CN111236434A - 一种用于大跨度大悬挑高位转换的穿层悬挑密柱桁架体系及应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于大跨度大悬挑高位转换的穿层悬挑密柱桁架体系及应用，包括纵向大跨桁架部分、横向悬挑桁架部分、两端支腿底座部分、上部结构部分。所述纵向大跨桁架部分由纵向中榀双层密柱桁架和纵向边榀单层平面桁架组成；所述横向悬挑桁架部分由多榀横向穿层斜支撑悬挑桁架组成，并与纵向大跨桁架部分正交，共同组成中心支撑构架；所述两端支腿底座部分包括悬挑端斜柱框架‑核心筒、落地端框架‑核心筒；所述上部结构部分位于桁架体系上部。本发明基于纵向大跨桁架和横向悬挑桁架结合的整体受力体系，并通过斜柱框架‑核心筒底座进行悬挑支撑，构件组成模块明确，构造合理，传力清晰，具有高整体刚度、高承载力特点，应用范围较广。

Description

一种用于大跨度大悬挑高位转换的穿层悬挑密柱桁架体系及 应用

技术领域

本发明属于结构工程技术领域，尤其涉及一种用于大跨度大悬挑高位转换的穿层悬挑密柱桁架体系。大跨度指跨度不小于30米，大悬挑指悬挑不小于8米。

背景技术

近年来，为适应底部大空间、特殊幕墙造型的建筑功能需要，高层建筑中出现越来越多的高位转换桁架、屋顶下挂桁架、双向悬挑桁架等复杂空间过渡结构形式，主要应用于大型商业综合体、综合医院等复杂高层建筑的大跨度大悬挑转换结构中。

高位转换桁架体系是其中一类重要的空间过渡结构形式，底部空间大跨度是其需要实现的基本功能，由于大跨度及上部结构的作用，转换桁架不仅需具有足够的刚度，同时还需满足竖向地震这一敏感荷载作用下的承载力和舒适度效应，因而双层桁架体系往往较为适用。

由于幕墙外观造型的需求，大跨度高位转换区域的横向大悬挑也是一个经常出现且需要解决的问题，横向悬挑桁架在完成悬挑支撑上部结构的同时，与大跨度纵向桁架有效结合成整体受力体系。与此同时，伴随着大悬挑的出现，平面范围较小的底座支腿结构形式及设计也是一个重要方面。

在双层大跨度大悬挑桁架体系中，当由于建筑内部功能需要，为弱化斜撑的影响，部分桁架斜腹杆有时需要采用竖向密柱形式进行替换，穿层斜支撑也是一个较好的解决方案；而当楼层层高不均匀时，楼面结构可能会与桁架层在竖向立面上错开，楼面结构的处理也是一个需要考虑的因素。

此外，当高位转换桁架体系在同时涉及大跨度、大悬挑等复杂建筑功能时，结构体系将存在汇交构件较多、部件拼装复杂、体系受力性能复杂以及特殊节点强化处理等问题，合理有效的桁架体系设计及拼装方案是保证其承载性能的一个重要因素。

综上所述，研究一种用于大跨度大悬挑的穿层悬挑密柱桁架体系形式及设计方法，以适用于复杂高层建筑中底部大空间大悬挑的高位转换过渡结构连接及承载是十分必要的。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于大跨度大悬挑高位转换的穿层悬挑密柱桁架体系，可以实现复杂高层建筑中底部大空间大悬挑的高位转换过渡结构的有效转换连接。该结构体系构件组成模块明确，传力清晰，有效符合强过渡转换的设计原则，在充分发挥高位转换结构整体刚度的同时，基于双层、双向悬挑桁架构成方案实现大跨度大悬挑的建筑空间功能转换。

本发明的设计思路基于纵向双层密柱桁架和横向穿层斜支撑悬挑桁架的有效结合和整体受力模式：

首先，通过纵向双层密柱桁架结构形式，使得在实现纵向大跨度区域高位转换及上部结构承载的同时，采用“密柱”布置，指在空腹桁架的竖腹杆之间增设1～2道竖杆，用以替代斜腹杆的作用，以尽量避免斜撑对建筑内部功能布置的影响；其次，通过横向穿层斜支撑悬挑桁架和底部横向斜柱框架-核心筒结构形式，并与纵向双层密柱桁架结构有效结合成整体受力模式，使得在实现横向大悬挑高位转换的同时，满足幕墙外观造型的功能需要。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明采用的技术方案是：

