[分享]悬挑结构在建筑中的应用

华域设计 · 张福波 · 原创文章

悬挑，顾名思义，是一种从建筑物中伸出而尽端不设支撑的结构形式，因其夸张的表现手法和引人注目的视觉效果广受建筑师们的青睐，从古至今，悬挑结构就以纷繁多样的形式在建筑中不断表现出来，随着技术的不断进步，悬挑构件的尺度越来越大，应用也越来越广，对结构设计的要求也越来越高。

结构工程师技术水平的提高，一方面源于自己的不断努力，另一方面则来自于建筑师千奇百怪的想法，为了实现建筑的造型和功能，结构工程师不得不通过各种手段和方法去解决力学的相关问题，悬挑构件在力学上是静定结构，静定结构的定义是无多余约束的几何不变体系，撤销约束或不适当地更改约束配置就会使其变成可变体系，也就是说悬挑结构没有多余约束，支座处破坏了那么整个结构也就失效，除强度控制外，还有悬挑构件端部的转角和位移，如果端部变形过大，也会影响功能及使用，其力学原理如下：

从上述公式不难看出，当建筑的外形确定好以后，公式中的荷载q和长度Ɩ都是定值了，决定悬挑构件强度和变形的任务就落在弹性模量E和惯性矩I上，所以，最终所用的材质和截面决定了悬挑结构的尺寸和外观，如何通过技术手段实现悬挑结构的建筑造型，并且降低根部的截面尺寸，成为了结构工程师不断追求和努力的目标。

下面结合我院的一个项目讲讲悬挑构件在建筑中的实际设计和应用。

鹿特丹生活广场由沈阳万科开发，以儿童为主题集餐饮、娱乐、零售为一体的社区商业中心，平面形状为长矩形，外轮廓尺寸为147.6m×61.3m，地下3层，地上4层，结构设计采用框架结构，项目整体体量虽然不算很大，但由于建筑功能的需求和后期使用的不确定性，要求结构全部梁高不得大于800mm，建筑中央及四周存在多处大悬挑的部位，梁高又限制在一定的高度内，无疑给结构师增加了设计难度，如何解决小梁高实现大悬挑的问题，成为整个设计的一大难点。

△ 结构计算模型

为实现中庭无柱大开敞的效果，商场中部悬挑成为整个设计的交点，挑出长度8.4m，端部还设有双扶梯，设备管线都集中在走廊的顶部，整个挑出梁高不能超过800mm，此处就涉及到两个问题，一是满足悬挑梁的强度要求，第二需要严格控制挠度，如果挠度过大，直接会导致扶梯无法运行，所以设计要求挠度不能超过20mm，设计难度进一步增加。

首先我们采用钢筋混凝土结构进行试算，按建筑截面高度需求，计算结果可见，端部挠度远远超过要求限值。

△ 钢筋砼梁挠度计算结果

由前面的公式我们可知，荷载q和长度Ɩ都已经确定，只有材料的弹性模量E和惯性矩I没确定，所以先从材料入手，提高悬挑梁的强度，钢结构强度高可考虑采用钢结构，由于钢结构上面还有楼板，钢梁高度只能勉强取700mm高，计算结果如下，挠度还是达不到设计要求。

△ 钢结构梁挠度计算结果

项目的其他几处悬挑也分别通过不同的手段全部实现，期间也付出了院内很多设计师和总工的心血，现在项目已经施工完成并投入使用，一切运行良好，也验证了结构方案的可行性。

悬挑结构在建筑的其他方面还有很多的应用，大的悬挑建筑更能体现结构工程师的设计能力和水平，实现悬挑的方式也还有很多种：空间桁架，钢架，网架，预应力等等，需要结构设计师研究和探索的方法还有很多，希望此文能够给大家多一些启发和引导，从而实现建筑的效果和功能。