某综合办公楼项目位于广东省广州市，总建筑面积约为9.4万m²。地上部分塔楼20层，总高度95.9m，采用钢管混凝土柱、混凝土梁外框架-钢筋混凝土核心筒结构^[1];裙楼5层，总高度22.5m，部分采用钢筋混凝土框架结构，大悬挑部位及相关范围采用钢混组合结构，其中柱子为钢管混凝土柱，楼盖为钢梁上铺钢筋桁架楼承板^[2]。建筑整体效果如图1所示。

　　 根据建筑造型要求，裙楼4层存在20～25m的悬挑，为此，利用4层空间并结合建筑平面，布置4.5m高的钢桁架，作为主悬挑构件。

　　 图2、图3分别是悬挑区域结构平面图和典型剖面图，其中HJ表示桁架。结合建筑平面，悬挑区域共布置4榀大悬挑钢桁架^[3,4]。主要桁架间距16.8m，满足开放式办公的空间要求;外侧两榀桁架悬挑25m，间距8.4m，满足独立办公的空间要求。桁架悬挑端部受力相对较小，因此取消各榀桁架悬挑端部的斜腹杆，使得各区域连通，便于疏散，同时满足建筑观景走廊的使用要求。悬挑端部采用空腹桁架将各榀桁架连作整体，以提高整体稳定性，空腹桁架同时能提供更好的视野。

　　 桁架上下弦分别位于4层楼盖和顶板处，高度为4.5m。为平衡受力，各榀桁架自悬挑根部向内延伸18.4～23.4m，桁架自悬挑根部向内延伸范围内的中间跨钢管混凝土柱在下层取消，不伸至桁架层。悬挑部分结构模型如图4所示。

　　 桁架悬挑大，屋面荷载重，导致悬挑根部桁架构件受力较大，同时长悬挑使得悬挑根部弦杆产生了一定的弯矩，进而产生了较大的次应力。由于桁架高度受限于4.5m，因此桁架设计主要从以下两个方面入手:第一，提高悬挑根部构件承载力，桁架上下弦均采用“Ⅱ”形截面，为方便加工，限定钢板厚度不大于35mm，同时便于次梁与桁架弦杆的连接;桁架腹杆采用“Ⅱ”形或箱形截面;第二，提高悬挑桁架整体刚度，减小桁架构件的弯矩，为此将悬挑根部及相邻内侧两节间设计成交叉腹杆，提高了桁架的整体刚度，在减小上下弦杆弯矩的同时，交叉腹杆又分担了弦杆的轴力。

　　 HJ1,HJ2根部上下弦杆截面尺寸为800(高)×800(宽)×400(腹板间距)×35(上下翼缘厚)×35(腹板厚)，斜腹杆截面尺寸为600(高)×600(宽)×400(腹板间距)×35(上下翼缘厚)×35(腹板厚);HJ3,HJ4根部上下弦杆截面尺寸为800(高)×700(宽)×400(腹板间距)×35(上下翼缘厚)×35(腹板厚)，斜腹杆截面尺寸为600(高)×600(宽)×400(腹板间距)×35(上下翼缘厚)×35(腹板厚)。随桁架向悬挑端部延伸，受力变小，桁架截面尺寸及钢板厚度随之减小。

　　 本工程钢结构钢材均采用Q345B，钢管混凝土柱与钢桁架耐火极限要求达到3h^[5]，钢桁架构件现场对接焊缝全部按一级焊缝要求进行检测。

　　 根据分析结果，在未考虑上、下楼层楼板混凝土及钢筋的情况下，各桁架构件的应力比均未超过0.95，具有足够的安全度。各榀桁架悬挑端部在“1.0恒载+1.0活载”工况下的挠度值最大值约为80mm，发生在HJ2的端部。为此在桁架设计时，将HJ1～HJ4悬挑端统一起拱100mm，当实际挠度与计算挠度有偏差时，可结合建筑中采用的架空地板进行调整。

　　 图5是大悬挑根部交叉腹杆桁架节点的做法示意，桁架与钢管混凝土柱连接处构件较多，连接复杂，且斜腹杆之间有交叉，是本工程钢结构设计的难点。

　　 首先，桁架上弦与人字形受拉斜腹杆在柱顶相交，弦杆与斜腹杆拉力很大，弦杆、腹杆的翼缘拉力可通过外环板传递，而弦杆、腹杆的腹板不可直接与钢管柱壁连接以传递腹板拉力，否则钢管柱壁平面外受到很大拉力，容易屈服变形。为此采用两片异形连接板插入钢管混凝土柱，分别与“Ⅱ”形弦杆和腹杆的腹板熔透对接焊，实现腹板拉力的可靠传递，如图5中A-A剖面所示。桁架下弦与“V”字形受压腹杆与柱交接处，因弦杆、腹杆处于受压状态，压力可通过钢管内混凝土进行传递，且异形连接板存在施工困难，因此不再采用异形连接板方案。

　　 其次，为保证斜腹杆交叉处的有效传力，将受拉斜腹杆通长设计，受压斜腹杆在交叉处打断，并采用加劲肋传递压力。

　　 钢管混凝土柱顶部，在上弦上翼缘预留灌浆孔，待钢管内混凝土达到强度要求后，封闭灌浆孔。

　　 设计中对大悬挑钢结构部分的施工原则做出了明确要求，要求施工单位应做好大悬挑部分的施工方案，征得设计人员同意后，方可进行施工。具体要求如下:1)根据图纸要求，现场吊装、焊接钢桁架、钢梁，铺设钢筋桁架及其他楼板钢筋，对悬挑端标高进行测量并记录;2)拆除桁架安装临时支撑，记录桁架悬挑端挠度;3)浇筑4层楼板，记录桁架悬挑端挠度;4)浇筑5层楼板，记录桁架悬挑端挠度;5)后续施工。