一种用于大跨度大悬挑高位转换的穿层悬挑密柱桁架体系，其特征在于，包括纵向大跨桁架部分、横向悬挑桁架部分、两端支腿底座部分、上部结构部分；

所述纵向大跨桁架部分由2榀位于中部的纵向中榀双层密柱桁架、2榀位于两侧的纵向边榀单层平面桁架组成；所述横向悬挑桁架部分包括多榀横向穿层斜支撑悬挑桁架，以支撑上部横向悬挑结构，与纵向大跨桁架部分正交布置并组成中心支撑构架；所述两端支腿底座部分分立在转换桁架体系的两端，根据其结构形成分为悬挑端的横向斜柱框架-核心筒体系、落地端的框架-核心筒体系两种形式；所述上部结构部分位于转换桁架体系的上部。

所述纵向大跨桁架部分由2榀位于中部的纵向中榀双层密柱桁架、2榀位于两侧的纵向边榀单层平面桁架所组成；纵向中榀双层密柱桁架包括转换桁架上、下两层，纵向边榀单层平面桁架位于转换桁架上层；纵向中榀双层密柱桁架的转换桁架上层采用“密柱”布置形式，以避免过多斜支撑对建筑内部功能分区布置的影响；横向悬挑桁架部分由多榀横向穿层斜支撑悬挑桁架所组成，包括转换桁架上、下两层，并与纵向大跨桁架部分正交设置；单榀横向桁架的间距为8～10米，横向桁架总榀数根据实际跨度确定，两侧采用穿层斜支撑形式组成结构悬挑桁架并支撑上部悬挑结构；纵向大跨桁架部分和横向悬挑桁架部分共同组成转换桁架体系的中心支撑构架，需同时满足整体变形刚度、承载力和舒适振动要求；两端支腿底座部分分立在转换桁架体系的两端，包括悬挑端支腿底座的横向斜柱框架-核心筒体系、落地支腿底座的框架-核心筒体系；横向斜柱框架-核心筒的平面范围相对上部结构要小一些，采用斜柱框架结构形式以支撑上部悬挑结构，并与核心筒形成整体受力模式以加强支腿底座的抗侧刚度；两端支腿底座部分的核心筒为加强抗侧刚度的优选方案，但当需要加快装配进度且不影响建筑功能的前提下，也可采用钢支撑筒结构形式有效替换；上部结构部分位于转换桁架体系的上部，一般为框架或框架-核心筒体系，核心筒或钢支撑筒可由支腿底座处延伸而上。

进一步地，纵向中榀双层密柱桁架由桁架双层上弦杆、双层中弦杆、双层下弦杆、双层竖腹杆、下层斜腹杆、上层密柱竖杆所组成。纵向中榀双层密柱桁架包括转换桁架上、下两层，桁架下层为人字形斜腹杆支撑形式，桁架上层为密柱竖杆形式，密柱竖杆下端与人字形斜腹杆支撑上端汇交，有效传递竖向荷载。纵向中榀双层密柱桁架左端支撑于斜柱框架-核心筒体系的竖直框柱上，与斜柱框架-核心筒体系左侧的悬挑桁架相互断开。纵向中榀双层密柱桁架右端支撑于落地框架-核心筒体系的竖直框柱上。由于纵向桁架两端受力极大，条件许可时通过端部斜支撑进行竖向荷载过渡转换。

进一步地，纵向边榀单层平面桁架由桁架上弦杆、桁架下弦杆、斜腹杆、竖腹杆所组成。纵向边榀单层平面桁架位于转换桁架上层，斜杆支撑形式为倒人字形，以与纵向双层密柱桁架的转换桁架下层的人字形斜腹杆支撑形式对应。桁架左端支撑于斜柱框架-核心筒体系的斜柱上端，并桁架延伸形成整体进行悬挑支撑；桁架右端则支撑于落地框架-核心筒体系的竖直框柱上。

进一步地，纵向中榀双层密柱桁架、纵向边榀单层平面桁架的桁架单层高度为跨度的1/16～1/12，具体根据建筑层高进行适当调整；桁架弦杆、腹杆优选为箱型截面形式，桁架弦杆构件的截面高度为层高的1/6～1/5，并以50mm的整倍数计。纵向桁架弦杆的预起拱值为跨度的3/1000，需在工厂预制作完成。桁架各部分构件的具体尺寸、壁厚根据变形刚度、承载应力比、舒适振动计算确定。

进一步地，纵向中榀桁架双层竖腹杆同时也作为横向桁架双层竖腹杆使用，纵向边榀桁架单层竖腹杆也作为横向桁架上层两侧竖腹杆使用，纵向桁架部分与横向桁架部分有效结合成整体受力体系。

