1.工程概況

無錫八佰伴項目位于無錫繁華商業(yè)街區(qū)，地處中山路與學前東路十字交匯處，是江蘇省內(nèi)和長三角地區(qū)極具競爭力和影響力的百貨購物商場。八佰伴商場由A 幢樓、B 幢樓和連廊組成，北邊為B幢，南邊為A幢，西邊為鋼結(jié)構(gòu)連廊。A 幢為原有老樓房，B 幢為拆除新建建筑，A幢、B幢均為8層；鋼連廊為七層。A幢、B 幢和連廊三部分在中間圍成一個直角梯形的共享空間，貫通1-8 層。連廊和共享空間的頂面即為本工程玻璃采光頂屋蓋部分，整個玻璃采光頂平面呈直角梯形，內(nèi)口寬12.3m、外口寬27.9m、直角邊長42.8m，最高點標高為45.250m，兩邊建筑找坡3%，集中排水。采光頂內(nèi)部在鋼結(jié)構(gòu)施工完成后，在主桁架外側(cè)和底面用紙面石膏板進行效果裝飾；次桁架用紙面石膏板包裹做成裝飾梁。

采光頂采用鋼結(jié)構(gòu)主次桁架的結(jié)構(gòu)形式，主桁架為倒直角三角形空間桁架，跨度42.8m，次桁架為平面桁架，跨度分別為10.9m、13.85m、16.78m、19.95m、23m 不等。主桁架連接在新建B 幢的梁、柱上，次桁架一端連在B 幢上，另一端連在主桁架上，鉸接連接，主次桁架頂面平。

2.屋蓋鋼結(jié)構(gòu)體系

由于本工程為改造工程，依據(jù)業(yè)主要求，不允許在A 幢結(jié)構(gòu)上增加荷載，經(jīng)多種方案比較，采光頂屋面決定采用桁架結(jié)構(gòu)體系，其結(jié)構(gòu)主要由主次桁架、屋蓋支撐體系以及鋼檁條組成[1]。在軸線的位置布置主桁架，為兩跨連續(xù)的倒三角形截面鋼管桁架，其跨度分別為34.4m、8.4m,里端支承于鋼筋混凝土梁上，外端支承于鋼骨混凝土柱上。在、軸及以東位置依次布置次桁架，一端與B 幢第8 層的砼梁連接，一端與主桁架上弦相連。在次桁架上弦之間平行于軸布置采光頂檁條。次桁架HJ-5、6 的上下弦分別布置上弦支撐和下弦支撐以及垂直支撐系統(tǒng)，以保證整個結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的整體穩(wěn)定性。結(jié)構(gòu)布置見圖1。

圖1 桁架上弦結(jié)構(gòu)平面布置圖

由于主桁架右側(cè)的A 幢結(jié)構(gòu)依據(jù)業(yè)主要求不允許有外荷載作用，且主桁架離A 幢邊緣距離僅為2.6m，通過方案比較認為，一方面主桁架截面為尖角朝下的倒直角三角形的空間桁架形式，能比較好地解決軸線以右，靠近A 幢的采光頂?shù)暮奢d傳遞問題。另一方面主桁架各部分的功能不盡相同，豎向的直角邊所在的平面內(nèi)的桁架片由于承受整個桁架主要的荷載，叫（主桁架的）主桁架片，水平直角邊所在平面內(nèi)的桁架承受主桁架兩側(cè)圍護結(jié)構(gòu)傳來的水平風荷載，叫做（主桁架的）水平桁架片，斜邊所在的桁架平面由于承受整個桁架的荷載較少，叫做（主桁架的）副桁架片，這樣主桁架各部分的功能明確[2]。

主桁架的弦桿、腹桿均選用鋼方管，僅水平桁架片、副桁架片的斜腹桿為相互交叉的只拉角鋼桿件。主桁架共設(shè)四個支座，兩個上弦支座設(shè)在軸的鋼筋砼梁上；兩個下弦支座，分別設(shè)在、軸線上鋼連廊頂層的柱頂。

