CN101787732B - 一种斜拉多层框架结构及其施工控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种斜拉多层框架结构及其施工控制方法，其特征在于，通过特定的步骤，可完成一种斜拉多层框架结构的施工，且避免拉索张拉过程；所述斜拉多层框架结构，由锚锭结构(1)、托梁(2)、框架柱(6)、框架梁(7)、楼面板及斜拉索(5)组成；按照所述施工控制方法，在施工过程中将托梁(2)与顶层框架柱(4)两端的连接节点处理为铰接；通过调整斜拉索(5)的长度，使托梁比其设计位形抬起一定高度；之后在托梁上部逐层安装框架柱、框架梁与楼面板，随着楼层的累积，托梁逐渐向下变形，而斜拉索内逐步产生拉力；待结构安装完毕，托梁应正好到达水平位置；最后采用节点铰接-刚接转换技术将所有的铰接节点转换成刚接节点。

Description

一种斜拉多层框架结构及其施工控制方法

技术领域

本发明涉及一种斜拉多层框架结构及其施工控制方法，属结构工程技术领域。

技术背景

在现代多层及高层建筑中，时常希望能够在底层或者中间某些楼层营造出无柱通透的大空间。若是应用传统框架结构来满足这种需求，势必造成某些构件的尺寸过大；在跨度很大时，单纯靠框架梁受弯来承受上部结构荷载很难满足要求。在空间结构与桥梁工程中，为实现大跨度，往往采用预应力结构，如空间屋盖等大跨度公共建筑以及斜拉桥与悬索桥等桥梁结构等，但此类预应力结构在多层及高层框架结构中很少应用。为此，将预应力结构的概念应用到框架结构中，提出了一种新型杂交预应力结构——斜拉多层框架结构。

本专利提出的斜拉多层框架结构，一般由锚锭结构、托梁、框架结构及斜拉索组成，并在施工过程中使结构体系从铰接连接转变为刚接连接结构，从而达到合理分配施工阶段与运营期间构件内力的目的。所述锚固结构用于拉索的锚锭，刚度较大，形式为核心筒结构或剪力墙结构。所述托梁两端支承于锚锭结构上，并作为框架结构的支承；所述框架结构由框架梁、框架柱及楼面板组成；所述拉索斜向放置于框架中，一端连接在托梁上，另一端锚固于锚锭结构上；所述斜拉索可以为托梁提供支承，从而为框架结构提供了一个巨大的支撑力量，斜拉索与框架结构共同形成多重斜拉框架结构。

对于斜拉多层框架结构而言，如果按照传统预应力结构的一般施工方法，施工过程中需要对拉索进行分级分批张拉，即：首先要建造锚锭结构，再安装托梁与斜拉索；之后对斜拉索进行张拉，使托梁形成一定的反拱，再在托梁上逐层安装框架柱、框架梁、楼面板；在安装上部框架结构的过程中，由于其自重作用使得已经安装的结构不断下沉，因而会在已经安装的楼面梁上产生较大的附加装配轴力，给结构埋下安全隐患；另外，在结构施工过程中需要对斜拉索进行多次张拉，而由于结构自重巨大，斜拉索的张拉力数值往往相当可观，张拉过程的施工成本会急剧增加。

为此，本发明把斜拉多层框架结构的性能设计与施工相结合，提出了一种施工控制方法，不仅可克服传统拉索结构的施工难点，而且可以改变结构构件之间的受力大小与分配关系。具体思路如下：首先利用刚度较大的核心筒以及剪力墙结构作为斜拉索的锚锭结构；然后安装托梁、跨中框架柱以及顶层框架梁，并将托梁、顶层框架柱的连接节点处理为铰接；安装斜拉索，使其一端连接于锚锭结构上，另一端连接于底部托梁上，调整斜拉索使其达到设定长度，此时托梁与设计位形相比发生一定的抬起；之后在托梁上部逐层安装框架柱、框架梁与楼面板，安装过程中框架梁与框架柱的连接采用铰接；随着楼层的累积，托梁逐渐向下变形，而斜拉索内逐步产生拉力；此时两侧锚锭结构由于受到顶部框架梁的支撑作用，在拉索拉力的作用下极少发生向内的倾斜；待上部结构全部安装完毕后，托梁应正好到达水平的位置，斜拉索的调整预设长度应能够满足这一要求；最后采用节点铰接-刚接转换技术将构件间所有的铰接连接节点转换成刚接连接节点。这时结构整体上便形成一个多重斜拉的框架结构，其在受力上表现为框架与斜拉索的协同工作。在后续荷载作用下，其类似于斜拉桥的受力状态。

按照本发明提出的这种方法进行施工，可避免复杂的拉索张拉过程，拉索的拉力可在施工过程中逐步形成，从而节省了施工成本；此外，在施工过程中通过不断调整结构构成与连接关系，如由铰接节点变刚结节点，可有目的地调节构件的内力分配比例，发挥不同构件的受力特长，使结构体系获得最大的承载效率，具体表现为：在施工期间，90％以上的结构自重与楼面恒载直接传递给由斜拉索与托梁组成的多重三角形桁架；在所述三角形桁架中，斜拉索承受轴力，托梁类似于承受轴力的连续梁，高强拉索的性能能够得到充分发挥，极大地提高了框架结构的刚度与承载力；在使用期间，斜拉索作为超静定框架结构的弹性支座，二者相互协调共同抵抗外荷载作用，提高了结构的承载效率。

