建筑与结构设计Ｉ ＾ ＾‘ ｃｌｕｒ ｄｒ “ｒ Ｄｅｓｉｇｎｌ 建筑施工中转换桁架的结构设计 Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ Ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ Ｔｒｕｓｓ Ｔｒａｎｓｆｅｒ ｉｎ Ｂｕｉｌｄｉｎｇ Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ 甄景新 ，周强 （天地科技股份有限公司，北京１０００１３） ＺＨＥＮ Ｊｉｎｇ－ｘｉｎ，ＺＨＯＵ Ｑｉａｎｇ （ＴｉａｎｄｉＳｃｉｅｎｃｅ＆ＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＣｏ．Ｌｔｄ．，Ｂｅｉｊｉｎｇ１０００１３，Ｃｈｉｎａ） 【摘要】在工程施工过程中，转换层结构所处的位置比较特殊，内力状态相对复杂，是建筑结构中比较关键的一个环节。基于此，论 文对建筑施工中转换桁架的结构设计措施进行探讨。 【Ａｂｓｔｒａｃｔ］Ｉｎｔｈｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｐｒｏｃｅｓｓ，ｈｔｅｔｒａｎｓｆｅｒｓｔｏｒｅｙｓｔｒｕｃｔｕｒｅｐｏｓｉｔｉｏｎｉｓｓｐｅｃｉａｌ，ｈｔｅｉｎｔｅｒｎａｌｆｏｒｃｅｓｔａｔｅｉｓｒｅｌａｔｉｖｅｌｙｃｏｍｐｌｅｘ，ｉｓａｋｅｙｌｉｎｋｉｎ ｂｕｉｌｄｉｎｇｓｔｒｕｃｔｕｒｅ．Ｂａｓｅｄｏｎｔｈｉｓ，ｔｈｉｓａｒｔｉｃｌｅｏｎｔｈｅｍｅａｓｕｒｅｓｏｆｓｔｒｕｃｔｕｒａｌｄｅｓｉｇｎｏｆｔｒｕｓｓｔｒａｎｓｆｒｅｉｎｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎａｒｅｄｉｓｃｕｓｓｅｄ． 【关键词】建筑施工；转换桁架；结构设计 【Ｋｅｙｗｏｒｄｓ］ｂｕｉｌｄｉｎｇｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ；ｔｒａｎｓｆｏｒｍｉｎｇｔｒｕｓｓ；ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｄｅｓｉｎｇ 【中图分类号］ＴＵ３７５．５ 【文献标志码ＩＢ 【文章编号】１００７．９４６７（．２０１５）０３．００２５．０３ ［ＤＯｌｌ １０．１３６１６／ｊ．ｃｎｋｉ．ｇｃｊｓｙｓｊ．２０１５．０３．００１ １工程简介 ８层、５８层立面上分别设置了两道与塔楼层数一样高的环带桁 架（见图１ａ、ｂ）。为了全面提升外围框架的抗侧力，利用桁架和 某建筑工程的下部需要一个比较大的活动空间，所以建 外框架的角柱（４根）与巨柱（８根）构成了一个抗侧力系统，另 筑的ｌ～８层之间使４根角柱和８根巨柱作为外框架。在建筑 外桁架还具有转换层的功用［１】。该塔楼把第８层桁架上面的外 的第８层设置了和层高一致的转换桁架，立面收工弯成后，将 框柱（４８根）转换成了该桁架下面的巨柱（８根）与角柱（４根）， 其作为建筑的避难层。在建筑结构的第５８层，沿结构外侧设 基于角部的结构设置，该塔楼上还配置了次转换桁架，且还在 置了桁架，并以此来托住楼层上部的柱子，并对结构在侧向荷 下面吊柱的地方垂挂了３层外框柱。Ｘ斜撑式的转换桁架是 载影响下产生的变形提供刚度需求。建筑结构布置图如图１ 所示。 ２剖析转换桁架的构造 为了强化层外简柱，该塔楼使用了环带桁架，即在塔楼的 【作者简介】甄景新（１９８１一），男，河北承德人，高级工程师，从事结 构工程设计与研究，（电子信箱）５４３８００３３７＠ｑｑ．ｃｏｒｎ。 