次桁架為平面桁架，共5 榀，為HJ-2～6，單跨結(jié)構(gòu)，弦桿、腹桿均采用熱軋寬翼緣工字鋼，桁架HJ-2～4 弦高1.5m，上弦一端支承在B 棟屋頂?shù)匿摻铐帕荷?，另一端連于主桁架的上弦節(jié)點；HJ-5、6 弦高均為4m，主要為滿足建筑要求。HJ-5 一端的上弦支承在B 棟屋頂?shù)匿摻铐帕荷?，另一端的上下弦分別連于主桁架的上、下弦節(jié)點；HJ-6 桁架一端的下弦支承在B棟屋頂?shù)匿摻铐帕荷?，另一端的上下弦分別連于主桁架的上下弦節(jié)點。

所有豎向荷載由豎向桁架承擔，采光屋頂南北側(cè)面?zhèn)鱽淼娘L荷載都由水平桁架片承擔，西面的風荷載則由、軸上的次桁架及其上下弦支撐體系構(gòu)成的“空間桁架”承擔。溫度變化引起的內(nèi)力由桁架自身的變形吸收。

采用桁架檁條結(jié)構(gòu)體系，傳力路徑清晰，結(jié)構(gòu)受力明確，構(gòu)造簡單易實現(xiàn)。但本工程結(jié)構(gòu)整體跨度大、自身穩(wěn)定性差，單個構(gòu)件受荷面積大，因此，設(shè)計中重點要解決整個結(jié)構(gòu)體系以及組成部分的穩(wěn)定性的問題；解決溫度變化對大跨度結(jié)構(gòu)變形的影響；各種荷載組合下的結(jié)構(gòu)安全性等幾個問題。

3.采光頂鋼結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定性分析

主桁架為倒直角三角形空間結(jié)構(gòu)，屬自身偏心構(gòu)件且重心高，一方面在空間桁架上弦軸方向的兩個端點各設(shè)一個支座以降低空間桁架重心，另一方面，以主桁架片平面為軸，次桁架布置在主桁架重心的另一側(cè)，以平衡偏心，次桁架同時作為空間桁架的平面外支撐結(jié)構(gòu)。

次桁架HJ-5、6 在各自的平面內(nèi)和主桁架構(gòu)成了有兩個多余約束的幾何不變體，它們之間又設(shè)置了上、下弦橫向水平支撐、垂直支撐各五道，就使之形成一個剛度很大的“剛體”，再通過剛性檁條把其它次桁架和“剛體”連接起來，解決了次桁架平面外穩(wěn)定問題——上弦壓桿的平面外穩(wěn)定，同時還能共同承擔次桁架平面外的風荷載。次桁架承受較大橫向荷載的邊支座處也用剛性檁條連接起來，并和其它剛性檁條一樣，端部固定于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)梁柱上，作為次桁架的平面外支撐，保證次桁架在平面外不失穩(wěn)，從而使整個結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性得到保障。

4.溫度效應(yīng)對結(jié)構(gòu)的影響

設(shè)計中，對于溫度效應(yīng)主要考慮了三個方面的問題：

（1）采光頂頂面為三層剛化中空Low-E 玻璃，有良好的低導熱、低輻射性能，受外部溫度的影響不大，使鋼結(jié)構(gòu)基本處于室內(nèi)環(huán)境。

（2）八佰伴為高檔大型商場，集中空調(diào)，室內(nèi)常年溫度變化不大。

（3）適當考慮溫度變形的影響，考慮到室內(nèi)有可能有一定的溫度變化，在結(jié)構(gòu)計算分析中，給結(jié)構(gòu)施加了0℃～30℃的溫度荷載的變形影響，使結(jié)構(gòu)自身有承受30℃溫度變化的能力。