发明内容

本发明提出的一种斜拉多层框架结构的施工控制方法，其目的在于为斜拉多层框架结构提供一种避免拉索张拉施工的控制方法。

所述斜拉多层框架结构由锚锭结构、托梁、框架梁、框架柱、楼面板及斜拉索组成。其中，所述锚锭结构位于所述斜拉多层框架结构的两端，用于托梁的支承、部分框架梁的支承及斜拉索的锚固，形式为刚度较大的核心筒结构或剪力墙结构；所述托梁两端连接于锚锭结构上，作为上部框架结构的支承构件；所述框架梁、所述框架柱及所述混凝土板共同构成框架结构，坐落于托梁之上，所述框架结构中位于两端的框架梁分别与两端锚锭结构相连；所述斜拉索采用市售高强拉索，其一端锚固于锚锭结构上，另一端连接于托梁上，作为托梁及框架结构的支撑体系；

一种斜拉多层框架结构的施工控制方法，具体按照下述步骤进行：

步骤1：调用有限元结构分析软件，用于计算斜拉索的调整长度，具体按下述步骤进行：

步骤1.1：建立起包含斜拉多层框架结构所有组件在内的有限元结构分析模型，并设定该有限元结构分析模型中所需要的参数，均为设计给定值；所述有限元结构分析模型包括：锚锭结构单元、托梁单元、框架梁单元、框架柱单元、楼面板单元及斜拉索单元；在完成所述有限元结构分析模型的建立后，“杀死”所有的单元；

在所述有限元结构分析模型中，下列连接节点须设置为铰接节点，其它各单元间的连接均按照设计要求确定：

(1)托梁与锚锭结构的连接节点；

(2)托梁与跨中框架柱的连接节点；

(3)顶层框架梁与跨中框架柱的连接节点；

(4)除顶层框架梁以外的框架梁与框架柱的连接节点；

(5)框架梁与锚锭结构的连接节点；

所述有限元结构分析模型包含n根斜拉索，分别为斜拉索1、斜拉索2、……、斜拉索n，其中，n为设计给定值；所述斜拉索与所述托梁有n个连接点；所述斜拉索与所述锚锭结构亦有n个连接点；

所述有限元结构分析模型包含m个框架楼层，m为设计给定值；其中，每个框架楼层包括该层的楼面板、支承楼面板的框架梁、支承框架梁的框架柱；

步骤1.2：在所述有限元结构分析模型中激活锚锭结构单元、托梁单元、跨中的框架柱单元、顶层框架梁单元、斜拉索单元，对所述有限元结构分析模型进行第1次求解；

此时，提取所述斜拉索与所述托梁及所述锚锭结构连接点的空间坐标值，分别为：

(1)所述斜拉索与所述托梁的n个连接点的坐标分别为{x₁，y₁，z₁}，{x₂，y₂，z₂}，……，{x_n，y_n，z_n}；其中，{x_i，y_i，z_i}为斜拉索i与托梁的连接点坐标，i＝1，2，…，n；

(2)所述斜拉索与所述锚锭结构的n个连接点的坐标分别为{x_n+1，y_n+1，z_n+1}，{x_n+2，y_n+2，z_n+2}，……，{x_2n，y_2n，z_2n}；其中，{x_n+i，y_n+i，z_n+i}为斜拉索i与锚锭结构的连接点坐标，i＝1，2，…，n；

步骤1.3：在所述有限元分析模型中激活第1层框架柱单元、第1层框架梁单元及第1层楼面板单元，在步骤1.2所得到的结构变形基础之上进行第2次求解；

步骤1.4：在所述有限元分析模型中激活第2层框架柱单元、第2层框架梁单元及第2层楼面板单元，在步骤1.3所得到的结构变形基础之上进行第3次求解；之后重复步骤1.4，直至第m-1层的单元被激活，完成第m次求解；

步骤1.5：在所述有限元分析模型中激活第m层框架柱单元、第m层楼面单元，在前一步骤所得到的结构变形基础之上进行第m+1次求解；

步骤1.6：读取斜拉索与托梁及锚锭结构的连接点在第m+1次求解后发生的变形，分别为{ux₁，uy₁，uz₁}、{ux₂，uy₂，uz₂}、……、{ux_2n，uy_2n，uz_2n}；其中，{ux_i，uy_i，uz_i}为斜拉索i与托梁的连接点发生的变形，i＝1，2，…，n；{ux_j，uy_j，uz_j}为斜拉索j与锚锭结构的连接点发生的变形，j＝n+1，n+2，…，2n；

步骤1.7：计算斜拉索的调节长度，并将其作为制索的依据：其中第i根斜拉索的调节长度为

$L_i=\sqrt{{(x_i-u{x}_i-x_{n+i}+u{x}_{n+i})}^2+{(y_i-u{y}_i-y_{n+i}+u{y}_{n+i})}^2+{(z_i-u{z}_i-z_{n+i}+u{z}_{n+i})}^2},i=1,2,...,n;$