进一步地，横向穿层斜支撑悬挑桁架由桁架双层上弦杆、双层中弦杆、双层下弦杆、下层中部斜腹杆、两侧穿层斜支撑所组成。横向穿层斜支撑悬挑桁架包括转换桁架上、下两层，横向桁架下层中部斜腹杆为人字形斜腹杆支撑形式或双人字形斜腹杆支撑形式，以适应不同建筑功能的需要。横向桁架两侧为穿层斜支撑形式，以支撑上部悬挑结构的荷载作用，减小对转换桁架上层内部建筑功能布置的影响，同时实现幕墙外观造型的需要。

进一步地，横向穿层斜支撑桁架的桁架单层高度同纵向桁部分，桁架弦杆、腹杆优选为箱型截面形式，桁架弦杆构件的高度同纵向桁架部分的弦杆构件高度，桁架弦杆构件的宽度为悬挑长度的1/20～1/15。纵向大跨桁架部分、横向悬挑桁架部分的桁架层高、弦杆构件高度相同可使得两个正交方向桁架的汇交节点构造最大化简化，承载性能也最为有效。

进一步地，左侧悬挑端支腿底座为横向斜柱框架-核心筒体系，由2榀横向斜柱-框架部分、纵向支撑钢框梁、核心筒剪力墙所组成。纵向边榀单层平面桁架的左侧端部支撑于斜柱框架-核心筒体系的斜柱上端，并桁架延伸形成整体进行悬挑支撑。横向斜柱-框架部分和纵向支撑钢框梁组成左侧悬挑端支腿底座的核心支撑构架；为加强结构体系抗侧刚度，优选地在合适位置布置核心筒，并与核心支撑构架形成整体受力体系。

进一步地，为充分组合左侧悬挑端支腿底座的核心支撑构架和核心筒并形成整体受力，斜柱构件、竖直框柱构件、核心筒内部的纵向支撑钢框梁构件优选为型钢砼构件，斜柱构件为核心支撑构架的关键构件，承载应力比控制为不大于0.7进行加强。型钢砼斜柱构件优选为十字型钢砼构件，以满足双向受弯刚度和承载性能。

进一步地，当需要加快装配进度且不影响建筑功能的前提下，左侧悬挑端支腿底座的核心筒也可采用钢支撑筒结构形式有效替换，钢支撑筒的斜撑形式可为人字形支撑、倒人字形支撑、单斜撑。对应地，斜柱构件、竖直框柱构件、纵向支撑钢框梁构件均取为钢结构构件或钢管砼构件，以便于结构各部件的拼装。

进一步地，悬挑端支腿底座、落地支腿底座可根据需要自由设置在大跨度大悬挑空间范围的两端底座位置，并与转换桁架形成整体受力体系，并支撑上部结构的荷载作用。

进一步地，横向斜柱框架-核心筒体系的斜柱倾斜度优选为10°～30°，过大的倾斜度不利于整体抗侧刚度的有效形成。斜柱斜柱顶端通过转换框柱过渡为上部结构的框柱构件，转换框柱同时也是边榀单层平面桁架的竖腹杆；斜柱底端转换为地下室部分的竖直型钢砼框柱构件。

进一步地，横向斜柱框架-核心筒体系的斜柱构件顶端、中部、底端对应关键转换节点，在转换节点处均采用箱型型钢砼转换接头，以便于与横向支撑钢框梁、纵向支撑钢框梁的刚性连接，横向支撑钢框梁、纵向支撑钢框梁均为贯穿核心筒设置。

进一步地，双层转换桁架体系的上、下转换层优选为相同层高，如此受力最为直接有效。因而楼层实际标高位置往往不在桁架层高度位置，需通过短钢柱墩、连接于斜腹杆支撑等方式设置梁柱框架体系进行楼面结构抬高。

进一步地，纵向大跨桁架部分的端部局部构件、横向悬挑桁架部分的端部局部构件受力较大时，可采用箱型截面内部关注混凝土进行构件和节点加强。

本发明还提供一种用于大跨度大悬挑高位转换的穿层悬挑密柱桁架体系在复杂高层建筑中底部大空间大悬挑的高位转换过渡结构连接中的应用，所述复杂高层建筑为大于24米且存在底部立面大开洞(跨度不小于30米)、平面大悬挑(悬挑不小于8米)等特殊建筑功能及幕墙造型的民用建筑。

通过以上技术方案，本发明具有以下有益效果：

本发明提供的用于大跨度大悬挑高位转换的穿层悬挑密柱桁架体系，其结构体系构造合理，可以实现复杂高层建筑中底部大空间大悬挑的高位转换过渡结构有效连接，充分发挥穿层悬挑密柱桁架体系的高整体刚度、高承载力性能优点。该结构体系基于纵向双层密柱桁架和横向穿层斜支撑悬挑桁架的有效结合和整体受力模式，并通过斜柱框架-核心筒的支腿底座进行悬挑支撑，实现强转换桁架的合理受力状态。本发明的结构便于通过整体刚度(变形值控制)、承载力(应力比控制)、舒适度(自振频率控制)等的性能指标控制，来进一步保证整体结构体系的合理有效。通过转换桁架整体变形刚度、应力比承载、舒适振动的整体性能控制，可进一步保障该整体结构体系的力学承载性能，使关键构件和节点处于弹性阶段承载为主，局部进入塑性阶段的高承载力受力状态。该结构体系的构件组成模块明确，传力清晰，转换桁架刚度大、承载力高，在建筑底部立面大空间、平面大悬挑的高位转换过渡结构中具有广阔的应用前景。

