王廷伟 靳海芬

(国核电力规划设计研究院有限公司，北京 100089)

1 概述

随着我国经济的蓬勃发展和科学技术的不断更新，能够充分利用空间资源、便于设计出创造性建筑外观的悬挑结构越来越受到青睐，例如CCTV总部大楼、上海世博会中国馆、世博会城市最佳实践区C1场馆、中国科技馆二期工程、国家图书馆等都采用了悬挑结构来实现立面和平面的凹凸造型，并取得了理想的效果。这些悬挑结构的悬挑跨度越来越大，应用方式越来越多，可以说，悬挑结构在建筑选型和结构设计中发挥着越来越重要的作用。

悬挑结构是指一端支撑在竖向支撑构件上，另一端向外延伸挑出支撑构件的结构。悬挑结构由于悬挑构件的存在，结构上部体型大于下部体型，灾害发生时往往由于悬挑构件根部的失效，导致结构整体破坏。因此，悬挑结构在设计过程中应予以足够的重视，需要通过不同方案的对比分析，选择出使悬挑构件传力最佳、结构整体受力合理的优化方案。

本文针对某电厂集控楼悬挑结构的设计选型，对不同跨度悬挑结构的设计方案进行对比分析，确定不同跨度悬挑结构的优化设计方案。

2 工程概况

某电厂二期工程扩建2×1 000 MW级二次再热超超临界机组，集控楼采用钢筋混凝土框架结构，建筑总高度24.5 m，剖面图如图1所示。为充分利用建筑空间、优化建筑立面设计，建筑东立面12.45 m以上、西立面23.3 m层采用悬挑结构，悬挑跨度分别为4.8 m，2.625 m，其中23.3 m层结构布置图如图2所示。结构设计基本参数如下：场地类别Ⅰ1，抗震设防烈度7度，设计基本地震加速度0.10g，基本雪压0.4 kN/m2，基本风压0.6 kN/m2。

3 悬挑结构设计方案

3.1 跨度较小的悬挑结构方案优化

该集控楼西立面屋面处采用跨度为2.625 m的悬挑结构，以形成一个倒立三角形的外观造型。根据构件的不同布局、跨距、传力路径，考虑以下两种方案：

方案一：设置多根悬挑梁，形成一种密梁单向板设计方案，传力路径如图3所示。通过计算，这种情况下悬挑梁截面需要做到300 mm×500 mm，楼板做到100 mm厚可满足承载力设计要求，由于布置了较多悬挑梁，施工不便的同时，不符合节材的绿色设计理念。

方案二：只在框架柱的位置处布置悬挑梁，形成一种悬挑梁较少的疏梁单向板设计方案，传力路径如图4所示。这种方案楼板的跨度小于3 m，属于常见的楼板跨度，通过计算，这种情况下悬挑梁截面需要做到300 mm×700 mm，楼板做到120 mm厚可满足承载力设计要求，各项参数都属于常规设计。

综上所述，对于跨度较小的钢筋混凝土悬挑梁，为了保证不设置过多的悬挑梁，宜采用方案二，即疏梁单向板方案的设计，这种方案实现结构自身功能的前提下，能够保证悬挑构件截面尺寸适中。

3.2 跨度较大的悬挑结构方案优化

该集控楼建筑东立面12.45 m以上采用跨度为4.8 m的悬挑结构。根据构件的不同布局、跨距、传力路径，考虑以下三种方案：

方案一：只在框架柱的位置处布置悬挑梁，形成一种跨度较大的单向板设计方案，传力路径与图4相似。这种方案由于楼板跨度大，导致楼板厚度需要做到200 mm以上，悬挑梁截面需要做到400 mm×1 500 mm以上，严重影响该楼层的净空高度。

方案二：增设悬挑梁，形成一种跨度较小的单向板设计方案，传力路径与图3相似。这种方案由于增加了悬挑梁的个数，可以取消封边梁的设置，同时楼板厚度做到120 mm、悬挑梁截面做到

300 mm×800 mm即可满足承载力要求，只是在满足单向板设计原则的前提下需要设置较多的悬挑梁，不符合节材的绿色设计理念。

方案三：增设悬挑梁，形成一种双向板设计方案，传力路径如图5所示。该种方案中，有30%左右的楼面荷载直接传给了根部大梁，减小了悬挑部分承受的荷载：与方案一相比，这种方案由于增加了悬挑梁的个数，可以减小悬挑梁截面尺寸及楼面板厚度；与方案二相比，可以减少悬挑梁个数。

3.3 不同悬挑方案对结构整体性能影响分析

综上所述，对于跨度较大的钢筋混凝土悬挑梁，为了保证梁的尺寸不至于过大，同时为了悬挑梁的个数不宜太多，宜采用方案三，即双向板方案的设计，这种方案可以有效减小梁的截面尺寸、配筋数量及楼板厚度，同时避免设置过多的悬挑梁。

本节选取4.8 m跨悬挑结构，将方案一和方案三对结构整体性能的影响进行分析，不同方案下的结构模型如图6,图7所示，分析结果见表1。

表1 4.8 m跨不同方案对比分析

周期/sX向周期Y向周期Z向周期扭平比方案一1.538 9711.385 9421.211 1670.79方案三1.392 1471.167 7841.072 8310.77

从表1可以看出，方案三的周期小，刚度大，扭平比小，抗扭能力强，对结构整体受力性能更为有利。

4 结语

本文针对某电厂集控楼悬挑结构方案进行优化，通过不同方案间的对比，得出如下结论：

1)对于跨度较小的悬挑结构，宜采用设置较少悬挑梁的单向板方案；

2)对于跨度较大的悬挑结构，宜采用双向板方案。