步骤2：安装两侧锚锭结构，其安装位形均为设计给定值；

步骤3：安装托梁、跨中框架柱以及顶层框架梁：首先在托梁安装位置下方的地面上架设支承胎架；然后以支承胎架为支承点，安装跨中框架柱；再以支承胎架为支承点，吊装跨中框架柱两侧的托梁，并将其与跨中框架柱及锚锭结构铰接连接；最后吊装跨中框架柱两侧的顶层框架梁，并将其与跨中框架柱及锚锭结构铰接连接；

其中，托梁与跨中框架柱的铰接节点采用螺栓连接的形式，具体做法为：在托梁与跨中框架柱相连的一侧腹板上焊接一块外伸耳板，在跨中框架柱的对应位置亦焊接一块外伸耳板；在跨中框架柱的外伸耳板上开圆孔，圆孔的直径比螺栓直径大2mm；为保证托梁抬高时节点具备一定的转动能力，在托梁的外伸耳板上开设长圆孔，长圆孔在竖直方向的高度比螺栓直径大2mm，在水平方向的宽度为5倍的螺栓直径；连接螺栓穿过跨中框架柱的外伸耳板的圆孔与托梁的外伸耳板的长圆孔，将托梁与跨中框架柱连接在一起；在后续施工步骤中，连接螺栓在长圆孔内能够自由滑动，这样托梁在施工过程中能够自由地抬起与回落而不在梁内产生轴向拉力和压力；

顶部框架梁与跨中框架柱的铰接节点亦采用螺栓连接形式，做法与上述托梁与跨中框架柱的螺栓连接节点的做法相同，即在顶部框架梁与跨中框架柱相连的一侧腹板上焊接一块外伸耳板，并开长圆孔；在跨中框架柱的对应位置亦焊接一块外伸耳板，并开圆孔；连接螺栓穿过长圆孔与圆孔，将顶部框架梁与跨中框架柱连接在一起；

托梁与锚锭结构的铰接节点、顶部框架梁与锚锭结构的铰接节点同样采用螺栓连接形式，做法与上述托梁与锚定结构的连接节点的做法类似，即：在托梁及顶部框架梁与锚定结构相连的一侧的腹板上焊接一块外伸耳板，在锚定结构的对应位置处亦焊接一块外伸耳板；在托梁及顶部框架梁的腹板外伸耳板上开设圆孔，其直径比螺栓直径大2mm，在锚锭结构的外伸耳板上亦开设相同直径的圆孔；连接螺栓穿过两个圆孔，将托梁或顶部框架梁与锚定结构连接在一起；

步骤4：安装斜拉索，具体按下述步骤进行：

步骤4.1：将斜拉索一端连接于托梁上，其连接位置为设计给定；

步骤4.2：调整第1根斜拉索的长度，使第1根斜拉索的长度达到L₁；完成其长度调整后，将第1根斜拉索的另一端锚固于锚锭结构的相应位置处，该锚固位置为设计给定；

步骤4.3：调整第2根斜拉索的长度，使第2根斜拉索的长度达到L₂；完成其长度调整后，将第2根斜拉索的另一端锚固于锚锭结构的相应位置处，该锚固位置为设计给定；之后重复步骤4.3，直至完成第n根斜拉索的长度调整，并将其另一端锚固于锚锭结构的相应位置处；

步骤4.4：拆除托梁及跨中框架柱下方的支承胎架；

步骤5：安装第1层框架柱、第1层框架梁以及第1层楼面板：首先安装第1层框架柱；然后安装第1层框架梁，并将其与第1层框架柱或锚锭结构铰接连接；最后在第1层框架梁上安装第1层楼面板；

其中，框架梁与框架柱的铰接节点、框架梁与锚锭结构的铰接节点均采用螺栓节点形式，做法与步骤3中所述的托梁与锚定结构的连接节点类似，即：在框架梁与框架柱或锚定结构相连的一侧腹板上焊接一块外伸耳板，并开设圆孔，圆孔的直径比螺栓直径大2mm；在框架柱或锚定结构的对应位置亦焊接一块外伸耳板，并开同样尺寸的圆孔；连接螺栓穿过两个圆孔，将框架梁与框架柱或锚定结构连接在一起；

步骤6：安装第2层框架柱、第2层框架梁以及第2层楼面板：首先安装第2层框架柱；然后安装第2层框架梁，并将其与第2层框架柱或锚锭结构铰接相连；最后在第2层框架梁上安装第2层楼面板；其中，框架梁与框架柱的铰接节点、框架梁与锚锭结构的铰接节点与步骤5中所述节点构造相同；之后重复步骤6，直至完成第m-1层的安装；

步骤7：安装第m层框架柱、第m层楼面板：首先安装第m层框架柱，并将其与顶层框架梁按照设计给定的要求连接，然后在第m层框架梁即顶层框架梁上安装第m层楼面板；

步骤8：将托梁及框架梁与框架柱及锚锭结构连接的铰接节点转变为刚结节点：将托梁及框架梁两端截面的翼缘板通过连接钢板与框架柱及锚锭结构通过焊接连接在一起；至此，完成多层斜拉框架结构的施工；