附图说明

通过结合以下附图所作的详细描述，本发明的上述优点将变得更清楚和更容易理解，这些附图只是示意性的，并不限制本发明，其中：

图1a、1b、1c分别是本发明用于大跨度大悬挑高位转换的穿层悬挑密柱桁架体系实施例的结构示意图、纵向桁架部分示意图、横向桁架部分示意图。

图1d、1e分别是左端和右端支腿底座部分的斜柱-框架示意图；

图1f、1g分别是左端和右端支腿底座部分的核心筒示意图；

图2是本发明穿层悬挑密柱桁架体系实施例的转换桁架上层剖切俯视图，即图1中A-A剖切的示意图；

图3是本发明穿层悬挑密柱桁架体系实施例的转换桁架下层剖切俯视图，即图1中B-B剖切的示意图；

图4是图2的纵向桁架部分C-C剖切侧视图(即纵向中榀双层密柱桁架)；

图5是图2的纵向桁架部分D-D剖切侧视图(即纵向边榀单层平面桁架)；

图6是图2的横向桁架部分E-E剖切侧视图1(即横向穿层斜支撑悬挑桁架—人字撑)；

图7是图2的横向桁架部分F-F剖切侧视图2(即横向穿层斜支撑悬挑桁架—双人字撑)；

图8是图2的左端支腿底座部分G-G剖切侧视图(即斜柱框架-核心筒)；

图9是图1中两端底座部分的核心筒的钢支撑筒替换形式；

图10a、10b、10c分别是图8斜柱框架-核心筒的标号17、37、38位置的斜柱转换节点；

图11是穿层悬挑密柱桁架体系实施例的部件拼装流程图；

具体实施方式

下面结合具体实施例和附图，对本发明所述一种用于大跨度大悬挑高位转换的穿层悬挑密柱桁架体系的技术方案进行详细说明。

在此记载的实施例为本发明的特定的具体实施方式，用于说明本发明的构思，均是解释性和示例性的，不应解释为对本发明实施方式及本发明范围的限制。除在此记载的实施例外，本领域技术人员还能够基于本申请权利要求书和说明书所公开的内容采用显而易见的其它技术方案，这些技术方案包括采用对在此记载的实施例的做出任何显而易见的替换和修改的技术方案。

本说明书的附图为示意图，辅助说明本发明的构思，示意性地表示各部分的形状及其相互关系。请注意，为了便于清楚地表现出本发明实施例的各部件的结构，各附图之间并未按照相同的比例绘制。相同的参考标记用于表示相同的部分。

如图1a-1g以及图2、3所示，本发明的一种用于大跨度大悬挑高位转换的穿层悬挑密柱桁架体系包括纵向大跨桁架部分、横向悬挑桁架部分、两端支腿底部分、上部结构部分。所述纵向大跨桁架部分(图1b)包括2榀位于中部的纵向中榀双层密柱桁架、2榀位于两侧的纵向边榀单层平面桁架；所述横向悬挑桁架部分(图1c)包括多榀间距为8～10米的横向穿层斜支撑悬挑桁架，以支撑上部横向悬挑结构，并与纵向大跨桁架部分正交布置并组成转换桁架体系的中心支撑构架；所述两端支腿底座部分分立在转换桁架体系的两端，每个支腿均由支腿框架(图1d、1e)、支腿核心筒(图1f、1g)组成，根据其结构形成分为悬挑端的横向斜柱框架-核心筒体系、落地端的框架-核心筒体系两种形式；所述上部结构部分位于转换桁架体系的上部，一般为框架或框架-黑心南通体系，核心筒或钢支撑筒由支腿底座处延伸而上。