5.結(jié)構(gòu)計算分析

本工程主桁架不僅跨度大，其上的受荷寬度更大，平均達到12m，最大16m，因此結(jié)構(gòu)安全分析不能輕視。本工程采用同濟大學鋼結(jié)構(gòu)計算分析軟件3D3S 進行了建模分析計算，Sap2000 進行驗證。

5.1 荷載取值

在結(jié)構(gòu)分析中考慮了恒載、活載、風載、雪載、水平地震作用、溫度作用。恒載考慮面板玻璃及其構(gòu)配件的重量以及結(jié)構(gòu)構(gòu)件自重，由于結(jié)構(gòu)構(gòu)件外有裝飾材料包裹，自重乘1.2 的增大系數(shù)；溫度荷載計算中考慮0℃～30℃，并作為一種可變荷載參與組合。結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)取1.1。

5.2 荷載組合

按國家現(xiàn)行規(guī)范的有關(guān)規(guī)定進行了荷載組合，考慮了各種荷載在最不利組合情況下對結(jié)構(gòu)的影響，對于結(jié)構(gòu)變形的計算則采用除風荷載以外的靜載和活載的標準值進行。主要考慮了以下6 種不利荷載組合，具體如下：

（1）考慮了所有作用方向向下的荷載作用下，可能的最大和最不利的情況。

（2）考慮了結(jié)構(gòu)靜載、活荷載、風荷載、水平地震作用下，可能的最大和最不利的情況。

（3）考慮了結(jié)構(gòu)靜載、活荷載、風荷載、溫度荷載作用下，可能的最大和最不利的情況。

（4）考慮在結(jié)構(gòu)靜載、風荷載作用下，使主桁架結(jié)構(gòu)翻轉(zhuǎn)的最不利情況。

（5）考慮除風荷載以外的靜載和活載的標準值，計算各構(gòu)件的變形情況。

（6）考慮水平風荷載，考察結(jié)構(gòu)抵抗水平方向荷載的能力。

6.重要節(jié)點構(gòu)造

由于采用了管式交匯相貫節(jié)點，具體設(shè)計時考慮了：

（1）主管和支管或者兩支管軸線間夾角不小于30 度，否則不易焊接，質(zhì)量難以保證。同時兩支管間間隙應(yīng)大于0，以防焊縫疊加。節(jié)點焊接采用鋼管相貫節(jié)點連接，焊縫為E50xx型，全熔透施工，鋼管的連接焊縫標準不低于二級標準。采用T、Y、K 鋼管相貫節(jié)點驗算公式進行驗算。

（2）本工程支座處匯交桿件多，為便于安裝和保證焊接質(zhì)量，在不影響建筑效果的前提下，將各支座均通過加勁肋向下移動，使支座中心和桿件中心不重合，產(chǎn)生的偏心距由支座加勁肋承擔,建模計算時考慮此偏心。

（3）本工程由于每榀桁架支座平面內(nèi)鉸接，平面外剛接，連接板外側(cè)按計算增加加勁肋。

（4）鋼桁架上、下弦桿選用較大外徑和壁厚的方鋼管。從鋼管節(jié)點的構(gòu)造來保證弦桿外徑大于腹桿外徑，弦桿壁厚大于腹桿壁厚，避免了雙節(jié)點的桿件搭接，保證了相貫焊接的質(zhì)量。

7.結(jié)束語

（1）在大跨空間結(jié)構(gòu)中采用空間管桁架是一種經(jīng)濟合理的結(jié)構(gòu)形式。空間管桁架的自身剛度大，用鋼量小，施工方便，可單榀制作,還能與其它形式桁架混合使用，適用于復雜多變的建筑形式，并具有明確的結(jié)構(gòu)傳力方式[3]。

（2）倒三角形空間桁架的穩(wěn)定性相對較差，在滿足建筑效果的情況下，要充分重視穩(wěn)定性的分析。在設(shè)計中應(yīng)通過增設(shè)橫向和縱向支撐來形成幾何不變體系。

（3）溫度效應(yīng)對大跨度結(jié)構(gòu)有一定的影響，合理確定環(huán)境使用溫度頗為重要。