本发明提出的这种斜拉多层框架结构的施工控制方法，具有下列优点：

(1)在施工过程中，完全不需要对拉索进行张拉，克服了传统预应力结构施工中需要分级多次张拉的缺点，节省了施工成本；

(2)在施工过程中，结构能够将自身的重量与楼面恒载直接传给由斜拉索与底梁组成的多重三角形桁架承担，结构受力明确；

(3)施工过程中通过不断调整结构构成与连接关系，能够有目的地调节构件的内力分配比例与大小，发挥不同构件的受力特长，从而达到合理分配施工阶段与运营期间构件内力的目的；

附图说明

图1为所述斜拉多层框架结构的示意图；

图2为步骤3中完成托梁、跨中框架柱及顶层框架梁安装后，所述斜拉多层框架结构的状态示意图；

图3为步骤4中完成斜拉索安装后，所述斜拉多层框架结构的状态示意图；

图4为步骤5中完成第1层框架柱、第1层框架梁以及第1层楼面板的安装后，所述斜拉多层框架结构的状态示意图；

图5为步骤6中完成第2层框架柱、第2层框架梁以及第2层楼面板的安装后，所述斜拉多层框架结构的状态示意图；

图6为步骤7中完成第m层框架柱及第m层楼面板的安装后，所述斜拉多层框架结构的状态示意图；

图7为托梁及顶层框架梁与跨中框架柱的连接节点示意图，即A区域的详图；

图8为除顶层框架梁以外的其余框架梁与框架柱及锚定结构的连接节点示意图，即B区域的详图；

图9为托梁及框架梁与锚锭结构的连接节点示意，即C区域的详图；

图10为节点铰接-刚接转换方法示意。

具体实施方式

下面结合附图1～10，对本发明进行详细说明。

图1中：1——锚锭结构；2——托梁；3——跨中框架柱；4——顶层框架梁；5——斜拉索；6——框架柱；7——框架梁；

图2中：1——锚锭结构；2——托梁；3——跨中框架柱；4——顶层框架梁；8——支承胎架；

图3中：1——锚锭结构；2——托梁；3——跨中框架柱；4——顶层框架梁；5——斜拉索；

图4中：1——锚锭结构；2——托梁；3——跨中框架柱；4——顶层框架梁；5——斜拉索；9——第1层框架柱；10——第1层框架梁；

图5中：1——锚锭结构；2——托梁；3——跨中框架柱；4——顶层框架梁；5——斜拉索；11——第2层框架柱；12——第2层框架梁；

图6中：1——锚锭结构；2——托梁；3——跨中框架柱；4——顶层框架梁；5——斜拉索；13——第m层框架柱，即顶层框架柱；

图7中：2——托梁；3——跨中框架柱；4——顶层框架梁；14——托梁或顶层框架梁腹板外伸耳板；15——跨中框架柱外伸耳板；16——连接螺栓；17——托梁或顶层框架梁腹板外伸耳板上所开长圆孔；18——跨中框架柱外伸耳板上所开圆孔；

图8中：1——锚定结构；3——跨中框架梁；6——框架柱；9——第1层框架柱；11——第2层框架柱；7——框架梁；10——第1层框架梁；12——第2层框架梁；16——连接螺栓；19——框架梁腹板外伸耳板；20——框架柱外伸耳板；21——框架梁腹板外伸耳板上所开圆孔；22——框架柱外伸耳板上所开圆孔；

图9中：1——锚锭结构；2——托梁；4——顶层框架梁；7——框架梁；10——1层框架梁；12——2层框架梁；16——连接螺栓；23——托梁或框架梁腹板外伸耳板；24——锚锭结构外伸耳板；25——托梁或框架梁腹板外伸耳板上所开圆孔；26——锚锭结构外伸耳板上所开圆孔；

图10中：1——锚锭结构；2——托梁；3——跨中框架柱；4——顶层框架梁；6——框架柱；7——框架梁；9——1层框架柱；10——1层框架梁；11——2层框架柱；12——2层框架梁；27——连接钢板；28——焊缝。

如图1所示，所述斜拉多层框架结构由锚锭结构(1)、托梁(2)、框架柱(6)、框架梁(7)、楼面板及斜拉索(5)组成。其中，所述锚锭结构(1)位于所述斜拉多层框架结构的两端，用于托梁(2)的支承、部分框架梁的支承及斜拉索(5)的锚固，形式为刚度较大的核心筒结构或剪力墙结构；所述托梁(2)两端连接于锚锭结构(1)上，作为框架柱(6)的支承构件；所述框架柱(6)、所述框架梁(7)及所述混凝土板共同构成框架结构，坐落于托梁(2)之上，其中位于两端的框架梁分别与两端锚锭结构(1)相连；所述斜拉索(5)采用市售高强拉索，其一端锚固于锚锭结构(1)上，另一端连接于托梁(2)上，作为托梁(2)及框架结构的支撑体系；

这种斜拉多层框架结构的施工方法具体按照下述步骤进行：

步骤1：调用有限元结构分析软件，用于计算斜拉索(5)的调整长度，具体按下述步骤进行：

步骤1.1：建立起包含斜拉多层框架结构所有组件在内的有限元结构分析模型，并设定该有限元结构分析模型中所需要的参数，均为设计给定值；所述有限元结构分析模型包括：锚锭结构单元、托梁单元、框架梁单元、框架柱单元、楼面板单元及斜拉索单元；在完成所述有限元结构分析模型的建立后，“杀死”所有的单元；