如图4所示，所述纵向中榀双层密柱桁架的大跨主体部分由纵向中榀桁架双层上弦杆5、纵向中榀桁架双层中弦杆6、纵向中榀桁架双层下弦杆7、纵向中榀桁架双层竖腹杆8、纵向中榀桁架下层斜腹杆9和纵向中榀桁架上层密柱竖杆10组成；包括转换桁架上、下两层，转换桁架下层为由纵向中榀桁架下层斜腹杆9斜交构成的“人字形”支撑形式，支撑与弦杆夹角为30°～60°；转换桁架上层为在空腹桁架的竖腹杆(对应纵向中榀桁架双层竖腹杆8)之间增设1道纵向中榀桁架上层密柱竖杆10，用以替换斜腹杆，而形成“密柱”布置形式，以避免过多斜支撑对建筑内部功能分区布置的影响；纵向中榀桁架上层密柱竖杆10下端与“人字形”支撑上端交点汇交，有效传递竖向荷载。

如图4所示，所述纵向中榀双层密柱桁架的大跨主体部分，左端支撑于斜柱框架-核心筒底座的大跨端竖框柱23上，与斜柱框架-核心筒底座左侧的悬挑桁架部分相互断开；右端支撑于落地框架-核心筒底座的大跨端竖框柱30上。由于纵向中榀双层密柱桁架的大跨主体部分两端受力极大，条件许可时通过纵向中榀端部斜支撑11进行竖向荷载过渡转换，以避免应力集中效应的出现。

如图4所示，所述纵向中榀双层密柱桁架的悬挑桁架部分为单层“人字形”斜腹杆支撑桁架，位于转换桁架上层，由左端底座外悬挑桁架单层上弦杆18、左端底座外悬挑单层下弦杆19、左端底座外悬挑桁架单层斜腹杆20构成，横向为外悬挑桁架侧向刚性支撑钢框梁21进行侧向支撑。

如图5所示，所述纵向边榀单层平面桁架由纵向边榀桁架单层上弦杆1、纵向边榀桁架单层下弦杆2、纵向边榀桁架单层斜腹杆3和纵向边榀桁架单层竖腹杆4组成；位于转换桁架上层，由纵向边榀桁架单层斜腹杆3斜交构成“倒人字形”支撑形式，支撑与弦杆夹角为30°～60°，以与纵向双层密柱桁架的转换桁架下层的“人字形”斜腹杆支撑形式对应。

如图5所示，纵向边榀单层平面桁架的左端支撑于斜柱框架-核心筒底座的两侧斜框柱22上端；上部结构的荷载作用依次通过左端斜柱框架-核心筒底座的斜柱顶端转换框柱29、左端底座的纵向边榀桁架下弦支点17过渡转换至两侧斜框柱22上；斜柱顶端转换框柱29同时也是纵向边榀单层平面桁架的竖腹杆。纵向边榀单层平面桁架在穿过下弦支点17后继续延伸形成悬挑桁架，并与大跨主体桁架部分构成为整体。纵向边榀单层平面桁架的右端则支撑于落地框架-核心筒底座大跨端竖框柱30上。

作为优选方案，纵向中榀双层密柱桁架、纵向边榀单层平面桁架的弦杆、腹杆、竖柱均取为箱型截面形式，该截面形式的构件抗侧刚度大、稳定性好、汇交节点连接构造简单。转换桁架上、下层高度为大跨空间跨度的1/16～1/12，具体根据建筑层高进行适当调整；桁架双层上弦杆5、桁架双层中弦杆6、桁架双层下弦杆7、桁架单层上弦杆1、桁架单层下弦杆2的构件截面高度对应为桁架上、下层高度的1/6～1/5，并以50mm的整倍数计；桁架弦杆构件的预起拱值为大跨空间跨度的3/1000，以避免荷载作用下变形过大而影响正常使用。桁架各部分构件的具体尺寸、壁厚根据变形刚度、承载应力比、舒适振动计算确定。

如图1a、图4、图6所示，纵向中榀桁架双层竖腹杆8同时也作为横向桁架双层竖腹杆8使用，纵向边榀桁架单层竖腹杆4也作为横向桁架上层两侧竖腹杆4使用，纵向中榀双层密柱桁架、纵向边榀单层平面桁架、横向穿层斜支撑悬挑桁架正交布置并有效结合成整体受力体系。

如图6、图7所示，横向穿层斜支撑悬挑桁架由横向桁架双层上弦杆12、横向桁架双层中弦杆13、横向桁架双层下弦杆14、横向桁架下层中部斜腹杆15、横向桁架两侧穿层斜支撑16、横向桁架上层两侧竖腹杆4、横向桁架双层竖腹杆8所组成。横向穿层斜支撑悬挑桁架包括转换桁架上、下两层，转换桁架下层为由横向桁架下层中部斜腹杆15斜交构成的“人字形”支撑形式或“双人字形”支撑形式，支撑与弦杆夹角为30°～60°，以适应不同建筑功能的需要。

