張傳寬 （汕頭市建筑設(shè)計(jì)院，廣東 汕頭 515031）

1 工程概況

長隆1#天橋坐落于廣東珠海橫琴島，連接著長隆海洋王國和海洋科學(xué)館。主橋凈跨為44.90m，橋底凈空6.9m，橋頂高度為12.64m。主橋兩側(cè)為混凝土結(jié)構(gòu)，頂蓋為鋼管框架頂蓋。最大跨度為9.5m。1#橋三維示意圖如圖1所示。

圖1 1#橋鳥瞰圖

2 結(jié)構(gòu)選型和布置

主橋兩側(cè)橋墩為鋼筋混凝土弧形墻，主橋主跨為鋼管空間桁架結(jié)構(gòu)?？v向鋼管尺寸為φ203×10，斜向鋼管尺寸為φ127×6和φ127×12，桁架下弦桿為焊接H型鋼，截面為BH500×250×10×18。鋼管和H型鋼材料均為Q345B鋼材，混凝土為C35混凝土。主橋側(cè)面和剖面示意如圖2所示。

圖2 1#橋側(cè)立面示意

抗震設(shè)防烈度為7度（0.10g），設(shè)計(jì)地震分組為第二組，建筑場(chǎng)地類比為II類，基本風(fēng)壓分別為：計(jì)算桁架變形，選取0.85kN/㎡；計(jì)算桁架強(qiáng)度，選取1.00kN/㎡。安全等級(jí)為一級(jí)，設(shè)計(jì)使用年限為50年，抗震設(shè)防分類為重點(diǎn)設(shè)防類。結(jié)構(gòu)最高溫度為35℃，最低溫度為8℃。

圖3 1#橋正剖面示意

圖4 1#橋抗風(fēng)體系示意利用電梯井構(gòu)成抗風(fēng)桁架

3 荷載取值與計(jì)算

本工程樓面豎向荷載均按照各專業(yè)條件取值，其中橋面恒載為2kN/㎡；活載在計(jì)算樓板時(shí)取值為5kN/㎡，計(jì)算梁墻基礎(chǔ)時(shí)為3.5kN/㎡。鋼橋面布置膜結(jié)構(gòu)，恒載取值為0.5kN/㎡，檢修活載取值為0.5kN/㎡。檢修活載不與風(fēng)荷載組合。豎向荷載依據(jù)比較明確，本文不一一列出計(jì)算過程。

3.1.1 風(fēng)荷載取值

地面粗糙度：A類；

風(fēng)振系數(shù)：βz取值1.6（鋼結(jié)構(gòu)）；

基本風(fēng)壓：1.00kN/㎡（100年基準(zhǔn)期）

圖5 1#橋擋風(fēng)示意圖

3.1.2 體型系數(shù)取值

①順橋方向?yàn)槌ㄩ_的結(jié)構(gòu)，且不存在遮擋，故主橋不考慮順橋方向風(fēng)荷載。

②垂直橋面方向風(fēng)荷載取值：

部分橋面覆蓋拉膜，導(dǎo)致該部分橋面為主要擋風(fēng)構(gòu)件。拉膜布置圖如圖6。

圖6 1#橋體型系數(shù)規(guī)范取值

μ取1.1。本工程為鋼結(jié)構(gòu)，對(duì)風(fēng)荷載敏感，βz取1.6。

由于下部分為無遮擋，根據(jù)《建筑荷載規(guī)范》表8.3.1第27項(xiàng)次“四面開敞”來選擇體型及體型系數(shù)。本工程為半圓結(jié)構(gòu)，傾角大于30°，μ1=+1.6，μ2=+0.4。受力簡圖如圖6。

采用垂直于建筑物上的風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值計(jì)算公式：

因此，F(xiàn)1=1.6×1.1×1.6×1=2.8kN/㎡，F(xiàn)2=1.6×1.1×0.4×1=0.70kN/㎡

3.1.3 無覆蓋拉膜，風(fēng)荷載取值計(jì)算

①無拉膜的位置示意圖如圖7。

圖7 1#橋無拉膜位置示意

經(jīng)過計(jì)算，桁架桿件和節(jié)點(diǎn)水平投影面積和桁架水平投影面積之比φ=0.143。根據(jù)《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》表8.3.1桁架體形系數(shù)計(jì)算如下：

H/d=5.5/0.127=43.3>25，

μ×w×d2=1.1×1.0×0.1272

=0.0177＞0.015，△為0，體形系數(shù)取值為0.6。

則總體無拉膜位置的結(jié)構(gòu)部分體型系數(shù)為：0.6×0.143=0.0858。

因此，正面風(fēng)壓為F3=1.6×1.1×0.0858×1=0.151kN/㎡

4 計(jì)算結(jié)果

4.1 主橋應(yīng)力比圖、變形圖

4.1.1 主橋包絡(luò)應(yīng)力比圖

圖8 按“強(qiáng)度應(yīng)力比”顯示構(gòu)件顏色

圖9 按“繞2軸應(yīng)力比”顯示構(gòu)件顏色

上述計(jì)算顯示，強(qiáng)度驗(yàn)算和繞強(qiáng)軸穩(wěn)定驗(yàn)算，桿件應(yīng)力比均小于0.85，滿足設(shè)計(jì)要求。