在所述有限元结构分析模型中，下列连接节点须设置为铰接节点，其它各单元间的连接均按照设计要求确定：

(1)托梁与锚锭结构的连接节点；

(2)托梁与跨中框架柱的连接节点；

(3)顶层框架梁与跨中框架柱的连接节点；

(4)除顶层框架梁以外的框架梁与框架柱的连接节点；

(5)框架梁与锚锭结构的连接节点；

所述有限元结构分析模型包含n根斜拉索，分别为斜拉索1、斜拉索2、……、斜拉索n，其中，n为设计给定值；所述斜拉索与所述托梁有n个连接点；所述斜拉索与所述锚锭结构亦有n个连接点；

所述有限元结构分析模型包含m个框架楼层，m为设计给定值；其中，每个框架楼层包括该层的楼面板、支承楼面板的框架梁、支承框架梁的框架柱；

步骤1.2：在所述有限元结构分析模型中激活锚锭结构单元、托梁单元、跨中的框架柱单元、顶层框架梁单元、斜拉索单元，对所述有限元结构分析模型进行第1次求解；

此时，提取所述斜拉索与所述托梁及所述锚锭结构连接点的空间坐标值，分别为：

(1)所述斜拉索与所述托梁的n个连接点的坐标分别为{x₁，y₁，z₁}，{x₂，y₂，z₂}，……，{x_n，y_n，z_n}；其中，{x_i，y_i，z_i}为斜拉索i与托梁的连接点坐标，i＝1，2，…，n；

(2)所述斜拉索与所述锚锭结构的n个连接点的坐标分别为{x_n+1，y_n+1，z_n+1}，{x_n+2，y_n+2，z_n+2}，……，{x_2n，y_2n，z_2n}；其中，{x_n+i，y_n+i，z_n+i}为斜拉索i与锚锭结构的连接点坐标，i＝1，2，…，n；

步骤1.3：在所述有限元分析模型中激活第1层框架柱单元、第1层框架梁单元及第1层楼面板单元，在步骤1.2所得到的结构变形基础之上进行第2次求解；

步骤1.4：在所述有限元分析模型中激活第2层框架柱单元、第2层框架梁单元及第2层楼面板单元，在步骤1.3所得到的结构变形基础之上进行第3次求解；之后重复步骤1.4，直至第m-1层的单元被激活，完成第m次求解；

步骤1.5：在所述有限元分析模型中激活第m层框架柱单元、第m层楼面单元，在前一步骤所得到的结构变形基础之上进行第m+1次求解；

步骤1.6：读取斜拉索与托梁及锚锭结构的连接点在第m+1次求解后发生的变形，分别为{ux₁，uy₁，uz₁}、{ux₂，uy₂，uz₂}、……、{ux_2n，uy_2n，uz_2n}；其中，{ux_i，uy_i，uz_i}为斜拉索i与托梁的连接点发生的变形，i＝1，2，…，n；{ux_j，uy_j，uz_j}为斜拉索j与锚锭结构的连接点发生的变形，j＝n+1，n+2，…，2n；

步骤1.7：计算斜拉索(5)的调节长度，并将其作为制索的依据：其中第i根斜拉索的调节长度为

$L_i=\sqrt{{(x_i-u{x}_i-x_{n+i}+u{x}_{n+i})}^2+{(y_i-u{y}_i-y_{n+i}+u{y}_{n+i})}^2+{(z_i-u{z}_i-z_{n+i}+u{z}_{n+i})}^2},i=\mathrm{1,2},...n;$

步骤2：安装两侧锚锭结构(1)，其安装位形均为设计给定值；

步骤3：如图2所示，安装托梁(2)、跨中框架柱(3)以及顶层框架梁(4)：首先在托梁(2)安装位置下方的地面上架设支承胎架(8)；然后以支承胎架(8)为支承点，安装跨中框架柱(3)；再以支承胎架(8)为支承点，吊装跨中框架柱两侧的托梁(2)，并将其与跨中框架柱(3)及锚锭结构(1)铰接连接；最后吊装跨中框架柱两侧的顶层框架梁(4)，并将其与跨中框架柱(3)及锚锭结构(1)铰接连接；

其中，如图7中详图A所示，托梁(2)与跨中框架柱(3)的铰接节点采用螺栓连接的形式，具体做法为：在托梁(2)与跨中框架柱(3)相连的一侧腹板上焊接一块外伸耳板(14)，在跨中框架柱(3)的对应位置亦焊接一块外伸耳板(15)；在跨中框架柱的外伸耳板上开圆孔(18)，圆孔的直径比螺栓直径大2mm；为保证托梁(2)抬高时节点具备一定的转动能力，在托梁(2)的外伸耳板(14)上开设长圆孔(17)，长圆孔(17)在竖直方向的高度比螺栓直径大2mm，在水平方向的宽度为5倍的螺栓直径；连接螺栓(16)穿过跨中框架柱的外伸耳板的圆孔(18)与托梁的外伸耳板的长圆孔(17)，将托梁(2)与跨中框架柱(3)连接在一起；在后续施工步骤中，连接螺栓(16)在长圆孔(17)内能够自由滑动，这样托梁(2)在施工过程中能够自由地抬起与回落而不在梁内产生轴向拉力和压力；

