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【钢结构·技术】大悬挑结构的抗倾覆设计

发布于:2021-09-28 11:04:28 来自:建筑结构/钢结构工程 0 72 [复制转发]

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该项目位于广州市。基本风速为0.5kN/m?,地面粗糙度取C类;设防烈度为7度(0.1g),场地类别为Ⅲ类,特征周期0.45。

如图1、图2,该构筑物的总高度为18.5m,宽度为3m,其高宽比为6.17;由于造型的需要,项目大部分位置为悬挑结构,其中最大的悬挑在顶层,最大悬挑达到6.65m,是框架柱距离的2.2倍,悬挑长度大。由于只在单个侧面悬挑,造成结构严重偏心,整体结构为偏心结构

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图1 4轴剖面图

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图2 最顶层平面
在抗倾覆问题上,本结构的特殊情况为,若不考虑基础及覆土的贡献,上部结构无法满足抗倾覆要求。为了确保结构整体的抗倾覆满足要求,采用了筏板基础,并适当控制筏板上的覆土厚度,由筏板自重以及回填土重量平衡整体结构在Y向风荷载或Y向地震作用下倾覆弯矩。因而抗倾覆验算需考虑基础及覆土的贡献。


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经盈建科软件基础模块分析,考虑覆土作用时,在最不利的Y向风荷载作用下,基础底没有出现零应力区,见图3。


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图3  考虑“恒载(计入覆土荷载)+Y向风”时的基底压力


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4  筏板基础大样

如图4,若不考虑覆土作用时,上部结构重量向筏板的形心点取矩,上部结构恒载作用下,筏板所承受上部结构传来的弯矩为1531kN-m;风荷载作用下筏板所承受的弯矩为4656kN-m;根据《建筑地基基础设计规范》GB50007-2011第5.2.2条,基础底面边缘的最小压力值:
图片 (受拉)
因此应当用GB50007-2011式(5.2.2-4)计算基底压力;
偏心矩:  图片
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基础零应力区宽度:
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零应力区占基底面积: 图片 ,参考《高层建筑混凝土结构技术规程》JGJ3-2010,第12.1.7条,本结构高宽比大于4,基础底面不宜出现零应力区。


考虑覆土的贡献, 用GB50007-2011式(5.2.2-3) ,基础底面边缘的最小压力值:



图片 ,基底不出现零应力区,满足要求。
由于本节的手工验算是假定上部结构及基础均为刚体,因而与第二节的基底压力计算结果存在一定出入。

如图4,倾覆点取点A,上部结构重量为905kN,上部结构重量所提供的抗倾覆力矩为1012kN-m;筏板的重量为2388.5kN,筏板自重所提供的抗倾覆力矩为6712kN-m;覆土的重量为4180kN,覆土所提供的抗倾覆力矩为11745kN-m;风荷载作用下,基础底面产生的力矩值为4656kN-m。

抗倾覆安全系数:
图片  满足要求。


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本项目由于其功能需要,悬挑长度较大,并且呈现“下小上大”、“头重脚轻”的状态,在设计过程中,需特别关注由于悬挑长度较大造成结构严重偏心,因而需要关注基底零应力区及抗倾覆验算。由于本结构风荷载起控制作用,本文以风荷载为例,展示了验算过程。


综上,在考虑覆土作用后,本结构基底不出现零应力区,且抗倾覆安全系数为4.18,满足要求。

本项目尚存在以下需要重点关注的设计问题:

1)结构在竖向荷载和风荷载共同作用下的二阶分析;
2)梁柱节点验算。

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