内蒙古工业大学科技实验楼重型钢桁架设计

2020-09-02内蒙古工大建筑设计有限责任公司朱喜荣

中国建设信息化 2020年15期

文｜内蒙古工大建筑设计有限责任公司朱喜荣

一、工程简介

内蒙古工业大学科技实验楼，是一幢集科研、教学以及办公于一体的综合建筑。科技实验楼效果图（如图1）所示。该建筑由一个六层和两个十层的单体及其连廊组成，平面呈U 型布置（如图2），在九至十层U 型口处的两个单体间设置钢结构连廊，形成高空连体结构（如图1），用于两楼的连通及办公。由于荷载较大，该连体结构由两榀跨度为36 米重型钢桁架支撑，两榀桁架间距为11.7 米，钢桁架支撑于两侧主体牛腿上。钢桁架高度为4.3 米，同九层层高，十层采用轻钢结构支承在九层的钢桁架上。该钢桁架采用人字式，杆件截面形式为焊接H 型钢，节点形式为焊接，钢材强度等级为Q345B。

二、设计思路

按照建筑要求，钢结构要外露，外立面要看到槽钢的效果。由于这种建筑方案在本地区民用建筑尚属首次，为此我们进行了两个结构方案比较。具体如下：

设计方案一：建筑面层做法为铺地砖，因此九、十层楼面采用钢筋混凝土楼面，由于距地高度较大（第九层距地30 米），同时为了使梁板连接的构造简单，在混凝土楼板下加设钢板，钢板与钢梁焊接。为了加强混凝土楼板与钢板的整体性，在钢板上焊接短筋。桁架节点采用常规的节点板连接方式，为了满足建筑的外立面效果，需要另加焊槽钢（如图3）。

上、下弦杆及端斜杆截面为焊接H400×400×30×30，其余腹杆截面为标准H400×400×15×21。

此方案的优点是从建筑使用上比较好，因为有混凝土楼板，地面可以采用常规的地砖做法，楼板的整体刚度较好，使用过程中的振动噪音较小，不需要设置隔音层。同时楼板良好的整体性也能够满足钢桁架平面外支撑的作用；但自重很大，用钢量较大，造价较高，施工比较复杂，节点处需要有很大的节点板，影响感观效果。

设计方案二：因为本工程为教学楼，人员比较密集，钢桁架承受上、中、下三层梁板传来的荷载，因此，这种大跨重载结构安全可靠、经济合理的重要途径是尽可能减轻结构自重，基于这样的认识，提出设计方案二。建筑面层采用塑胶地板或其他轻质地面，楼板采用钢板，用竖肋加强，所有内隔墙均采用钢龙骨挂石膏板做法。这样可以大大减轻结构自重，竖向地震作用相应减小，对整体结构的抗震也较有利。同时为了更加体现建筑外立面的美观，将H 型钢的槽口向外，典型节点详图如图4。本工程设计最终采用了方案二。

图1 科技实验楼效果图

图2 九至十层平面图

根据新的荷载工况进行计算，上、下弦杆及端斜杆截面为H400×400×16×22，其余腹杆截面为H300×300×10×15，为了减小自重，主钢梁（GL-1 和GL-1a）采用蜂窝梁700x300x12x14，腹板上开边长为200mm 正六边形洞口，洞口净距离为200mm。考虑到工程实际和节点构造简单，主钢梁与桁架的连接采用摩擦型高强度螺栓连接（如图5）。为了保证桁架平面外的稳定，布置适当的水平支撑和垂直支撑（楼面结构布置如图6）。

由于本桁架跨度较大，而且按照建筑要求结构要外露，呼和浩特市属于北温带比较寒冷的地区，减小温度应力是本设计的关键之一，结合《全国民用建筑工程设计技术措施-结构》，桁架和主钢梁选用Q345B 钢，在两端支座设计上也充分考虑温度变形的因素，将一侧支座设计为橡胶支座（见图7），另一侧设计为滚轴支座（见图8）。桁架支座底板锚拴孔为长圆孔。

由于取消了混凝土楼板，楼层隔音问题凸现，建筑上在楼层钢板下增设了岩绵隔音层。