恒活基本组合计算结果）

空腹式桁架体系，弦杆：箱700×300×18×18，直腹杆：箱700×300×18×14，立柱：箱700×500×24×24，立柱两侧悬挑部分弦杆：箱700×300×28×28，对应直腹杆：箱700×300×24×24。内力计算结果如图2～4所示：

图2 空腹式桁架弯矩图

图3 空腹式桁架剪力图

图4 空腹式桁架轴力图

1.2 普通式桁架（恒活基本组合计算结果）

普通桁架体系，弦杆截面为箱700×300×18×18，直腹杆截面为箱400×300×18×18，斜腹杆截面为箱400×300×18×18，立柱截面为箱700×500×28×28，立柱两侧悬挑部分弦杆截面为箱700×300×28×28，对应直腹杆截面为箱700×300×24×24。内力计算结果如图5～7所示：

图5 普通桁架弯矩图

图6 普通桁架剪力图

图7 普通桁架轴力图

1.3 双层梁（恒活基本组合计算结果）

双层梁体系，梁截面为箱850×500×30×30，柱截面为箱750×600×30×30。双层梁连廊杆件内力计算结果如图8～10所示：

图8 双层梁弯矩图

图9 双层梁剪力图

图10 双层梁轴力图

1.4 三种形式连廊跨中挠度结果对比如下：

连廊结构形式	跨中挠度（mm）
空腹式桁架	13.5
普通桁架	6.6
双层梁	29.8

通过以上分析，在恒活基本组合作用下，对比三种结构形式连廊受力特点。可以得出以下结论：空腹式桁架计算结果，相较于双层梁，空腹式桁架构件内力峰值较小；相较于普通桁架，空腹式桁架内力峰值较大。空腹桁架受力形态由两层梁→空腹桁架→普通桁架逐渐过渡。

2 结构设计

2.1 杆件加强措施

根据空腹式桁架受力特点，本工程对内力较大的杆件予以加强。如图11所示，对于1号弦杆和2号直腹杆，进行了加强。

图11 空腹式桁架简图

2.2 节点加强措施

由于空腹式桁架缺少斜腹杆，直腹杆与上下弦杆连接节点刚接才能保证结构几何不变，一般采用相贯节点连接，节点刚接计算假定与工程实际受力有一定差异，应采取加强节点连接做法。本工程采取措施如下：1）增大直腹杆端部截面，保证节点具有足够的刚度；2）增设内隔板、外侧盖板，增加节点强度；3）加内衬方管作为引弧板，以保证焊接质量。如图12所示。

图12 节点连接加强做法

2.3 结构抗水平力要求

从竖向力传导看，结构受力以空腹式桁架为主；从水平力传导看，结构受力以框架结构为主。因此，结构应满足框架结构的强度、稳定及刚度要求，结构周期、位移角、位移比和剪重比均应满足规范要求。

3 结束语

空腹式桁架，不同于普通桁架，缺少斜腹杆；亦不同于两层梁，具有直腹杆。在空间造型上，空腹式桁架具有更好的空间视觉感。本文通过对空腹桁架受力特点的研究，了解其受力形态，给出相应的工程做法。

参考文献

1、《建筑结构荷载规范》 (GB50009-2011)

2、《建筑抗震设计规范》（GB50011-2010）

3、《钢结构设计标准》 (GB 50017-2017)

4、李玉莹，梁书亭.空腹桁架结构受力机理研究分析［J］.工业建筑, 2006,36

5、周观根，金卫明.中国钢结构协会成立二十周年庆典暨2004钢结构学术年会论文集，2004