ａ第８层转换桁架 ｂ第５８层转换桁架 ｌ工程建设与设计 『Ｃｏｎｓｌｒｕｃｔｌｏｎ＆ＤｅｓｉｓｎＦｏｒＰｒｏｊｅｃｔ ａ下弦 ｂ上弦 图２高建钢构件配置图 ｃ转换桁架位置示意 在大震（无风）影响下，桁架抗震能力的计算公式为： ．图１建筑结构布置示意图 ｓＧＥ＋．ｓ娃＋０．４Ｓ 融≤ＲＫ （１） 由箱子形状的上、下弦杆及腹杆构成。该塔架的第８层桁架是 双层桁架，上弦杆与下弦杆的截面参数分别为１２００ｍｍｘ ９００ｍｍ￣６０ｍｍｘ８Ｏｍｍ与１２００ｍｍｘ９００ｍｍｘ６０ｍｍＸｌＯＯｍｍ， 式中， 为截面荷载的标准值；５伍为重力荷载代表值的反应； Ｊｓ娃与ｓ 分别为依据材料强度标准值来核算横向与竖向地 震影响标准值的反应。 斜腹杆、竖腹杆的截面参数分别是９００ｍｍｘ９ＯＯｍｍｘ９Ｏｍｍｘ 由于在大震影响下桁架构件会出现比较大的走形，个别 构件会发生塑性，所以构造动力表现出非线睦闭。核算时要先 ９０ｍｍ与９００ｍｍｘ９ＯＯｍｍｘ４５ｍｍｘ４５ｍｍ，最大板的厚度是 ｌＯＯｍｍ，最大分段的质量是２７ｔ；第５８层桁架是单层桁架，上 检查各个构件的功能状况，允许￣Ａ，－Ｎ架出现轻度损坏，即１０ 状态（构件屈服，产生轻度破坏）。经ＰＥＲＥＦＯＲＭ．３Ｄ软件剖 析，桁架的所有构件都达到ＩＯ的状态。 弦杆与下弦杆的截面参数分别是６００ｍｍ ｘＳＯＯｍｍｘ３ＯｍｍＸ ３０ｍｍ与６００ｍｍｘ５ＯＯｍｍｘ３Ｏｍｍｘ３Ｏｍｍ，斜腹杆与竖腹杆的 截面参数分别是５００ｍｍ ｘ５ＯＯｍｍｘ３Ｏｍｍｘ３Ｏｍｍ与５００ｍｍｘ ５００ｍｍｘ３Ｏｍｍｘ３Ｏｍｍ，钢管混凝土柱的截面参数是９００ｍｍｘ ２．２中震影响下的计算 在中震（无风）影响下，桁架抗震能力的计算公式为： ｙｏｓＧＥ＋ ．ｓ’毗 ≤Ｒｄ／ｙｗ （２） ５００ｍｍｘ １４ｍｍｘ２０ｍｍ。基于第８层转换桁架在该塔楼中的重 要性，所以其抗震弹性不仅要满足小震、中震要求，还要达到 大震要求。该次剖析主要是验证转换桁架弹性是否能满足小 式中，ｓ ，ｓ 指的是竖向、横向地震影响标准值的构件内 力，其不会受到增大系数（和抗震级别相关）的影响。经过中震 剖析核算得出：第８层桁架竖腹杆、上弦杆、下弦杆在中震影 响下的最大应力比分别是０．５１１，０．２６５．０．６９１。由于第８层桁架 所有杆件的应力比都比０．８５小，所以该层转换桁架的弹性已 达到中震需求。 震、中震及大震需求。因此，设计桁架时要依据《建筑抗震设计 规范》中的计算方式来设计桁架的竖向地震影响。利用 ＥＴＡＢＳ软件来剖析小、中震时桁架的弹性，利用 ＰＥＲＦＯＲＭ．３Ｄ软件来剖析大震时桁架的弹性。剖析转换桁架 构件时，计算楼板时要依据弹性楼板来进行，且转换层的上、 下楼板的膜刚度不在计算范围内，也就是该处楼板的横向力 不在计算范围内，同时还要调节框架、桁架及桁架上、下层楼 板的剪力。为了使第８层桁架的弹性符合中震需求，个别桁架 ２．３小震影响下的计算 小震影响下，桁架抗震能力的计算公式为： ’ ０５ ＋＇ Ｓ耻＋’， Ｂ ＋ ’ ≤兄ｄ／ＹＲＥ （３） 式中，ｓ伍为重力承载力代表值的反应；ｓ毗与Ｊｓ耻分别为竖向、 横向地震影响标准值的反应；Ｙｍ， ，ｙＧ， 分别指的是横向地 震影响、风承载力分项系数、重力承载力、竖向地震影响； ， 几分别为荷载抗震调节系数、构件的荷载设计值； 为风的 的构件要使用强度比较高的高建钢（Ｑ３４５Ｂ），图２为高建钢 构件配置图，其中粗线是高建钢杆件。 ２．１大震影响下的计算 ２６ 组合承载力系数。 经过核算得出桁架在小震影响下的应力比，基于桁架平 面呈规则的对称形，所以对称的桁架杆的应力比相差不大，因 此核算半侧桁架杆即可，竖腹杆、上弦杆、下弦杆的最大应力 比分别是０．