如图6、图7所示，转换桁架上、下层两端为横向桁架两侧穿层斜支撑16构件形式，以支撑上部悬挑结构的荷载作用，减小对转换桁架上层内部建筑功能布置的影响，同时实现幕墙外观造型的需要。转换桁架上层中部不设置斜腹杆支撑或竖向密柱，以实现大空间功能；转换桁架上层两侧仅单根一半范围的斜支撑，最大限度减小了对大空间功能布置的影响。

作为优选方案，横向穿层斜支撑悬挑桁架的弦杆、腹杆、竖柱均取为箱型截面形式，该截面形式的构件抗侧刚度大、稳定性好、汇交节点连接构造简单。横向悬挑桁架上、下层高度与纵向桁架部分高度对应相同；横向悬挑桁架的桁架双层上弦杆12、桁架双层中弦杆13、桁架双层下弦杆14的构件截面高度与纵向大跨桁架的构件截面高度相同，宽度为悬挑长度的1/20～1/15；纵向大跨桁架部分、横向悬挑桁架部分的桁架层高、弦杆构件截面高度相同使得两个正交方向桁架的汇交节点构造最大化简化，承载性能也最为有效。

如图8所示，左侧悬挑端的斜柱框架-核心筒支腿底座由斜柱-框架体系部分(图1d)、核心筒部分(图1f)所组成。斜柱框架-核心筒底座的两侧斜框柱22、斜柱框架-核心筒底座的大跨端竖框柱23、斜柱框架-核心筒底座的悬挑端竖框柱24之间由斜框柱横向支撑钢框梁27刚性连接构成横向单榀的平面斜柱-框架结构形式；2榀平面斜柱-框架结构由斜框柱纵向支撑钢框梁25、竖框柱纵向支撑钢框梁26刚性连接构成空间斜柱-框架体系部分，即为左侧悬挑端支腿底座的核心支撑构架。

如图1d、图1f、图8所示，纵向边榀单层平面桁架的左侧端部支撑于左端斜柱框架-核心筒底座的斜柱上端转换节点17，并延伸桁架形成整体悬挑桁架支撑。作为优选方案，在适当位置布置斜柱框架-核心筒底座的核心筒部分28，并与核心支撑构架形成整体受力体系，以加强结构体系整体抗侧刚度。传力过渡转换模式依次为斜柱顶端转换框柱29—>斜柱上端转换节点17—>两侧斜框柱22—>斜柱中部连接节点37—>斜柱底部转换节点38—>斜柱底部地下室竖直框柱39。

作为优选方案，为充分组合左侧悬挑端支腿底座的核心支撑构架和核心筒部分并形成整体受力体系，斜柱框架-核心筒底座的两侧斜框柱22、大跨端竖框柱23、悬挑端竖框柱24、核心筒范围以内的支撑钢框梁25～27构件均为型钢砼构件；两侧斜框柱构件22大跨端竖框柱23为核心支撑构架的关键受力构件，承载应力比控制为不大于0.7；两侧斜框柱22优选为十字型钢砼构件，以满足双向受弯刚度和承载性能。

如图9所示，当需要加快装配进度且不影响建筑功能的前提下，左侧悬挑端支腿底座的核心筒部分28也可采用钢支撑筒结构形式有效替换，钢支撑筒的中心支撑36的形式可为“人字形”支撑、“倒人字形”支撑或单斜撑。对应地，钢支撑筒结构形式下的两侧斜框柱22、大跨端竖框柱23、悬挑端竖框柱24、支撑钢框梁25～27均优选为钢结构构件或钢管砼构件，以便于结构各部件的拼装焊接。

如图1e、图1g所示，右侧落地端的框架-核心筒支腿底座由落地框架体系部分、核心筒部分33所组成。落地框架部分包括落地框架-核心筒底座的大跨竖框柱30、普通竖框柱31、支撑钢框梁32所构成。核心筒部分33也可采用钢支撑筒结构形式有效替换。

如图1a所示，悬挑端支腿底座、落地支腿底座可根据需要自由设置在大跨度大悬挑空间范围的两端底座位置，并与转换桁架形成整体受力体系，并支撑上部结构的荷载作用，不受本发明实施例示意图所示限制。

如图8所示，斜柱框架-核心筒底座的两侧斜框柱22的倾斜度优选为10°～30°，过大的倾斜度不利于整体抗侧刚度的有效形成。斜柱框架-核心筒底座的两侧斜框柱22通过斜柱顶端转换框柱29过渡为转换桁架上部结构34的框柱构件，斜柱顶端转换框柱29同时也是纵向边榀单层平面桁架的竖腹杆29；斜柱底端转换为地下室竖直框柱39。