如图7中详图A所示，顶部框架梁(4)与跨中框架柱(3)的铰接节点亦采用螺栓连接形式，做法与上述托梁与跨中框架柱的螺栓连接节点的做法相同，即在顶部框架梁与跨中框架柱相连的一侧腹板上焊接一块外伸耳板(14)，并开长圆孔(17)；在跨中框架柱的对应位置亦焊接一块外伸耳板(15)，并开圆孔(18)；连接螺栓(16)穿过长圆孔(17)与圆孔(18)，将顶部框架梁(4)与跨中框架柱(3)连接在一起；

如图9中详图C所示，托梁(2)与锚锭结构(1)的铰接节点、顶部框架梁(4)与锚锭结构(1)的铰接节点同样采用螺栓连接形式，做法与上述托梁与锚定结构的连接节点的做法类似，即：在托梁(1)及顶部框架梁(4)与锚定结构(1)相连的一侧的腹板上焊接一块外伸耳板(23)，在锚定结构的对应位置处亦焊接一块外伸耳板(24)；在托梁及顶部框架梁的腹板外伸耳板(23)上开设圆孔(25)，其直径比螺栓直径大2mm，在锚锭结构的外伸耳板上亦开设相同直径的圆孔(26)；连接螺栓穿过两个圆孔，将托梁(2)或顶部框架梁(4)与锚定结构(1)连接在一起；

步骤4：如图3所示，安装斜拉索(5)，具体按下述步骤进行：

步骤4.1：将斜拉索(5)一端连接于托梁(2)上，其连接位置为设计给定；

步骤4.2：调整第1根斜拉索的长度，使第1根斜拉索的长度达到L₁；完成其长度调整后，将第1根斜拉索的另一端锚固于锚锭结构(1)的相应位置处，该锚固位置为设计给定；

步骤4.3：调整第2根斜拉索的长度，使第2根斜拉索的长度达到L₂；完成其长度调整后，将第2根斜拉索的另一端锚固于锚锭结构(1)的相应位置处，该锚固位置为设计给定；之后重复步骤4.3，直至完成第n根斜拉索的长度调整，并将其另一端锚固于锚锭结构(1)的相应位置处；

步骤4.4：拆除托梁(2)及跨中框架柱(3)下方的支承胎架(8)；

步骤5：如图4所示，安装第1层框架柱(9)、第1层框架梁(10)以及第1层楼面板：首先安装第1层框架柱(9)；然后安装第1层框架梁(10)，并将其与第1层框架柱(9)或锚锭结构(1)铰接连接；最后在第1层框架梁(10)上安装第1层楼面板；

其中，如图8中详图B所示，框架梁(10)与框架柱(9)的铰接节点、框架梁(10)与锚锭结构(1)的铰接节点均采用螺栓节点形式，做法与步骤3中所述的托梁(2)与锚定结构的(1)连接节点类似，即：在框架梁(10)与框架柱(9)或锚定结构(1)相连的一侧腹板上焊接一块外伸耳板(19)，并开设圆孔(21)，圆孔的直径比螺栓直径大2mm；在框架柱(9)或锚定结构(1)的对应位置亦焊接一块外伸耳板(20)，并开同样尺寸的圆孔(22)；连接螺栓穿过两个圆孔，将框架梁与框架柱或锚定结构连接在一起；

步骤6：如图5所示，安装第2层框架柱(11)、第2层框架梁(12)以及第2层楼面板：首先安装第2层框架柱(11)；然后安装第2层框架梁(12)，并将其与第2层框架柱(11)或锚锭结构(1)铰接相连；最后在第2层框架梁(12)上安装第2层楼面板；其中，框架梁(12)与框架柱(11)的铰接节点、框架梁(12)与锚锭结构(1)的铰接节点与步骤5中所述节点构造相同；之后重复步骤6，直至完成第m-1层的安装；

步骤7：如图6所示，安装第m层框架柱(13)、第m层楼面板：首先安装第m层框架柱(13)，并将其与顶层框架梁(4)按照设计给定的要求连接，然后在第m层框架梁即顶层框架梁(4)上安装第m层楼面板；

步骤8：如图10所示，将托梁(2)及框架梁(7)与框架柱(6)及锚锭结构(1)连接的铰接节点转变为刚结节点：将托梁(2)及框架梁(7)两端截面的翼缘板通过连接钢板(27)与框架柱(6)及锚锭结构(1)通过焊接连接在一起；至此，完成多层斜拉框架结构的施工。

Claims (2)