３９７，０．１９６，０．４３６，都比０．８５小，由此第８层转 换桁架的弹性完全符合小震需求。另外，由于桁架的挠跨比的 最大值是１／２８８１，小于１／４００，所以其已达到正常应用的极限 需求。 ３剖析第８层转换桁架的施工计划 ３．１转换桁架的施工计划与施工难点 基于第８层桁架的重要性，所以设计时，为了确保塔楼的 可行性及处理塔楼的旖工难点，不仅要剖析其应用过程，还要 斟酌工程施工与设备安装对转换桁架的制约。安装第８层桁 架时的难点有： １）基于塔楼是立面收进，且为了使桁架上方的外框柱实现 转换，所以桁架的角部由主次桁架相配合的方式来实现口】。但 是，这样的施工方式却增加了节点的施工难度，也就是各个节 点处链接了很多的杆件，且有的杆件间的夹角也非常小。 ２）基于单品桁架的质量与跨度，如果采用先在地面上组 装，然后再吊装的安装方式的话，尽管其能减小高空焊接量， 但却增加了吊装难度与成本；如果采用高空焊接的安装方式 时，尽管其比较容易吊装，但却增加了高空焊接难度、焊接工 作量及成本。由此在确保桁架结构安全的基础上，寻找这两种 安装方式的平衡点是该工程的关键问题。 ３）由于桁架主要作用是承托外框柱、垂吊吊柱，及主塔楼 本身的高度（大概３０Ｏｒｅ）造成的变形，所以桁架的安装次序是 整个桁架安装的重点。因此，安装时还要对桁架安装次序造成 的各种额外荷载力进行复核。 ４）基于该工程使用了Ｑ３４５Ｂ钢材，最大钢板的厚度是 １００ｍｍ，所以焊接难度非常大。 ３．２用铸钢节点做桁架角节点 由于桁架杆件上的节点具有多、夹角小等特点，所以在桁 架角节点上使用了铸钢节点。另外，基于桁架的重要性，所以 对节点的材质有着特殊的要求。（１）铸钢节点使用的钢材一定 得是ＧＳ２０Ｍｎ５Ｖ；（２）在桁架个别部位上，由于一个节点上链 接着多个杆件，所以这些节点上使用铸钢节点，其强度与性能 建筑与结构设计ｆ Ａ ＾ｆ ｃｔｕｒ ａｎｄＳｔｒｕｃ：ｔｕ＇ａ／ｚ ｓ ｎＩ 必须和所链接杆件的钢材的最高级别强度、性能相一致。 ３．３转换桁架的分段安装方案 为了降低桁架分段的吊装难度及高空焊接量，保障各个 单分段质量的相近性，所以经过比对多种设计计划，进一步完 善了桁架分段及桁架安装次序。另外，由于塔楼自身的压缩与 走形，所以安装桁架时得依次进行。具体步骤如下： １）当塔楼主体安装到第４层顶端时，停止安装下一层楼 面梁，继续安装巨柱与角柱； ２＿）ｊ生塔楼的第８层上安装转换桁架； ３）安装桁架上面的外框柱，且可以同时安装塔楼第６层、 第７层的楼面梁与吊柱； ４）等主体结构竣工后，再开始安装塔楼第５层的吊柱。 按次序安装桁架时需注意的事项有： （１）为了及时调节，要全程检测安装过程； （２）由于第８层桁架的跨度过大，所以安装时要在其下面 配置一 瞄时桁架，以便临时支撑； （３）依据塔楼工程的施工进度，如果过早执行幕墙安装， 就不能实现最后装配第５层吊柱的设想，所以依据幕墙的装 配进度、瞬时沉降量以及预计的沉降走形量，采取了预先留置 长圆孔形的沉降走形量，等塔楼主体走形基本平稳后再焊接 。 ４结论 综上所述，本工程建筑的结构比较复杂，设计的过程中， 在关键位置设置了转换桁架，并严格按照抗震原则进行了设 计。实践证明，这种施工设计具有良好的经济性和安全性，具 有较高的借鉴价值。幽 【参考文献】 【１】ＪＧＪ３一－２ＯｌＯ￣ Ｓ】 【２］ＧＢ ５００１ １－２０１０建筑抗震设计规范［ｓ】． 【３】徐培福．复杂高层建筑结构设计［Ａ ．北京：中国建筑工业出版社， ２ｏ０５． 【４】王磊，张同波．青岛高新区创业中心型钢转换桁架的设计与施Ｚ［Ｊ】 青岛理工大学学报，２０１０（５）：９８—９９． 【收稿日期］２０１４．１２．１７ ２７