如图10a、10b、10c所示，对应为斜柱框架-核心筒底座的两侧斜框柱22的斜柱上端转换节点17、斜柱中部连接节点37、斜柱底部转换节点38这三个关键转换节点的大样示意图。在转换节点处均采用箱型型钢砼转换接头，以便于与斜框柱纵向支撑钢框梁25、竖框柱纵向支撑钢框梁26、斜框柱横向支撑钢框梁27的刚性连接，支撑钢框梁25～27均为贯穿核心筒设置。

如图4至图8所示，作为优选方案，双层转换桁架体系的上、下转换层优选为相同层高，如此受力最为直接有效。因而转换桁架上层实际楼面标高位置35往往不在桁架层高度位置，需通过短钢柱墩、连接于斜腹杆支撑等方式设置梁柱框架体系进行楼面结构抬高。

如图11所示，本发明所述穿层悬挑密柱桁架体系的具体部件拼装焊接流程如下：

(1)两侧斜框柱22、大跨端竖框柱23、悬挑端竖框柱24、纵向支撑钢框梁25～26、横向支撑钢框梁27组装成斜柱-框架体系部分，并与核心筒部分28结合成整体受力的悬挑端支腿底座；其中，核心筒部分可由中心支撑36构成的钢支撑筒有效替换；

(2)大跨端竖框柱30、普通竖框柱31、支撑钢框梁32组装成落地框架体系部分，并与核心筒部分33结合成整体受力的落地端支腿底座；其中，核心筒部分可由中心支撑36构成的钢支撑筒有效替换；

(3)单层上弦杆1、单层下弦杆2、单层斜腹杆3、单层竖腹杆4组装成纵向边榀单层平面桁架，两端支撑于步骤(1)所述悬挑端支腿底座的斜柱上端转换节点17和步骤(2)所述落地支腿底座的大跨端竖框柱30上；

(4)双层上弦杆5、双层中弦杆6、双层下弦杆7、双层竖腹杆8、双层斜腹杆9、上层密柱竖杆10组装成纵向中榀双层密柱桁架，两端支撑于步骤(1)所述悬挑支腿底座的大跨端竖框柱23和步骤(2)所述落地支腿底座的大框竖框柱30上；桁架端部受力较大且条件许可时，可通过端部斜支撑11进行转换过渡；

(5)双层上弦杆12、双层中弦杆13、双层下弦杆14、下层中部斜腹杆15、两侧穿层斜支撑16组装至纵向桁架部分的单层竖腹杆4、双层竖腹杆8上，形成与纵向桁架部分正交且间隔布置的横向穿层斜支撑悬挑桁架，并与纵向桁架部分构成转换桁架的中心支撑构架；

(6)组装左端悬挑支腿底座外侧的悬挑桁架，包括外悬挑桁架单层上弦杆18、外算条桁架单层下弦杆19、外悬挑横架在单层斜腹杆20、侧向刚性支撑钢框梁21；

(7)在转换桁架上层实际楼面标高位置35，通过短钢柱墩、连接于斜腹杆支撑的钢梁设置梁楼面层梁柱框架体系；

(8)组装转换桁架上部结构34。

本发明所述穿层悬挑密柱桁架体系由纵向中榀双层密柱桁架、纵向边榀单层平面桁架和横向穿层斜支撑悬挑桁架有效结合成整体受力体系，并通过斜柱框架-核心筒支腿底座进行悬挑桁架支撑。该转换桁架结构体系的构件组成模块明确，构造合理，传力清晰，符合强转换桁架的合理受力状态，本发明所述穿层悬挑密柱桁架体系应用在高度大于24米且存在底部立面大开洞(跨度不小于30米)、平面大悬挑(悬挑不小于8米)等特殊建筑功能及幕墙造型的民用建筑，有效实现复杂高层建筑中底部大空间大悬挑的高位转换过渡结构连接。基于转换桁架整体变形刚度、应力比承载、舒适振动的整体性能控制，加强关键构件和关键节点承载性能，可进一步保障本发明转换桁架体系的高整体刚度、高承载力优点。

本发明不局限于上述实施方式，任何人在本发明的启示下都可得出其他各种形式的产品，但不论在其形状或结构上作任何变化，凡是具有与本申请相同或相近似的技术方案，均落在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种用于大跨度大悬挑高位转换的穿层悬挑密柱桁架体系，其特征在于，包括纵向大跨桁架部分、横向悬挑桁架部分、两端支腿底座部分、上部结构部分；

所述纵向大跨桁架部分由2榀位于中部的纵向中榀双层密柱桁架、2榀位于两侧的纵向边榀单层平面桁架组成；所述横向悬挑桁架部分包括多榀横向穿层斜支撑悬挑桁架，以支撑上部横向悬挑结构，与纵向大跨桁架部分正交布置并组成中心支撑构架；所述两端支腿底座部分分立在转换桁架体系的两端，根据其结构形成分为悬挑端的横向斜柱框架-核心筒体系、落地端的框架-核心筒体系两种形式；所述上部结构部分位于转换桁架体系的上部。