1.一种斜拉多层框架结构，其特征在于：它由锚锭结构(1)、托梁(2)、框架柱(6)、框架梁(7)、楼面板及斜拉索(5)组成；其中，所述锚锭结构(1)位于所述斜拉多层框架结构的两端，用于托梁(2)的支承、部分框架梁的支承及斜拉索(5)的锚固，形式为刚度较大的核心筒结构或剪力墙结构；所述托梁(2)两端连接于锚锭结构(1)上，作为框架柱(6)的支承构件；所述框架柱(6)、所述框架梁(7)及混凝土板共同构成框架结构，坐落于托梁(2)之上，其中位于两端的框架梁分别与两端锚锭结构(1)相连；所述斜拉索(5)采用市售高强拉索，其一端锚固于锚锭结构(1)上，另一端连接于托梁(2)上，作为托梁(2)及框架结构的支撑体系。

2.实现如权利要求1所述的一种斜拉多层框架结构的施工控制方法，其特征在于：通过完成特定的步骤，完成一种斜拉多层框架结构的施工，且避免斜拉索的张拉，具体按照下述步骤进行：

步骤1：调用有限元结构分析软件，用于计算斜拉索(5)的调整长度，具体按下述步骤进行：

步骤1.1：建立起包含斜拉多层框架结构所有组件在内的有限元结构分析模型，并设定该有限元结构分析模型中所需要的参数，均为设计给定值；所述有限元结构分析模型包括：锚锭结构单元、托梁单元、框架梁单元、框架柱单元、楼面板单元及斜拉索单元；在完成所述有限元结构分析模型的建立后，“杀死”所有的单元；

在所述有限元结构分析模型中，下列连接节点须设置为铰接节点，其它各单元间的连接均按照设计要求确定：

(1)托梁与锚锭结构的连接节点；

(2)托梁与跨中框架柱的连接节点；

(3)顶层框架梁与跨中框架柱的连接节点；

(4)除顶层框架梁以外的框架梁与框架柱的连接节点；

(5)框架梁与锚锭结构的连接节点；

所述有限元结构分析模型包含n根斜拉索，分别为斜拉索1、斜拉索2、……、斜拉索n，其中，n为设计给定值；所述斜拉索与所述托梁有n个连接点；所述斜拉索与所述锚锭结构亦有n个连接点；

所述有限元结构分析模型包含m个框架楼层，m为设计给定值；其中，每个框架楼层包括该层的楼面板、支承楼面板的框架梁、支承框架梁的框架柱；

步骤1.2：在所述有限元结构分析模型中激活锚锭结构单元、托梁单元、跨中的框架柱单元、顶层框架梁单元、斜拉索单元，对所述有限元结构分析模型进行第1次求解；

此时，提取所述斜拉索与所述托梁及所述锚锭结构连接点的空间坐标值，分别为：

(1)所述斜拉索与所述托梁的n个连接点的坐标分别为{x₁，y₁，z₁}，{x₂，y₂，z₂}，……，{x_n，y_n，z_n}；其中，{x_i，y_i，z_i}为斜拉索i与托梁的连接点坐标，i＝1，2，...，n；

(2)所述斜拉索与所述锚锭结构的n个连接点的坐标分别为{x_n+1，y_n+1，z_n+1}，{x_n+2，y_n+2，z_n+2}，……，{x_2n，y_2n，z_2n}；其中，{x_n+i，y_n+i，z_n+i}为斜拉索i与锚锭结构的连接点坐标，i＝1，2，...，n；

步骤1.3：在所述有限元分析模型中激活第1层框架柱单元、第1层框架梁单元及第1层楼面板单元，在步骤1.2所得到的结构变形基础之上进行第2次求解；

步骤1.4：在所述有限元分析模型中激活第2层框架柱单元、第2层框架梁单元及第2层楼面板单元，在步骤1.3所得到的结构变形基础之上进行第3次求解；之后重复步骤1.4，直至第m-1层的单元被激活，完成第m次求解；

步骤1.5：在所述有限元分析模型中激活第m层框架柱单元、第m层楼面单元，在前一步骤所得到的结构变形基础之上进行第m+1次求解；

步骤1.6：读取斜拉索与托梁及锚锭结构的连接点在第m+1次求解后发生的变形，分别为{ux₁，uy₁，uz₁}、{ux₂，uy₂，uz₂}、……、{ux_2n，uy_2n，uz_2n}；其中，{ux_i，uy_i，uz_i}为斜拉索i与托梁的连接点发生的变形，i＝1，2，...，n；{ux_j，uy_j，uz_j}为斜拉索j与锚锭结构的连接点发生的变形，j＝n+1，n+2，...，2n；

步骤1.7：计算斜拉索(5)的调节长度，并将其作为制索的依据：其中第i根斜拉索的调节长度为

i＝1，2，...，n；

步骤2：安装两侧锚锭结构(1)，其安装位形均为设计给定值；

步骤3：安装托梁(2)、跨中框架柱(3)以及顶层框架梁(4)：首先在托梁(2)安装位置下方的地面上架设支承胎架(8)；然后以支承胎架(8)为支承点，安装跨中框架柱(3)；再以支承胎架(8)为支承点，吊装跨中框架柱两侧的托梁(2)，并将其与跨中框架柱(3)及锚锭结构(1)铰接连接；最后吊装跨中框架柱两侧的顶层框架梁(4)，并将其与跨中框架柱(3)及锚锭结构(1)铰接连接；