繞弱軸穩(wěn)定驗(yàn)算，局部桿件應(yīng)力比大于1.0。究其原因是因?yàn)檐浖R(shí)別的計(jì)算長度不對(duì)?，F(xiàn)根據(jù)規(guī)范依據(jù)，補(bǔ)充該部分桿件的面外計(jì)算長度取值。

4.1.2 關(guān)于部分壓桿計(jì)算長度取值補(bǔ)充計(jì)算

部分壓桿，軟件自動(dòng)識(shí)別的計(jì)算長度為6m。按照6m計(jì)算下，局部壓桿應(yīng)力比超限。超限的桿件均為X型節(jié)點(diǎn)，與壓桿相連的桿件在同一工況下，為拉桿。此等情況，壓桿的計(jì)算長度可根據(jù)《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》7.4.2條做出折減，具體計(jì)算如下：

節(jié)點(diǎn)示意如圖10。截面均為127×12，Q345B鋼材。

圖10 X型節(jié)點(diǎn)

壓力最大工況下，壓桿內(nèi)力為265kN，拉 桿 內(nèi) 力 為 106kN。L取6100mm。E取206×10N/mm。圓管127×12的 Iy取值為：724.5×10mm，則有：

E·Iy=206×10×724.5×10N·mm=1.49×10N·mm

3·N·l2× (N/N-1)/(4π2)=3×106×10×61002×（265/106-1）/(4π2)=4.55×10N·mm＜1.49×10N·mm

故取l=0.5l=3050mm。

將未定義桿件面外長度的桿件，重新定義面外計(jì)算長度，為3050mm。再用3d3s驗(yàn)算復(fù)核，均滿足受力要求。平面外應(yīng)力比如下：

圖11 按“繞3軸應(yīng)力比”顯示構(gòu)件顏色

上述計(jì)算均考慮了重力荷載、風(fēng)荷載、地震作用以及溫度作用，應(yīng)力比均小于0.85，滿足安全要求。

圖12 Uxyz(mm)（重力荷載標(biāo)準(zhǔn)值下變形）

圖13 Uxyz(mm)（基準(zhǔn)期為50年風(fēng)荷載變形）

4.1.3 主橋變形圖

主橋純鋼結(jié)構(gòu)跨度為25404mm，按照規(guī)范要求，豎向作用標(biāo)準(zhǔn)值下，變形最大為 1/400，即：fmax=25404/400=63.51mm>16.2。上述變形滿足規(guī)范要求。在純風(fēng)荷載作用下，變形允許值最大 為 1/1000，即 fmax=25404/1000=25.404mm>13.5，上述變形滿足規(guī)范要求。

4.1.4 主橋舒適度驗(yàn)算

根據(jù)《城市人性天橋與人行地道技術(shù)規(guī)范》要求，為避免共振，減少行人不安全感，規(guī)范限制天橋上部結(jié)構(gòu)豎向自振頻率。本工程用3D3S和sap2000來計(jì)算主橋第一豎向自振頻率，詳細(xì)如下：

圖14計(jì)算結(jié)果顯示頻率為1/0.221=4.52Hz，大于《城市人性天橋與人行地道技術(shù)規(guī)范》2.5.4所要求的3Hz要求。

圖14 3d3s計(jì)算主橋第一豎向振動(dòng)

圖15計(jì)算結(jié)果顯示頻率為1/0.162=6.17Hz，大于《城市人性天橋與人行地道技術(shù)規(guī)范》2.5.4所要求的3Hz要求。豎向振動(dòng)頻率滿足要求。

圖15 sap2000計(jì)算下主橋第一豎向振動(dòng)

5 各類節(jié)點(diǎn)、預(yù)埋件計(jì)算

5.1 主橋節(jié)點(diǎn)、預(yù)埋件計(jì)算

5.1.1 驗(yàn)算網(wǎng)架X節(jié)點(diǎn)

挑選壓力最大的X節(jié)點(diǎn)，來驗(yàn)算。根據(jù)《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》13.3.2相關(guān)公式，驗(yàn)算過程如下：

圖16 X節(jié)點(diǎn)計(jì)算依據(jù)1

壓桿最大壓力的X型節(jié)點(diǎn)，壓桿拉桿均為φ127×12，其中拉桿連續(xù)。夾角為90°。拉桿應(yīng)力比為0.3。代入上述公式，得X型節(jié)點(diǎn)能承受最大的壓力N=1112.41kN。承載力遠(yuǎn)大于本工程桿件產(chǎn)生的最大壓力。

本工程最大的壓力不到300kN，故本工程相關(guān)的X節(jié)點(diǎn)不用增加隔板或者套管來加強(qiáng)。

5.1.2 驗(yàn)算GL3連接節(jié)點(diǎn)

GL3連接節(jié)點(diǎn)示意圖如圖17。

圖17 GL3節(jié)點(diǎn)

本節(jié)點(diǎn)僅考慮腹板抗剪。取剪力設(shè)計(jì)值V=50kN驗(yàn)算螺栓承載力。根據(jù)《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》，詳細(xì)如下：

K取值1.0，μ取0.4，單剪故n取3，P取155kN，則受剪承載力如下：

Nv=0.9×1×0.4×3×155=167.4kN>50kN，滿足要求。

6 結(jié)語

本文通過介紹本工程結(jié)構(gòu)布置，對(duì)空間鋼桁架橋的結(jié)構(gòu)布置、荷載取值以及結(jié)構(gòu)分析和節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)作出簡單論述，希望能為日后的設(shè)計(jì)提供參考。