2.根据权利要求1所述的用于大跨度大悬挑高位转换的穿层悬挑密柱桁架体系，其特征在于，所述纵向中榀双层密柱桁架由双层上弦杆(5)、双层中弦杆(6)、双层下弦杆(7)、双层竖腹杆(8)、下层斜腹杆(9)和上层密柱竖杆(10)组成；包括转换桁架上、下两层，转换桁架下层为由下层斜腹杆(9)构成的“人字形”支撑形式，支撑与弦杆夹角为30°～60°；转换桁架上层为由上层密柱竖杆(10)替换斜腹杆并与双层竖腹杆(8)构成的“密柱”布置形式；上层密柱竖杆(10)下端与“人字形”支撑上端交点汇交。

3.根据权利要求1所述的用于大跨度大悬挑高位转换的穿层悬挑密柱桁架体系，其特征在于，所述纵向边榀单层平面桁架由单层上弦杆(1)、单层下弦杆(2)、单层斜腹杆(3)和单层竖腹杆(4)组成；位于转换桁架上层，由单层斜腹杆(3)构成“倒人字形”支撑形式，支撑与弦杆夹角为30°～60°，以与纵向双层密柱桁架的转换桁架下层的“人字形”斜腹杆支撑形式对应。

4.根据权利要求1所述的用于大跨度大悬挑高位转换的穿层悬挑密柱桁架体系，其特征在于，纵向中榀双层密柱桁架、纵向边榀单层平面桁架、横向穿层斜支撑悬挑桁架的弦杆、腹杆、竖柱构件均为箱型截面；转换桁架层高为大空间跨度的1/16～1/12，桁架弦杆(5～7、1～2)的构件截面高度对应为桁架层高的1/6～1/5，并以50mm的整倍数计；纵向桁架弦杆预起拱值为跨度的3/1000。

5.根据权利要求1所述的用于大跨度大悬挑高位转换的穿层悬挑密柱桁架体系，其特征在于，横向穿层斜支撑悬挑桁架由双层上弦杆(12)、双层中弦杆(13)、双层下弦杆(14)、下层中部斜腹杆(15)、两侧穿层斜支撑(16)、上层两侧竖腹杆(4)、双层竖腹杆(8)组成；包括转换桁架上、下两层，转换桁架下层为由下层中部斜腹杆(15)斜交构成的“人字形”支撑形式或“双人字形”支撑形式，支撑与弦杆夹角为30°～60°；转换桁架上、下层两端为两侧穿层斜支撑(16)构件形式；转换桁架上层中部不设置斜腹杆支撑或竖向密柱。

6.根据权利要求1所述的用于大跨度大悬挑高位转换的穿层悬挑密柱桁架体系，其特征在于，悬挑端的横向斜柱框架-核心筒体系中，斜柱框架-核心筒底座包括核心支撑构架部分、核心筒部分，由两侧斜框柱(22)、大跨端竖框柱(23)、悬挑端竖框柱(24)、斜框柱横向支撑钢框梁(27)构成横向单榀的平面斜柱-框架结构；2榀平面斜柱-框架结构由纵向支撑钢框梁(25～26)刚性连接构成核心支撑构架部分；核心支撑构架部分与核心筒部分(28)结合形成整体悬挑受力体系。

7.根据权利要求6所述的用于大跨度大悬挑高位转换的穿层悬挑密柱桁架体系，其特征在于，当悬挑端处于左侧时，纵向边榀单层平面桁架的左侧端部支撑于左端斜柱框架-核心筒底座的斜柱上端转换节点(17)，并延伸桁架形成整体悬挑桁架支撑；斜柱框架-核心筒体系的传力过渡转换模式为斜柱顶端转换框柱(29)—>斜柱上端转换节点(17)—>两侧斜框柱(22)—>斜柱中部连接节点(37)—>斜柱底部转换节点(38)—>斜柱底部地下室竖直框柱(39)。

8.根据权利要求1所述的用于大跨度大悬挑高位转换的穿层悬挑密柱桁架体系，其特征在于，悬挑端的横向斜柱框架-核心筒体系中的悬挑端支腿底座的核心筒部分(28)、落地端的框架-核心筒体系中的落地支腿底座的核心筒部分(33)采用钢支撑筒结构形式有效替换，钢支撑筒的中心支撑(37)的形式可为“人字形”支撑、“倒人字形”支撑或单斜撑。

9.权利要求1-11任一所述的用于大跨度大悬挑高位转换的穿层悬挑密柱桁架体系复杂高层建筑底部立面大开洞、平面大悬挑的高位转换过渡结构连接中的应用。

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