其中，托梁(2)与跨中框架柱(3)的铰接节点采用螺栓连接的形式，具体做法为：在托梁(2)与跨中框架柱(3)相连的一侧腹板上焊接一块外伸耳板(14)，在跨中框架柱(3)的对应位置亦焊接一块外伸耳板(15)；在跨中框架柱的外伸耳板上开圆孔(18)，圆孔的直径比螺栓直径大2mm为保证托梁(2)抬高时节点具备一定的转动能力，在托梁(2)的外伸耳板(14)上开设长圆孔(17)，长圆孔(17)在竖直方向的高度比螺栓直径大2mm，在水平方向的宽度为5倍的螺栓直径；连接螺栓(16)穿过跨中框架柱的外伸耳板的圆孔(18)与托梁的外伸耳板的长圆孔(17)，将托梁(2)与跨中框架柱(3)连接在一起；在后续施工步骤中，连接螺栓(16)在长圆孔(17)内能够自由滑动，这样托梁(2)在施工过程中能够自由地抬起与回落而不在梁内产生轴向拉力和压力；

顶部框架梁(4)与跨中框架柱(3)的铰接节点亦采用螺栓连接形式，做法与上述托梁与跨中框架柱的螺栓连接节点的做法相同，即在顶部框架梁与跨中框架柱相连的一侧腹板上焊接一块外伸耳板(14)，并开长圆孔(17)；在跨中框架柱的对应位置亦焊接一块外伸耳板(15)，并开圆孔(18)；连接螺栓(16)穿过长圆孔(17)与圆孔(18)，将顶部框架梁(4)与跨中框架柱(3)连接在一起；

托梁(2)与锚锭结构(1)的铰接节点、顶部框架梁(4)与锚锭结构(1)的铰接节点同样采用螺栓连接形式，即：在托梁(2)及顶部框架梁(4)与锚锭结构(1)相连的一侧的腹板上焊接一块外伸耳板(23)，在锚锭结构的对应位置处亦焊接一块外伸耳板(24)；在托梁及顶部框架梁的腹板外伸耳板(23)上开设圆孔(25)，其直径比螺栓直径大2mm，在锚锭结构的外伸耳板上亦开设相同直径的圆孔(26)；连接螺栓穿过两个圆孔，将托梁(2)或顶部框架梁(4)与锚锭结构(1)连接在一起；

步骤4：安装斜拉索(5)，具体按下述步骤进行：

步骤4.1：将斜拉索(5)一端连接于托梁(2)上，其连接位置为设计给定；

步骤4.2：调整第1根斜拉索的长度，使第1根斜拉索的长度达到L₁；完成其长度调整后，将第1根斜拉索的另一端锚固于锚锭结构(1)的相应位置处，该锚固位置为设计给定；

步骤4.3：调整第2根斜拉索的长度，使第2根斜拉索的长度达到L₂；完成其长度调整后，将第2根斜拉索的另一端锚固于锚锭结构(1)的相应位置处，该锚固位置为设计给定；之后重复步骤4.3，直至完成第n根斜拉索的长度调整，并将其另一端锚固于锚锭结构(1)的相应位置处；

步骤4.4：拆除托梁(2)及跨中框架柱(3)下方的支承胎架(8)；

步骤5：安装第1层框架柱(9)、第1层框架梁(10)以及第1层楼面板：首先安装第1层框架柱(9)；然后安装第1层框架梁(10)，并将其与第1层框架柱(9)或锚锭结构(1)铰接连接；最后在第1层框架梁(10)上安装第1层楼面板；

其中，框架梁(10)与框架柱(9)的铰接节点、框架梁(10)与锚锭结构(1)的铰接节点均采用螺栓节点形式，做法与步骤3中所述的托梁(2)与锚锭结构(1)的连接节点类似，即：在框架梁(10)与框架柱(9)或锚锭结构(1)相连的一侧腹板上焊接一块外伸耳板(19)，并开设圆孔(21)，圆孔的直径比螺栓直径大2mm；在框架柱(9)或锚锭结构(1)的对应位置亦焊接一块外伸耳板(20)，并开同样尺寸的圆孔(22)；连接螺栓穿过两个圆孔，将框架梁与框架柱或锚锭结构连接在一起；

步骤6：安装第2层框架柱(11)、第2层框架梁(12)以及第2层楼面板：首先安装第2层框架柱(11)；然后安装第2层框架梁(12)，并将其与第2层框架柱(11)或锚锭结构(1)铰接相连；最后在第2层框架梁(12)上安装第2层楼面板；其中，框架梁(12)与框架柱(11)的铰接节点、框架梁(12)与锚锭结构(1)的铰接节点与步骤5中所述节点构造相同；之后重复步骤6，直至完成第m-1层的安装；

步骤7：安装第m层框架柱(13)、第m层楼面板：首先安装第m层框架柱(13)，并将其与顶层框架梁(4)按照设计给定的要求连接，然后在第m层框架梁即顶层框架梁(4)上安装第m层楼面板；

步骤8：将托梁(2)及框架梁(7)与框架柱(6)及锚锭结构(1)连接的铰接节点转变为刚结节点：将托梁(2)及框架梁(7)两端截面的翼缘板通过连接钢板(27)与框架柱(6)及锚锭结构(1)通过焊接连接在一起；至此，完成多层斜拉框架结构的施工。

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