　　 采用先拆除临时支撑后浇筑混凝土的方案，主要是考虑到桁架变形的因素，避免桁架变形引起上弦所在楼层的楼板混凝土受拉开裂。同时在上弦所在楼层的楼板配筋时，在悬挑根部平行于桁架方向附加了面筋和底筋，进一步提高楼板抗裂能力。

　　 后续观察显示，本工程桁架上弦所在楼面混凝土楼板并未出现可视裂纹。桁架现场施工照片见图6。

　　 设计中对大悬挑结构在施工中的变形监测做了明确要求。现主要对几榀悬挑桁架端部的挠度结果进行介绍和讨论。

　　 如图7所示，A,B,C,D分别为HJ1～HJ4悬挑端挠度监测点。施工期间监测到的各监测点挠度，统计如下。

　　 首先对桁架安装临时支撑拆除后、桁架在自重下的挠度进行了监测，得到各点挠度值分别为-16.0,-16.0,-15.9,-16.2mm(负号表示方向向下)。该阶段各点的计算挠度分别为-7.5,-10.2,-14.3,-14.6mm。对比可知，各监测点挠度实测值与计算值略有偏差，但差值不大，后续将对该阶段的挠度差原因进行分析。

　　 以桁架自重下的静止状态为参考，观测到浇筑4层楼板后各监测点的挠度实测值分别为-14.0,-13.0,-8.0,-10.0mm，该阶段各点的计算挠度分别为-10.0,-11.2,-10.2,-9.8mm。对比可知，两者结果较为接近。

　　 以浇筑完4层楼板一周后桁架悬挑端挠度为参考，观测到浇筑5层楼板后各监测点的挠度值实测值分别为-11.0,-13.0,-13.0,-7.0mm，该阶段各点的计算挠度分别为-12.9,-13.8,-12.2,-11.9mm。对比可知，两者结果较为接近。

　　 浇筑5层楼板后，A,B,C,D监测点累积挠度实测值分别为-41,-42,-36.9,-33.2mm，各监测点累积挠度计算值分别为-30.4,-35.2,-36.7,-36.3mm。可以看出，监测点挠度实测值与计算值均在50mm以内。本工程大跨度悬挑端部起拱值为100mm，施工阶段挠度约为设计起拱值的40%。考虑到试用阶段的悬挑部位装饰吊顶与屋面绿化，可以认为本工程的设计起拱值是合理的。同时由于室内办公区将采用架空地板，地板平整度可调，即便装修完成后的桁架挠度不能达到水平状态，通过架空地板的调整，亦可实现室内底板达到水平，不会对使用造成影响。

　　 各监测点在拆除支撑、浇筑4层楼板、浇筑5层楼板等三个阶段的挠度实测值与计算值的对比，如图8所示，图中横轴1～3分别对应拆除支撑、浇筑4层楼板、浇筑5层楼板三个施工阶段。

　　 由图8可以看出，A,B监测点挠度实测值，在施工前期大于计算值，可能源于以下两个原因:1)为平衡受力、减小HJ1的荷载，(14)轴HJ5两侧钢梁与HJ5采用刚接，以期HJ5能够较多地分担(14)～(16)轴的荷载，而现场施工时，起初误将此处做成铰接(浇筑楼板混凝土前的钢结构验收时，已指出并要求纠正)，导致HJ1实际承担的荷载大于计算模型中的荷载，以致A监测点挠度实测值偏大，后期浇筑混凝土阶段，A,B监测点挠度实测值增量与计算值增量逐步趋于接近;2)由于桁架现场焊接时有支撑固定，悬挑桁架与支撑形成超静定结构，因此焊接完成拆除支撑之前，桁架本身可能已经产生了附加内力，拆除支撑后，附加内力引起附加变形，导致实测值与计算值不符，附加变形可能与挠度方向相同，也可能相反，此处A,B监测点实测挠度大于计算挠度，有可能是桁架焊接过程中产生的附加内力造成了附加变形，且与挠度方向一致。鉴于附加内力监测难度大，施工时亦未对该项进行监测。纵观整个施工过程，虽然各点挠度实测值与计算值有差别，但仍在合理可控范围内，且随着楼板混凝土浇筑，各测点挠度的实测值增量与计算值增量逐渐趋于一致。

　　 综上，悬挑桁架施工各阶段，悬挑端挠度实测值与计算值比较吻合，挠度累积值位于设计起拱值以内，因此认为悬挑桁架在施工期间的变形在合理可控范围之内。

　　 (1)大悬挑钢桁架结构悬挑根部受力较大，且由于变形引起的桁架构件弯矩不能忽略，参考本工程，通过提高悬挑根部的刚度和构件承载力，能够较好地解决上述问题。

　　 (2)钢结构节点受力复杂，节点设计时应遵守传力明确的原则，确保构件内力在节点处有效、可靠地传递。

　　 (3)由于钢桁架悬挑较大，钢结构与混凝土楼板之间的变形差不可忽略，本工程采用先拆除桁架安装支撑、后浇筑楼板混凝土的施工方案，避免了由于桁架变形对楼板混凝土产生的薄膜力，有效减轻了楼板裂缝的产生和发展。

　　 (4)大悬挑结构挠度不可忽略，需设计合理的起拱值，起拱值宜通过计算得到，并做好施工期间的变形监测，并与计算值进行对比。本工程悬挑端施工期间挠度实测值与计算值吻合程度较好，说明本工程对大悬挑桁架的挠度控制是较为成功的，亦可作为类似工程的参考。